SUS310Sの溶接割れ対策｜高温割れを防ぐ「入熱管理」と「溶加棒選定」の極意

ものづくりだより 溶接技術編
おはようございます。溶接管理技術者1級の上村昌也です。

「SUS310Sを溶接すると、どうしてもビードセンターやクレーターに割れが入ってしまう」
「予熱や層間温度を守っているはずなのに、検査でマイクロクラックが見つかる」

今回は、耐熱ステンレスとして多くのプラントや熱処理炉で使用される【SUS310S（耐熱鋼）】の溶接割れ対策について、技術者の視点からメカニズムと解決策を解説します。
教科書通りの管理だけでは防げない「難加工材の癖」を理解し、トラブルのないモノづくりを目指しましょう。

よくある課題｜SUS310Sはなぜ「割れ」やすいのか

SUS310Sは優れた耐酸化性と耐熱性を持つ反面、溶接現場では以下のようなトラブルが頻発します。

• TIG溶接後、冷却時に「ピキッ」という音と共に割れが発生する。
• カラーチェック（PT）を行うと、目視では見えない微細な亀裂が無数に見つかる。
• 多層盛り溶接を行うと、前層の熱影響で液化割れが起きる。

これらは施工者の腕が悪いのではなく、素材そのものが持つ「完全オーステナイト組織」特有の凝固割れ感受性の高さに起因しており、一般的なステンレス（SUS304等）と同じ感覚で施工すると必ず失敗します。

原因｜教科書通りの施工では防げない理由

SUS310Sにおける溶接割れ（高温割れ）の主な原因は、組織構造と不純物の挙動にあります。

• フェライトを含まない：SUS304などは数％のフェライトを含み、これが不純物を固溶して割れを防ぎますが、SUS310Sは完全オーステナイト組織のため、この自浄作用がありません。
• 低融点化合物の形成：凝固の最終段階で、S（硫黄）やP（リン）といった不純物が結晶粒界に集まり（偏析）、低い融点の液膜を作ります。これが収縮応力に耐えられず引き裂かれます。
• 熱伝導の悪さと熱膨張：ステンレス鋼特有の熱の籠りやすさが、割れのリスクを増大させます。

そのため、単に電流値を下げるだけでなく、材料選定（溶加棒）やパス間温度の厳格なコントロールといった、もう一歩踏み込んだ対策が不可欠です。

解決策｜上村製作所が実践する「割らせない」ための3つの技術

① 状況に応じた「溶加棒」の厳選と品質管理

一般的に、SUS310Sの溶接には高温強度を確保するため共金系の「SUS310（TG-S310等）」を選定します（参考：神戸製鋼所 ステンレス鋼の溶接材料選定ガイド）。
しかし、310系統の溶接材料は完全オーステナイト組織となるため、本質的に割れ感受性が高いことに変わりありません。そのため弊社では、S（硫黄）やP（リン）などの不純物が厳格に管理された信頼できるメーカーの材料のみを使用し、材料起因のトラブルを未然に防いでいます。

② 航空宇宙品質の「入熱・パス間温度管理」

「150℃以下」という一般的な基準だけでなく、製品形状に合わせて入熱を厳しく制限します。必要であれば空冷時間を十分に確保し、多層盛り溶接における前層への熱影響（再熱割れのリスク）を最小限に抑えます。
これは、三菱重工業株式会社様をはじめとする航空・宇宙分野の難加工材溶接で培った、弊社のコア技術の一つです。

③ クレーター処理とエンド部の処理技術

最も割れが発生しやすい溶接の終端部（クレーター）において、電流の減衰制御（ダウンスロープ）を緻密に行い、収縮孔（パイプ）の発生を防ぎます。また、エンドタブを利用するなど、製品本体に欠陥を残さない施工計画を立てます。

上村製作所での施工事例。難易度の高いSUS310Sも、適切な熱管理により健全な溶接ビードを実現します。