オーステナイト系ステンレス鋼の溶接特性：溶接時の弾性・塑性応力とひずみ量が大きいが、冷間割れはほとんど発生しない。溶接継手には焼入れ硬化領域や結晶粒粗大化がないため、溶接継手の引張強度は高い。
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接の主な問題点：溶接変形が大きい。粒界特性と特定の微量不純物（S、P）に対する敏感性により、高温割れが発生しやすい。
オーステナイト系ステンレス鋼の5つの主要な溶接問題とその解決策
01炭化クロムの形成により、溶接継手の粒界腐食に対する耐性が低下します。
粒界腐食：クロム不足の理論によれば、溶接部と熱影響部が450-850度の鋭敏化温度域まで加熱されると、炭化クロムが粒界に析出し、クロム不足の粒界が生じ、腐食に耐えるには不十分になります。
（１）溶接部の粒界腐食および対象材料の鋭敏化温度域の腐食については、以下の対策により制限することができる。
a. 母材と溶接部の炭素含有量を減らし、母材に安定化元素の Ti、Nb などの元素を添加して MC を優先的に形成し、Cr23C6 の形成を回避します。
b. 溶接部をオーステナイトと少量のフェライトの二相構造にします。溶接部内に一定量のフェライトがあると、結晶粒が微細化され、結晶粒の面積が増加し、粒界の単位面積あたりの炭化クロムの析出量を減らすことができます。クロムはフェライトへの溶解度が大きく、フェライト内ではCr23C6が優先的に形成されるため、オーステナイト粒界のクロムが枯渇することはありません。オーステナイト間に散在するフェライトは、粒界に沿って内部拡散する腐食を防ぐことができます。
c. 鋭敏化温度域での滞留時間を制御します。溶接熱サイクルを調整して、600-1000 度での滞留時間をできるだけ短くし、エネルギー密度の高い溶接方法 (プラズマアルゴンアーク溶接など) を選択し、より小さな溶接線エネルギーを選択し、溶接部の背面にアルゴンガスを流すか、銅パッドを使用して溶接継手の冷却速度を上げ、アーク放電とアーク放電の回数を減らして繰り返し加熱を避け、多層溶接中に腐食性媒体との接触面に最後の溶接を施します。
d. 溶接後、炭化物を十分に析出させ、クロムの拡散を促進するために、溶体化処理または安定化焼鈍（850-900度）を行い、保温後に空冷する。
（２）溶接継手のナイフ状腐食、このため、次のような予防措置を講じることができる。
炭素は拡散性が強いため、冷却過程で粒界に偏析して過飽和状態を形成しますが、TiとNbは拡散性が低いため結晶内に残ります。溶接継手が鋭敏化温度域で再度加熱されると、過飽和炭素はCr23C6の形で粒界に析出します。
a. 炭素含有量を減らします。安定化元素を含むステンレス鋼の場合、炭素含有量は 0.06% を超えてはなりません。
b. 合理的な溶接プロセスを使用します。溶接線のエネルギーを小さくして、過熱領域の高温での滞留時間を短縮し、溶接プロセス中の「媒体温度過敏化」の影響を回避するように注意してください。両面溶接の場合、腐食性媒体と接触する溶接シームは最後に溶接する必要があります（これが、大口径厚肉溶接管の内側溶接が外側溶接の後に行われる理由です）。腐食性媒体と接触する過熱領域は、過敏化によって再び加熱されます。
c. 溶接後の熱処理。溶接後に溶解または安定化処理が行われます。
02. 応力腐食割れ
応力腐食割れの発生を防ぐために、以下の対策を講じることができます。
a. 材料の正しい選択と溶接成分の合理的な調整。高純度クロムニッケルオーステナイト系ステンレス鋼、高シリコンクロムニッケルオーステナイト系ステンレス鋼、フェライトオーステナイト系ステンレス鋼、高クロムフェライト系ステンレス鋼などは、優れた応力腐食耐性を備えており、溶接金属はオーステナイト系ステンレス鋼です。二相鋼の構造がフェライトとフェライトである場合、応力腐食耐性は良好です。
b. 残留応力を除去または軽減します。溶接後の応力緩和熱処理を実施し、研磨、ショットピーニング、ハンマーなどの機械的方法を使用して表面残留応力を軽減します。
c. 大きな応力集中を避けるための合理的な構造設計。
03溶接高温割れ（溶接結晶化割れ、熱影響部液状化割れ）
熱割れ感受性は、主に材料の化学組成、構造、特性に依存します。NiはSやPなどの不純物と低融点化合物または共晶を形成しやすく、ホウ素やシリコンの偏析により熱割れが発生します。溶接部は方向性の強い粗大な柱状結晶構造を形成しやすく、有害な不純物や元素の偏析を助長します。これにより、連続した結晶間液体膜の形成が促進され、熱割れ感受性が向上します。溶接部が不均一に加熱されると、大きな引張応力が形成されやすく、溶接高温割れの発生を促進します。
予防策:
a. 有害不純物SおよびPの含有量を厳密に管理します。
b. 溶接金属の組織を調整します。二相構造の溶接は、優れた耐割れ性を備えています。溶接部のデルタ相は、結晶粒を微細化し、単相オーステナイトの方向性を排除し、粒界での有害な不純物の偏析を減らし、デルタ相はより多くのS、Pを溶解し、界面エネルギーを減らして結晶間液体膜の形成を組織化することができます。
c. 溶接金属の合金組成を調整します。単相オーステナイト鋼のMn、C、N含有量を適切に増やし、セリウム、ツルハシ、タンタルなどの微量元素（溶接構造を微細化し、粒界を浄化できる）を少量添加して、高温割れ感受性を低減します。
d. プロセス対策。溶融池の過熱を最小限に抑えて粗大な柱状結晶の形成を防ぎ、小さな線エネルギーと小さな断面の溶接ビードを使用します。
例えば、25-20 型オーステナイト鋼は液化割れが発生しやすい傾向があります。母材の不純物含有量と粒径を厳密に制限し、高エネルギー密度の溶接方法、小さなラインエネルギー、接合部の冷却速度の向上などの対策を採用します。
04溶接継手の脆化
熱間強度鋼は溶接継手の可塑性を確保し、高温脆化を防止する必要があります。また、低温強度鋼は溶接継手の低温脆化を防止するために優れた低温靭性を備えている必要があります。
05溶接変形が大きい
熱伝導率が低く、膨張係数が大きいため、溶接変形が大きく、変形を防ぐために治具を使用することができます。オーステナイト系ステンレス鋼の溶接方法と溶接材料の選択：
オーステナイト系ステンレス鋼は、アルゴンタングステンアーク溶接（TIG）、溶融電極アルゴンアーク溶接（MIG）、プラズマアルゴンアーク溶接（PAW）、サブマージアーク溶接（SAW）で溶接できます。オーステナイト系ステンレス鋼は、融点が低く、熱伝導率が低く、抵抗率が高いため、溶接電流が低くなります。高温滞留時間を短縮し、炭化物の析出を防ぎ、溶接収縮応力を減らし、熱亀裂感受性を減らすために、狭い溶接部とビードを使用する必要があります。
溶接材料の組成、特にCrとNiの合金元素は、母材の組成よりも高くなっています。溶接部の良好な耐割れ性（冷間割れ、高温割れ、応力腐食割れ）を確保するために、少量（4-12%）のフェライトを含む溶接材料が使用されます。溶接部にフェライト相が許容されないか不可能な場合は、Mo、Mn、その他の合金元素を含む溶接材料を選択する必要があります。
溶接材料中のC、S、P、Si、Nbはできるだけ低くする必要があります。Nbは純粋なオーステナイト溶接で凝固割れを引き起こしますが、溶接部中の少量のフェライトは効果的に回避できます。溶接後に安定化または応力緩和が必要な溶接構造の場合、通常、Nb含有溶接材料が選択されます。中板の溶接にはサブマージアーク溶接が使用され、CrとNiの燃焼損失はフラックスと溶接ワイヤの合金元素の遷移によって補うことができます。溶け込み深さが大きいため、溶接部中心部の高温割れや熱影響部の耐食性の低下を防ぐように注意する必要があります。より細い溶接ワイヤとより小さな溶接線エネルギーの選択に注意し、溶接ワイヤはSi、S、Pが少ない必要があります。耐熱ステンレス鋼溶接部のフェライト含有量は5％を超えてはなりません。 CrとNi含有量が20％を超えるオーステナイト系ステンレス鋼の場合、高Mn（6-8％）溶接ワイヤを使用し、フラックスとしてアルカリ性または中性フラックスを使用して、溶接部へのSiの添加を防ぎ、耐割れ性を向上させる必要があります。オーステナイト系ステンレス鋼用の特殊フラックスにはSiの添加量が非常に少なく、溶接部に合金を移行させて合金元素の燃焼損失を補い、溶接性能と化学組成の要件を満たすことができます。
