多くの場合、人々は仕上げ済みのステンレス鋼を購入しますが、これによりオペレーターが考慮しなければならない材料の複雑さが増します。
他の多くの材料と同様に、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%のクロムが含まれる鋼は「ステンレス鋼」とみなされます。クロムは酸化物層を形成し、耐酸性と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、合金添加物を加え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」の材質特性、メンテナンスの容易さ、耐久性、さまざまな表面仕上げにより、建設、家具、食品・飲料、医療など、鋼鉄の強度と耐腐食性が求められ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になる傾向があります。しかし、従来の鋼材よりも薄い材料を使用できることから、強度と重量の比率が高く、コスト削減につながります。ステンレス鋼は総コストが高いため、工場では適切な工具を使用し、無駄な廃棄や手直しによるコスト削減を図る必要があります。
ステンレス鋼は熱を急速に放散し、仕上げと研磨の段階で細心の注意を必要とするため、一般的に溶接が難しいと考えられています。
ステンレス鋼の作業には、炭素鋼よりも経験豊富な溶接工やオペレーターが必要となる場合が多く、炭素鋼はより安定している傾向があります。特に溶接においては、特定のパラメータを導入することで、ステンレス鋼の許容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、経験豊富なオペレーターが使用する方が合理的です。
「ステンレス鋼を購入する人は、通常、仕上げの美しさを理由に選びます」と、ケベック州ポワントクレールのウォルター サーフェス テクノロジーズ社 R&D インターナショナル部門のシニア プロダクト マネージャー、ジョナサン ドゥヴィル氏は語ります。 「ステンレス鋼を購入する人は、通常、仕上げの美しさを理由に選びます」と、ケベック州ポワントクレールのウォルター サーフェス テクノロジーズ社 R&D インターナショナル部門のシニア プロダクト マネージャー、ジョナサン ドゥヴィル氏は語ります。 «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。 「ステンレス鋼を購入する人はたいてい、その仕上げの美しさを理由に選びます」と、ケベック州ポワントクレールのウォルター サーフェス テクノロジーズ社 R&D インターナショナル部門シニア プロダクト マネージャー、ジョナサン ドゥヴィル氏は語る。「ステンレス鋼を購入する人は、通常、その仕上げを理由に選びます」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マネージャー、ジョナサン・ドゥヴィル氏は言う。「これは、事業者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も、サイズ8の鏡面仕上げでも、オペレーターは材料が材料に優しく、取り扱いや加工中にコーティングが損傷しないことを保証しなければなりません。また、高品質な部品製造に不可欠な準備や洗浄の選択肢が制限される可能性もあります。
「この材料を扱う際は、まず洗浄、洗浄、そしてさらに洗浄を繰り返すことが重要です」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、リック・ハセルト氏は述べています。「ステンレス鋼を洗浄する際は、クリーンな（炭素を含まない）雰囲気を確保することが非常に重要です。これは、後に酸化（錆）を引き起こす可能性のある不純物を除去し、保護層を形成して酸化を最小限に抑えることで、不動態化層の回復を防ぐためです。」
ステンレス鋼を使用する場合は、材料と環境を清潔に保つ必要があります。材料から油やプラスチックの残留物を取り除くことは、良い第一歩です。ステンレス鋼に付着した汚染物質は酸化を引き起こすだけでなく、溶接中に問題を引き起こし、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、ステンレス鋼や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。作業場では作業員の冷却のために多数のファンやエアコンを稼働させていることが多く、その結果、汚染物質が床に舞い上がったり、滴りや結露が原材料に付着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、状況は悪化します。効率的な溶接を行うには、これらの材料を分離し、清潔な環境で保管することが不可欠です。
時間の経過とともに錆が蓄積し、全体の構造が弱まるのを防ぐため、変色を取り除くことが重要です。また、表面の色を均一にするために青錆を取り除くことも効果的です。
カナダでは、極寒と冬の気象条件のため、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。ドゥヴィル氏によると、ほとんどの店舗は当初、価格の面で304鋼を選択しました。しかし、もしこの鋼を屋外で使用する場合は、価格が2倍であっても316鋼への切り替えを推奨します。304鋼は屋外で使用または保管すると腐食しやすいです。表面を洗浄して不動態化層を形成したとしても、外部環境が表面に作用し、不動態化層が破壊され、最終的には再び錆が発生する可能性があります。
「溶接準備は、いくつかの根本的な理由から重要です」と、オンタリオ州ロンドンにある3Mカナダ社、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、塗装、そしてベベルの除去は、適切な溶接に不可欠です。溶接面には、接合部を弱める可能性のある汚染物質が付着していない必要があります。」
ヘイテルト氏は、エリアの清掃は必要だが、溶接前の準備には、適切な接着と溶接の強度を確保するために材料の面取りも含まれる可能性があると付け加えた。
ステンレス鋼を溶接する際には、使用する鋼種に適した溶接金属を選択することが重要です。ステンレス鋼は特に繊細なため、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316の溶接金属が必要です。溶接工はどんな種類の溶接金属でも使用できるわけではなく、ステンレス鋼の鋼種ごとに適切な溶接金属が必要となります。
「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・アブレイシブズ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できる様々な機器があります。ステンレス鋼にひび割れが生じると、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、母材の過熱を防ぐ優れた方法である。ステンレス鋼の母材を長時間溶接すると、過熱して割れが生じる可能性がある。
「ステンレス鋼の溶接には時間がかかりますが、熟練した技術を必要とする技術でもあります」とラダエリ氏は語った。
溶接後の準備は、最終製品とその用途によって大きく異なります。Miholix社によると、溶接部が目に見えない場合、溶接後の清掃は最小限で済み、目立つスパッタもすぐに除去できます。あるいは、溶接部を平坦化したり清掃したりする必要がある場合もありますが、特別な表面処理は必要ありません。細かい仕上げや鏡面仕上げが必要な場合は、より高度な研磨工程が必要になる場合があります。これは用途によって異なります。
「問題は色ではありません」とミホリック氏は述べた。「表面の変色は、金属の特性が変化し、酸化／錆びが発生している可能性があることを示しています。」
可変速度仕上げツールを選択すると、時間とコストが節約され、オペレーターは仕上げをカスタマイズできるようになります。
時間の経過とともに錆が蓄積し、全体の構造が弱まるのを防ぐため、変色を取り除くことが重要です。また、表面の色を均一にするために青錆を取り除くことも効果的です。
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、不動態化層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、溶接部品の手作業による洗浄を推奨しています。
「手作業による洗浄では、酸素が表面と24時間または48時間反応しなければ、不活性表面を形成する時間がありません」とドゥヴィル氏は述べた。表面は合金中のクロムと反応して不活性化層を形成するために酸素を必要とすると彼は説明した。一部の店舗では、部品を洗浄し、梱包してすぐに出荷するのが慣例となっているが、これはプロセスを遅らせ、腐食のリスクを高めている。
メーカーや溶接工は通常、複数の材料を使用します。しかし、前述のように、ステンレス鋼の使用にはいくつかの制限があります。時間をかけて部品を洗浄することは良い第一歩ですが、その効果は部品が置かれている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を依然として目にしていると述べた。鍵となるのは、ステンレス鋼の作業環境から炭素の存在を排除することだ。鋼材を使用している工場が、ステンレス鋼に適した作業環境を整えずにステンレス鋼に切り替えることは珍しくない。特に、2つの材料を分離できない場合や、独自の工具セットを購入できない場合は、これは間違いである。
「ステンレス鋼の研磨や下地処理用のワイヤーブラシを炭素鋼に使用した場合、ステンレス鋼は使用できなくなります」とラダエリ氏は述べた。「ブラシは炭素と錆で汚染されています。ブラシが相互汚染されると、洗浄できなくなります。」
店舗では材料の準備に別の道具を使う必要があるが、不必要な汚染を避けるために道具に「ステンレス製のみ」というラベルを貼る必要があるとハテルト氏は述べた。
ショップでは、ステンレス鋼の溶接準備ツールを選択する際に、放熱オプション、鉱物の種類、速度、粒度など、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」とミホリックスは言います。「ステンレス鋼は非常に硬く、研磨時に軟鋼よりも多くの熱を発生します。熱はどこかに逃げなければなりません。そこで、熱が研磨している場所に留まらず、ディスクの端まで流れるようにコーティングが施されています。その点では完璧でした。」
研磨剤の選択は、全体的な仕上がりをどのようにしたいかによっても左右されると彼女は付け加えます。それはまさに見る人の目次第です。研磨剤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るタイプです。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ります。炭化ケイ素はより鋭く、より深い切れ込みが入り、光の反射率が変化して青くなります。特定の、あるいは独特な表面仕上げを希望する場合は、サプライヤーに相談するのが最善です。
「回転数は大きな問題です」とハテルト氏は言います。「工具によって必要な回転数は異なり、速すぎる場合も少なくありません。正しい回転数を使用することで、作業のスピードと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か、そしてそれをどのように測定するかを検討してください。」
ドゥヴィル氏は、可変速仕上げ工具への投資は速度問題を解決する一つの方法だと付け加えた。多くの作業者が仕上げに通常のグラインダーを試みるが、その高速回転は切断時のみである。工程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るだけでなく、作業者は仕上げをカスタマイズできるようになる。
研磨材を選ぶ際には、粒度も重要です。作業者は、用途に最適な粒度から始めるべきです。
オペレーターは、60 または 80 グリット (中) から始めて、すぐに 120 グリット (細目) と 220 グリット (極細目) に移行し、ステンレス鋼を 4 位に仕上げることができます。
「最短3ステップで済むこともあります」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番の番手から始めることはできず、24番（非常に粗い）や36番（粗い）の番手を選ぶことになるかもしれません。これは余分なステップとなり、材料の深い傷を除去するのが難しくなる場合があります。」
また、スパッタ防止スプレーやジェルの使用は溶接作業者の強い味方となる可能性がありますが、ステンレス鋼の溶接では見落とされがちです、とドゥヴィル氏は言います。スパッタが飛散した部品は取り除く必要があり、表面に傷がついたり、追加の研磨工程が必要になったり、作業時間が長くなったりする可能性があります。この作業は、スプラッシュガードシステムを使用すれば簡単に省くことができます。
副編集長のリンジー・ルミノソは、『Canadian Metalworking』と『Canadian Fabricating & Welding』の両方に寄稿しています。 副編集長のリンジー・ルミノソは、『Canadian Metalworking』と『Canadian Fabricating & Welding』の両方に寄稿しています。 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。 副編集長の Lindsey Luminoso は、『Canadian Metalworking』と『Canadian Fabricating & Welding』の両方に寄稿しています。リンジー・ルミノソは、Metal Fabrication CanadaとFabrication and Welding Canadaのアソシエイトエディターです。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、センテニアル大学で書籍、雑誌、デジタル出版の大学院証明書を取得しています。
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