溶接においては、高温の熱源によって母材が加熱されることで、溶接部とその周辺の金属組織が大きく変化します。この変化が生じる領域を**熱影響部（HAZ：Heat Affected Zone）と呼びますが、その中でも溶接金属（溶融部）と未加熱の母材の中間にあたるのが、中間域です。中間域は、熱の影響が顕著でありながらも、粗粒化や完全変態が起きない微妙な温度域に該当し、「部分変態域」または「インタークリティカル熱影響部（ICHAZ：Intercritical HAZ）」とも呼ばれます。
🔶 中間域（ICHAZ）とは？
中間域とは、母材の加熱温度が鋼の変態点の間、つまりAc1（およそ723℃）からAc3（約910℃）の間に達する領域を指します。この温度域では、母材の一部がオーステナイトに変態する一方で、一部は変態せずにフェライトのまま残ります。
このようなオーステナイトとフェライトが共存する状態で加熱・冷却されることで、複雑な金属組織が形成され、母材とは異なる性質を持つ部位が生成されます。
🔶 中間域での組織変化
中間域における主な組織変化は以下の通りです：
◆ 加熱中：
- 温度がAc1を超えると、一部のフェライトとパーライトがオーステナイトに変態。
- 変態の進行度合いは温度と加熱時間に依存し、部分的・不完全なオーステナイト化が進む。
◆ 冷却時：
- 変態したオーステナイト部分は、冷却速度によってマルテンサイト、ベイナイト、あるいはフェライト＋パーライトに変化。
- 変態しなかった部分は、元のフェライトがそのまま残る。
- 結果として、フェライト基に硬化組織（マルテンサイトなど）が局在する不均一なミクロ組織が形成される。
このような構造は、局所的な硬さのムラ、内部応力、靭性の低下といった問題を引き起こすことがあります。
🔶 中間域の性質と影響
1. 組織の不均一性
中間域は完全な相変態が起こらず、異なる相（フェライト＋マルテンサイト等）が混在する複雑な組織になります。このため、応力集中や微細なクラックの起点となる可能性があります。
2. 靭性の低下
硬化組織（マルテンサイト）が局部的に存在することで、衝撃荷重に対する靭性が低下しやすくなります。これにより、破壊進展や疲労き裂の起点になり得ます。
3. 水素脆化のリスク
マルテンサイト組織は水素を吸収しやすく、水素による遅れ割れや脆化の原因になる場合があります。
4. 疲労強度への影響
組織の不均一性と局所的な硬化により、繰返し荷重下での疲労き裂が中間域から発生しやすくなることが知られています。
🔶 中間域への対策と管理
中間域での不均一組織の生成を防ぎ、溶接部の健全性を保つためには、以下のような対策が重要です：
1. 熱入力の管理
過剰な熱入力を避けることで、中間域の広がりと組織変化を抑制できます。低入熱・高速溶接が有効です。
2. 予熱の適用
母材の加熱温度を緩やかにすることで、急激な相変態を抑え、組織の均一性と靭性を確保する助けになります。
3. 適切な冷却制御
空冷や徐冷により、急冷によるマルテンサイト生成を防ぎ、ベイナイトやフェライトなどの靭性のある組織に誘導することが可能です。
4. 後熱処理（PWHT）
溶接後に焼なましや応力除去熱処理を行うことで、硬化組織の軟化と残留応力の低減が期待できます。
5. 材料選定
粒成長を抑制する微量元素（Nb、Ti、Vなど）を含む鋼種を使用することで、中間域の組織安定性が向上します。
🔶 中間域の評価方法
中間域の評価は以下のような方法で行われます：
- 金属組織観察（顕微鏡・SEMなど）：組織の変態状態や不均一性の確認。
- マイクロビッカース硬さ試験：硬さの局所分布を測定し、硬化領域を可視化。
- 衝撃試験（シャルピー試験）：靭性の低下を評価。
🔶 まとめ
溶接における中間域（ICHAZ）は、完全な相変態が起きないまま加熱・冷却されることで、複雑で不均一な金属組織が形成される重要な熱影響領域です。ここでは硬いマルテンサイトと軟らかいフェライトが混在し、局所的な硬化や靭性低下、水素割れのリスクを高める要因となります。
この領域の健全性を確保するためには、熱入力・冷却速度・溶接手法・使用材料の適切な選定と制御が不可欠です。中間域の特性とリスクを十分に理解することは、高品質な溶接構造物の製作と長期的な信頼性維持にとって極めて重要です。
