硫化物形状制御

物理化学的作用機構

通常の鋼では、硫黄はマンガンと結合して硫化マンガン（MnS）となる。熱間圧延時に、これらの軟らかい硫化物は平らな板状または列状に伸長される。これらの介在物は内部切欠きのように作用し、圧延方向に対して直角方向の鋼を弱くする。カルシウムとセリウムはマンガンより強く硫黄と結合する。これらを溶湯に添加すると、硬いカルシウム硫化物やセリウム硫化物が生成される。これらの硫化物は圧延時に変形せず、小さな球として残る。鋼は全方向でより均一になる。

溶接における冶金学的関連性とリスク

列状硫化物は主に熱影響部にラメラテアを引き起こす。これらの亀裂は、板厚方向に収縮応力が作用し、平らな介在物が破壊するときに生じる。特にT継手、すみ肉溶接、硫黄含有量の高い厚板が危険である。球状硫化物は、面的な弱部を形成しないため、この亀裂進展を止める。同時に、カルシウムとセリウムは遊離硫黄を結合する。これにより、溶接金属の高温割れの危険性が低下する。硫化物形状制御なしでは、鋼は異方性のままで割れ感受性が高い。

現場実務と作業指示

高負荷の溶接構造物には、常に硫化物形状制御された鋼を使用すること。納入業者からEN 10164に基づくZ品質証明書（例えばZ25またはZ35）を要求する。溶湯分析を確認する：硫黄含有量は0.005 %未満、カルシウム含有量は約20–40 ppm、Ca/S比は1.5より大きい。このような鋼は通常の入熱で溶接するが、板表面の極端な過熱は避ける。硫化物が列状の模様を持つ未知の古い鋼では、予熱はラメラテアに対して信頼できる効果がない – ここでは板厚の追加検査または現代の細粒鋼への交換のみが有効である。