溶接におけるスラグと介在物について

Question

スラグとは、酸化物が主体のSiO2やMnOなどで、これは溶接金属に含まれる脱酸剤としてのSiやMnが溶接の際に酸素と反応して生成するものと聞きました。

その目的は、溶接で高温になった溶融金属に酸素が取り込まれてしまうと溶接金属が凝固した際の金属組織に介在物が内在してしまうので、介在物の内在を防ぐため、と聞きました。

ここで質問ですが、
１．ここで言う「介在物」とは、SiO2やMnOも該当しますか？
２．スラグの成分はSiO2やMnOなどで間違いないでしょうか？
３．スラグ自体が、良くないと言っている介在物と同じ成分だとすれば、溶接金属に含まれるSiやMnは、入れてはよくないものではないのでしょうか？
（わざとSiO2やMnOなどを作るために溶接金属にSiやMnを入れているようですが、これはよいのでしょうか？）
４．スラグは凝固組織に内在されないのでしょうか？

素人なもので、質問内容におかしなところがあるかも知れませんが、分かる方、教えてください。
よろしくお願いします。

Accepted Answer

古い質問ですが、質問者の質問履歴5件を見ると、いずれも初心者として的を得た質問なので(但し質問後の対応は褒められないが)、投稿する気になりました。

教科書やサイトの説明はどうしても項目別になっているため、初心者がいだく複数の項目に跨る疑問への直接の答えは見つけにくいものです。例えば今回の質問には「製鋼スラグ(製鋼炉の中)」と「溶接スラグ」の違い、脱酸について説明しないと的確な答えにならないようです。

1.への答え。NO。ここが疑問を解く要。
SiO2やMnOは介在物の一部ですが「ここで言う介在物」ではありません。Si・Mnを含まない溶鋼は多量の酸素を溶解します(溶鉄には最大1.6%の酸素が溶解します)。それが凝固すると、鋼の酸素溶解度が激減するために、酸素は鉄と結合して鉄酸化物、つまり「ここで言う介在物」になります。その結果、鉄酸化物系介在物を多量に含む汚い鋼になってしまいます。

2.への答え。YES。
Si・Mnを含む溶鋼では、溶鋼中の酸素はSi・Mnと結合し、溶鋼の中で固体のSiO2・MnOになり、溶鋼から浮上分離して溶鋼上面にスラグとして浮きます(回答(4)URL参照)。

3.への答え。NO。
スラグと介在物(悪者)が同じものであっても、脱酸することによりスラグが生成するのですから、スラグは悪者ではありません。浮上せずに、スラグになりきれなかった酸化物が介在物になるのです。ですから1.でも述べたように、SiやMnのような脱酸元素を、わざと添加することが必須です。

4.への答え。No。
3.でも述べたように、内在した方は介在物であり、スラグではありません。但し下手なことをすると、浮上したスラグを溶鋼内に巻き込んでしまうことがあり(例えば鋳型注入時など)、「スラグの巻き込み」という欠陥になります。

なお上記1.から4.の説明は製鋼工程やTIG溶接での話です。
被覆棒溶接では、被覆剤にSiやMn以外の成分が含まれており(脱酸や酸化物浮上分離の促進、溶融プールと大気の接触遮断が目的)、スラグ成分が上記とは異なります(回答(1)URL参照)。

Answer

私も溶接の知識の中から少しだけ助言しようと思う。

＞その目的は、溶接で高温になった溶融金属に酸素が取り込まれてしまうと溶接
金属が凝固した際の金属組織に介在物が内在してしまうので、介在物の内在を防
ぐため、と聞きました。

それもあるが鋼材は温度に敏感であるから急な加熱や急冷などはやってはならない。
だから溶接前の予熱や層間での熱管理そして後熱などに気を使うことになります
そういう意味ではスラグは急激な溶融金属の温度低下を防ぐという効果もあって
捨てるだけの「厄介者」では無く、相当大事なものだと分かれば少し違うだろう

Answer

＞製鉄の基本的な内容を、Web又は書店の例えば“よく解る製鉄”等

デタラメひどい。
溶接スラグの話は、製鉄の本にはあまり出てきませんよｗ
全く無責任だと思います。

製鉄の本で溶接の項で出てくるのは
HAZの組織変化に対しての製鉄技術からの対策であって
Ti化合物ピン止めとかの話や
大熱量溶接のような温度プロファイルの話が中心ですので
読んでも直接の回答は載ってません。図書館で借りることをオススメ。

溶接なら溶接本を読んだ方がいいですけど
一般的なアーク溶接のスラグなら下記の説明でも充分だと思います。

溶接部にはなぜスラグが出るのですか。
http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0040010330

ではでは。

Answer

製鉄の基本的な内容を、Web又は書店の例えば“よく解る製鉄”等の基本的な素人

ターゲット教本を確認したら、関連性が多少理解できると思いますよ。

確認してみてください。

Answer

あまり詳しくないので、、、、。
介在物の中には、水素も含まれます、低水素系溶接棒等は溶接部分の
水素の影響を少なくする為に考案されています。
大型船舶の原因不明の破損、沈没事故等は水素による脆性破壊と私は
思っています(違ったらごめんなさい）。
大型構造物(船舶を含む）は溶接後の焼鈍が出来ないので、完成後の表面のうねりを取る為に
巨大バーナーで修正個所を焼いてから急冷して、鋼板の縮みを利用して
平坦度を出します。
勿論スラグも介在物と考えられます(スラグの捲き込み）は、強度低下の
原因です。

Answer

ご質問に直接対応する「答え」から多少逸れるかもしれませんが、参考URL
の内容をまずはご確認頂きたいと思います。

その上で、更なる疑問点を追記なされば、適切な回答に速くたどり着ける
ように思います。

溶接におけるスラグと介在物について