ステンレス 鉄 溶接｜異種金属のTIG溶接方法・溶接棒・電食対策

なぜステンレスと鉄の溶接は難しいのか

配管工事や設備工事の現場では、「既存の鉄管（炭素鋼管）を新しいステンレス管に更新したい」「ステンレス製のタンクに鉄製のブラケットを取り付けたい」といった、異種金属を接合する必要が生じる場面があります。一見すると「どちらも金属だから溶接できるはず」と思われがちですが、重要な注意点を守らないと接合部が早期に腐食したり、溶接割れが生じたりする可能性があります。

ステンレス鋼（SUS304、SUS316などのオーステナイト系ステンレスが代表的）と炭素鋼（SS400、STPG370など配管でよく使われる鋼種）は、化学成分と物理的性質が大きく異なります。特に熱膨張係数の違いと電気化学的な性質の違いが問題になります。これらを正しく理解した上で溶接・施工することが、長持ちする品質の高い接合部をつくる条件です。

ステンレス×鉄 異種金属溶接の要点【早見表】

まず、異種金属溶接で押さえるべき施工条件を一覧にまとめます。詳しい理由は各章で解説します。

異種金属溶接に適した溶接方法と溶接材料

TIG溶接（GTAW）が基本

ステンレスと鉄の異種金属溶接には、TIG溶接（ティグ溶接、GTAW）が最もよく用いられます。TIG溶接はタングステン電極を使い、シールドガス（アルゴンガスが一般的）で溶融池を保護しながら溶接棒を手動で送り込む方式です。入熱を精密にコントロールできるため、熱影響を最小限に抑えることができます。

溶接材料（溶接棒・ワイヤ）の選定

異種金属溶接で最も重要なのが溶接材料の選定です。炭素鋼用の溶接棒（例：YGT-50）をそのまま使うと、溶接金属の組成がステンレス側の要求を満たせず、耐食性が大幅に低下します。反対にステンレス用の溶接棒（例：YS-308L、YS-309L）を使う場合は、異種金属接合専用の選定が必要です。

推奨溶接材料：

• JIS Z 3321 YS-309（または309L）：ステンレスと炭素鋼の異種溶接に最も適したオーステナイト系溶接棒。クロム・ニッケル含有量が高く、両材料の中間的な組成を持つ。
• 309L（低炭素タイプ）：高温環境下での使用や、溶接後に熱処理が必要な場合に特に有効。

被覆アーク溶接（SMAW）の場合

TIG溶接設備がない場合は被覆アーク溶接でも異種金属溶接は可能ですが、入熱管理がより難しくなります。溶接棒はやはりD309またはD309L系を使用し、低電流・短弧長（アークを短く保つ）を心がけることが大切です。

溶接時の技術的ポイント

1. 予熱の管理

炭素鋼側の板厚が20mm以上になる場合や拘束度が高い構造物の場合は予熱が必要です。ただしステンレス側への入熱を増やしすぎると粒界腐食（sensitization）が起きるリスクがあります。一般的には炭素鋼側のみを75〜150℃程度に予熱し、ステンレス側への熱影響を最小化する施工が行われます。

2. パス間温度の管理

多パス溶接（複数回のビード積層）を行う場合、パス間温度が高すぎるとステンレス側に敏感化が起きます。オーステナイト系ステンレスの場合、パス間温度は150℃以下に管理することが推奨されます。

3. 後熱・応力除去焼なましの扱い

炭素鋼構造物では溶接後に応力除去焼なまし（SR処理）を行うことがありますが、これをステンレスとの異種溶接部に適用すると、ステンレス側の粒界腐食感受性が高まります。SR処理が必要な場合は設計・施工方法を事前に十分検討するか、安定化元素を含むステンレス（SUS321、SUS347など）を使用する必要があります。

ガルバニック腐食（電食）のリスクと対策

溶接接合の品質だけでなく、長期的な使用における重要な問題がガルバニック腐食（異種金属接触腐食・電食）です。

ステンレス鋼と炭素鋼は電気化学的な電位が大きく異なります。ステンレスは貴な金属（腐食しにくい）で、炭素鋼は卑な金属（腐食しやすい）です。両者が電気的に接続された状態で電解質溶液（水・土中水分など）に接触すると、炭素鋼側が優先的に腐食するガルバニック電池が形成されます。

電食が問題になる場面

• ステンレス管と鉄管を直接ねじ込み・フランジ接続する箇所（土中埋設部が特に危険）
• 溶接接合部が常時水に浸る環境（給水管、排水管、海水系配管など）
• 温度・湿度が高く腐食が進みやすい工場・食品施設内の配管

電食対策

絶縁フランジ・絶縁継手の使用：ステンレスと炭素鋼の接続部にゴムや樹脂の絶縁材を挟み、電気的に分離します。特に土中埋設配管の接続部には絶縁継手の使用が標準的な対策です。

電気防食（犠牲陽極法）：埋設配管では、マグネシウムや亜鉛の犠牲陽極を取り付け、炭素鋼の腐食を防ぐ方法も有効です。

塗装・コーティング：炭素鋼側に防錆塗装を施すことで、電解質との接触を遮断します。ただし塗装に傷が入ると局部的に腐食が集中するリスクがあるため、塗装品質の管理が重要です。

配管工事現場での実用的な注意事項

森工業株式会社が実際の宮城県・仙台市の現場で経験してきた実用的な注意点をご紹介します。

汚染防止：ステンレス鋼の溶接では、炭素鋼のスパッタや鉄粉が付着するとそこから「もらいさび」が発生します。ステンレス管の近くで炭素鋼の切断・研磨を行う際は養生シートで保護するか、作業順序を工夫しましょう。

工具の使い分け：炭素鋼用の研磨ディスクやブラシをステンレスに使うと鉄粉が混入します。ステンレス専用工具を用意し、共用しないことが基本です。

溶接後の仕上げ：異種金属溶接部はビード表面のスラグや酸化膜を丁寧に除去し、必要に応じて酸洗い・パッシベーション処理を行うことで長期的な耐食性を確保できます。溶接品質の記録も残しておくと、将来のメンテナンス時に役立ちます。

ステンレスと鉄の溶接に関するお困りごと、配管工事での異種金属接合のご相談は、森工業株式会社にお気軽にどうぞ。工場・プラント・建築設備など、様々な現場での異種金属溶接に対応しています。