July 8, 2025
異種ステンレス鋼、具体的には2205デュプレックスステンレス鋼と316オーステナイト系ステンレス鋼を溶接できるかどうかという疑問は、製造とエンジニアリングにおいてよくある質問です。 簡潔に言えば、はい、2205と316を溶接することは可能ですが、健全で耐食性のある接合部を確保するためには、異なる材料特性、潜在的な課題、適切な溶接手順と消耗品の選択について慎重に検討する必要があります。
このような溶接を試みる前に、これら2つのステンレス鋼グレード間の基本的な違いを理解することが不可欠です。 グレード316は、モリブデンを含むオーステナイト系ステンレス鋼であり、特に塩化物を含む環境での優れた耐食性と良好な溶接性で知られています。 その微細構造は主にオーステナイトで構成されており、これは面心立方晶構造であり、延性と成形性に貢献しています。
一方、グレード2205はデュプレックスステンレス鋼であり、その微細構造は、オーステナイトとフェライト（体心立方晶構造）がほぼ等しい割合で混合されています。 この二相構造により、2205は316よりも強度（降伏強度は約2倍）、応力腐食割れ（SCC）に対する耐性、および孔食と隙間腐食に対する耐性において大きな利点があり、良好な溶接性も維持していますが、一般的にオーステナイト系グレードよりも制御された溶接パラメータが必要です。
2205と316のような異種金属を溶接する場合、それらの化学組成と物理的特性の違いは、適切に対処しないといくつかの潜在的な問題を引き起こす可能性があります。 これらの課題は主に以下に関係しています。
1. 不所望な金属間相の形成: 2205のようなデュプレックスステンレス鋼は、高温に長時間さらされると、シグマ相、カイ相、ラベス相などの脆性金属間相が形成されやすくなります。 特に650〜950℃（1200〜1740°F）の温度範囲では、デュプレックス同士の溶接中にこれがより懸念されますが、異種溶接中の入熱は、注意深く制御しないと2205の熱影響部（HAZ）での形成を促進する可能性があります。
2. 異なる熱膨張: 2205と316は、わずかに異なる熱膨張係数を持っています。 溶接中、異なる膨張と収縮は、溶接部に残留応力を誘発し、特に厚い部分や拘束された接合部では、歪み、割れ、または疲労寿命の低下につながる可能性があります。
3. 溶接金属中のフェライト含有量: デュプレックスステンレス鋼では、溶接金属中の適切なフェライトとオーステナイトのバランスを達成することが、最適な強度と耐食性のために不可欠です。 標準的なオーステナイト系フィラーメタルを使用して2205と316を溶接する場合、得られる溶接金属は、最適な性能に必要なフェライト含有量よりも低い、主にオーステナイト構造になる可能性があり、特に2205側では、接合部の強度とSCC耐性が損なわれる可能性があります。
4. 耐食性: 両方の材料は優れた耐食性を提供しますが、特定の環境でのそれらの特定の耐性メカニズムと性能は異なります。 溶接金属と両方の材料のHAZは、溶接部またはその近傍での優先的な攻撃を避けるために、適切な耐食性を維持する必要があります。 母材による溶接金属の希釈は、その耐食性に影響を与える可能性があります。
2205と316を正常に溶接するには、次の点について慎重に検討する必要があります。
1. 溶接プロセスの選択: ガス・タングステン・アーク溶接（GTAWまたはTIG）、ガス・メタル・アーク溶接（GMAWまたはMIG）、およびシールド・メタル・アーク溶接（SMAWまたはスティック溶接）など、いくつかの溶接プロセスを使用できます。 GTAWは、精密な入熱制御のため、ルートパスと薄い部分に多く使用されます。 GMAWは、厚い部分と充填パスにより効率的です。 GTAWとGMAWの両方におけるパルス電流技術は、入熱を減らし、制御を改善するのに役立ちます。
2. フィラーメタルの選択: フィラーメタルの選択は重要です。 デュプレックスステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の溶接、またはステンレス鋼の異種溶接用に特別に設計されたフィラーメタルを使用することをお勧めします。 一般的な選択肢には以下が含まれます。
ニッケルとモリブデンを増量したオーステナイト系ステンレス鋼フィラー: ERNiCrMo-3（合金C-276）またはERNiCrMo-13（合金625）のようなフィラーがよく使用されます。 これらのニッケル基合金は、幅広い環境で高い強度、優れた耐食性、およびデュプレックスとオーステナイトの両方の母材からの希釈に対する優れた許容性を提供します。 これらは通常、完全にオーステナイト系の溶接金属をもたらします。
過合金化されたデュプレックスステンレス鋼フィラー: わずかに高いニッケル含有量（例：ER2209またはER2594）のデュプレックスフィラーメタルも使用できます。 これらのフィラーは、316母材からの希釈があっても、溶接金属中でよりバランスの取れたフェライトとオーステナイトの微細構造を達成することを目指しています。 ただし、デュプレックスフィラーを使用する場合は、2205 HAZでの過剰な金属間相の形成を避けるために、溶接パラメータと入熱を慎重に検討することが不可欠です。
特定のフィラーメタルの選択は、使用環境、機械的特性の要件、および接合する材料の厚さに基づいて行う必要があります。 溶接材料メーカーおよび関連する溶接コードと規格に相談することを強くお勧めします。
3. 溶接手順書（WPS）: よく定義されたWPSが不可欠です。 これには、次のような詳細が含まれている必要があります。
入熱制御: 2205 HAZでの金属間相の形成のリスクを最小限に抑えるには、低から中程度の入熱を維持することが不可欠です。 パス間温度は厳密に制御し、ほとんどの場合150℃（300°F）以下に保つ必要があります。
溶接技術: 入熱を最小限に抑えるために、一般的にウィーブビードよりもストリンガービード技術が推奨されます。
シールドガス: GTAWおよびGMAWの場合、適切なシールドガス（アルゴンまたはヘリウムまたは窒素を混合したアルゴンベースの混合ガスなど）を使用して、適切な溶接プールの保護を提供し、最適な溶接ビード特性を促進する必要があります。
クリーニング: 溶接継手とフィラーメタルの徹底的なクリーニングは、汚染を防ぐために不可欠です。
4. 溶接後の処理: 2205と316間の異種溶接では、一般的に溶接後の熱処理（PWHT）は推奨されていません。これは、2つの材料の最適なPWHT温度範囲が大きく異なり、一方または両方の材料に有害となる可能性があるためです。 ただし、特定の重要な用途では、慎重な評価の後、低温応力緩和を検討することができます。 溶接後の溶接継手の化学的不動態化は、溶接部の耐食性を回復するのに役立ちます。
結論として、2205デュプレックスステンレス鋼と316オーステナイト系ステンレス鋼の溶接は、慎重な計画、適切なフィラーメタルの選択、および制御された溶接手順を実行すれば、実行可能なプロセスです。 ERNiCrMo-3やERNiCrMo-13のようなニッケル基合金フィラーメタルの使用は、優れた耐食性と母材の違いに対応できるため、一般的で信頼性の高いアプローチです。 ただし、金属間相の形成、異なる熱膨張、フェライト含有量、および耐食性に関連する潜在的な課題を理解することは、高品質で耐久性のある溶接部を達成するために不可欠です。 このような異種溶接作業を行う前に、経験豊富な溶接エンジニアに相談し、関連する溶接コードと規格を遵守することを強くお勧めします。
