鋼材溶接で生じる凝固割れの抑制　No.018

背景
　溶接凝固割れを防ぐことは溶接部の信頼性向上にとって不可欠です。この目的で、溶接部の合金から凝固温度の低下をもたらす金属を減らすなどの方策が考えられてきましたが、実用化には難点がありました。
　凝固割れを防止するには、溶接の過程を詳しく観察し、いつ、どのような物質が生成するのかといった凝固割れ発生のメカニズムを解明し、凝固割れを予測する必要がありました。

成果の詳細
　溶接部位の組織の変化をその場で観察するため、溶接機を持ち込み、微弱な信号を検出できる二次元ピクセル検出器PILATUS*を適用しました。その結果、急冷過程における物質の組織変化をとらえることに成功し、凝固割れを改善する材料設計の指針がつくられました。
　例えば、合金中のニオブと炭素の量を増加させると、ニオブが早くから炭素と化合物をつくります。凝固割れを防ぐには、タイミングよくニオブ炭化物が安定して成長することが重要であることを実際に明らかにしました。

高合金鋼のX線回折パターン

数秒間の急冷過程でニオブ炭化物（NbC）が液相から出現し、安定して成長します。その結果、ミクロ組織が安定になるので、凝固割れが抑制されます。
①いったん溶解して温度が下がり、凝固が始まった瞬間。液相(Halo pattern)からδ相がまず出現します。
②さらに温度が低下すると、γ相が現れます。
③さらに温度が下がると、NbCが出現(晶出)して液相が消滅します。このときγ相のス　ポットとNbCのスポットが一列に並び、組　織的に安定した方位関係が成立します。
④最終的に、γ+σ+NbCの3相になることがわかります。