ステンレス鋼304および316の溶接：溶加材、入熱および不動態化

溶加材の選定

基本原則は、ひとつ上位の鋼種で溶接することです。

• 304/304Lは308L溶加材で溶接します。
• 316/316Lは316L溶加材で溶接します。これには孔食抵抗を維持するために必要なモリブデンが含まれます。
• 異種継手（304と炭素鋼）には、309Lのような過合金化した溶加材を用います。

「L」が重要です。溶加材の炭素は0.03%以下に保たれ、溶着金属自体が鋭敏化に抵抗します。母材が通常の304または316（Lでない）場合、L鋼種の溶加材を用い入熱を管理することが溶接金属を守る主な方法です。

入熱と鋭敏化

およそ450 °Cから850 °Cの間では、クロムが炭素と結合して粒界に炭化物を形成し（鋭敏化）、クロム欠乏域が残って優先的に腐食します（溶接腐食、ナイフラインアタック）。したがってステンレス鋼の実務は炭素鋼とは逆の方向に進みます。

• 入熱を低～中程度に保ってください（一般におよそ0.5–1.5 kJ/mmの範囲で、プロセスにより異なります）。
• 層間温度を制限し、通常およそ150 °Cまでとしてください。
• 広いウィービングではなくストリンガービードを用い、パス間で継手を冷却してください。

オーステナイト系ステンレス鋼は熱伝導も悪く、炭素鋼よりおよそ半分強多く膨張するため、変形管理（バランスの取れた溶接順序、バックステップ溶接、適切な固定）は後付けの配慮ではなく手順の一部です。

技法上の要点

• シールド：配管および薄板溶接のルート側では、ルートが数ミリメートルの金属で封じられるまで不活性バックシールドガス（アルゴンパージ）が必要です。酸化しシュガー状になったルートは耐食性と疲労性能が劣ります。
• 清浄度：ステンレス鋼専用のブラシと研磨材を使用してください。共用した炭素鋼用工具からの鉄汚染は埋め込まれて錆びます。溶接前に脱脂してください。
• 近くで炭素鋼を研磨する作業台としてステンレス鋼部品を決して使わないでください。研磨粉による汚染は、謎の錆び斑点の一般的な原因です。

溶接後：清掃と不動態化

溶接後にはヒートティントが残ります。これはクロム欠乏した酸化皮膜で、麦わら色から青色までの色が、その下の耐食性低下を示します。腐食環境向けでは、ティントと欠乏層を取り除かなければなりません。

1. 機械的清掃（ステンレス鋼ブラシ掛け、細かい研磨材）を軽作業向けに行います。
2. 酸洗いを硝酸／フッ化水素酸のペーストまたは浴で行い、表面を完全に復元します。
3. 硝酸またはクエン酸による不動態化（ASTM A967の実務に準拠）は、すでに清浄な表面上にクロム酸化皮膜を再構築します。不動態化は洗浄ではなく、厚いティントやスケールは除去しません。

正しく溶接、清掃、不動態化された316継手は、耐食性能において母材と区別できないはずです。溶接後の工程を省くことが、そうならない通常の理由です。

一般的な欠陥とその原因

• 気孔：ほぼ常に対汚染が原因です。継手面の水分、グリース、塗料もしくは亜鉛、またはシールドの問題（ガス被覆の喪失、隙間風）です。ステンレス鋼は、溶融池が汚れた表面を炭素鋼より許容しないため、汚染による気孔が早く現れます。
• シュガー状ルート：バックパージ不足により、ルートが酸化して粗く黒ずんだ、腐食しやすい表面となり、外側からは修復できません。
• 割れ：304/316自体ではまれです（溶着金属中に少量のフェライトを含むオーステナイト組織が凝固割れに抵抗します）が、異種継手で誤った溶加材を用いた場合や炭素汚染が溶融池に入った場合は実在するリスクです。これも専用工具と清浄なワイヤが必要な理由です。