マルテンサイト系ステンレス鋼
ステンレス鋼とは、定義的には炭素を 1.2 %(質量パーセント濃度)以下、クロムを 10.5 % 以上含む鋼である。含有されるクロムにより、ステンレス鋼の耐食性は実現されている。マルテンサイト系ステンレス鋼で含まれるクロムの量は、11 % から 18 % 程度である。マルテンサイト系の組成の特徴は、高温状態で金属組織が、オーステナイト単一組織、またはフェライトを少し含む二相組織となる点である。高温状態のオーステナイト中に、添加されている炭素が固溶される。このような高温状態から急冷して焼入れすることにより、オーステナイトがマルテンサイト変態を起こし、組織がマルテンサイト組織となる。マルテンサイトには炭素が過飽和に固溶され、組織中に転位が高密度に存在するようになる。これによって、マルテンサイト系の高強度・高硬度が生み出される。
通常は、焼入れ後には焼戻しを行う。焼戻し後のマルテンサイト系の組織は、炭化物が析出した焼戻しマルテンサイト組織となる。組織がオーステナイトになる手前の高温域で焼なましした場合は、炭化物が析出したフェライト組織となる。
マルテンサイト系の組成の特徴として、ステンレス鋼の中ではクロムの含有量が比較的少なく、炭素の含有量が比較的多いという特徴を持つ組成となっている。鉄・クロム系2元状態図を見ると、クロムの含有量が増えるに連れて高温でのオーステナイト組織領域は狭まり、最終的には消失する。
また、溶接過程で含まれる拡散性水素も低温割れの原因となる。拡散性水素による割れは、溶接後ある程度時間が経過して水素が拡散した後に発生するため遅れ割れと呼ばれる。マルテンサイト系はフェライト系ステンレス鋼と比較しても遅れ割れが起きやすい。拡散性水素の侵入を防ぐために、溶接棒の乾燥、乾燥した環境での溶接実施、溶接対象部の清浄などの対策が取られる。
溶接によって低下した靭性を回復するためには後熱処理が行われる。適正な温度は成分によって異なるが、溶接後に 700–800 °C まで加熱・温度保持して後熱処理を行う。後熱処理は拡散性水素による遅れ割れの防止にも有効である。
ステンレス鋼の溶接では普通は母材と同じ成分の溶接材を用いる。ただし、低温割れを避けるために焼入れ硬化性がないニオブを含ませた溶接棒を用いることや、靭性を高めるためにオーステナイト系ステンレス鋼の溶接材料を用いることもある。