人々はしばしば、あらかじめ仕上げ加工されたステンレス鋼を購入するが、これは作業者が考慮しなければならない材料の複雑さを増すことになる。
他の多くの素材と同様に、ステンレス鋼にも多くの長所と短所があります。合金に少なくとも10.5%のクロムが含まれている鋼は「ステンレス鋼」とみなされます。クロムは酸化皮膜を形成し、耐酸性および耐腐食性を高めます。この耐腐食性は、クロム含有量を増やしたり、他の合金元素を添加したりすることでさらに向上させることができます。
「ステンレス鋼」の素材特性、メンテナンスの容易さ、耐久性、そして多様な表面仕上げにより、建設、家具、食品・飲料、医療などの産業をはじめ、鋼の強度と耐腐食性を必要とする多くの用途に適しています。
ステンレス鋼は他の鋼材に比べて高価な傾向があります。しかし、従来の鋼材よりも薄い材料で済むため、強度対重量比に優れ、コスト削減につながります。そのため、加工業者はコストがかかる材料の無駄や再加工を避けるために、適切な工具を使用することが重要です。
ステンレス鋼は一般的に、熱を素早く放散するため溶接が難しいと考えられており、仕上げや研磨の工程で細心の注意が必要となる。
ステンレス鋼の加工は、一般的に安定性の高い炭素鋼の加工よりも、より経験豊富な溶接工や作業員を必要とします。特に溶接時には、特定のパラメータを導入することで、ステンレス鋼の強度範囲を狭めることができます。ステンレス鋼は高価なため、経験豊富な作業員が使用する方が理にかなっています。
「人々がステンレス鋼を購入する理由は、その表面仕上げにあることが多い」と、ケベック州ポワントクレールにあるウォルター・サーフェス・テクノロジーズの国際研究開発部門シニアプロダクトマネージャー、ジョナサン・ドゥーヴィル氏は語った。 「人々がステンレス鋼を購入する理由は、その表面仕上げにあることが多い」と、ケベック州ポワントクレールにあるウォルター・サーフェス・テクノロジーズの国際研究開発部門シニアプロダクトマネージャー、ジョナサン・ドゥーヴィル氏は語った。 «Люди обычно покупают нержавеющую сталь из-за ее отделки», — сказал Джонатан Доувилль, старвий менеджер по R&D International、Walter Surface Technologies、ケニア州ポイントクレア。 「人々は通常、その仕上がりの良さからステンレス鋼を購入します」と、ケベック州ポワントクレールにあるウォルター・サーフェス・テクノロジーズの国際研究開発担当シニア・プロダクト・マネージャー、ジョナサン・ドゥービル氏は語った。「人々は通常、その美しい仕上がりを求めてステンレス鋼を購入します」と、ケベック州ポワントクレールにあるウォルター・サーフェス・テクノロジーズ社の国際研究開発担当シニアマネージャー、ジョナサン・ドゥーヴィル氏は語る。「これは、オペレーターが考慮しなければならない制約をさらに増やすことになります。」
サイズ4の線状テクスチャコーティングであれ、サイズ8の鏡面仕上げであれ、作業者は、材料が対象物に優しく、取り扱いおよび加工中にコーティングが損傷しないことを確認する必要があります。また、これは、高品質な部品生産に不可欠な準備および洗浄の選択肢を制限する可能性もあります。
「この材料を扱う際は、まず何よりも、徹底的に洗浄することが重要です」と、オンタリオ州ミシサガにあるPFERDカナダ・オンタリオ地域マネージャーのリック・ハテルト氏は述べています。「ステンレス鋼を洗浄する際には、後々の酸化（錆び）の原因となる不純物を取り除き、不動態皮膜が再生するのを防ぐためにも、清浄な（炭素を含まない）環境を確保することが非常に重要です。保護層を形成することで、酸化を最小限に抑えることができます。」
ステンレス鋼を使用する際は、材料と作業環境の両方を洗浄する必要があります。まずは、材料から油分やプラスチックの残留物を取り除くことから始めましょう。ステンレス鋼に付着した汚染物質は酸化の原因となるだけでなく、溶接時に問題を引き起こしたり、欠陥の原因となることもあります。そのため、はんだ付け前に表面を洗浄することが重要です。
作業場の環境は必ずしも清潔とは限らず、ステンレス鋼と炭素鋼を扱う際には交差汚染が問題となることがあります。作業場では、作業員を冷やすために多くの扇風機やエアコンが稼働していることが多く、その結果、汚染物質が床に飛散したり、原材料に滴下や結露が発生したりすることがあります。特に炭素鋼の粒子がステンレス鋼に吹き付けられると、この問題は深刻になります。効率的な溶接を行うためには、これらの材料を分離し、清潔な環境に保管することが不可欠です。
変色部分を取り除くことは重要です。そうしないと、時間の経過とともに錆が発生し、全体の構造が弱くなってしまうからです。また、表面の色を均一にするために、青みがかった部分を取り除くのも良いでしょう。
カナダでは、極寒の冬の気候条件のため、適切なグレードのステンレス鋼を選ぶことが非常に重要です。ドゥーヴィル氏は、ほとんどの店舗が当初は価格の面から304を選んでいたと説明しました。しかし、店舗が屋外でこの素材を使用する場合は、価格が2倍になるとしても316への切り替えを推奨するとのことです。304は屋外で使用または保管すると腐食しやすい性質があります。表面を洗浄して不動態皮膜を形成したとしても、外部環境の影響で不動態皮膜が破壊され、最終的には再び錆びてしまう可能性があります。
「溶接前の下地処理は、いくつかの基本的な理由から重要です」と、3Mカナダ（オンタリオ州ロンドン）研磨システム部門のアプリケーション開発スペシャリスト、ガビ・ミホリックス氏は述べています。「錆、塗料、面取りの除去は、適切な溶接を行う上で不可欠です。溶接面には、接合部を弱める可能性のある汚染物質が一切付着していない状態が求められます。」
ハテルト氏は、溶接箇所の清掃は必要だが、溶接前の準備として、適切な接着と溶接強度を確保するために材料に面取りを施すことも含まれる場合があると付け加えている。
ステンレス鋼を溶接する際には、使用するグレードに適した溶加材を選択することが重要です。ステンレス鋼は特にデリケートなため、溶接には同じ種類の材料に対する認証が必要です。例えば、母材316には溶加材316が必要です。溶接工はどんな種類の溶加材でも使えるわけではなく、ステンレス鋼の各グレードには、適切に溶接するために特定の溶加材が必要となります。
「ステンレス鋼を溶接する際、溶接工は温度に細心の注意を払う必要があります」と、マサチューセッツ州ウースターにあるノートン｜サンゴバン研磨材の製品マネージャー、マイケル・ラダエリ氏は述べています。「溶接工が加熱するにつれて、溶接部と部品の温度を測定するために使用できるさまざまな装置があります。なぜなら、ステンレス鋼に亀裂が生じると、部品は事実上破壊されてしまうからです。」
ラダエリ氏は、溶接工は同じ場所に長時間留まらないように注意する必要があると付け加えた。多層溶接は、基材の過熱を防ぐ優れた方法である。ステンレス鋼の基材を長時間溶接すると、過熱してひび割れを起こす可能性がある。
「ステンレス鋼の溶接は時間がかかる場合もありますが、熟練した技術を必要とする芸術でもあります」とラダエリ氏は述べた。
溶接後の処理方法は、最終製品とその用途によって大きく異なります。ミホリックス氏によると、溶接部が全く見えない場合、溶接後の洗浄は最小限で済み、目立つスパッタもすぐに除去できるとのことです。また、溶接部を平らにしたり洗浄したりする必要はありますが、特別な表面処理は必要ありません。鏡面仕上げや精密な仕上げが求められる場合は、より高度な研磨工程が必要になることもあります。すべては用途次第です。
「問題は色ではない」とミホリッチ氏は述べた。「表面の変色は、金属の性質が変化し、酸化・錆びる可能性があることを示している。」
可変速仕上げ工具を選択することで、時間とコストを節約できるだけでなく、作業者が仕上げをカスタマイズすることも可能になります。
変色部分を取り除くことは重要です。そうしないと、時間の経過とともに錆が発生し、全体の構造が弱くなってしまうからです。また、表面の色を均一にするために、青みがかった部分を取り除くのも良いでしょう。
洗浄工程は、特に強力な化学薬品を使用する場合、表面を損傷する可能性があります。不適切な洗浄は、不動態皮膜の形成を妨げる可能性があります。そのため、多くの専門家は、これらの溶接部品の手作業による洗浄を推奨しています。
「手作業で洗浄する場合、表面と酸素が24時間または48時間反応する時間を与えないと、不動態表面を形成する時間がありません」とドゥービル氏は述べた。同氏によると、表面は合金中のクロムと反応して不動態層を形成するために酸素を必要とする。一部の店舗では、部品を洗浄、梱包、出荷するのが慣例となっているが、これは処理速度を低下させ、腐食のリスクを高める。
製造業者や溶接工は通常、複数の材料を使用します。しかし、前述したように、ステンレス鋼の使用にはいくつかの制約があります。部品を丁寧に洗浄することは良い第一歩ですが、その効果は使用環境によって左右されます。
ハテルト氏は、汚染された作業現場が依然として見られると述べた。重要なのは、ステンレス鋼の作業環境から炭素を除去することだ。鋼材を使用していた工場が、ステンレス鋼の作業環境を適切に準備せずにステンレス鋼に切り替えることは珍しくない。これは間違いであり、特に2つの材料を分離できない場合や、専用の工具セットを購入できない場合はなおさらだ。
「ステンレス鋼の研磨や下地処理に使うワイヤーブラシを炭素鋼に使用した場合、ステンレス鋼には使用できなくなります」とラダエリ氏は述べた。「ブラシに炭素と錆が付着してしまうからです。ブラシが交差汚染されると、洗浄してもきれいになりません。」
ハテルト氏によると、店舗は材料の準備に専用の道具を使用する必要があるだけでなく、不必要な汚染を避けるために道具に「ステンレス鋼専用」というラベルを貼る必要もあるという。
ステンレス鋼溶接用準備工具を選ぶ際には、放熱方法、鉱物の種類、速度、粒径など、多くの要素を考慮する必要があります。
「放熱コーティングされた研磨材を選ぶのは良いスタートです」とミホリックス氏は語った。「ステンレス鋼は非常に硬く、軟鋼よりも研削時に多くの熱を発生します。その熱はどこかに逃げなければならないので、研削箇所にとどまるのではなく、ディスクの端まで熱が流れるようにするコーティングが施されています。その点では完璧でした」。
研磨材の選択は、仕上がりの見た目にも左右される、と彼女は付け加える。まさに見る人の好み次第だ。研磨材に含まれるアルミナ鉱物は、仕上げ工程で最も一般的に使用されている種類である。ステンレス鋼の表面を青く見せるには、炭化ケイ素鉱物を使用する必要がある。炭化ケイ素はより鋭利で、光の反射の仕方が異なる深い切削痕を残すため、青く見える。作業者が特定の、あるいは独特な表面仕上げを求めている場合は、供給業者に相談するのが最善である。
「回転数（RPM）は大きな問題です」とハテルト氏は述べた。「工具によって必要な回転数は異なり、多くの場合、回転数が高すぎます。適切な回転数を使用することで、作業のスピードと仕上がりの品質の両面で最良の結果が得られます。どのような仕上がりを求めているのか、そしてそれをどのように測定するのかを把握することが重要です。」
ドゥーヴィル氏は、速度の問題を解決する一つの方法として、可変速仕上げ工具への投資を挙げた。多くの作業者は仕上げに通常のグラインダーを使用するが、これは切削時のみ高速回転する。仕上げ作業を完了するには速度を落とす必要がある。可変速仕上げ工具を選択すれば、時間とコストを節約でき、作業者は仕上げを自由にカスタマイズできる。
研磨材を選ぶ際には、粒度も重要です。作業者は、用途に最適な粒度の研磨材から始めるべきです。
オペレーターは、60番または80番（中目）から始めて、ほぼすぐに120番（細目）および220番（極細目）に移行することができ、ステンレス鋼は4位の成績を収めることができます。
「手順は3ステップ程度で済む場合もあります」とラダエリ氏は述べた。「しかし、作業者が大きな溶接部を扱う場合、60番や80番の研磨剤から始めることはできず、24番（非常に粗い）または36番（粗い）の研磨剤を選択する場合があります。これにより手順が1つ増え、材料の深い傷を取り除くのが難しくなることがあります。」
また、スパッタ防止スプレーやジェルを塗布することは溶接作業者にとって非常に役立ちますが、ステンレス鋼の溶接では見落とされがちだとドゥービル氏は述べています。スパッタが付着した部分は除去する必要があり、その際に表面に傷がついたり、追加の研磨作業が必要になったり、時間がかかったりします。この作業は、スプラッシュガードシステムを使用することで簡単に省略できます。
リンジー・ルミノソは、副編集長として『Canadian Metalworking』と『Canadian Fabricating & Welding』の両誌に寄稿している。 リンジー・ルミノソは、副編集長として『Canadian Metalworking』と『Canadian Fabricating & Welding』の両誌に寄稿している。 カナダの金属加工、カナダの製造および溶接をサポートします。 リンジー・ルミノソは、副編集長として『Canadian Metalworking』と『Canadian Fabricating & Welding』の両誌に寄稿している。リンジー・ルミノソは、アソシエイトエディターとして、Metal Fabrication CanadaとFabrication and Welding Canadaに寄稿しています。彼女は2014年から2016年までMetal Fabrication Canadaのアソシエイトエディター兼ウェブエディターを務め、直近ではデザイン部門のアソシエイトエディターを務めていました。
ルミノソは、カールトン大学で文学士号、オタワ大学で教育学士号、センテニアル・カレッジで書籍・雑誌・デジタル出版の大学院修了証を取得している。
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