耐食性の低下を避けるために二相ステンレス鋼管の正しい溶接手順を選択するにはどうすればよいですか?

数分間溶接が不十分だと、二相ステンレス鋼管の耐食性が完全に破壊される可能性があります。{0}工場または現場で製造されるすべての接合部は、二重構造に強度と耐性を与える独特の二相微細構造を注意深く保存する必要があります。-過酷な塩化物や酸の条件下で合金の困難な耐食性を維持することは、漏れを防ぐことよりも重要です。-

冶金の基礎: Duplex をユニークなものにするもの
二相ステンレス鋼 (UNS S32205、S31803、または 2205 など) には、約 50% のオーステナイトと 50% のフェライトのバランスの取れたブレンドが見られます。この 2 つのフェーズ構造により、次のことが可能になります。-

機械的強度が高い（316Lの約2倍）。

塩化物（SCC）による応力腐食割れに対する優れた耐性。

PREN (耐孔食性相当数) が 34 ～ 36 の場合、孔食および隙間腐食に対する優れた耐性を示します。

材料は溶接プロセス中に溶けて急速に固まります。溶接金属と熱影響部 (HAZ) の最終的な相バランスは、冷却速度と熱履歴によって決まります。-このプロセスが正しく行われないと、次の 2 つの有害なことが起こる可能性があります。

フェライトの過剰生成: 低速冷却または高入熱によりフェライトが優勢になると、靭性と耐食性が低下します。

金属間化合物相の析出、特にシグマ (σ) 相 (FeCrMo) とカイ (χ) 相は 600 度から 900 度の間で発達します。これらの相の発達は、これらの必須合金元素の周囲のマトリックスを枯渇させます。これは、これらの合金元素にはクロムとモリブデンが豊富に含まれているためです。その結果、深刻な脆化と耐孔食性の急激な低下が発生します。

一方で、入熱不足や極端な急冷によりオーステナイトが生成しすぎて強度が低下する場合があります。その結果、限られた処理ウィンドウを遵守する必要があります。

二相ステンレス鋼の溶接プロセスの重要な要素
適切な二相ステンレス鋼溶接法によるチューブ防食技術により、以下の要素を正確にコントロールします。

1. ろう材の選定
相平衡と耐食性を維持するには、フィラーメタルの合金含有量がベースメタルの合金含有量と同等かそれを上回る必要があります。 2205 デュプレックスの標準フィラーは ER2209 (UNS S39209) です。溶接デポジット内でのオーステナイトの生成は、母材金属に比べてニッケルと窒素がやや過剰に合金化された組成によって促進されます。-これにより、急速凝固によるフェライトに有利な効果が補われます。-

ER2594 などのフィラーメタルは、スーパー二相グレード (2507 など) に使用されます。二相母材には、オーステナイト系フィラー (308L や 316L など) を決して使用しないでください。結果として生じる溶接部は不適切な腐食特性を持ち、亀裂が生じる可能性があります。

2. 入熱の制御
移動速度、電圧、電流はすべて入熱に影響します。二相ステンレス鋼の推奨入熱範囲は、通常、1 ミリメートルあたり 0.5 ～ 2.5 キロジュールです。入熱が高すぎると冷却が遅くなり、シグマ相が形成されフェライトが粗大化する可能性があります。入熱が低すぎると、不完全な溶融や過剰なフェライトが発生する危険があります。

2205 チューブのガスタングステンアーク溶接 (GTAW) は通常、0.5 ～ 1.5 kJ/mm を目標とします。パス間温度が厳密に制御されている場合、パルススプレー転写を使用するガスメタルアーク溶接 (GMAW) では、多少広い範囲 (最大 2.0 kJ/mm) が許容される可能性があります。

3. 温度インターパス
パス間温度-次のパスに先立つ溶接領域の温度-を 150 度未満、最初のパスでは 100 度未満に保つ必要があります。高いパス間温度によって熱が蓄積され、冷却時間が長くなり、シグマ相の析出が促進されます。壁が薄い（たとえば 2 ～ 3 mm）チューブの場合は、パス間の自然空冷で十分な場合があります。厚い部分の場合は、強制空冷またはパス間の待ち時間をさらに長くする必要があります。

4. バックパージとシールド
二相ステンレス鋼溶接の溶接面と根元側の両方を周囲の酸素から保護する必要があります。チューブの溶接について：

1 ～ 3% の窒素を含むアルゴンが一般的な主シールド ガスです。オーステナイト安定剤である少量の窒素をシールド ガスに添加すると、溶接金属の意図した位相バランスを維持するのに役立ちます。

バックパージ: ルートビーズの酸化を防ぐために、純粋なアルゴン (または 2 ～ 5% の窒素を含むアルゴン) がチューブの内部からパージされます。酸素汚染によって生成される酸化クロムスケールは、クロムの枯渇と耐食性の低下を引き起こします。

5. 溶接方法と手順
二重管の場合、パルスアーク法 (パルス GTAW またはパルス GMAW) が使用されます。

熱入力を減らすには、高いピーク電流の後に低いバックグラウンド電流を使用します。

溶接池の管理を強化し、狭い壁での溶損の可能性を減らします。{0}}

より均一で微細な微細構造を作成します。

入熱量を増やし冷却を遅くする幅広の織りビードを使用する代わりに、ストリンガー ビード (織り込みのない直線パス) を手動溶接に利用します。

-溶接後の洗浄（酸洗と不動態化）は重要なステップです
たとえ入熱が理想的であっても、熱色合い（酸化スケール）が溶接部の表面および周囲の HAZ に現れます。クロムは酸素と優先的に相互作用し、下にある金属のクロムが少なくなるため、この酸化物層はクロムが枯渇します。-。塩化物使用における孔食と隙間腐食は、この欠乏領域で容易に開始されます。

溶接後の洗浄が必要です。効率的な方法は 2 つあります。

薬品除去（酸洗い）
ペーストまたは酸洗い浴: 加熱ティントを溶解し、硝酸 (HNO₃) とフッ化水素酸 (HF) の溶液を使用してクロム-劣化層を除去します。酸洗ペーストをチューブの溶接部と熱影響部に塗布し、所定の時間（15 ～ 60 分など）放置した後、水で完全に洗い流します。{2}}

浸漬酸洗: 特別な装置が必要ですが、小さなチューブアセンブリまたはスプール部品を加熱した酸洗槽に浸漬する方がより均一です。

機械的洗浄後の不動態化
研削またはブラッシング: 細かい研磨パッドまたは非金属ブラシ（二相鋼のみに使用され、炭素鋼には決して使用されないステンレス鋼ワイヤー ブラシなど）を使用して、熱による色合いを除去できます。{0}埋め込まれた鉄粒子を残さずに、着色層全体を研削して除去する必要があります。

不動態化: 不動態酸化クロム コーティングを復元するには、機械的洗浄後に硝酸またはクエン酸溶液を表面に塗布します。単独で研磨すると金属が汚れて表面の保護力が低下する可能性があるため、この手順は非常に重要です。

適切な酸洗いの後、良好な溶接部は腐食を通さないため、溶接部と HAZ は親管と同じ外観と耐食性を持つはずです。熱による色合いが続く場合、溶接部分が最初の故障点となります。

溶接品質検証のためのフェライト測定
磁気誘導装置であるフェライト スコープを使用して溶接金属と HAZ のフェライト含有量を測定し、溶接プロセスが適切な位相バランスを維持していることを確認します。二相ステンレス鋼の場合、多くの場合、フェライト含有量 30 ～ 70% (オーステナイトのバランス) が許容されます。多くのスペックは 40 ～ 60% を目指します。

強度は過剰なオーステナイトによって低下します。これは 30% 未満の値で示されます。

過剰なフェライトは 70% を超える値で示され、靱性が低下し、シグマ相の存在を示唆する可能性があります（シグマは非磁性ですが、シグマが発生するにつれてフェライトの割合は減少します。異常に低い、または一貫性のないフェライトの読み取り値が手がかりとなる可能性があります）。

重要な用途では、溶接クーポンの微細構造分析 (金属組織学) を行って金属間相を検出​​する場合があります。フェライト粒子内では、シグマ相が針状またはブロック状の析出物として現れます。

典型的なエラーとその防止方法
ミスの結果を防ぐ
308L または 316L の溶加材を使用すると、溶接に亀裂が発生しやすく、耐食性が低下します。常に適合する二相溶加材 (2205 の場合は ER2209) を使用してください。
過熱 (2.5 kJ/mm 以上) 低い PREN、脆化、シグマ相の析出入熱を決定し、パルス アークを採用し、速度制限を設定します。
パス間温度が 150 度を超える 熱の蓄積によりシグマが発生する 測定には熱電対を使用してください。パスの間に冷ましてください。
チューブルートバックパージなしクロムの枯渇、ルートビードの酸化、隙間腐食パージにはアルゴンまたはアルゴン-窒素の組み合わせを使用します
ヒートティントをそのままにしておくと、溶接端で局所的な腐食が始まります。機械を使用して酸洗または不動態化します。
砥石車または炭素鋼ブラシの使用。ガルバニック腐食は鉄汚染によって引き起こされます。理想的には二相専用の特殊なステンレス鋼工具を使用してください。
認定および溶接手順仕様 (WPS)
あらゆる産業用途については、ASME セクション IX、AWS D1.6、または ISO 15614 などの規定に従って、正式な溶接手順仕様 (WPS) を作成し、認定する必要があります。二相ステンレス鋼管の WPS には、次のことを明確に記載する必要があります。

母材の厚さの範囲とグレード。

溶加材の分類 (例: ER2209)。

GTAW、GMAW、または SMAW 溶接技術。

シールドガスの組成と流量。

ガスとバックパージの技術。

熱入力範囲と電気的パラメータ (電圧、電流、移動速度)。

最大 150 度などの温度制限を超えます。

周囲温度が 5 度未満でない限り、通常、両面印刷の場合は予熱は必要ありません。

ペーストの酸洗い、浸漬、または機械的 + 不動態化は、溶接後の洗浄方法です。-

フェライト含有量の許容基準 (溶接金属中のフェライト 30 ～ 70% など)。

認定試験の例としては、引張試験、曲げ試験、腐食試験 (ASTM G48 に準拠した塩化第二鉄孔食試験など) があります。チューブの溶接部には、渦電流検査または静水圧試験も必要になる場合があります。

現場溶接に関する考慮事項
環境制御がより難しいため、現場での二重管の溶接（たとえば、結合や修理のため）は工場での溶接よりも困難です。{0}}以下に特に焦点を当てる必要があります。

シールドガスの妨害を防ぐためにガスレンズとスクリーンを利用することは、ウィンドシールドとして知られています。

温度監視: 接触型高温計または赤外線温度計を使用してパス間の温度を測定します。

パージ: 直径の大きなチューブの全長を空にするのは現実的ではない場合があります。-代わりに、膨張可能なゴム栓で作られた限定的なパージダムを利用することができます。

酸洗い: 近くの機器への流出を防ぐために、フィールド酸洗いペーストを慎重に塗布し、中和する必要があります。

結論として、素材の品質はそれを扱う人の手によって決まります。
二相ステンレス鋼管の場合、悲惨な耐食性の低下を防ぐためには、適切な溶接技術を選択することが重要です。過剰な入熱、高いパス間温度、不適合な溶加材、またはクロム-の劣化した熱色合いの存在はすべて、二相鋼に強度と耐孔食性を与えるバランスのとれたオーステナイト-フェライトの微細構造を損なう可能性があります。溶接ゾーンは、入熱 (通常 0.5 ～ 2.5 kJ/mm)、150 度未満のパス間温度、2205 母材用の ER2209 フィラー、不活性バック パージ、および溶接後の厳密な酸洗いを制御する系統的なプロセスのおかげで、母管と同じ耐食性能を維持します。-成功はフェライト測定 (フェライト 30 ～ 70%) によって確認されます。適切に行われた溶接は腐食を受けません。-素材の良さは、それを繋ぐ人の手によって決まります。