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ステンレス鋼の溶接焼け
- ステンレス鋼の溶接焼けについて、ステンレスワイヤーブラシを使用した焼け取りは適切ではないことが分かりました。ステンレスの成分のほとんどが鉄であり、溶接焼けを防ぐためには不動態化処理が重要です。
- ステンレスの溶接焼け取りには、電解処理や酸洗いが必要です。最近では安全で強固な不動態膜処理ができる装置も開発されており、中性電解法や弱酸性電解法がおすすめされています。
- ステンレスの錆に関しても注意が必要です。溶接時のスパッタや火の粉が隣のステンレスに付着すると耐蝕性が損なわれ、サビや錆びが発生することがあります。ステンレスの取扱いには十分な注意が必要です。
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回答(2)の再続きです。引用があるので別回答にしました。 「ステンレスブラシ」ならば問題はないのか。 鉄ブラシは「もらい錆」などの問題で論外なのは明確ですが、ステンレスブラシはどうか。質問引用のサイトでは問題ないような説明がされていました。一方文献(H)図3によれば、ステンレスブラシでは何の改善にもならず、少なくとも#600エメリ研磨が必要としています。どうも鋼種や腐食条件によって結果が異なるようです。 「不動態化処理は命」?(再度) 回答(2)で述べたように鋼材では言いませんが、溶接の世界では言われているようです。熱間加工や溶接により低下したオーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を回復する最も良い方法は、再度固溶化処理をすることです。溶接でも文献(I)の「溶接後熱処理」をすることもありますが、それすら不可能なことも多々あるはずです。そのような場合に、少しでも改善するために「不動態化処理が命」とされているのではないでしょうか。小生は溶接作業については素人のため、詳しい人にコメント頂けると助かります。 16日8時台の質問追記に気付きませんでした。 ケミカル山本の説明。少し恣意的です。写真33-5と33-6は同じものだし、写真33-8以外は二番の外側の母材部分にもかなりピットが生成しているのに、33-8だけは生成しておらず、腐食条件が同一には思えません。 ケミカル山本の回答に基づいて試験結果を評価してみます。 前提。 a)写真にはビード、二番、母材が写っている。 b)ブラシや液処理は写真全体に施されている。 結果評価。 1)未処理材の母材部にも多数のピットが発生しているので、腐食試験条件は通常の不動態被膜では耐えられないほどの強い条件である。 2)NEO#100Aにより生成される強力な不動態被膜は、その強い腐食条件にも耐えられる優れたものである。 3)鉄ブラシとSUSブラシの二番部のピット発生は同等である。 しかしこれをもって、SUSブラシの意味が無いとは言えません。なぜならブラシにより母材と同等の耐食性にまで回復していたとしても、腐食条件が強すぎて母材にもピットが同様に発生しているからです。この試験条件では、溶接焼けの回復としてブラシが有効かどうかの判定はできず、結果はNEO#100Aの効果を強調するものであって、鉄ブラシとSUSブラシの比較試験にはなっていない言えます。 4)フッ硝酸処理の二番部にブラシ処理よりも多数のピットが生成している。 これは「溶接焼けの除去にはブラシでは不十分で、酸処理をするべきである」との質問者の指摘とは逆の結果になっています。この点については、フッ硝酸の処理条件の適正かどうかの検討が必要と思われます。文献を読むと、ブラシでは酸化物が除去されるだけなのに対し、酸処理ではスケールの下地のCr欠乏層も除去されることが不動態被膜の回復に有効な理由になっているとも考えられますので、今回の試験条件がそのようになっているかどうかだと思います。 訂正。 「4)フッ硝酸処理の二番部にブラシ処理よりも多数のピットが生成している」を「4)フッ硝酸処理品だけが他の部分に比べて二番部に集中的にピットが生成している」に訂正。
その他の回答 (4)
今回は溶接と離れて、質問追記にある「ステンレス鋼の錆」について説明します。 ステンレス鋼は炭素鋼や低合金鋼(以下「鉄」と呼ぶ)に比べ化学薬品などに対して高い腐食抵抗を有しており、これを「耐食性が高い」と表現し、腐食により生成する物質を腐食生成物と呼びます。 「錆(または銹)」も腐食生成物の一種ですが、一般には薬品により発生するものではなく、通常の屋内屋外環境程度で発生するものととらえられています(厳密は定義はないが)。この場合は「耐食性」ではなく、「耐候性(または耐大気腐食性)」と呼んでいます。なお錆とは文献(J)2項に詳しく説明されているように、鉄の酸化物ではなくFeOOHやFe(OH)2などです。 もちろんステンレス鋼は鉄に比べい高い耐候性を有していますが、錆を発生することもあるため、その発生機構が研究されています。 鉄では全面に容易に錆が発生(全面腐食)するのに対し、ステンレス鋼には不動態被膜があるために全面腐食は起こらず、汚れや異物(砂、すす、など)が付着した部分のみに「隙間腐食」が、あるいは海水飛沫が付着した位置のみに「孔食」が発生します。その際には湿度や、湿潤と乾燥の繰り返しが大きく影響します。文献(K)5項や文献(L)に詳しい説明があります。 錆発生を抑制するには、文献(L)のまとめにあるように、錆、汚れ、付着物を除去することが必要であり、研磨により新生表面を作ることは得策ではないことが述べられています。 また文献(M)には、海水飛沫が付着した場合の孔食の原因物質は、NaClではなくMgCl2であることが指摘されています。 訂正。 「耐候性(または耐大気腐食性)」を「耐候性(または耐大気腐食性、耐銹性)」に変更します。
回答(2)の続きです。引用があるので別回答にしました。 「母材と溶接部よりも、遥かに溶接二番での錆が多い」。 この原因は、回答(1)への補足で述べられていた、HAZでのCr炭化物の粒界析出による耐食性の低下です。溶接応力で加工誘起マルテンサイト変態が起こることはないと思います。 「傷部分でも誘起マルテンサイト変態から錆が発生。 この件については、二つの観点が考えられます。 1)加工誘起マルテンサイトで耐食は劣化するのか。 文献(E)図2にグラインダーをかけた部分が錆びており、この原因をマルテンサイト変態によるとしています。しかし耐食性は基本的には成分が支配しており、結晶構造の影響は小さいので、マルテンサイト変態により耐食性が劣化するかどうかは微妙です。文献(F)では冷間加工により特定の耐食性の劣化が認められ、その原因を「マルテンサイト変態の不安定化」と推測しているものの、さらなる検討が必要としています(図11の下)。 文献(G)7.4項に詳しい解説があります。マルテンサイト変態により耐食性は少し低下するものの、弱い腐食環境ではほとんど影響はないと説明しています。 つまり湿潤大気中での錆ならば、マルテンサイト変態が原因ではないと考えられます。 2)「傷」が腐食の原因。 文献(G)図15にあるように隙間は「隙間腐食」の原因になります。鋭い傷でも同様です。簡単に言えば、隙間の内部では酸素供給がないため不動態被膜の再生ができずに耐食性が劣化します。 訂正。引用文献を間違えました。 「文献(G)7.4項に詳しい解説があります」の文献は(G)ではなく、下記の「7.ステンレス鋼の利用と加工技術」でした。 https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsms1963/27/296/27_296_488/_pdf
補足
＞ この原因は、回答(1)への補足で述べられていた、HAZでのCr炭化物の粒界析出による耐食性の低下です。溶接応力で加工誘起マルテンサイト変態が起こることはないと思います。 ・・・私も全く同じ意見なのですけどねぇコノへんは ＞「傷部分でも誘起マルテンサイト変態から錆が発生。」 ＞＞文献(G)7.4項に詳しい解説があります。マルテンサイト変態により耐食性は少し低下するものの、弱い腐食環境ではほとんど影響はないと説明しています。 つまり湿潤大気中での錆ならば、マルテンサイト変態が原因ではないと考えられます。 ・・・「弱い腐食環境」というのがどの程度なのかという疑問が生じるのだが 加工誘起マルテンサイト部と平常部分と比較すれば明らかに錆び易くなること は経験上、知られていることだろうと思います。 先にも述べた海沿いの地域という「強い？腐食環境」では確実に錆びています
溶接作業については素人のため、溶接焼けの除去方法についてこのような話があることを初めて知りました。勉強になります。 溶接焼けは当然酸化現象と考えられます。ステンレス鋼の大気中高温酸化膜はCrの酸化物ではなく、表層側はFe酸化物(一般鋼と同じ)、その下にFe-Cr酸化物、その下にCr酸化物とされています(組成、温度、時間により異なる)。酸化膜は酸化の進行を抑制する効果がありますが、不動態被膜とは異なります。これを残したままにすると、不動態被膜生成の妨害、酸化物層内の孔に腐食液が濃化、生地と酸化物層間の隙間腐食、などにより耐食性が低下します。 引用された「Cr炭化物」は表面に生成するのではなく、内部の結晶粒界に析出します。表面にもその断面が現れますが、表面に集中して生成するわけではありません。溶接焼けとは別物です。 溶接焼けは高温酸化被膜よりは薄く、テンパカラーよりは厚いと考えられます。また短時間で生成することから、Crを含有するもののFeが主体の酸化物と推定されます。 溶接焼けを鉄ワイヤで除去すると、酸化物屑やワイヤ屑の付着、ワイヤ傷などが腐食の原因になります。ワイヤ屑の付着は回答(1)のもらい錆にもなります。文献(A)「ステンレス建築構造物の溶接施工」4.5項では、その後でペーパー研磨などでの仕上げをすることを要求しています。ワイヤ屑ではありませんが、文献(B)「無塗装鉄道車両の外板」に、鉄粉が付着した場合の錆の発生が説明されています。 質問で引用された溶接焼けの説明では、「ステンレスワイヤ」を使用すれば問題ないように書かれていますが、実際はどうなのかは判りません(ステンレスの種類にもよるので)。 「不動態化処理が命」? 「不動態被膜が命」なら納得しますが、「処理が命」は違うと思います。回答(1)にあるようにステンレス鋼では不動態被膜が壊れてもすぐ再生するのが特徴のはずです。文献(C)「ステンレス鋼のパッシベーション」にあるように、ステンレス鋼には「自己不動態化」作用があります。 JISステンレス鋼材の製造方法には「不動態処理」は全くでてきません。しかし酸化スケールを酸洗で除去することになっており、これが不動態化とも言えますが、正式な不動態化処理とは異なります。この点については文献(C)の3項の頭に描かれています。 JISの中にはステンレス鋼の不動態化処理を挙げているものもあります。例えばJIS-B1047「耐食ステンレス鋼製締結用部品の不動態化」では、不動態化の定義を「自然に生じる高濃度Cr酸化被膜の厚さを増加させる処理」としています。その他に、ステンレス鋼の耐食性試験の中で、不動態化被膜が不完全なことが結果に大きく影響する試験では、試験片の作製方法によっては試験前に不動態化処理することを規定しているものもあります。 ステンレス鋼でも、条件によっては、もちろん錆ます。文献(C)や文献(D)「屋外のSUS304に発生した赤さび」を参照して下さい。
補足
大変、興味深い文献を紹介して頂きまして、感謝致します。ありがとう御座い ました。 ＞表層側はFe酸化物(一般鋼と同じ)、その下にFe-Cr酸化物、その下にCr酸化 物とされています ・・・乾式？で、いきなり、ステンレス・ワイヤーブラシで擦って溶接焼けを 落とそうとすれば”表層のFe酸化物”を母材内部に喰い込ませることになると 思うし、実際にも孔食というのか錆が点在して発生することが確かめられます どの文献だったか、不動態化処理の後にステンワイヤーブラシとありますね？ 先の文献(C）などは特に興味を引かれましたが、酸洗いも濃度を変えてする迄 は考えて居ませんでしたし、同じSUS304であろうと介在物の量を考慮したり、 仕上げ酸洗いという話などは聞いたことは在りましたが此のように詳細な文献 を見ることが出来て大変勉強になったと同時に自分の知識の浅さを痛感した。 戻って、質問の内容が余りに大雑把過ぎましたので範囲をもっと絞り込みます 構造物でのCO2半自動溶接は厚板の場合なので、ここでは考えないことにする 材質は一般的なSUS304とし配管材TP-A Sch10s の板厚t3のArガスTIG溶接にて 溶加棒TIG308φ2.4(配管内部はガスシールドされているとし外面のみ考える） 母材と溶接部での錆の発生よりも、遥かに溶接二番での錆が多いから、組織の 変態による錆の発生が主原因であると思われますが？ 更に溶接以外でもブレーキ・プレスによる傷部分でも誘起マルテンサイト変態 から錆が発生し易くなりますが、このようになった部分の錆は仕方がないので ステンレスであっても、先の文献にもあるようにメッキや塗装も考える必要も ありますね。どうも一般的にステンレスは錆びないという固定観念があります ので塗装するということには、私自身も幾分か抵抗感がありますねぇ・・・
熔接協会の資料で鉄ワイヤブラシの『もらい錆』は本当にあると思います。 かといってステンレスブラシは柔くて擦り取れない。 不動態は傷ついてもクロムが染み出して酸化し回復するはず。 駄目なら酸に漬ける『パッシベート処理』をする。 にしても熔接焼け取りは少し実体験したが厄介な作業ですよ。 電解装置が最良。なければ危険な薬品に頼り廃液流すのは間違いなく法違反。 ブラストも様々に問題あり。 焼けたままは本来の酸化クロム膜でなく鉄錆の混合物なので錆を誘発するから放置できない。。。。であったハズ? “硝”はまだしも“フッ”が怖いのです。 真っ当な処理は、余程な規模でないとやらずに集めて業者委託するはず。 人体への危険性も充分に認識しないまま、使った廃液をタレ流すことが横行する。 槽に浸して処理できない大型品や現地施工が多いから余計に難しくなると思います。 決定打と銘打つものが次々に出るのは決定打になってない証拠かと。
お礼
回答ありがとう御座います。ハイボール2杯でもうぅヘベレケ状態に近いですｗ そうですねぇ鉄ワイヤブラシ等を使う輩などは破門してやりたいくらいですな ＞不動態は傷ついてもクロムが染み出して酸化し回復する これは目に見えないバリヤのようなモノなので何とも確認は出来ないのですが 私は酸を付けてCr酸化物である溶接ヤケを溶かして流しとる以外にないと思う ステンレス・ワイヤーブラシで在っても鉄合金であるし鉄が殆どなのである。 従って経験者ならば分るのだがステンレス・ワイヤーブラシで在っても酸化Cr を綺麗に除去するどころか内部に迄、喰い込ませることになり好ましくないし 現実に電位差を生じるから、結局の所、間違いなく錆が発生し易くなるのです ＞にしても熔接焼け取りは少し実体験したが厄介な作業ですよ。 私は此の材質に関してはプロモドキなのでw実際に自身でも経験しているがー ＞電解装置が最良：作業性としてはそうだが、個人的見解としてはぁ酸洗いが 最も良いと思っている。手間というか中和するのも面倒なのだが最良だろう？ 不働態皮膜は目に見えないだけに最も気をつけなければステンレスというのは 綺麗なお姉さんを扱うように、もっと優しく神経を使うべきだと私は思うんだ 設計でもそうなのだが、手間を掛けても慎重にやらねばならない部分を外すと 大抵の場合は、そのしっぺ返しは掛けた先の時間の何倍にもなって不具合とし て却ってくると私は信じている。丁寧かつ迅速で正確な仕事を心掛けたいです うぃー、はいぼーるぅだじじぇじぇいいえぇえええい vbvvv 酸洗いの一般的な「硝酸+弗酸」の弗酸がフッ化水素でフッ素が入っているんだ 知らないとはいえ余りにも無知過ぎでした。。。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%83%E5%8C%96%E6%B0%B4%E7%B4%A0 となれば溶接焼けの決定打というものは、今の所は存在していないという事？ 先の黒猫さんの文献を読めば読む程にステンレス鋼の難しさと溶接の後処理の 難しさと深さが分かりはじめました。「電解装置が最良」と言われましたが、 文献を読む進むほどに、「酸洗いが最良」なのは分かったがフッ素に代替する ものが出ない限りステンレスの溶接部の腐食性が母材よりも随分落ちることを 覚悟しなければならないし、その「酸洗いが最良」でも時間や鋼種などにより 難しさもあることを改めて知らされました。何と奥深く難しいものでしょうか
補足
昨晩は酔っぱらってしまい何とも恥ずかしい投稿をしてしまい反省しています ”Cr酸化物である溶接ヤケ”☓→「Cr炭化物である溶接ヤケ」○ 頭と手、いや考えていることと表現がマッチしてませんでした。失礼しました ※↓詳しくは・・・WEBで オーステナイトステンレス鋼の溶接熱影響部 http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0110020220 ”電解装置が最良。なければ危険な薬品に頼り廃液流すのは間違いなく法違反。” ・・・ 「危険な毒劇物を使用する酸洗法よりも中性電解法または、弱酸性電解法をお薦めします。」 これは電解装置メーカーサイトでの話だから鵜呑みにする訳には行かないです 昔からある酸洗いの廃液は中性化してから流すということになっていますので そのまま流すような業者ならば確かにそうだが3流メーカーでも其れはしない また、電解装置の弱点も当然存在する訳ですから最良かどうかの裁量は技術者 がするしかないだろう。 知っているようで深層真理まで知らないから色々なミスを平気で犯してしまう まづ現場の人間よりも上に位置する技術者が分り易く丁寧に説明できるだけの 知識と教養を身に付ける必要性を強烈に感じました。。。勉強不足でした。。 「自然界にフッ素の単体が存在」 http://hyper-chemistry.blog.so-net.ne.jp/2012-10-10 人体にどれ程有害というよりも致死量なんて聞くと恐ろしいものです・・・ 「フッ化物の基礎知識」 http://www.ishikari.pref.hokkaido.lg.jp/hk/cth/grp/02/Taro-fukka_kisotisiki.pdf ・・・まぁ歯磨きメーカーは人体に安全ということを言うでしょうね・・・ 「電解装置が最良」と言われましたが、何と↑の電解装置メーカーにあっても 溶接2番部分の孔食防止用として電解液にフッ化水素を使っているのだそうです 「NEO＃１００Aは原子力向けを意識してハロゲン元素を入れていませんが、 それ以外の電解液にはフッ素化合物を配合しています。」 http://www.chemical-y.co.jp/faq/q20.html 溶接焼けが取れ易く溶接2番の孔食(対粒界腐食性）を高めるには矢張り酸洗い で使われる硝酸+弗酸(フッ化水素）による、Crカーバイドを優先して溶化する のが最良なのでしょうね。っということで未だに決定打を研究中なのだろう。 ↑「Crカーバイドを優先して溶化する」溶化☓→溶解○だろうと今、気づいた
お礼
貴殿の言うことは全てが勉強になります。投稿がありがたく刺激になります。 ＞ステンレスブラシでは何の改善にもならず、少なくとも#600エメリ研磨が必要 実際の現場では、ステンレスブラシよりもスコッチ・ブライトを使用すること の方が多いのではないか？何故か理論までは解りかねるのだが(ここがネック) 経験則で錆難さを知っているからではないだろうかと思われます。 私はどうもステンレスブラシで酸化鉄や不純物が析出した部分まで擦り込んで しまって錆易くなるようなイメージが離れませんので後者派というのか。嫌、 電解式や旧来・酸洗い+ステンレスブラシの後にスコッチ・ブライトなのかな ＞「不動態化処理は命」?(再度) 溶接の熱により、常温でオーステナイトに保たれていたものがフェライト生地 混じりになるのか分からないのだが、どうやっても元の錆び難い母材よりも 錆易い状態になるからこそ固溶化熱処理というのであろうかと思います。 それと電位差による腐食（電蝕？）というのがとっても気になりますね。 ＞溶接でも文献(I)の「溶接後熱処理」をすることもあります 一般的にはしないですね。特にオーステナイト系ステンレスでは話は聞くが、 まぁしないでしょう。怖くて出来ないという意味もありますか。。。鋭敏化と いうのかな600や800℃の熱処理は製品をオシャカにしてしまうのが非常に怖い ・・・話をステンレスのグラインダー掛けに移します。 グラインダー掛けにより酸化して火の粉になったものが隣の健全な母材に当り 後日、錆がものの見事に出てしまった経験を持つ（同様に海岸の近くですが） この火の粉の成分は鉄の酸化物が多いであろうというのは予想がつくのですが これが溶接部であっても母材に火の粉が当たれば更に錆易くなるだろうと思う 経験上、ステンレスは非常に扱いが難しい(錆を一切生じさせないと思えば） 余りに安易に扱っている製造工場が多い(自社を含め）のである。 敵を知り己を知ることは非常に大事だと思います。 更にスレンレスのことを知りたいです。