JP2002309339A - Welded joint having heat affected zone with excellent toughness and fatigue resistance - Google Patents

Welded joint having heat affected zone with excellent toughness and fatigue resistance

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JP2002309339A
JP2002309339A JP2001116945A JP2001116945A JP2002309339A JP 2002309339 A JP2002309339 A JP 2002309339A JP 2001116945 A JP2001116945 A JP 2001116945A JP 2001116945 A JP2001116945 A JP 2001116945A JP 2002309339 A JP2002309339 A JP 2002309339A
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fatigue
toughness
weld
welded joint
welded
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JP2001116945A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Omiya
慎一 大宮
Kiyotaka Nakajima
清孝 中島
Tadashi Koseki
正 小関
Tadashi Kasuya
正 糟谷
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a welded joint which has heat affected zone with excellent toughness and fatigue resistance. SOLUTION: The welded joint consists of high tensile strength steel having a composition containing, by mass, 0.01 to 0.1% C, 0.1 to 1.6% S, 0.5 to 2% Mn, <=0.01% P, <=0.005% S, 0.05 to 0.3% Nb, 0.001 to 0.05% Al, 0.001 to 0.05% Ti, 0.0002 to 0.006% Mg, 0.0001 to 0.008% O and 0.002 to 0.008% N, and the balance Fe with inevitable impurities, and satisfying Ceq <=0.45% and Pcm <=0.2%. One or more kinds of the single or combined particles of carbides, nitrides and oxides having a particle size of 0.002 to 5 μm are dispersed into the steel, and the previous γ particle size in the structure of the heat affected zone is 10 to 200 μm without depending on weld heat input. The final pass of the weld zone is formed by the weld metal whose Ms temperature reaches <=350 to >=150 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は建築、造船、橋梁、
建設機械、海洋構造物などに使用される溶接継手、さら
に詳しくは、引張強さ590〜780MPa (60〜80
kgf/mm2 )の溶接構造用鋼からなる溶接熱影響部(HA
Z)靭性および疲労特性に優れた溶接継手に関するもの
である。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to construction, shipbuilding, bridges,
Welded joints used for construction machines, marine structures, etc., more specifically, tensile strengths of 590 to 780 MPa (60 to 80 MPa)
kgf / mm 2) weld heat affected zone comprised of the welding structural steel (HA
Z) It relates to a welded joint having excellent toughness and fatigue properties.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶接構造物の大型化と環境保全に対する
要求の高まりに伴い、構造物部材は従来にも増した信頼
性が要求されるようになってきている。溶接構造物で想
定される破壊形態としては疲労破壊、脆性破壊、延性破
壊などがあるが、これらのうち、疲労破壊は実使用環境
下において最も頻繁に発生しやすい破壊形態であり、溶
接構造物の信頼性向上のために最も留意すべき問題であ
る。最近の大型タンカーにおける疲労き裂発生、海洋構
造物における疲労き裂を発端とした倒壊など、疲労破壊
が問題となった事例は少なくない。これまでに、鋼材に
よる疲労強度向上に関する技術が多数提案されている
が、そのほとんどは薄鋼板の母材に関するものである。
例えば、特開昭61−96057号公報においては、ベ
イナイトの面積比率を5〜60%とすることで疲労強度
向上が図れることが記載されている。厚鋼板溶接継手の
疲労破壊に関する研究によれば、疲労き裂は溶接部の応
力集中部に発生する。この部分には残留応力も作用して
いるため、応力集中と残留応力の重畳作用により疲労き
裂の発生が容易となることが明らかにされている。
2. Description of the Related Art With the increase in size of welded structures and the increasing demand for environmental protection, structural members have been required to have ever higher reliability. Fracture modes assumed for welded structures include fatigue fracture, brittle fracture, and ductile fracture. Of these, fatigue fracture is the most frequently occurring fracture mode in an actual use environment. Is the most important issue for improving the reliability of There have been many cases where fatigue failure has become a problem, such as the recent occurrence of fatigue cracks in large tankers and collapse starting from fatigue cracks in marine structures. A number of techniques for improving the fatigue strength of steel have been proposed so far, most of which are related to a base material of a thin steel sheet.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-96057 discloses that the fatigue strength can be improved by setting the area ratio of bainite to 5 to 60%. According to a study on fatigue fracture of a thick steel plate welded joint, a fatigue crack is generated at a stress concentrated portion of a weld. Since residual stress is also acting on this portion, it has been clarified that the occurrence of fatigue cracks is facilitated by the superposition of stress concentration and residual stress.

【0003】溶接熱影響部のミクロ組織と疲労強度の関
係はこれまでにほとんどあきらかにされていないが、特
開平5−345928号公報では、HAZ組織の疲労強
度は島状マルテンサイトの生成により向上することが記
載されている。すなわち、硬質の島状マルテンサイトが
HAZ組織中に存在すると、一旦発生したミクロな疲労
き裂は伝播を阻止または遅延され、実質的に疲労強度が
上昇することが記載されている。溶接部の疲労き劣発生
・伝播のミクロ組織依存性に関する系統的な実験を実施
した結果、特開平6−207794号公報では疲労き裂
の発生・伝播を最も効果的に抑制するHAZ組織はフェ
ライトであることが明らかにされている。すなわち、炭
素当量値(以下Ceq)を限定し、HAZフェライト組織
分率を増加させることによって溶接部の疲労強度が向上
することが記載されている。
Although the relationship between the microstructure and the fatigue strength of the heat affected zone has not been clarified so far, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-34528, the fatigue strength of the HAZ structure is improved by the formation of island martensite. Is described. That is, it is described that when hard island-like martensite is present in the HAZ structure, the micro fatigue crack once generated is prevented or delayed from propagating, and the fatigue strength is substantially increased. As a result of conducting a systematic experiment on the microstructure dependence of poor fatigue initiation / propagation of the weld, JP-A-6-207794 discloses that the HAZ structure that suppresses the initiation / propagation of fatigue cracks most effectively is ferrite. It has been revealed that That is, it is described that the fatigue strength of the welded portion is improved by limiting the carbon equivalent value (hereinafter, Ceq) and increasing the HAZ ferrite structure fraction.

【0004】60〜80kgf/mm2 高張力鋼のようにHA
Z組織がベイナイトとなる場合、疲労き裂発生・伝播の
抑制は、特開平7−15450号公報などに記載されて
いるように、SiやNbの添加量とCeqの限定が有効で
ある。すなわち、Si添加量の限定はマルテンサイト添
加を抑えつつベイナイト中のフェライトの固溶強化によ
って、また、Nb添加量の限定はNb炭化物の固溶ある
いは析出強化によってラス境界を強化する効果があり、
Ceqの限定はベイナイト全体を強化することによって溶
接部の疲労強度が向上する。一方、溶接継手部の疲労特
性を改善するために継手部の力学条件を改善する試みは
以前より試みられてきた。疲労亀裂が発生しやすい部分
は溶接部であるが、その理由としては、溶接部には応力
集中部が存在している、引っ張りの残留応力が生じてい
る、などが挙げられる。これら原因を解決することが高
疲労強度を有する溶接継手の実現に有効である。そのた
め、従来技術における高疲労強度溶接継手として、機械
的な方法あるいはTIG溶接により化粧溶接を施して応
力集中を減らした継手、またピーニングを用いて疲労が
発生する部位に圧縮残留応力を導入し同時に応力集中を
減らした継手、などがあった。これら継手は、構造物作
製コストを直接増大させるため、このような継手以外で
疲労強度が向上された溶接継手が望まれていた。
[0004] 60 to 80 kgf / mm 2 HA like high tensile steel
When the Z structure is bainite, the suppression of fatigue crack initiation / propagation is effectively limited by the addition amount of Si or Nb and the Ceq, as described in JP-A-7-15450. That is, the limitation of the amount of added Si has the effect of strengthening the lath boundary by solid solution strengthening of ferrite in bainite while suppressing the addition of martensite, and the limitation of the amount of added Nb has the effect of strengthening the lath boundary by solid solution or precipitation strengthening of Nb carbide.
Limiting Ceq improves the fatigue strength of the weld by strengthening the entire bainite. On the other hand, attempts to improve the mechanical conditions of the joint in order to improve the fatigue properties of the welded joint have been made for some time. The portion where the fatigue crack is likely to occur is the welded portion. The reason for this is that the welded portion has a stress concentration portion, a tensile residual stress is generated, and the like. Solving these causes is effective for realizing a welded joint having high fatigue strength. Therefore, as a high fatigue strength welded joint in the prior art, a joint in which stress concentration is reduced by applying a decorative welding by a mechanical method or TIG welding, or compressive residual stress is introduced into a part where fatigue occurs by using peening, and at the same time, There were joints with reduced stress concentration. Since these joints directly increase the cost of manufacturing a structure, a welded joint having improved fatigue strength other than such a joint has been desired.

【0005】最近になり、溶接金属の変態膨張を利用
し、残留応力を低減させ、これにより疲労強度を向上さ
せる手法が注目されている。例えば、大田らは溶接学会
全国大会講演概要集第61集520−521ページで、
溶接金属の変態膨張を利用し、角回し溶接継手の疲労強
度向上に関する報告を行っている。この報告によれば、
オーステナイトからマルテンサイトに変態を開始する温
度(Ms温度)を低くすることにより、変態に伴う膨張
が変態後の熱収縮より大きくなり、結果として圧縮の残
留応力が導入され、高疲労強度溶接継手が得られること
になる。大田らによると、角回し溶接継手の主板(平
板)を予熱し、付加物(縦板)を室温のままにして溶接
し、疲労強度向上を確かめている。大田らが報告してい
る溶接継手は、実施工の観点からすると、予熱を行わな
ければならない、しかも縦板は室温のままにする、など
施工コストの点から問題が多い。
[0005] Recently, attention has been paid to a method of utilizing a transformation expansion of a weld metal to reduce residual stress and thereby improve fatigue strength. For example, Ohta et al. In the 61st meeting of the Japan Welding Society, 520-521,
We report on the improvement of fatigue strength of square turning welded joints by utilizing transformation expansion of weld metal. According to this report,
By lowering the temperature at which the transformation from austenite to martensite (Ms temperature) is started, the expansion accompanying the transformation becomes larger than the heat shrinkage after the transformation, and as a result, residual stress of compression is introduced, and a high fatigue strength welded joint is obtained. Will be obtained. According to Ohta et al., The main plate (flat plate) of the turning welding joint is preheated, and the additional material (vertical plate) is welded at room temperature, and the improvement in fatigue strength is confirmed. The welding joints reported by Ohta et al. Have many problems from the viewpoint of construction cost, such as preheating must be performed from the viewpoint of construction work, and the vertical plates are kept at room temperature.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】特開昭61−9605
7号公報記載の発明では、母材のベイナイト面積率を特
定範囲に限定することにより疲労強度を向上させるもの
であるが、これは薄鋼板母材の疲労強度向上に関するも
のであり、本発明が対象とする厚鋼板の突合せ溶接、ま
たは隅肉溶接などにおける溶接継手の疲労強度向上には
効果がない。また、特開昭59−110490号公報お
よび特開平01−301823号公報記載の発明では、
溶接後に特殊な施工をする必要があり、溶接ままで疲労
強度を改善することができない。特開平5−34592
号公報記載の発明では、島状マルテンサイトを生成する
ために、溶接後に溶接部をAc1 〜Ac3 の中間温度域
に加熱後冷却する特殊な溶接後熱処理を施すものであ
り、溶接ままで疲労強度を向上させることはできない。
また、島状マルテンサイト生成によって著しく靭性が低
下することがよく知られており、良好なHAZ靭性を得
ることについては考慮していない。
Problems to be Solved by the Invention JP-A-61-9605
In the invention described in Japanese Patent Publication No. 7 (1995), the fatigue strength is improved by limiting the bainite area ratio of the base material to a specific range. This relates to the improvement of the fatigue strength of a thin steel sheet base material. It has no effect on improving the fatigue strength of the welded joint in butt welding or fillet welding of the target thick steel plate. Further, in the inventions described in JP-A-59-110490 and JP-A-01-301823,
Special work must be performed after welding, and the fatigue strength cannot be improved as it is. JP-A-5-34592
In the invention described in the publication, in order to generate island-like martensite, a special post-weld heat treatment of heating and cooling the welded portion to an intermediate temperature range of Ac 1 to Ac 3 after welding is performed, and the welding is performed as it is. Fatigue strength cannot be improved.
It is well known that the formation of island-like martensite significantly lowers toughness, and no consideration is given to obtaining good HAZ toughness.

【0007】特開平6−207794号公報記載の発明
では、Ceq値を限定しHAZフェライト分率を増加させ
ることによって溶接部の疲労強度を向上させるものであ
るが、この方法は溶接構造用軟鋼板と引張強さが50kg
f/mm2 高張力鋼板でHAZ組織がフェライトの場合であ
り、溶接入熱が小さく冷却速度が速い場合や、60〜8
0kgf/mm2 高張力鋼板でHAZのミクロ組織がベイナイ
トやマルテンサイトとなる場合に対して特に改善を目指
したものではない。特開平7−15450号公報などに
記載の成分限定にかかわる発明では、0.6%以上のS
i添加がベイナイト中のフェライトを固溶強化し、Nb
添加がNb炭化物の固溶あるいは析出強化によってラス
境界を強化し疲労き裂発生・伝播を抑制するものである
が、0.6%以上のSi添加や、高Nb添加はHAZ脆
化をもたらす。したがって、どちらの方法も疲労強度向
上を維持しつつ、良好なHAZ靭性を得ることについて
は考慮していない。
In the invention described in JP-A-6-207794, the fatigue strength of a weld is improved by limiting the Ceq value and increasing the HAZ ferrite fraction. And the tensile strength is 50kg
f / mm 2 high-strength steel sheet with a HAZ structure of ferrite, welding heat input is small and cooling rate is high, or 60 to 8
It is not intended to particularly improve the case where the microstructure of the HAZ of a 0 kgf / mm 2 high strength steel sheet becomes bainite or martensite. In the invention relating to the limitation of components described in JP-A-7-15450, etc., 0.6% or more of S
i addition strengthens the solid solution of ferrite in bainite,
The addition strengthens the lath boundary by solid solution or precipitation strengthening of Nb carbide to suppress the generation and propagation of fatigue cracks. However, the addition of 0.6% or more of Si or the addition of high Nb causes HAZ embrittlement. Therefore, neither method considers obtaining good HAZ toughness while maintaining improvement in fatigue strength.

【0008】また、変態温度が低くなれば残留応力が低
減される傾向に有ることは既存知見であり、疲労強度が
残留応力に影響を受けることも容易に推察されることで
ある。しかし、実施工に適用可能な簡便な施工方法を用
いて作製できる高疲労強度溶接継手はまだ確立されてい
ない。大田らの方法は、残留応力低減という技術を用い
ているものの、採用された施工方法は実用的ではなく、
実施工に適した溶接継手とは言い難い。一方で、ピーニ
ングやTIG溶接による化粧溶接が行われた従来継手
は、それ自体溶接構造物の施工コストを増加させる要因
となる。簡便な施工で溶接部に圧縮残留応力を導入しそ
れを用いて高疲労強度が達成された継手が確立されれ
ば、溶接構造物の信頼性向上の観点からその効果は絶大
なものとなる。
Further, it is an existing finding that the lower the transformation temperature is, the lower the residual stress tends to be, and it is easily presumed that the fatigue strength is affected by the residual stress. However, high fatigue strength welded joints that can be manufactured using a simple construction method applicable to construction work have not yet been established. Although the method of Ota et al. Uses a technique of reducing residual stress, the adopted construction method is not practical,
It is hard to say that it is a welded joint suitable for construction work. On the other hand, conventional joints on which decorative welding such as peening or TIG welding is performed are themselves a factor of increasing the construction cost of a welded structure. If a joint that achieves high fatigue strength is established by introducing compressive residual stress into a weld by simple construction and using it, the effect will be enormous from the viewpoint of improving the reliability of the welded structure.

【0009】本発明は、応力集中度の低減や溶接残留応
力の低減を実現するための付加的な溶接施工法による疲
労強度向上ではなく、鋼材成分を制御することにより、
溶接入熱に依存せず、溶接ままで突合せ溶接継手または
隅肉溶接継手の良好なHAZ靭性を維持しつつ、疲労強
度の大幅な向上を得ることのできる引張強さ590〜7
80MPa の高張力溶接構造用鋼板を母材に用いたうえ
で、低温変態膨張を利用した簡便な溶接施工方法で溶接
熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手やその実施に
あたり特に有利な継手構造を提供することを目的とする
ものである。
According to the present invention, not only the improvement of the fatigue strength by the additional welding method for realizing the reduction of the stress concentration and the reduction of the welding residual stress, but by controlling the steel material composition,
Tensile strengths of 590-7 that can obtain a significant improvement in fatigue strength while maintaining good HAZ toughness of butt welded joints or fillet welded joints as they are, without depending on welding heat input.
80MPa high-strength welded structural steel sheet as the base metal, and a welded joint with excellent weld heat affected zone toughness and fatigue properties by a simple welding construction method utilizing low-temperature transformation expansion, and a particularly advantageous joint for its implementation It is intended to provide a structure.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】発明者等は590〜78
0MPa の高張力鋼のHAZ組織をベイナイトとして靭性
と疲労強度の向上を目的として詳細な検討を行った結
果、高Nb添加とCeqの限定とともに微細な酸化物ある
いは窒化物の均一分散によるHAZ組織の細粒化が有効
であることの知見を得た。さらに、溶接部の残留応力を
低減させ疲労特性を向上させる技術について種々検討
し、これまで鋭意研究を重ねてきた結果、本発明を完成
させたもので、その要旨とするところは、以下の通りで
ある。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have 590-78.
A detailed study was conducted with the aim of improving toughness and fatigue strength using the HAZ structure of a high-strength steel of 0 MPa as bainite. As a result, the addition of high Nb and the restriction of Ceq, as well as the uniform dispersion of fine oxides or nitrides, We have found that refinement is effective. Furthermore, various studies have been made on techniques for reducing the residual stress of the welded part and improving the fatigue properties, and as a result of intensive research, the present invention has been completed. It is.

【0011】(1)質量%で、C:0.01〜0.1
%、Si:0.1〜1.6%、Mn:0.5〜2%、
P:0.01%以下、S:0.005%以下、Nb:
0.05〜0.3%、Al:0.001〜0.05%、
Ti:0.001〜0.05%、Mg:0.0002〜
0.006%、O:0.0001〜0.008%、N:
0.002〜0.008%を含有し、残部がFeおよび
不可避不純物からなり、かつ、下記式にて定義されるC
eqとPcmが、Ceq:0.45%以下、Pcm:0.2%以
下を満たし、さらに、粒子径0.002〜5μmの炭化
物、窒化物、酸化物の単独もしくは複合粒子の1種また
は2種以上を鋼中に分散し、溶接熱影響部組織の旧γ粒
径が溶接入熱によらず10〜200μmである高張力鋼
からなる溶接継手であって、オーステナイトからマルテ
ンサイトに変態を開始する温度が350℃以下150℃
以上となる溶接金属によって、その溶接部の最終パスが
形成されていることを特徴とする溶接熱影響部靭性と疲
労特性に優れた溶接継手。ただし、 Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+
(Cr+Mo+V)/5+Nb/3 Pcm(%)=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/
20+Ni/60+Mo/15+V/10 なお、式中元素記号は各元素の質量%を表す。 (2)前記高張力鋼が、質量%で、Cu:0.1〜2.
5%、Ni:0.1〜5%以下、Cr:0.1〜1%、
Mo:0.1〜1.5%、V:0.005〜0.05%
の1種または2種以上を、さらに含有することを特徴と
する、前記(1)に記載の溶接熱影響部靭性と疲労特性
に優れた溶接継手。 (3)前記溶接金属の降伏強度が、オーステナイトから
マルテンサイトに変態を開始する温度において390〜
1180MPa であることを特徴とする前記(1)または
(2)に記載の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶
接継手。 (4)前記溶接金属が、Ni、Cr、Moの1種または
2種以上とCを含有し、下記式で定義されるPaが、P
a:0.85〜1.3%を満たすことを特徴とする前記
(1)〜(3)のいずれか1項に記載の溶接熱影響部靭
性と疲労特性に優れた溶接継手。ただし、 Pa(%)=C+Ni/12+Cr/24+Mo/19 なお、式中元素記号は各元素の質量%を表す。 (5)前記溶接金属が、質量%で、C:0.01〜0.
2%、Si:0.1〜0.5%、Mn:0.01〜1.
5%、P:0.03%以下、S:0.02%以下、N
i:8〜12%を含有し、残部がFeおよび不可避不純
物からなることを特徴とする前記(3)または(4)に
記載の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。 (6)前記溶接金属が、質量%で、Ti:0.01〜
0.4%、Nb:0.01〜0.4%、V:0.1〜1
%の1種または2種以上を、さらに含有することを特徴
とする前記(5)に記載の溶接熱影響部靭性と疲労特性
に優れた溶接継手。 (7)前記溶接金属が、質量%で、Cu:0.05〜
0.4%、Cr:0.1〜3%、Mo:0.1〜3%、
Co:0.1〜2%の1種または2種以上を、さらに含
有することを特徴とする前記(5)または(6)に記載
の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。 (8)前記溶接金属が、質量%で、C:0.001〜
0.05%、Si:0.1〜0.7%、Mn:0.4〜
2.5%、P:0.03%以下、S:0.02%以下、
Ni:4〜8%、Cr:8〜15%、N:0.001〜
0.05%、C+N:0.001〜0.06%を含有
し、残部Feおよび不可避不純物からなることを特徴と
する前記(3)または(4)に記載の溶接熱影響部靭性
と疲労特性に優れた溶接継手。 (9)前記溶接金属が、質量%で、Cu:0.05〜
0.4%、Mo:0.1〜2%、Ti:0.005〜
0.3%、Nb:0.005〜0.3%、V:0.05
〜0.5%の1種または2種以上を、さらに含有するこ
とを特徴とする前記(8)に記載の溶接熱影響部靭性と
疲労特性に優れた溶接継手。 (10)補助部材として、面外ガゼット、カバープレー
ト、スタッドの1種または2種以上が、疲労荷重を受け
る構造部材に溶接されていることを特徴とする前記
(1)〜(9)のいずれか1項に記載の溶接熱影響部靭
性と疲労特性に優れた溶接継手。 (11)前記補助部材が、溶接される端部に5mm以上の
開先を有することを特徴とする前記(10)に記載の溶
接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。 (12)面外ガゼットが、回し溶接されることを特徴と
する前記(10)または(11)に記載の溶接熱影響部
靭性と疲労特性に優れた溶接継手。 (13)面外ガゼットが、スカラップを有することを特
徴とする前記(10)〜(12)のいずれか1項に記載
の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
(1) In mass%, C: 0.01 to 0.1
%, Si: 0.1 to 1.6%, Mn: 0.5 to 2%,
P: 0.01% or less, S: 0.005% or less, Nb:
0.05-0.3%, Al: 0.001-0.05%,
Ti: 0.001-0.05%, Mg: 0.0002-
0.006%, O: 0.0001 to 0.008%, N:
0.002 to 0.008%, the balance being Fe and unavoidable impurities, and C defined by the following formula:
eq and Pcm satisfy Ceq: 0.45% or less and Pcm: 0.2% or less, and further, one or two of carbide, nitride and oxide single or composite particles having a particle size of 0.002 to 5 μm. A high-strength steel welded joint in which more than one species is dispersed in steel and the former γ grain size of the weld heat-affected zone structure is 10 to 200 μm regardless of welding heat input, and transformation from austenite to martensite is started. Temperature is below 350 ℃ 150 ℃
A weld joint having excellent toughness and fatigue properties in a heat affected zone of a weld, wherein a final pass of the weld is formed by the above weld metal. However, Ceq (%) = C + Mn / 6 + (Cu + Ni) / 15 +
(Cr + Mo + V) / 5 + Nb / 3 Pcm (%) = C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) /
20 + Ni / 60 + Mo / 15 + V / 10 In the formulas, the symbol of each element represents mass% of each element. (2) The high-tensile steel is, in mass%, Cu: 0.1-2.
5%, Ni: 0.1 to 5% or less, Cr: 0.1 to 1%,
Mo: 0.1 to 1.5%, V: 0.005 to 0.05%
The welded joint excellent in toughness and fatigue properties of the weld heat-affected zone according to the above (1), further comprising one or more of the following. (3) The yield strength of the weld metal is 390 to 390 at a temperature at which transformation from austenite to martensite starts.
(1) or (2), wherein the welded joint is excellent in toughness and fatigue properties in a heat affected zone. (4) The weld metal contains one or more of Ni, Cr and Mo and C, and Pa defined by the following formula is P
a: The welded joint excellent in toughness and fatigue properties of the weld heat-affected zone according to any one of (1) to (3), which satisfies 0.85 to 1.3%. However, Pa (%) = C + Ni / 12 + Cr / 24 + Mo / 19 In the formula, the symbol of the element represents the mass% of each element. (5) C: 0.01 to 0.1% by mass of the weld metal.
2%, Si: 0.1-0.5%, Mn: 0.01-1.
5%, P: 0.03% or less, S: 0.02% or less, N
i: A welded joint excellent in toughness and fatigue properties in a weld heat-affected zone according to the above (3) or (4), containing 8 to 12%, with the balance being Fe and unavoidable impurities. (6) The weld metal is, in mass%, Ti: 0.01 to
0.4%, Nb: 0.01 to 0.4%, V: 0.1 to 1
%. The welded joint according to the above item (5), further comprising one or more of one or more of the above-described%. (7) The weld metal is Cu: 0.05-% by mass.
0.4%, Cr: 0.1-3%, Mo: 0.1-3%,
Co: The welded joint excellent in toughness and fatigue properties of the weld heat-affected zone according to (5) or (6), further comprising one or more of 0.1 to 2% of Co. (8) The weld metal is represented by mass%, C: 0.001 to
0.05%, Si: 0.1 to 0.7%, Mn: 0.4 to
2.5%, P: 0.03% or less, S: 0.02% or less,
Ni: 4 to 8%, Cr: 8 to 15%, N: 0.001
(3) or (4), characterized in that it contains 0.05%, C + N: 0.001 to 0.06%, and the balance is Fe and inevitable impurities. Excellent welded joint. (9) The weld metal is Cu: 0.05-% by mass.
0.4%, Mo: 0.1-2%, Ti: 0.005-
0.3%, Nb: 0.005 to 0.3%, V: 0.05
The welded joint excellent in the toughness and fatigue properties of the weld heat-affected zone according to the above (8), further comprising at least one kind of 0.5% or more. (10) Any one of the above (1) to (9), wherein one or more of out-of-plane gussets, cover plates, and studs are welded to a structural member subjected to a fatigue load as an auxiliary member. 4. A welded joint excellent in toughness and fatigue properties of a weld heat affected zone according to claim 1. (11) The welded joint according to the above (10), wherein the auxiliary member has a groove of 5 mm or more at the end to be welded, and has excellent toughness and fatigue properties in a weld heat affected zone. (12) The welded joint excellent in toughness and fatigue properties of the weld heat-affected zone according to the above (10) or (11), wherein the out-of-plane gusset is rotary-welded. (13) The welded joint according to any one of the above (10) to (12), wherein the out-of-plane gusset has scallops.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】発明者らは、まず、溶接継手の母
材となるべき鋼材に関する検討を行った。具体的には、
溶接継手の疲労試験片のき裂発生・伝播の状況をミクロ
的に詳細に観察を行った。その結果、ほとんどの疲労き
裂は溶接金属とHAZの境界部、すなわち、溶接融合線
(fusion line :溶接金属とHAZ境界)付近から発生
し、HAZ内を伝播し、さらに母材部に突入して試験片
の全体破壊に至ることを知見した。溶接融合線付近は溶
接止端部に一致し、この部分で最も応力集中が高くなる
ためである。このように、疲労き裂は溶接融合線付近か
ら発生し、HAZ内を伝播するために、疲労強度はHA
Zのミクロ組織に大きく影響することが明らかとなっ
た。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors first studied a steel material to be a base material of a welded joint. In particular,
The state of crack initiation and propagation in fatigue test specimens of welded joints was observed in microscopic detail. As a result, most fatigue cracks occur at the boundary between the weld metal and the HAZ, that is, near the weld fusion line (fusion line: the boundary between the weld metal and the HAZ), propagate through the HAZ, and further enter the base metal. It was found that the test piece was totally destroyed. This is because the vicinity of the weld fusion line coincides with the weld toe, and the stress concentration is highest at this portion. As described above, the fatigue crack is generated near the weld fusion line and propagates in the HAZ.
It has been found that Z has a significant effect on the microstructure.

【0013】上記のように、疲労き裂の発生部は溶接融
合線近傍であり、さらにき裂伝播の初期段階ではHAZ
内である。これらの領域は応力集中部に一致している。
HAZミクロ組織と応力集中の両因子を再現することに
よりHAZミクロ組織が疲労強度に及ぼす影響を調査す
ることができる。すなわち、再現溶接熱サイクルを与え
た鋼材から応力集中を設けた試験片を加工し、疲労試験
に供してHAZミクロ組織と疲労強度の関係を求めた。
試験片の外形寸法10×10×55mm、切欠き深さは2
mm、切欠き先端半径は0.75mmで、支点間距離を40
mmとして3点曲げ繰返し荷重を与え、疲労破壊させた。
応力集中係数は2.6である。
[0013] As described above, the portion where the fatigue crack occurs is near the weld fusion line, and at the initial stage of crack propagation, the HAZ is formed.
Is within. These regions correspond to the stress concentration parts.
By reproducing both the HAZ microstructure and the stress concentration factor, the effect of the HAZ microstructure on the fatigue strength can be investigated. That is, a test piece provided with stress concentration was processed from a steel material to which a reproduction welding heat cycle was applied, and subjected to a fatigue test to determine the relationship between the HAZ microstructure and the fatigue strength.
Dimension of test piece 10 × 10 × 55mm, notch depth 2
mm, the notch tip radius is 0.75mm, and the distance between fulcrums is 40
A three-point bending load was applied repeatedly as mm to cause fatigue fracture.
The stress concentration factor is 2.6.

【0014】図1は軟鋼および引張強さが490MPa 級
の強度を有する実験室真空溶解鋼を素材として、最高加
熱温度を1400℃、800〜500℃の冷却時間を1
〜30秒とした溶接再現熱サイクルを与えた再現HAZ
材の疲労限度比(疲労限/再現HAZ材の引張強さ)を
再現HAZ材の引張強さに対してプロットしたものであ
る。同図から明らかなように、疲労限度比はHAZミク
ロ組織に大きく依存し、マルテンサイト、下部ベイナイ
ト、下部ベイナイト+上部ベイナイトの混合組織、上部
ベイナイト、フェライトの順に高くなる。すなわち、応
力集中を有する疲労試験においてはHAZ組織が高温変
態組織ほど疲労限度比が高くなり、低温変態組織ほど低
くなる。
FIG. 1 is a graph showing a maximum heating temperature of 1400.degree. C. and a cooling time of 800 to 500.degree. C. for a mild steel and a laboratory vacuum molten steel having a tensile strength of 490 MPa.
Reproduced HAZ given a reproducible heat cycle of up to 30 seconds
It is a plot of the fatigue limit ratio of the material (fatigue limit / tensile strength of the reproduced HAZ material) with respect to the tensile strength of the reproduced HAZ material. As is clear from the figure, the fatigue limit ratio greatly depends on the HAZ microstructure, and increases in the order of martensite, lower bainite, a mixed structure of lower bainite + upper bainite, upper bainite, and ferrite. That is, in a fatigue test having stress concentration, the HAZ structure has a higher fatigue limit ratio as the structure is transformed at a higher temperature, and becomes lower as the structure is transformed at a lower temperature.

【0015】このように疲労強度がミクロ組織に依存す
る原因は完全には解明されていないが、 低温変態組織ほど変態時に導入された転位密度が高
く、この転位は繰返し応力を受けると再配列されてしま
うために転位強化は疲労強度にあまり寄与しない、 低温変態組織になるとベイナイトやマルテンサイトの
ラス界面、あるいは旧オーステナイト粒界の強度が粒内
組織の強度に比べて相対的に低くなり、ラス界面や旧オ
ーステナイト粒界で疲労き裂が容易に発生する、 フェライト組織では伝播するき裂先端における塑性変
形が顕著で、塑性吸収エネルギーが増大し、その結果と
してき裂伝播を遅延させる、などの理由が考えられる。
応力集中の少ない平滑試験片においては疲労強度のミク
ロ組織依存性は少なく、むしろ静的な引張強さと高い相
関関係を有することが知られている。
Although the cause of the fatigue strength depending on the microstructure has not been completely elucidated, the dislocation density introduced at the time of transformation is higher in a low-temperature transformation structure, and the dislocations are rearranged when subjected to repeated stress. Therefore, the dislocation strengthening does not contribute much to the fatigue strength.In the case of a low-temperature transformation structure, the lath interface of bainite or martensite or the strength of the former austenite grain boundary becomes relatively lower than the strength of the intragranular structure. Fatigue cracks easily occur at interfaces and former austenite grain boundaries, and in the ferrite structure, plastic deformation at the crack tip that propagates is remarkable, plastic absorption energy increases, and as a result, crack propagation is delayed. There may be a reason.
It is known that in a smooth test piece with less stress concentration, the microstructure dependence of fatigue strength is small, and rather, it has a high correlation with static tensile strength.

【0016】上に示したように、再現HAZ材疲労強度
がミクロ組織により影響を受け、特にフェライト主体組
織で疲労限度比が上昇することは応力集中部で特異的に
生じる現象であり、ミクロ組織をフェライト主体組織と
することによる疲労強度向上の効果は溶接継手のように
応力集中が存在する場合に特に顕著に作用するものであ
る。したがって、HAZミクロ組織をフェライト主体組
織とすることが疲労強度向上の上で最も望ましいが、H
AZが連続的に受ける連続冷却変態で100%フェライ
ト組織にすることは、特に冷却速度が大きい小・中入熱
溶接では困難であり、本発明が対象としている引張強さ
590〜780MPa 級の強度を持つこともフェライト主
体組織では困難であるので、フェライトに次いで疲労限
度比が高い上部ベイナイト主体組織とした。
As described above, the reproduced HAZ material fatigue strength is affected by the microstructure. In particular, an increase in the fatigue limit ratio in a ferrite-based structure is a phenomenon that occurs specifically in a stress-concentrated portion. The effect of improving the fatigue strength by using as a ferrite-based structure is particularly remarkable when stress concentration exists as in a welded joint. Therefore, it is most desirable to make the HAZ microstructure a ferrite-based structure in order to improve the fatigue strength.
It is difficult to obtain a 100% ferrite structure by continuous cooling transformation that AZ receives continuously, especially in small-to-medium heat input welding with a high cooling rate, and the present invention is directed to a tensile strength of 590 to 780 MPa class. Since it is difficult for a ferrite-based structure to have the same, the upper bainite-based structure has the second highest fatigue limit ratio after ferrite.

【0017】図2は、 軟鋼および引張強さが490MPa (50kgf/mm2 )、 Siを0.2%程度含んだ引張強さが590〜780
MPa (60〜80kgf/mm2 )、 Nbを0.1%程度含んだ引張強さが590〜780
MPa (60〜80kgf/mm2 )、 Nbを0.1%程度含み、Mgで脱酸処理を行い細粒
化した引張強さが590〜780MPa (60〜80kgf/
mm2 ) をそれぞれの実験室真空溶解鋼を素材として、最高加熱
温度を1400℃、800〜500℃の冷却時間を1〜
30秒とした溶接再現熱サイクルを与え、HAZ組織を
ベイナイト60%超としたものについての疲労試験を実
施した結果で、疲労限度比を各種鋼材のCeqに対してプ
ロットしたものである。ここで示したCeqは一般に使用
されているIIWの炭素当量式にNbの焼入れ性上昇効
果を考慮した次式によるものである。 Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+
(Cr+Mo+V)/5+Nb/3 図2から明らかなように、0.1%Nb添加が疲労限度
比を高くし、Mg脱酸での細粒化によりさらに上昇して
いるのがわかる。また、Ceqが0.3%以上になると疲
労限度比が高くなる。
FIG. 2 shows that the mild steel has a tensile strength of 490 MPa (50 kgf / mm 2 ) and a tensile strength of about 590 to 780 containing about 0.2% of Si.
MPa (60-80 kgf / mm 2 ), Tensile strength containing about 0.1% Nb is 590-780
MPa (60-80 kgf / mm 2 ), containing about 0.1% of Nb, deoxidized with Mg, and refined to obtain a tensile strength of 590-780 MPa (60-80 kgf / mm 2 ).
mm 2 ), the maximum heating temperature was 1400 ° C. and the cooling time at 800 to 500 ° C. was 1 to
This is a result of performing a fatigue test on a steel sheet having a HAZ structure of more than 60% bainite by giving a welding reproduction heat cycle of 30 seconds and plotting the fatigue limit ratio with respect to Ceq of various steel materials. The Ceq shown here is based on the following equation, which takes into account the effect of increasing the hardenability of Nb on the commonly used IIW carbon equivalent equation. Ceq (%) = C + Mn / 6 + (Cu + Ni) / 15 +
(Cr + Mo + V) / 5 + Nb / 3 As is evident from FIG. 2, it can be seen that the addition of 0.1% Nb increases the fatigue limit ratio and further increases due to the fineness by Mg deoxidation. When Ceq is 0.3% or more, the fatigue limit ratio increases.

【0018】疲労強度が同じベイナイト60%超のHA
Z組織にもかかわらずNbと細粒化とCeqに依存する原
因については十分に解明されていないが、 Ceqが大きい領域ではベイナイト中のセメンタイトと
ラス境界の強度差が小さくなり、ラス境界での疲労き裂
の発生を抑制すること、 高Nb添加はベイナイト中のラス境界にNbおよび微
細なNb(C,N)が析出あるいは偏析してラス境界を
強化し、疲労き裂の発生を抑制すること、 細粒化による、応力集中軽減効果とともに、面積が増
加した粒界あるいはラス境界が障害となって疲労き裂の
発生を抑制する、などの理由が考えられる。また、Nb
の析出によって低下するHAZ靭性も、細粒化によって
通常の鋼材以上に上昇し、入熱条件に依存せず、良好な
HAZ靭性を持つようになる。上記の検討結果から明ら
かなように、本発明の骨子は、HAZ組織がベイナイト
60%超、高Nb添加、Ceqの限定、細粒化によって溶
接部の靭性を維持しつつ、疲労強度を向上するものであ
る。以上の基本思想を基に、各合金元素の範囲を限定し
た理由を以下に述べる。
HA having the same fatigue strength of more than 60% bainite
Despite the Z structure, the cause of the dependence on Nb, grain refinement, and Ceq has not been fully elucidated. However, in the region where Ceq is large, the difference in strength between cementite and lath boundary in bainite becomes small, Suppression of fatigue cracking, high Nb addition strengthens the lath boundary by precipitation or segregation of Nb and fine Nb (C, N) on lath boundary in bainite, and suppresses fatigue crack generation The reason is that, together with the effect of reducing the concentration of stress due to the grain refinement, the grain boundary or lath boundary having an increased area acts as an obstacle to suppress the occurrence of fatigue cracks. Also, Nb
The HAZ toughness, which decreases due to precipitation of, increases to a level higher than that of a normal steel material due to grain refinement, and has good HAZ toughness irrespective of heat input conditions. As is clear from the above examination results, the skeleton of the present invention has a HAZ structure of more than 60% of bainite, high Nb addition, limitation of Ceq, and refinement of grain size, thereby improving the fatigue strength while maintaining the toughness of the weld. Things. The reason for limiting the range of each alloy element based on the above basic idea will be described below.

【0019】Cは、鋼の強度を向上させる有効な成分と
して含有するもので、0.01%未満では母材強度を確
保するのが困難である。0.1%超では母材および溶接
部の靭性や耐溶接割れ性を低下させるので、0.01〜
0.1%とした。
C is contained as an effective component for improving the strength of steel. If it is less than 0.01%, it is difficult to secure the strength of the base material. If it exceeds 0.1%, the toughness and weld cracking resistance of the base metal and the welded part are reduced, so
0.1%.

【0020】Siは、強度確保のほか脱酸元素として必
須の元素であり、ベイナイト中のフェライトを固溶強化
してラス境界を強化させ疲労強度を向上するためには
0.6%以上の添加が必要で、1.6%を越えると逆に
ラス境界からき裂が発生しやすくなる。一方、良好なH
AZ靭性を得るには0.6%以下にすることが必要とな
り、それによる疲労強度向上の維持は下記に示す高Nb
添加および微細な酸化物あるいは窒化物による細粒化に
より図ることができる。しかしながら、高Nb添加によ
っても0.1%未満になると疲労強度の向上が確保でき
なくなる。したがって、その量は0.1〜1.6%と
し、特に良好なHAZ靭性を必要とする場合には0.1
〜0.6%が望ましい。
Si is an essential element as a deoxidizing element in addition to securing strength. In order to strengthen ferrite in bainite by solid solution to strengthen the lath boundary and improve fatigue strength, Si is added in an amount of 0.6% or more. Is required, and if it exceeds 1.6%, a crack is likely to be generated from the lath boundary. On the other hand, good H
In order to obtain AZ toughness, it is necessary to reduce the content to 0.6% or less.
It can be achieved by addition and fine graining by fine oxides or nitrides. However, even if the content of Nb is less than 0.1%, improvement in fatigue strength cannot be ensured. Therefore, the amount is set to 0.1 to 1.6%, and especially when good HAZ toughness is required.
~ 0.6% is desirable.

【0021】Mnは、強度を高めるために必須の元素で
あるが0.5%未満では母材強度を確保できない。一
方、2%を超えるとHAZ組織がマルテンサイト主体と
なって疲労強度が低下するため、その量を0.5〜2%
とした。
Mn is an essential element for increasing the strength, but if it is less than 0.5%, the strength of the base material cannot be secured. On the other hand, if it exceeds 2%, the HAZ structure becomes mainly martensite and the fatigue strength is reduced.
And

【0022】Pは、鋼の靭性に影響を与える元素であ
り、0.01%を超えると母材だけでなくHAZの靭性
を著しく阻害するので、極力少ないほうが良く、その量
を0.01%以下とした。Sは、Pと同様に低いほど好
ましく、0.005%を超えるとMnS析出が顕著とな
り、母材のHAZ靭性を阻害し、板厚方向の延性も低下
させる。さらに、MnS介在物が多量に存在すると、こ
れが疲労き裂の起点となり疲労強度のばらつきの原因と
なる。そのためその量を0.005%以下とした。
P is an element that affects the toughness of steel. If it exceeds 0.01%, it significantly impairs not only the base material but also the toughness of the HAZ. It was as follows. S is preferably as low as P, and if it exceeds 0.005%, MnS precipitation becomes remarkable, hindering the HAZ toughness of the base material and reducing ductility in the thickness direction. Furthermore, when MnS inclusions are present in large amounts, they become the starting points of fatigue cracks and cause variations in fatigue strength. Therefore, the amount was made 0.005% or less.

【0023】Nbは、本発明の成分として主たる元素の
一つであり、ベイナイト中のラス境界にNbの微細な炭
化物あるいは窒化物が析出してラス境界を強化し溶接継
手部の疲労強度が向上でき、Si添加が0.6%未満の
場合でも疲労強度は十分に向上できる。その効果を得る
には0.05%超が必要である。一方、0.30%を超
えると析出部が粗大化し、それが起点となってき裂が発
生しやすくなり、疲労強度が低下する。したがってその
添加量を0.05〜0.3%とする。
Nb is one of the main elements as a component of the present invention, and fine carbide or nitride of Nb precipitates on the lath boundary in bainite to strengthen the lath boundary and improve the fatigue strength of the weld joint. Even if the addition of Si is less than 0.6%, the fatigue strength can be sufficiently improved. More than 0.05% is required to obtain the effect. On the other hand, if the content exceeds 0.30%, the deposited portion becomes coarse, which becomes a starting point, easily causes cracks, and lowers the fatigue strength. Therefore, the addition amount is set to 0.05 to 0.3%.

【0024】Alは、脱酸、オーステナイト粒径の細粒
化等に有効な元素である。また、後述するように、HA
Z靭性向上に必要なMgO、Mg含有酸化物の微細分散
に寄与する。効果を発揮するためには0.001%以上
含有する必要がある。一方、0.05%を超えると、粗
大な酸化物を形成して延性を極端に劣化させるとともに
疲労き裂の起点の原因となるため、その量を0.001
〜0.05%とした。
Al is an element effective for deoxidation, reduction of austenite grain size, and the like. Also, as described later, HA
It contributes to the fine dispersion of MgO and Mg-containing oxide necessary for improving the Z toughness. In order to exhibit the effect, it is necessary to contain 0.001% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.05%, a coarse oxide is formed, the ductility is extremely deteriorated, and a starting point of a fatigue crack is caused.
-0.05%.

【0025】Tiは、析出強化により母材強度向上に寄
与するとともに、高温でも安定なTiNの形成により加
熱オーステナイト粒径微細化にも有効な元素である。ま
た、後述するように、HAZ靭性向上に必要なMgO、
Mg含有酸化物の微細分散に寄与する。効果を発揮する
ためには0.001%以上含有する必要がある。一方、
0.05%を超えると、粗大な酸化物を形成して延性を
極端に劣化させるとともに疲労き裂の起点の原因となる
ため、その量を0.001〜0.05%とした。
Ti is an element that contributes to the improvement of the base metal strength by precipitation strengthening and is also effective in reducing the austenite grain size by heating by forming stable TiN even at high temperatures. Further, as described later, MgO required for improving HAZ toughness,
It contributes to fine dispersion of Mg-containing oxide. In order to exhibit the effect, it is necessary to contain 0.001% or more. on the other hand,
If it exceeds 0.05%, a coarse oxide is formed, the ductility is extremely deteriorated, and a fatigue crack is caused. Therefore, the amount is set to 0.001 to 0.05%.

【0026】Mgは、本発明の主たる合金元素の一つで
あり、主に脱酸剤として添加されるが、0.006%を
超えると、粗大な酸化物が生成しやすくなり、母材およ
びHAZ靭性の低下をもたらす。しかしながら、0.0
002%未満の添加では、粒内変態およびピニング粒子
として必要な酸化物の生成が十分に期待できなくなるた
め、その量を0.0002〜0.006%とした。
Mg is one of the main alloying elements of the present invention, and is mainly added as a deoxidizing agent. However, if it exceeds 0.006%, coarse oxides are easily formed, and the base metal and This leads to a decrease in HAZ toughness. However, 0.0
If the addition is less than 002%, the intragranular transformation and the generation of oxides required as pinning particles cannot be expected sufficiently, so the amount was made 0.0002 to 0.006%.

【0027】Oは、Mg含有酸化物を生成させるための
必須元素である。鋼中に最終的に残存する酸素量として
は、0.0001%未満では酸化物の個数が十分とはな
らないために、0.0001%を下限値とする。一方、
0.008%を越えて残存した場合は、粗大な酸化物が
多くなり、母材およびHAZ靭性の低下をもたらす。し
たがって上限値を0.008%とした。
O is an essential element for generating an Mg-containing oxide. If the amount of oxygen finally remaining in the steel is less than 0.0001%, the number of oxides is not sufficient, so the lower limit is 0.0001%. on the other hand,
When the content exceeds 0.008%, coarse oxides increase, resulting in a decrease in base material and HAZ toughness. Therefore, the upper limit was made 0.008%.

【0028】Nは、AlやTiと化合してオーステナイ
ト粒微細化に有効に働くため、微量であれば機械的性質
向上に寄与する。また、工業的に鋼中のNを完全に除去
することは不可能であり、必要以上に低減することは製
造工程に過大な負荷をかけるため好ましくない。そのた
め工業的に制御が可能で、製造工程への負荷が許容でき
る範囲として下限を0.002%とする。過剰に含有す
ると、固溶Nが増加し、延性や靭性に悪影響を及ぼす可
能性があるため、許容できる範囲として上限を0.00
8%とした。
Since N effectively combines with Al and Ti to reduce the size of austenite grains, a small amount of N contributes to the improvement of mechanical properties. Further, it is impossible to industrially completely remove N in steel, and it is not preferable to reduce N more than necessary because an excessive load is applied to a manufacturing process. Therefore, the lower limit is set to 0.002% as a range in which industrial control is possible and the load on the manufacturing process is acceptable. If it is contained excessively, the amount of dissolved N increases, which may adversely affect ductility and toughness.
8%.

【0029】以上が本発明における基本成分系である
が、さらに本発明においては上記成分の添加量と溶接熱
影響部の焼入れ性となる硬化性Ceqと溶接性を考慮した
低温割れ感受性Pcmとの間にCeq≦0.45%およびP
cm≦0.2%を満たすことを重要な骨子としており、溶
接性および溶接部の靭性と疲労強度を向上させるもので
ある。すなわち、Ceqは強度向上のために高いほどよい
が、0.45%を超えるとベイナイトからマルテンサイ
ト主体の組織になって疲労強度が低下する。したがって
上限値を0.45%とした。ベイナイト主体の組織とし
強度を確保するためには、Ceqは0.24%以下となら
ないようにすることが好ましい。また、Pcmが0.2%
を超えると低温割れを起こす可能性があり、溶接ままで
HAZ靭性および疲労強度を向上させることが困難にな
ってくる。したがって上限値を0.2%とした。
The above is the basic component system in the present invention. Further, in the present invention, the addition amount of the above components, the hardening property Ceq which becomes the quenchability of the weld heat affected zone, and the low temperature crack susceptibility Pcm considering the weldability are considered. Between Ceq ≦ 0.45% and P
It is important to satisfy cm ≦ 0.2% to improve weldability and toughness and fatigue strength of a welded portion. In other words, Ceq is preferably as high as possible for improving the strength, but if it exceeds 0.45%, the structure changes from bainite to martensite and the fatigue strength decreases. Therefore, the upper limit was set to 0.45%. In order to secure the strength with a bainite-based structure, it is preferable that Ceq not be less than 0.24%. In addition, Pcm is 0.2%
If it exceeds, low temperature cracking may occur, and it becomes difficult to improve HAZ toughness and fatigue strength as it is welded. Therefore, the upper limit was set to 0.2%.

【0030】選択的に添加するCu,Ni,Cr,M
o,Vは全て焼入れ性Ceqを高める元素であり、基本成
分に1種あるいは2種以上含有することが効果的であ
る。以下に、各元素の成分限定理由を述べる。Cuは、
靭性を低下させずに強度の上昇に有効な元素であるが、
0.1%未満では効果がなく、2.5%を超えると鋼片
加熱時や溶接時に割れを生じやすくする。したがって、
その量を0.1〜2.5%とする。Niは、靭性および
強度の改善に有効な元素であり、その効果を得るために
は0.1%以上の添加が必要であるが、5%以上の添加
では溶接性が低下するばかりか、HAZ組織はベイナイ
トからマルテンサイト主体の組織となって疲労強度を低
下させる。したがって、その量を0.1〜5%とした。
Crは、焼入れ性を高めて強度を確保する上で0.1%
以上必要である。一方、1%を超えるとNiの同様の理
由で好ましくない。したがって、その量を0.1〜1%
とした。Moは、焼入れ性向上、強度向上、耐焼戻し脆
化、再結晶抑制に有効な元素であり、その効果を得るた
めには0.1%以上の添加が必要であるが、1.5%を
超えると靭性および溶接性が劣化する。したがって、そ
の量を0.1〜1.5%とした。Vは、焼戻し時に炭・
窒化物を形成して析出強化により強度を上昇させる。そ
のため0.005%以上の添加が必要であるが、0.0
5%を超えるとHAZ靭性を低下させる。したがって、
その量を0.005〜0.05%とした。
Cu, Ni, Cr, M selectively added
o and V are elements that enhance the quenchability Ceq, and it is effective to include one or more of them in the basic components. The reasons for limiting the components of each element are described below. Cu is
It is an element effective for increasing strength without reducing toughness,
If it is less than 0.1%, there is no effect, and if it exceeds 2.5%, cracks are likely to occur during heating of the slab or welding. Therefore,
The amount is set to 0.1 to 2.5%. Ni is an element effective for improving toughness and strength. To obtain the effect, addition of 0.1% or more is necessary. However, addition of 5% or more not only lowers weldability but also reduces HAZ. The structure is changed from bainite to a structure mainly composed of martensite to reduce the fatigue strength. Therefore, the amount was set to 0.1 to 5%.
Cr is 0.1% for enhancing hardenability and securing strength.
It is necessary. On the other hand, if it exceeds 1%, it is not preferable for the same reason as Ni. Therefore, the amount is 0.1-1%
And Mo is an element effective for improving hardenability, improving strength, resistance to tempering embrittlement, and suppressing recrystallization. To obtain the effect, it is necessary to add 0.1% or more. If it exceeds, toughness and weldability deteriorate. Therefore, the amount was set to 0.1 to 1.5%. V is charcoal
A nitride is formed to increase the strength by precipitation strengthening. Therefore, it is necessary to add 0.005% or more.
If it exceeds 5%, the HAZ toughness decreases. Therefore,
The amount was made 0.005 to 0.05%.

【0031】次に、鋼板の好ましい製造方法について述
べる。本発明は、溶接部疲労強度に優れた引張強さ59
0〜780MPa 高張力溶接構造用鋼板を提供するもので
ある。まず、製鋼段階でのMgの添加方法であるが、す
でに述べたように、最初にSi、Mnを添加後、まず、
Tiを添加し溶鋼中の酸素量を調整した後、少量のMg
を徐々に添加するか、あるいは、Tiと少量のMgを同
時に添加した後に、最終段階で再度Mgを添加する、最
適なMgの添加量は、Ti添加後、溶鋼中に存在する酸
素量などに依存するが、実験ではそのときの酸素濃度は
Ti添加量とMg添加までの時間に依存し、TiとMg
添加量を適正な範囲で制御すれば良い。なお、最終的な
Mg添加時の溶存酸素量は0.1〜50ppm 程度が適量
である。最小の0.1ppm は微細なMg酸化物ができる
最小の量であり、50ppm を超えると粗大なMg酸化物
ができるようになり、ピニング力が弱くなることからこ
れを限度とした。熱間圧延・冷却後における再加熱処理
の温度をAc3 以上1000℃以下に限定した理由は、
母材強度を母材組織をマルテンサイトを含んだベイナイ
ト主体組織にし、かつ母材の強度・靭性バランスを得る
ための温度範囲である。この温度以下では十分な強度が
得られないためである。
Next, a preferred method for producing a steel sheet will be described. The present invention provides a tensile strength 59 excellent in weld fatigue strength.
The present invention provides a steel plate for a high-strength welded structure of 0 to 780 MPa. First, the method of adding Mg at the steel making stage is as described above. First, after adding Si and Mn, first,
After adjusting the amount of oxygen in the molten steel by adding Ti, a small amount of Mg
Is added gradually, or after adding Ti and a small amount of Mg at the same time, Mg is added again in the final stage. The optimal amount of added Mg depends on the amount of oxygen existing in the molten steel after the addition of Ti. In the experiment, the oxygen concentration at that time depends on the amount of Ti added and the time until the addition of Mg.
What is necessary is just to control the addition amount in an appropriate range. The appropriate amount of dissolved oxygen at the final addition of Mg is about 0.1 to 50 ppm. The minimum of 0.1 ppm is the minimum amount that can form fine Mg oxides. If it exceeds 50 ppm, coarse Mg oxides can be formed and the pinning force is weakened. The reason for limiting the temperature of the reheating treatment after hot rolling and cooling to not less than Ac 3 and not more than 1000 ° C. is as follows.
The base material strength is a temperature range for changing the base material structure to a bainite-based structure containing martensite and obtaining a balance between strength and toughness of the base material. This is because sufficient strength cannot be obtained below this temperature.

【0032】上記のような常法の熱間圧延法を採用する
ことは可能であるが、炭素当量値が低い場合や板厚が大
きい場合には常法の圧延方法では必要とする強度が得ら
れない場合がある。このような場合には、制御圧延、加
速冷却法により母材強度を上昇させることができる。熱
間圧延温度を1200℃の高温域まで拡大した理由は圧
延処理による細粒化効果が期待でき再加熱処理に比べて
強度・靭性の向上のためである。
It is possible to adopt the ordinary hot rolling method as described above, but when the carbon equivalent value is low or the sheet thickness is large, the required strength can be obtained by the ordinary rolling method. May not be possible. In such a case, the base material strength can be increased by controlled rolling and accelerated cooling. The reason why the hot rolling temperature is increased to a high temperature range of 1200 ° C. is that the graining effect by the rolling treatment can be expected and the strength and toughness are improved as compared with the reheating treatment.

【0033】圧延・冷却後に引き続き実施する焼戻し処
理は、回復による母材組織の靭性向上を目的としたもの
であるから、加熱温度は逆変態が生じない温度域である
Ac 1 以下でなければならない。回復は転位の消滅・合
体により格子欠陥密度を減少させるものであり、これを
実現させるためには300℃以上に加熱することが必要
であるため、下限を300℃とした。また、本発明では
Cu、Mo、Nb、Vの析出元素を含有しているため熱
処理で微細析出物を生成させることにより母材強度を向
上させることができる。なお、析出硬化を最も有効に作
用させるための加熱温度は析出硬化元素にも依存する
が、400〜600℃の範囲が好ましい。
Tempering treatment to be performed after rolling and cooling
Is intended to improve the toughness of the base metal structure by recovery.
Therefore, the heating temperature is a temperature range where reverse transformation does not occur
Ac 1Must be: Recovery is the disappearance of dislocations
Body to reduce the lattice defect density.
It is necessary to heat to 300 ° C or more to realize
Therefore, the lower limit was set to 300 ° C. In the present invention,
Contains Cu, Mo, Nb, and V precipitation elements for heat
Increases base metal strength by generating fine precipitates during processing
Can be up. Note that precipitation hardening works most effectively.
Temperature depends on precipitation hardening element
However, the range of 400 to 600 ° C. is preferable.

【0034】次に、かかる高張力鋼の特性を十分に活用
した疲労強度に優れた溶接継手に関する検討について述
べる。まず、技術思想について述べる。第1の技術思想
は、疲労亀裂が発生するビード止端部の残留応力を低減
すれば高疲労強度溶接継手が得られる思想である。溶接
金属が冷却過程でオーステナイトからマルテンサイトに
変態するとき、体積が増加、すなわち膨張する。このと
き、溶接金属には、まわりの部分から拘束されているた
め圧縮の応力が発生する。しかし、変態膨張にともなう
この圧縮応力導入も、その後の熱収縮が大きければ、室
温までに冷却されるうちに引っ張り応力状態に戻る。ス
テンレス鋼材の一部を除き、通常の鋼材に用いられる溶
接材料は、必ずある温度で変態膨張が発生するが、その
温度が高いため、その後の熱収縮により最終的には引っ
張りの残留応力が発生する。熱収縮は、温度変化に熱膨
張係数をかけたものであるから、残留応力をできるだけ
小さく、場合によっては圧縮状態にするためには、この
温度変化を小さくすればよいことになる。
Next, a description will be given of a study on a welded joint having excellent fatigue strength by making full use of the characteristics of the high-tensile steel. First, the technical concept will be described. The first technical idea is that a high fatigue strength welded joint can be obtained by reducing the residual stress at the bead toe where a fatigue crack occurs. When the weld metal transforms from austenite to martensite during the cooling process, the volume increases, ie expands. At this time, compressive stress is generated in the weld metal because it is constrained from surrounding parts. However, the introduction of the compressive stress accompanying the transformation expansion also returns to the tensile stress state during cooling to room temperature if the subsequent thermal contraction is large. Except for some stainless steel materials, welding materials used for ordinary steel materials always undergo transformational expansion at a certain temperature, but due to the high temperature, subsequent thermal shrinkage ultimately generates tensile residual stress. I do. Since the thermal shrinkage is obtained by multiplying the temperature change by the thermal expansion coefficient, in order to make the residual stress as small as possible and, in some cases, into a compressed state, the temperature change may be made small.

【0035】この温度変化を小さくする方法は2つ考え
られる。1つは、Ms温度が低くなるような材料を用い
る方法、もう1つは板を予熱する方法である。板を予熱
する方法は、最終的には外気温度まで冷却されてしまう
ため、一見温度変化を小さくしないように考えられる。
しかし、予熱を行えば、板の温度分布が室温より高い温
度領域で均一になり、その後の冷却過程では均一温度が
保たれるため熱応力を発生せず、従って、Ms温度と板
の温度分布が均一になったときの温度の差がこの場合の
温度変化となる。これは、板の温度分布が均一ならば、
加熱または冷却しても熱応力が発生しないという事実に
よる。
There are two methods for reducing this temperature change. One is to use a material that lowers the Ms temperature, and the other is to preheat the plate. Since the method of preheating the plate eventually cools to the outside air temperature, it is considered that the change in temperature does not seem to be small at first glance.
However, if preheating is performed, the temperature distribution of the plate becomes uniform in a temperature region higher than room temperature, and in the subsequent cooling process, a uniform temperature is maintained, so that no thermal stress is generated. The temperature difference in this case is the temperature change in this case. This is because if the temperature distribution of the plate is uniform,
Due to the fact that thermal stress does not occur on heating or cooling.

【0036】通常の材料では、Ms温度が450℃近辺
であるが、予熱をそれに近い値にすることは実用的では
ない。従って、温度変化を小さくする、すなわち変態後
の熱収縮を小さくする方法としては、Ms温度が低い材
料を用いるという選択は不可欠であることがわかる。し
かし、Ms温度の値が不適切であれば、あるいは材料選
択が不適切であれば、材料のみで残留応力を低減するこ
とはできず、予熱を併用するなどの追加対策が必要とな
る。実際、太田らは、高疲労強度溶接継手を予熱を行う
ことにより達成している。実施工に対して、低Ms温度
材料を適用させようとすると、予熱なしで施工して残留
応力を低減させ高疲労強度溶接継手を達成できることが
望ましい。それは、単に施工コストのみならず、疲労試
験片の場合と異なり、実構造物の予熱は溶接部近傍のみ
行う、いわゆる局部予熱にならざるを得ず、予熱施工そ
のものによる残留応力や変形の導入が懸念されるからで
ある。そのため、本発明では、予熱なしで高疲労強度が
期待できる程度に残留応力が低減された溶接継手を提供
することを目的としている。
In the case of ordinary materials, the Ms temperature is around 450 ° C., but it is not practical to set the preheating to a value close to that. Therefore, as a method of reducing the temperature change, that is, the heat shrinkage after the transformation, it is indispensable to select a material having a low Ms temperature. However, if the value of the Ms temperature is inappropriate, or if the material selection is inappropriate, the residual stress cannot be reduced by using only the material, and additional measures such as the use of preheating are required. In fact, Ota et al. Achieve high fatigue strength welded joints by preheating. When trying to apply a low Ms temperature material to the work being performed, it is desirable to be able to achieve a high fatigue strength welded joint by reducing the residual stress by performing without preheating. It is not only the construction cost, but unlike the case of fatigue test specimens, the preheating of the actual structure must be performed only in the vicinity of the welded part, so-called local preheating, and the introduction of residual stress and deformation due to preheating construction itself This is because there is concern. Therefore, an object of the present invention is to provide a welded joint in which residual stress is reduced to such an extent that high fatigue strength can be expected without preheating.

【0037】本発明においては、以上述べてきたように
溶接金属の低Ms温度化による変態膨張を用いて疲労強
度を向上させることを目的としているが、これに加え、
より残留応力低減を確実にするため、本発明における第
2の技術思想として、Ms温度における溶接金属の降伏
強度を適切な値に設定するという思想がある。一般に、
低Ms温度である材料は、C、NiやCr等を添加する
必要があり、そのためある程度の強度は確保されている
と考えられる。しかし、高疲労強度溶接継手を確実に達
成するためには、強度も適切な範囲に設定することが望
ましい。この、強度を制御する技術思想は、たとえ変態
膨張が発生しても、それにより生じる圧縮弾性ひずみに
は限界があり、その値は降伏強度をヤング率で割った値
であるという事実からくるものである。
The purpose of the present invention is to improve the fatigue strength by using the transformation expansion caused by the lowering of the Ms temperature of the weld metal as described above.
In order to further reduce the residual stress, a second technical idea of the present invention is to set the yield strength of the weld metal at an Ms temperature to an appropriate value. In general,
It is necessary to add C, Ni, Cr and the like to the material having a low Ms temperature, and it is considered that a certain level of strength is secured. However, in order to reliably achieve a high fatigue strength welded joint, it is desirable to set the strength in an appropriate range. This technical idea of controlling the strength is based on the fact that even if transformation expansion occurs, there is a limit to the compressive elastic strain caused by the expansion, and the value is the value obtained by dividing the yield strength by the Young's modulus. It is.

【0038】ここで、例えば、溶接金属の変態膨張量が
3%である場合について考察してみる。溶接金属が周囲
から完全に拘束されているとすれば、3%の変態膨張量
は、3%の圧縮ひずみの導入となり結果として全ひずみ
は0%となる。このとき、3%の圧縮ひずみは、塑性ひ
ずみと弾性ひずみに分類できるが、既に述べたように弾
性ひずみには限界があるため、残りは塑性ひずみになら
ざるを得ない。その後溶接金属には熱収縮が進むが、そ
れにより今度は溶接金属に引っ張りのひずみが導入され
る。この引張りひずみにより、変態膨張時に導入された
弾性圧縮ひずみ量が減少し、熱収縮量によっては引っ張
りひずみになってしまう場合もあり得る。この考察より
わかることは、熱収縮量を小さくしても、すなわちMs
温度を低くしても圧縮弾性ひずみ限界(最大値)が小さ
ければ残留応力を低減することができないということで
ある。このことは、逆に圧縮弾性ひずみ限界を大きくす
ることにより、確実に残留応力を低減、ひいては圧縮状
態にすることができ、本発明の目的である高疲労強度溶
接継手をより確実に達成することができることを意味し
ている。なお、このような議論が常に成立する理由は、
変態膨張ひずみが、つねに弾性ひずみ限界より大きいと
いう事実からくる。弾性ひずみ限界を大きくするには、
降伏強度を増加させればよい。そのためには溶接金属の
降伏強度を適切な値に設定しなければならない。これが
本発明における第2の技術思想である。
Here, for example, consider the case where the transformation expansion amount of the weld metal is 3%. Assuming that the weld metal is completely constrained from the surroundings, a 3% transformation expansion introduces a 3% compressive strain, resulting in a total strain of 0%. At this time, the compressive strain of 3% can be classified into plastic strain and elastic strain, but the elastic strain has a limit as described above, and the rest must be plastic strain. The weld metal then undergoes thermal shrinkage, which in turn introduces tensile strain into the weld metal. Due to this tensile strain, the amount of elastic compressive strain introduced during the transformation expansion decreases, and depending on the amount of thermal shrinkage, it may become tensile strain. It can be understood from this consideration that even if the heat shrinkage amount is reduced, that is, Ms
Even if the temperature is lowered, if the compression elastic strain limit (maximum value) is small, the residual stress cannot be reduced. This means that by increasing the compressive elastic strain limit, the residual stress can be surely reduced and, consequently, can be brought into a compressed state, thereby achieving the high fatigue strength welded joint which is the object of the present invention. Means you can do it. The reason why such discussions always hold is that
It comes from the fact that the transformation expansion strain is always greater than the elastic strain limit. To increase the elastic strain limit,
The yield strength may be increased. For that purpose, the yield strength of the weld metal must be set to an appropriate value. This is the second technical concept of the present invention.

【0039】本発明には、これまで述べてきた2つの技
術思想、すなわち低Ms温度を有する溶接金属の利用お
よび溶接金属の降伏強度を増加させることによる弾性ひ
ずみ限界の増大に加え、鋼材の溶接熱影響部(HAZ)
の残留応力を溶接金属の変態膨張を利用することにより
低減することができるという第3の技術思想が有る。疲
労亀裂は、疲労が発生するビード止端部から、必ずしも
溶接金属ではなく、むしろ鋼材HAZに進展していく
が、本発明では鋼材そのものは必ずしも低Ms温度材料
ではない。しかし、本発明では止端部を形成するビード
に低Ms温度溶接金属を形成することにより、その反力
として鋼材HAZに溶接金属と同等な残留応力を導入さ
せることができると考えている。残留応力は、外力が作
用しないという状況での応力分布であるため、全体とし
ては合力は0であるという特徴がある。したがって、圧
縮残留応力の導入は、溶接部のどこか別の領域に引張り
の残留応力を導入することをも意味する。しかし、疲労
発生は、主として表面の応力集中部(ビード止端部)か
ら発生し、そこの残留応力の値が重要であるため、疲労
発生部の残留応力を低減させ、高い残留応力は疲労発生
の危険がない部分に分布させれば高疲労強度溶接継手が
実現する。
The present invention includes two technical ideas described above, namely, the use of a weld metal having a low Ms temperature and an increase in the elastic strain limit by increasing the yield strength of the weld metal. Heat affected zone (HAZ)
There is a third technical idea that the residual stress can be reduced by utilizing the transformation expansion of the weld metal. The fatigue crack does not necessarily propagate from the weld toe where fatigue occurs to the steel HAZ, but rather to the weld metal, but in the present invention, the steel itself is not necessarily a low Ms temperature material. However, in the present invention, it is considered that by forming a low Ms temperature weld metal on the bead forming the toe, a residual stress equivalent to that of the weld metal can be introduced into the steel material HAZ as a reaction force. Since the residual stress is a stress distribution in a situation where no external force acts, it has a feature that the resultant force is zero as a whole. Thus, introducing compressive residual stress also implies introducing tensile residual stress somewhere else in the weld. However, the occurrence of fatigue mainly occurs from the stress concentration portion (bead toe) on the surface, and the value of the residual stress there is important. If it is distributed in a portion where there is no danger of high fatigue strength, a high fatigue strength welded joint can be realized.

【0040】図3は、疲労問題の観点から考えて最も厳
しいと考えられる角回し溶接継手を示している。図3の
ハッチングを施した溶接ビードが低温で変態膨張をする
と、図からわかるように、鋼材HAZ、例えば図3中の
AおよびBの領域にはその反力として圧縮応力が導入さ
れることが理解できる。ここで、鋼材HAZの圧縮応力
は、鋼材そのものが変態膨張したために導入されたもの
ではなく、溶接金属の変態膨張に対する反力である点に
注意すべきである。従って、図3中の領域Aの部分では
溶接ビード直角方向の残留応力が低減でき、領域Bの部
分では溶接ビード方向、ビード直角方向の両方向の残留
応力が低減できる。疲労亀裂は、ビード止端部より発生
するので、ここでの残留応力は低減されていることにな
る。一方、溶接ビードの下に位置する、すなわち鋼材内
部に存在するHAZは、逆にビードの膨張により引張り
応力が導入される。しかし、この部分は、疲労亀裂発生
部位ではないため、溶接継手全体としては疲労強度向上
が期待できる。
FIG. 3 shows a turning welding joint which is considered to be the most severe in view of the fatigue problem. When the hatched weld bead of FIG. 3 undergoes transformation expansion at a low temperature, as can be seen from the figure, a compressive stress is introduced as a reaction force into the steel material HAZ, for example, the regions A and B in FIG. It can be understood. Here, it should be noted that the compressive stress of the steel material HAZ is not introduced because the steel material itself has undergone transformation expansion, but is a reaction force against the transformation expansion of the weld metal. Therefore, the residual stress in the direction perpendicular to the weld bead can be reduced in the region A in FIG. 3, and the residual stress in both the weld bead direction and the direction perpendicular to the bead can be reduced in the region B. Since the fatigue crack occurs from the bead toe, the residual stress here is reduced. On the other hand, the HAZ located under the weld bead, that is, existing inside the steel material, is conversely subjected to tensile stress due to expansion of the bead. However, since this portion is not a fatigue crack initiation site, improvement in fatigue strength of the welded joint as a whole can be expected.

【0041】次に、本発明における第4の技術思想につ
いて述べる。本発明では、すでに述べた第1、第2、第
3の技術思想により、ビード止端部の疲労強度を向上さ
せている。しかし、溶接継手全体としては、ビード止端
部の疲労強度が向上しても、他部位で疲労亀裂が発生し
てしまえば、溶接継手全体としてはそこでの疲労強度で
決定されてしまう。通常、疲労亀裂はビード止端部から
発生するが、それは、そこの疲労強度がもっとも低いか
らであり、それ故、本発明でにおいては、第1、第2、
第3の技術思想によりビード止端部の疲労強度向上を目
的とした。これだけで、溶接部の疲労強度向上は十分期
待できるが、ビード止端部の疲労強度が向上したことに
より、他の部位の疲労強度が溶接継手全体としての疲労
強度を決定される可能性がある。溶接継手としての疲労
強度をより向上させるために、止端部位外で疲労亀裂が
発生する危険がある部位の疲労強度を向上させることが
望ましい。本発明で取り扱っている継手で、ビード止端
部以外でこの疲労亀裂が発生する危険がある部位は、回
し溶接部内部に存在する未溶着部分である。例えば、面
外ガセットを回し溶接にて構造部材に取り付けたときの
ガセットと構造部材との間に存在する未溶着部分、特
に、角回し部近くの未溶着部分は、それ自身応力集中部
を形成しているため、そこから疲労亀裂が発生する危険
がある。そこで、本発明では、角回し部近傍の未溶着部
分を減少させ、そこでの疲労強度を向上させるというの
が第4の技術思想である。
Next, a fourth technical concept of the present invention will be described. In the present invention, the fatigue strength of the bead toe is improved by the first, second, and third technical ideas described above. However, even if the fatigue strength of the bead toe is improved in the weld joint as a whole, if fatigue cracks occur in other parts, the weld joint as a whole is determined by the fatigue strength there. Normally, fatigue cracks originate from the bead toes because of the lowest fatigue strength there, and therefore, in the present invention, the first, second,
The third technical concept aimed at improving the fatigue strength of the bead toe. With this alone, the improvement of the fatigue strength of the welded part can be expected, but the improvement in the fatigue strength of the bead toe may cause the fatigue strength of other parts to determine the fatigue strength of the welded joint as a whole. . In order to further improve the fatigue strength of the welded joint, it is desirable to improve the fatigue strength of a portion where a fatigue crack may occur outside the toe portion. In the joints dealt with in the present invention, the portion where the fatigue crack is likely to occur at portions other than the bead toe portion is an unwelded portion existing inside the rotary welded portion. For example, the unwelded portion existing between the gusset and the structural member when the out-of-plane gusset is attached to the structural member by welding and welding, particularly the unwelded portion near the corner turning portion, itself forms a stress concentration portion. Therefore, there is a risk that fatigue cracks may be generated therefrom. Therefore, in the present invention, a fourth technical idea is to reduce the unwelded portion near the corner turning portion and improve the fatigue strength there.

【0042】この第4の技術思想は、通常の溶接継手で
疲労亀裂が発生するビード止端部の疲労強度を必ずしも
向上させるものではないため、本発明における第1、第
2、第3の技術思想と併用することにより効果が期待で
きる技術である。逆に、これらの技術思想を併用するこ
とにより、高疲労強度溶接継手を確実に実現することが
可能となる。本発明者らは、以上述べてきたような、疲
労亀裂発生部位の残留応力を低減するメカニズムを発見
するに至り、さらに溶接継手疲労強度との関係に関し鋭
意研究を重ね、ついに実用的な高疲労強度溶接継手を完
成するに至ったものである。
Since the fourth technical concept does not necessarily improve the fatigue strength of the bead toe where a fatigue crack occurs in a normal welded joint, the first, second and third techniques of the present invention are not considered. This technology can be expected to be effective when used in combination with thought. Conversely, by using these technical ideas in combination, it is possible to reliably realize a high fatigue strength welded joint. The present inventors have come to discover a mechanism for reducing the residual stress at the fatigue crack initiation site as described above, and further conducted intensive research on the relationship with the weld joint fatigue strength, and finally found a practical high fatigue This has led to the completion of a strength welded joint.

【0043】溶接金属のMs温度範囲とMs温度におけ
る溶接金属の降伏強度範囲を限定した理由を以下に述べ
る。Ms温度は、通常の鋼材および溶接金属において
も、500℃以下の値を示しており、多くの場合は45
0℃以下である。この値は、成分に依存し、例えば日本
鉄鋼協会が出している溶接構造用鋼の溶接CCT図集か
らわかるように、Niを5%程度添加すればMs温度を
350℃程度まで下げることができる。しかし、Ms温
度が350℃より高い場合は、残留応力低減効果が十分
ではなく、疲労強度向上効果は期待できるものではな
い。一方、Ms温度を150〜350℃にするには、工
業的価値のある材料で実現可能であり、かつ、残留応力
低減による疲労強度向上が期待できる範囲である。Ms
温度の下限150℃は、工業的価値のある材料で実現可
能である下限値として設定した。Ms温度の上限350
℃は、本発明における第2の技術思想によれば、この値
が350℃より高くとも降伏強度が充分高ければ残留応
力低減効果が期待でき、結果として疲労強度の向上も期
待できるが、高すぎる降伏強度もまた工業的価値のある
材料で実現可能かどうかという問題もあるため、その上
限を350℃とした。なお、Ms温度はより低い方が残
留応力低減には好ましくことから、好ましくは300℃
以下になるように設定することが望ましい。
The reason why the Ms temperature range of the weld metal and the yield strength range of the weld metal at the Ms temperature are limited will be described below. The Ms temperature shows a value of 500 ° C. or less even in ordinary steel materials and weld metals.
0 ° C. or less. This value depends on the component. For example, as can be seen from the welding CCT diagram of welding structural steel issued by the Iron and Steel Institute of Japan, the addition of about 5% of Ni can lower the Ms temperature to about 350 ° C. . However, when the Ms temperature is higher than 350 ° C., the effect of reducing the residual stress is not sufficient, and the effect of improving the fatigue strength cannot be expected. On the other hand, setting the Ms temperature to 150 to 350 ° C. can be realized with a material having an industrial value, and is within a range in which improvement in fatigue strength by reduction of residual stress can be expected. Ms
The lower limit of the temperature, 150 ° C., was set as the lower limit that could be realized with a material of industrial value. Upper limit of Ms temperature 350
According to the second technical idea of the present invention, even if the value is higher than 350 ° C., the residual stress reduction effect can be expected if the yield strength is sufficiently high, and as a result, the improvement of the fatigue strength can be expected, but the temperature is too high. Since the yield strength also has a problem of whether it can be realized with a material of industrial value, the upper limit was set to 350 ° C. Since it is preferable that the Ms temperature is lower to reduce the residual stress, the Ms temperature is preferably 300 ° C.
It is desirable to set as follows.

【0044】次に、降伏強度の範囲を限定した理由につ
いて述べる。下限の390MPa は、降伏強度がこれ未満
であると、残留応力低減効果が確実に期待できるように
なるためには、Ms温度が150℃より低くならなけれ
ばならない。Ms温度がこれより低い場合は、実用性の
低い材料に限定されてしまい、このことは本発明の本意
に反するため、下限を390MPa とした。なお、好まし
くは、降伏強度の下限は490MPa 以上であることが望
ましい。上限の1180MPa は、これ以上高い降伏強度
を得るためには、多くの特殊合金元素を添加しなければ
ならず、経済性を損なうだけでなく溶接方法も制限され
る場合があり、やはり本発明の本意に反するため上限を
1180MPa とした。
Next, the reason for limiting the range of the yield strength will be described. When the yield strength is less than the lower limit of 390 MPa, the Ms temperature must be lower than 150 ° C. in order to ensure that the residual stress reduction effect can be expected. If the Ms temperature is lower than this, the material is limited to a material having low practicality, and this is contrary to the intention of the present invention. Therefore, the lower limit is set to 390 MPa. Preferably, the lower limit of the yield strength is 490 MPa or more. The upper limit of 1180 MPa requires that many special alloying elements be added in order to obtain a higher yield strength, which not only impairs the economic efficiency but also restricts the welding method. Because it is contrary to the intention, the upper limit is set to 1180 MPa.

【0045】次に、下記式に示されるパラメーターPa
を導入し、その値の範囲を限定した理由について述べ
る。 Pa(%)=C+Ni/12+Cr/24+Mo/19 なお、式中元素記号は各元素の質量%を表す。パラメー
ターPaは、C、Ni、CrおよびMoの質量%から計
算される。これら成分は、溶接金属に添加することによ
り強度を向上させ、かつMs温度を低下させる働きを持
つ。特に、Ms温度を低減させる元素という意味では、
これらC、Ni、Cr、Moは、最も有効利用すべき元
素である。強度を向上させるという観点からは、Ti、
NbおよびVなどのような炭化物を形成する元素の有効
利用も考えられるが、Ti、NbおよびVなどでMs温
度が充分低くなるほど添加すると、継手特性上大きな問
題が生じ好ましくない。一方、C、Ni、Cr、Moの
Ms温度を低減し残留応力を下げる働きは、必ずしも同
一ではないため、それぞれの働きに応じた係数を定め、
4つの元素全体としてその効果を表す指標Paを定めた
ものである。
Next, the parameter Pa expressed by the following equation
Is introduced, and the reason for limiting the value range is described. Pa (%) = C + Ni / 12 + Cr / 24 + Mo / 19 In the above formula, the symbol of the element represents the mass% of each element. The parameter Pa is calculated from the mass% of C, Ni, Cr and Mo. These components have the function of improving strength and lowering the Ms temperature by being added to the weld metal. In particular, in the sense of an element that reduces the Ms temperature,
These C, Ni, Cr and Mo are the elements to be used most effectively. From the viewpoint of improving the strength, Ti,
Although the effective use of carbide-forming elements such as Nb and V can be considered, adding Ti, Nb, V, and the like so that the Ms temperature becomes sufficiently low undesirably causes a large problem in joint characteristics. On the other hand, the functions of lowering the Ms temperature of C, Ni, Cr, and Mo and lowering the residual stress are not necessarily the same, so that coefficients corresponding to the respective functions are determined.
The index Pa indicating the effect is determined for the four elements as a whole.

【0046】このPaの値の適正範囲については、例え
ば、Paが小さすぎるとMs温度を低減することが難し
く、たとえ他の元素を添加することにより可能になった
としても、溶接継手特性の確保の点から好ましくない。
逆に、Paが大きいことは、Ms温度がより低くなるこ
とを意味するが、大きすぎるPaは、それだけ合金元素
の添加を増加させなければならず不経済である。これよ
り、Paの範囲を0.85%以上、1.3%以下とし
た。なお、より高疲労強度溶接継手を確実なものとする
ためには、Paの下限を0.95に設定することが望ま
しい。また、本発明においては、溶接金属の降伏強度を
増加させ、残留応力をより確実に低減させるという技術
を併用しているため、Ms温度における溶接金属の降伏
強度が490MPa 以上である場合は、溶接金属に残留オ
ーステナイトが存在する可能性や経済性の観点から、P
aの上限は好ましくは1.25に設定することが望まし
い。さらに、Ms温度における溶接金属の降伏強度が5
90MPa 以上である場合は、経済性の観点から、Paの
上限は好ましくは1.2に設定することが望ましい。
Regarding the appropriate range of the value of Pa, for example, if the value of Pa is too small, it is difficult to reduce the Ms temperature, and even if it becomes possible by adding another element, the characteristics of the weld joint can be secured. It is not preferable from the point of view.
Conversely, a large Pa means that the Ms temperature is lower, but a Pa that is too large is uneconomical because the addition of alloying elements must be increased accordingly. Thus, the range of Pa is set to 0.85% or more and 1.3% or less. In addition, in order to secure a higher fatigue strength welded joint, it is desirable to set the lower limit of Pa to 0.95. Further, in the present invention, since the technique of increasing the yield strength of the weld metal and reducing the residual stress more reliably is used together, when the yield strength of the weld metal at the Ms temperature is 490 MPa or more, welding is performed. From the viewpoint of the possibility of the existence of retained austenite in the metal and economics, P
The upper limit of a is preferably set to 1.25. Further, the yield strength of the weld metal at Ms temperature is 5
When the pressure is 90 MPa or more, the upper limit of Pa is preferably set to 1.2 from the viewpoint of economy.

【0047】次に溶接金属の成分を限定した理由を述べ
る。既に述べてきたMs温度や降伏強度を得るための成
分系は、実は必ずしも1つではない。本発明における溶
接金属は、前記(5)〜(7)に記載されているNiを
主として用いる成分系と、前記(8)および(9)に記
載されているCrを主として用いる成分系の2つに分け
ることができ、以降、前者をNi系溶接金属、後者をC
r系溶接金属と呼ぶことにする。
Next, the reason why the components of the weld metal are limited will be described. Actually, the number of component systems for obtaining the Ms temperature and the yield strength described above is not necessarily one. The weld metal in the present invention is composed of two component systems mainly using Ni described in the above (5) to (7) and a component system mainly using Cr described in the above (8) and (9). In the following, the former is Ni-based weld metal and the latter is C
We will call it r-based weld metal.

【0048】まず、Ni系溶接金属について、その成分
範囲限定理由について説明する。Cは、添加することに
よりMs温度を下げる働きをする。Cが無添加の場合
は、マルテンサイトが得られにくく、また他の高価な元
素のみで残留応力低減を図らなければならず経済的とは
いえない。C添加の効果は0.01%以上で得られる
が、その一方で、過度の添加は、溶接金属の靱性劣化お
よび溶接金属割れの問題を引き起こすため、その上限を
0.2%とした。なお、Cの上限は、溶接金属割れの観
点から、好ましくは0.15%に設定することが望まし
い。
First, the reason for limiting the component range of the Ni-based weld metal will be described. C functions to lower the Ms temperature by being added. When C is not added, martensite is hardly obtained, and reduction of residual stress must be achieved only by other expensive elements, which is not economical. The effect of C addition can be obtained at 0.01% or more, but on the other hand, excessive addition causes problems of toughness deterioration of the weld metal and cracks in the weld metal, so the upper limit was made 0.2%. The upper limit of C is preferably set to 0.15% from the viewpoint of weld metal cracking.

【0049】Siは、脱酸元素として溶接金属の酸素レ
ベルを下げる効果がある。特に溶接施工において、溶接
中に空気が混入する危険性があるため、Si量を適切な
値にコントロールすることはきわめて重要である。ま
ず、Siの下限についてであるが、溶接金属に添加する
Si量として0.1%に満たない場合、脱酸効果が薄れ
溶接金属中の酸素レベルが高くなりすぎ、機械的特性、
特に靱性の劣化を引き起こす危険性があるため、溶接金
属については、その下限を0.1%とした。一方、過度
のSi添加も靱性劣化を発生せしめるため、その上限を
0.5%とした。
Si has the effect of lowering the oxygen level of the weld metal as a deoxidizing element. Particularly, in welding work, it is extremely important to control the amount of Si to an appropriate value because there is a risk of air being mixed during welding. First, regarding the lower limit of Si, when the amount of Si added to the weld metal is less than 0.1%, the deoxidizing effect is weakened, the oxygen level in the weld metal becomes too high, and the mechanical properties and
In particular, the lower limit of the weld metal is set to 0.1% because there is a risk of causing deterioration in toughness. On the other hand, the excessive addition of Si also causes toughness degradation, so the upper limit was made 0.5%.

【0050】Mnは、強度を上げる元素である。そのた
め、変態膨張時の降伏強度確保という観点から有効利用
すべき元素である。Mnの下限、0.01%は強度確保
という効果が得られる最低限の値として設定した。一
方、過度の添加は、母材および溶接金属の靱性劣化を引
き起こすためその上限を1.5%とした。
Mn is an element for increasing the strength. Therefore, it is an element that should be used effectively from the viewpoint of ensuring yield strength during transformation expansion. The lower limit of Mn, 0.01%, was set as the minimum value at which the effect of securing strength was obtained. On the other hand, excessive addition causes toughness degradation of the base metal and the weld metal, so the upper limit was made 1.5%.

【0051】PおよびSは、本発明では不純物であり、
溶接金属に多く存在すると靱性が劣化するため、極力低
減することが望ましく、その上限をそれぞれ0.03
%、0.02%とした。
P and S are impurities in the present invention,
If there is a large amount in the weld metal, the toughness deteriorates, so it is desirable to reduce the toughness as much as possible.
% And 0.02%.

【0052】Niは、単体でオーステナイトすなわち面
心構造を持つ金属であり、溶接金属に添加することによ
りオーステナイトの状態をより安定な状態にする元素で
ある。鉄そのものは、高温域でオーステナイト構造にな
り、低温域でフェライトすなわち体心構造になる。Ni
は、それを添加することにより、鉄の高温域における面
心構造をより安定な構造にするため、無添加の場合に比
べ、より低温度域においても面心構造となる。このこと
は、体心構造に変態する温度が低くなることを意味す
る。Niの下限、8%は、変態温度を制御し残留応力低
減効果が現れる最低限の添加量という意味で決定した。
一方、12%を超えて添加しても残留応力低減の観点か
らは効果が飽和し経済的に不利になる。
Ni is a single element of austenite, that is, a metal having a face-centered structure, and is an element that makes the state of austenite more stable by adding it to the weld metal. Iron itself has an austenitic structure in a high temperature range, and has a ferrite or body core structure in a low temperature range. Ni
Is added to make the face-centered structure of iron in a high-temperature range more stable, so that it becomes a face-centered structure even in a lower temperature range as compared with the case of no addition. This means that the temperature at which the structure transforms into a body-core structure becomes lower. The lower limit of Ni, 8%, was determined in terms of the minimum amount of addition in which the transformation temperature was controlled and the residual stress reduction effect was exhibited.
On the other hand, even if it is added in excess of 12%, the effect is saturated from the viewpoint of reducing residual stress, which is economically disadvantageous.

【0053】Cuは、溶接ワイヤにメッキすることによ
り通電性をよくする効果があるため、溶接作業性を改善
するために有効な元素である。また、Cuは焼入性元素
でもあるため、溶接金属に添加することによりマルテン
サイト変態を促進させるという効果も期待できる。Cu
の下限0.05%は作業性改善やマルテンサイト変態促
進のために必要な最低限の値として設定した。しかし、
過度の添加は、作業性改善の効果が飽和するだけでな
く、ワイヤ製造コストを上げ経済的に不利となるため、
0.4%を上限とした。
Cu is an effective element for improving the welding workability, since it has the effect of improving the electrical conductivity by plating the welding wire. Further, since Cu is also a hardenable element, an effect of promoting martensitic transformation by adding it to the weld metal can be expected. Cu
The lower limit of 0.05% was set as a minimum value necessary for improving workability and promoting martensitic transformation. But,
Excessive addition not only saturates the effect of workability improvement, but also increases the wire manufacturing cost and is economically disadvantageous.
0.4% was made the upper limit.

【0054】Nbは、溶接金属中においてCと結合し、
炭化物を形成する。Nb炭化物は、少量で溶接金属の強
度を上げる働きがある。また、Ms温度における降伏強
度を高める意味からも添加するメリットは大きい。Nb
の下限は、炭化物を形成せしめ、強度増加効果が期待で
きる最低の値として0.01%を設定した。しかし、一
方で過度の炭化物形成は靱性劣化が発生するため、靱性
劣化による溶接部の信頼性が損なわれない値として0.
4%を上限とした。Vも、Nbと同様な働きをする元素
である。しかし、Nbと異なり、同じ析出効果を期待す
るためには、Nbより添加量を多くする必要がある。V
添加の下限0.1%は、添加することにより析出硬化が
期待できる最低値として設定した。一方、多く添加する
と析出硬化が顕著になりすぎ、靱性劣化を引き起こすた
めにVの上限は1%とした。Tiも、Nb、V同様、炭
化物を形成し析出硬化を生じせしめる。しかし、Vの析
出硬化がNbのそれと違っていたようにTiの析出硬化
もまたNb、Vと異なる。そのため、Tiの添加量の範
囲もNb、Vと異なった範囲が設定される。Ti添加量
の下限0.01%は、その効果が期待できる最低量とし
て、上限の0.4%は靱性劣化を考慮して決定した。
Nb combines with C in the weld metal,
Form carbides. Nb carbide functions to increase the strength of the weld metal in a small amount. In addition, the merit of addition is significant from the viewpoint of increasing the yield strength at Ms temperature. Nb
Is set to 0.01% as a minimum value at which a carbide is formed and a strength increasing effect can be expected. However, on the other hand, since excessive carbide formation causes toughness deterioration, a value of 0.1 is set as a value that does not impair the reliability of the welded portion due to the toughness deterioration.
The upper limit was 4%. V is an element having the same function as Nb. However, unlike Nb, in order to expect the same precipitation effect, it is necessary to increase the amount of Nb added. V
The lower limit of 0.1% of the addition was set as a minimum value at which precipitation hardening can be expected by adding the same. On the other hand, when a large amount is added, precipitation hardening becomes too remarkable and toughness is deteriorated, so that the upper limit of V is set to 1%. Like Ti and Nb, Ti also forms carbides and causes precipitation hardening. However, just as the precipitation hardening of V differs from that of Nb, the precipitation hardening of Ti is also different from Nb and V. Therefore, the range of the addition amount of Ti is set to a range different from Nb and V. The lower limit of 0.01% of the amount of Ti added was determined as a minimum amount at which the effect can be expected, and the upper limit of 0.4% was determined in consideration of deterioration in toughness.

【0055】Crは、Nb、V、Ti同様析出硬化元素
である。また、CrはMs温度を低減する効果も合わせ
持つので有効活用すべき元素である。しかし、本発明に
おけるNi系溶接金属は、主としてNi添加によりMs
温度低減を達成しているため、Cr添加量はNiより少
なくすべきである。過度のCr添加は必ずしも残留応力
低減効果を向上させず、また、Crが高価であるため好
ましくはない。Cr添加量の下限0.1%は、これを添
加し、残留応力低減効果が得られる最低限の値として設
定した。一方、Ni系溶接金属については、Ms温度が
Ni添加によりすでに低減されていること、他の析出元
素により強度も確保されていることから、3%を超えて
添加しても残留応力低減効果が飽和するだけでなく靱性
劣化が顕著になるためCr添加量の上限は3%とした。
Moも、Cr同様の効果を持つ元素である。しかし、M
oは、Cr以上に析出硬化が期待できる元素である。そ
のため、添加範囲はCrより狭く設定した。下限の0.
1%は、Mo添加の効果が期待できる最低限の値として
設定した。上限の3%は、これ以上添加すると、硬化し
すぎるため靱性劣化が顕著になってくるため設定した。
Cr is a precipitation hardening element like Nb, V and Ti. Further, Cr is an element to be effectively utilized because it also has the effect of reducing the Ms temperature. However, the Ni-based weld metal in the present invention is mainly composed of Ms
Since the temperature is reduced, the amount of Cr added should be smaller than that of Ni. Excessive addition of Cr does not necessarily improve the effect of reducing residual stress, and is not preferable because Cr is expensive. The lower limit of 0.1% of the amount of Cr added was set as the minimum value at which the effect of adding residual Cr to obtain the residual stress reduction effect was obtained. On the other hand, as for the Ni-based weld metal, the Ms temperature has already been reduced by the addition of Ni, and the strength is secured by other precipitated elements. Since not only saturation but also deterioration of toughness becomes remarkable, the upper limit of the added amount of Cr was set to 3%.
Mo is also an element having the same effect as Cr. But M
o is an element in which precipitation hardening can be expected more than Cr. Therefore, the addition range was set narrower than Cr. 0 for the lower limit.
1% was set as the minimum value at which the effect of Mo addition can be expected. The upper limit of 3% was set because, if added more than this, the composition would be excessively hardened and the toughness would be significantly deteriorated.

【0056】Coは、Ti等と異なり、強い析出硬化を
生じせしめる元素ではない。しかし、添加することによ
り強度増加をもたらし、かつ強度増加を期待しながら靱
性を確保するという観点からは、Niより好ましい元素
であることから有効利用すべき元素である。しかし、N
iは、残留応力低減効果を期待できる程度の低Ms温度
を確保するために溶接金属に添加しているため、Co添
加量の下限0.1%は、Co添加の効果が期待できる最
低限の値として設定した。一方、過度の添加は、強度増
加が過大となり靱性劣化をもたらすためその上限を2%
とした。
Co, unlike Ti and the like, is not an element that causes strong precipitation hardening. However, from the viewpoint of increasing the strength by the addition and securing the toughness while expecting the increase in the strength, it is an element to be effectively used because it is a more preferable element than Ni. But N
Since i is added to the weld metal in order to secure a low Ms temperature at which a residual stress reduction effect can be expected, the lower limit of 0.1% of the Co addition amount is the minimum value at which the effect of Co addition can be expected. Set as a value. On the other hand, excessive addition results in excessive increase in strength and deterioration of toughness.
And

【0057】次に、Cr系溶接金属について、その成分
範囲限定理由について説明する。Cは、添加することに
よりMs温度を下げる働きをする。Cが無添加の場合
は、マルテンサイトが得られにくく、また他の高価な元
素のみで残留応力低減を図らなければならず経済的とは
いえない。C添加の効果は0.001%以上添加で得ら
れるが、その一方で、過度の添加は、溶接割れの問題や
靱性劣化の問題を引き起こすため、その上限を0.05
%とした。
Next, the reason for limiting the component range of the Cr-based weld metal will be described. C functions to lower the Ms temperature by being added. When C is not added, martensite is hardly obtained, and reduction of residual stress must be achieved only by other expensive elements, which is not economical. The effect of adding C can be obtained by adding 0.001% or more. On the other hand, excessive addition causes problems of weld cracking and deterioration of toughness.
%.

【0058】Siは、脱酸元素として溶接金属の酸素レ
ベルを下げる効果がある。特に溶接施工において、溶接
中に空気が混入する危険性があるため、Si量を適切な
値にコントロールすることはきわめて重要である。ま
ず、Siの下限についてであるが、溶接金属に添加する
Si量として0.1%に満たない場合、脱酸効果が薄れ
溶接金属中の酸素レベルが高くなりすぎ、機械的特性、
特に靱性の劣化を引き起こす危険性があるため、溶接金
属については、その下限を0.1%とした。一方、過度
のSi添加も靱性劣化を発生せしめるため、その上限を
0.7%とした。
Si has the effect of lowering the oxygen level of the weld metal as a deoxidizing element. Particularly, in welding work, it is extremely important to control the amount of Si to an appropriate value because there is a risk of air being mixed during welding. First, regarding the lower limit of Si, when the amount of Si added to the weld metal is less than 0.1%, the deoxidizing effect is weakened, the oxygen level in the weld metal becomes too high, and the mechanical properties and
In particular, the lower limit of the weld metal is set to 0.1% because there is a risk of causing deterioration in toughness. On the other hand, excessive addition of Si also causes toughness degradation, so the upper limit was set to 0.7%.

【0059】Mnは、強度を上げる元素である。そのた
め、変態膨張時の降伏強度確保という観点から有効利用
すべき元素である。Mnの下限、0.4%は強度確保と
いう効果が得られる最低限の値として設定した。一方、
過度の添加は、溶接金属の靱性劣化を引き起こすためそ
の上限を2.5%とした。
Mn is an element for increasing the strength. Therefore, it is an element that should be used effectively from the viewpoint of ensuring yield strength during transformation expansion. The lower limit of Mn, 0.4%, was set as the minimum value at which the effect of securing the strength was obtained. on the other hand,
Excessive addition causes toughness degradation of the weld metal, so the upper limit was made 2.5%.

【0060】PおよびSは、本発明では不純物であり、
溶接金属に多く存在すると靱性が劣化するため、その上
限をそれぞれ0.03%、0.02%とした。
P and S are impurities in the present invention,
If there is much in the weld metal, the toughness deteriorates, so the upper limits were set to 0.03% and 0.02%, respectively.

【0061】Niは、単体でオーステナイトすなわち面
心構造を持つ金属である。鉄そのものは、高温域でオー
ステナイト構造になり、低温域でフェライトすなわち体
心構造になる。Niは、それを添加することにより、鉄
の高温域における面心構造をより安定な構造にするた
め、無添加の場合に比べ、より低温度域においても面心
構造となる。このことは、体心構造に変態する温度が低
くなることを意味する。また、Niはそれを添加するこ
とにより溶接金属の靱性を改善するという効果を持つ。
Cr系溶接金属におけるNi添加量の下限4%は、残留
応力低減効果が現れる最低限の添加量および靱性確保の
観点から決定した。一方、Cr系溶接金属においては、
次に述べるCr添加によりある程度Ms温度が低減され
ていること、および残留応力低減の観点からNiを8%
を超えて添加しても効果が飽和し経済的に不利になる。
Ni is a metal having austenitic, that is, a face-centered structure by itself. Iron itself has an austenitic structure in a high temperature range, and has a ferrite or body core structure in a low temperature range. Addition of Ni makes the face-centered structure of iron in a high-temperature range more stable, so that it has a face-centered structure even in a lower temperature range as compared with the case without addition. This means that the temperature at which the structure transforms into a body-core structure becomes lower. Ni has the effect of improving the toughness of the weld metal by adding Ni.
The lower limit of 4% of the amount of Ni added to the Cr-based weld metal was determined from the viewpoint of the minimum amount of addition in which the effect of reducing residual stress appears and securing of toughness. On the other hand, in Cr-based weld metal,
From the viewpoint of reducing the Ms temperature to some extent by the addition of Cr described below and reducing the residual stress, Ni was added by 8%.
Even if added in excess of the above, the effect is saturated and economically disadvantageous.

【0062】Crは、Niと異なり、フェライト相を安
定化させる。しかし、Crは添加することにより、高温
度域ではフェライトであるものの、中温度域ではオース
テナイトを形成し、さらに温度が低くなると再びフェラ
イトを形成する。溶接部の場合、溶接入熱量により熱履
歴で、低い温度側のフェライトは一般的に得られず、マ
ルテンサイトが得られることになるため、Crを添加す
ることにより焼入性の増加の効果が得られる。すなわ
ち、Crを添加することによるマルテンサイト変態は、
焼入性が増加することによるフェライト変態が生じない
点と、Ms温度そのものが低くなるという2つの効果が
得られ、これら両方の効果を満たしながら残留応力を低
減するための変態膨張を有効利用するCr添加範囲とし
て、下限8%を設定した。上限15%は、これを上回る
量を添加しても効果が飽和し、経済的に不利になるため
設定した。
Cr, unlike Ni, stabilizes the ferrite phase. However, by adding Cr, although it is ferrite in a high temperature range, it forms austenite in a medium temperature range, and forms ferrite again when the temperature is further lowered. In the case of a welded part, ferrite on the lower temperature side is generally not obtained in the heat history due to the welding heat input, and martensite is obtained. Therefore, the effect of increasing hardenability by adding Cr is effective. can get. That is, the martensitic transformation by adding Cr is
Two effects are obtained, namely, no ferrite transformation occurs due to an increase in hardenability, and a lower Ms temperature itself, and the transformation expansion for reducing the residual stress is effectively used while satisfying both of these effects. The lower limit of 8% was set as the Cr addition range. The upper limit of 15% was set because the effect would be saturated even if an amount exceeding this amount was added, and it would be economically disadvantageous.

【0063】Nは、オーステナイト安定化元素である。
Nも添加することによりマルテンサイトが得られやすく
なるため、最低限の添加は必要である。Nの下限、0.
001%は、C同様、低Ms温度が得られるための最低
値として定めた。しかし、過大な添加は窒化物を形成
し、靱性劣化や延性劣化の問題が発生するためその上限
を0.05%とした。
N is an austenite stabilizing element.
Since addition of N also makes it easier to obtain martensite, a minimum addition is necessary. N, 0.
001%, like C, was determined as the minimum value for obtaining a low Ms temperature. However, an excessive addition forms a nitride and causes a problem of deterioration in toughness and ductility. Therefore, the upper limit is set to 0.05%.

【0064】CとNは、それぞれ炭化物、窒化物を形成
する、オーステナイトを安定化するなど、その働きが似
ており、それら合計、すなわちC+Nの量も上限、下限
を設定する必要がある。C+Nの下限、0.001%
は、マルテンサイトを得やすくし、かつMs温度を低く
するための最低限の値として、また、上限の0.06%
は、炭化物、窒化物による靱性劣化および延性劣化の問
題が発生しない限界値として定めた。
C and N have similar functions, such as forming carbides and nitrides and stabilizing austenite, respectively, and the sum of them, that is, the amount of C + N, also needs to have upper and lower limits. C + N lower limit, 0.001%
Is the minimum value for facilitating obtaining martensite and lowering the Ms temperature, and 0.06% of the upper limit.
Is defined as a limit value at which the problems of toughness deterioration and ductility deterioration due to carbides and nitrides do not occur.

【0065】Cuは、溶接ワイヤにメッキすることによ
り通電性をよくする効果があるため、溶接作業性を改善
するために有効な元素である。また、Cuは焼入性元素
でもあるため、溶接金属に添加することによりマルテン
サイト変態を促進させるという効果も期待できる。Cu
の下限0.05%は作業性改善やマルテンサイト変態促
進のために必要な最低限の値として設定した。しかし、
過度の添加は、作業性改善の効果が飽和するだけでな
く、ワイヤ製造コストを上げ経済的に不利となるため、
0.4%を上限とした。
Cu is an element effective for improving the welding workability, because it has an effect of improving the electrical conductivity by plating the welding wire. Further, since Cu is also a hardenable element, an effect of promoting martensitic transformation by adding it to the weld metal can be expected. Cu
The lower limit of 0.05% was set as a minimum value necessary for improving workability and promoting martensitic transformation. But,
Excessive addition not only saturates the effect of workability improvement, but also increases the wire manufacturing cost and is economically disadvantageous.
0.4% was made the upper limit.

【0066】Nbは、溶接金属中においてCと結合し、
炭化物を形成する。Nb炭化物は、少量で溶接金属の強
度を上げる働きがある。また、Ms温度における降伏強
度を高める意味からも添加するメリットは大きい。Nb
の下限は、炭化物を形成せしめ、強度増加効果が期待で
きる最低の値として0.005%を設定した。しかし、
一方で過度の炭化物形成は靱性劣化が発生するため、靱
性劣化による溶接部の信頼性が損なわれない値として
0.3%を上限とした。VもNbと同様な働きをする元
素である。しかし、Nbと異なり、同じ析出効果を期待
するためには、Nbより添加量を多くする必要がある。
V添加の下限0.05%は、添加することにより析出硬
化が期待できる最低値として設定した。一方、多く添加
すると析出硬化が顕著になりすぎ、靱性劣化を引き起こ
すためVの上限は0.5%とした。Tiも、Nb、V同
様、炭化物を形成し析出硬化を生じせしめる。しかし、
Vの析出硬化がNbのそれと違っていたようにTiの析
出硬化もまたNb、Vと異なる。そのため、Tiの添加
量の範囲もNb、Vと異なった範囲が設定される。Ti
添加量の下限0.005%は、その効果が期待できる最
低量として、上限の0.3%は靱性劣化を考慮して決定
した。Moも、Nb、V、Ti同様析出硬化が期待でき
る元素である。しかし、Moは、Nb、V、Tiと同等
な効果を得るためには、Nb、V、Ti以上に添加する
必要がある。Mo添加量の下限0.1%は、析出硬化に
よる降伏強度増加が期待できる最低値として設定した。
また、上限の2%は、Nb、V、Ti同様、靱性劣化を
考慮して決定した。
Nb combines with C in the weld metal,
Form carbides. Nb carbide functions to increase the strength of the weld metal in a small amount. In addition, the merit of addition is significant from the viewpoint of increasing the yield strength at the Ms temperature. Nb
Is set to 0.005% as a minimum value at which a carbide is formed and an effect of increasing strength can be expected. But,
On the other hand, since excessive carbide formation causes toughness degradation, the upper limit is set to 0.3% as a value that does not impair the reliability of the welded portion due to toughness degradation. V is an element that functions similarly to Nb. However, unlike Nb, in order to expect the same precipitation effect, it is necessary to increase the amount of Nb added.
The lower limit of 0.05% of the addition of V was set as the lowest value at which precipitation hardening can be expected by adding V. On the other hand, if too much is added, precipitation hardening becomes too remarkable, and toughness is deteriorated. Therefore, the upper limit of V is set to 0.5%. Like Ti and Nb, Ti also forms carbides and causes precipitation hardening. But,
Just as the precipitation hardening of V differs from that of Nb, the precipitation hardening of Ti is also different from Nb and V. Therefore, the range of the addition amount of Ti is set to a range different from Nb and V. Ti
The lower limit of 0.005% of the addition amount is determined as the minimum amount at which the effect can be expected, and the upper limit of 0.3% is determined in consideration of toughness deterioration. Mo is also an element in which precipitation hardening can be expected like Nb, V and Ti. However, in order to obtain the same effect as Nb, V, and Ti, it is necessary to add Mo to Nb, V, and Ti. The lower limit of 0.1% of the Mo content was set as the lowest value at which an increase in yield strength due to precipitation hardening can be expected.
Further, the upper limit of 2% was determined in consideration of toughness degradation similarly to Nb, V, and Ti.

【0067】以上、溶接金属の成分についてその範囲限
定理由について述べてきたが、これれの範囲に溶接金属
成分を制御する方法として、溶接ワイヤの成分を制御す
る方法や、溶接ワイヤおよびフラックスの成分を制御す
る方法、あるいは溶接心線および被覆フラックスの成分
を制御する方法などがあるが、本発明においては、これ
ら方法によらず、溶接金属の成分が前述の範囲内に設定
されれば高疲労強度溶接継手が実現できる。さらに、本
発明における成分範囲となる溶接金属を形成するような
溶接ワイヤ、溶接ワイヤとフラックスの組み合わせ、ま
たは溶接心線と被覆フラックスの組み合わせ等は、当該
技術者ならば容易に成し得るものである。
The reasons for limiting the range of the components of the weld metal have been described above. As a method of controlling the components of the weld metal within these ranges, a method of controlling the components of the welding wire, a component of the welding wire and flux, and the like. Or the method of controlling the components of the welding core wire and the coating flux, etc., but in the present invention, regardless of these methods, if the components of the weld metal are set within the above-mentioned range, high fatigue Strength welding joints can be realized. Further, a welding wire forming a weld metal that is a component range in the present invention, a combination of a welding wire and a flux, or a combination of a welding core wire and a coating flux can be easily formed by those skilled in the art. is there.

【0068】溶接止端部を形成する溶接ビードに本発明
における溶接金属を形成せしめれば高疲労強度溶接継手
が実現するが、止端部溶接ビードが形成された後、さら
に他のビードが形成されると残留応力の分布が変化する
可能性がある。このビードが新たに溶接止端部を形成す
るビードになる場合は、このビードに対し本発明が提示
する溶接金属になるような材料選択を行った溶接継手を
作製すればよい。しかし、そうではない場合は、残留応
力分布が変化する可能性があるため、溶接止端部を形成
する溶接ビードが、近傍の他の溶接ビードと比べ最終凝
固する、すなわち最終ビードになるような溶接順序が選
択された溶接継手にすることが望ましい。
When the weld metal of the present invention is formed on the weld bead forming the weld toe, a high fatigue strength welded joint is realized. However, after the weld bead is formed, another bead is formed. If so, the distribution of the residual stress may change. When this bead is newly formed as a bead forming a weld toe, a welded joint may be produced by selecting a material for the bead so as to be a weld metal according to the present invention. However, if this is not the case, the residual stress distribution may change, so that the weld bead forming the weld toe is finally solidified, i.e. becomes the final bead, compared to other weld beads nearby. It is desirable to have a welded joint with a selected welding order.

【0069】次に、継手の形状を限定した理由について
述べる。本発明においては、既に述べているように、溶
接金属における低Ms温度化を図り、さらに強度範囲を
制御することも利用して残留応力を低減させ疲労強度向
上をもたらすものであるが、鋼材HAZの残留応力低減
には、この溶接金属の変態膨張に対する反力を利用して
いる。この反力を有効に利用するためには溶接継手の形
状そのものを限定することが好ましい。この技術は、図
3にその典型的な一例を示すような継手形状で有効にな
る。すなわち、補助部材として、面外ガセット、カバー
プレート、スタッドの1種または2種以上が疲労加重を
受ける構造部材に溶接されている継手、また、面外ガゼ
ットがスカラップを有したり、面外ガゼットが疲労加重
を受ける構造部材に回し溶接で溶接されている継手が好
ましい形状の継手である。溶接構造物全体のの疲労強度
を決定する溶接継手では疲労特性を向上させるためこの
ような継手形状とする場合があり、本発明の要件との相
乗効果により極めて高い疲労特性が期待できる。
Next, the reason why the shape of the joint is limited will be described. In the present invention, as described above, the Ms temperature of the weld metal is reduced, and further, by controlling the strength range, the residual stress is reduced and the fatigue strength is improved. The reaction force against the transformation expansion of the weld metal is used to reduce the residual stress of the weld metal. In order to effectively use this reaction force, it is preferable to limit the shape of the welded joint itself. This technique is effective in a joint shape as shown in FIG. That is, as an auxiliary member, an out-of-plane gusset, a cover plate, a joint in which one or more of studs are welded to a structural member subjected to fatigue load, an out-of-plane gusset has scallops, or an out-of-plane gusset Is a joint having a preferred shape, which is welded by turning welding to a structural member subjected to fatigue load. A welded joint for determining the fatigue strength of the entire welded structure may have such a joint shape in order to improve the fatigue characteristics, and extremely high fatigue characteristics can be expected due to a synergistic effect with the requirements of the present invention.

【0070】補助部材の溶接にあたっては以下に述べる
ように溶接される端部からの開先の範囲を限定すること
が好ましい。端部に存在する応力集中部は、ビード止端
部と回し溶接部内部に存在する未溶着部分の2個所があ
る。疲労という観点からは、通常はビード止端部の方が
厳しい部位であるが、本発明によりこの部位の疲労強度
向上は達成されている。そこでもう1つの応力集中部で
ある端部近傍の未溶着部分、すなわちルート部の疲労強
度を改善すればより高疲労強度が実現することが明白で
ある。ガセットおよびスカラップを有する構造部材の端
部より開先をもうけるのは、この未溶着部分を減らし応
力集中を低く抑えるためのものである。
In welding the auxiliary member, it is preferable to limit the range of the groove from the end to be welded as described below. There are two stress concentration portions existing at the ends, that is, a bead toe portion and an unwelded portion existing inside the turning welded portion. From the viewpoint of fatigue, the bead toe portion is usually a more severe portion, but the present invention has achieved improvement in fatigue strength at this portion. Therefore, it is apparent that a higher fatigue strength can be realized by improving the fatigue strength of the unwelded portion near the end, which is another stress concentration portion, that is, the root portion. The reason for forming a groove from the end of the structural member having the gusset and scallops is to reduce the unwelded portion and to reduce the stress concentration.

【0071】従って、この開先は、継手の静的強度向上
を目的とするものではないため、必ずしも溶接部全体に
対して開先をもうける必要はない。しかし、開先の範囲
がせますぎれば、応力集中を抑えることができず、開先
をもうけない場合と同様な疲労強度になる可能性があ
る。開先範囲を5mm以上としたのは、開先をもうけるこ
との効果が期待できる最低の値として設定した。なお、
応力集中を抑えるという観点からは、この開先範囲は好
ましくは2cm以上に設定することが望ましい。
Therefore, since the groove is not intended to improve the static strength of the joint, it is not always necessary to make a groove for the entire welded portion. However, if the range of the groove is too small, the concentration of stress cannot be suppressed, and the fatigue strength may be the same as when no groove is formed. The groove range of 5 mm or more was set as the lowest value at which the effect of forming a groove could be expected. In addition,
From the viewpoint of suppressing stress concentration, it is desirable that this groove range is preferably set to 2 cm or more.

【0072】このように溶接される端部に開先を設ける
にあたっては、開先をもうけた範囲における回し溶接部
内側の未溶着部分の面積の開先をもうけない場合に対す
る減少量に注意を要する。すなわち、溶接端部に開先を
もうけるのは、本発明における第1、第2および第3の
技術思想によりビード止端部の高疲労強度が達成してい
るため、相対的に疲労強度が低くなった回し溶接部内側
の未溶着部分が形成する応力集中部、すなわちルート部
の疲労強度を向上させる、という理由による。そのた
め、疲労強度向上効果が顕著になるまでに応力集中を抑
えなければ、この目的を達成し得ない。この理由によ
り、本発明では開先範囲を限定したことはすでに述べ
た。しかし、開先形状が不適切なため、未溶着部分が開
先をもうけない場合と同程度残った場合は、たとえ開先
範囲が適切であったとしても応力集中を抑えることはで
きず、継手全体としての疲労強度をさらに高めるまでに
は至らない。開先をもうけない場合に対する、未溶着部
分の面積の減少量の下限を10%とすることが好まし
い。減少量が10%以上であれば開先をもうけた効果が
十分に認められる。なお、応力集中を抑えルート部の疲
労強度を向上させるという観点からは、この減少量の下
限は20%とすることがより望ましい。
When providing a groove at the end to be welded in this way, attention must be paid to the amount of reduction in the area of the unwelded portion inside the turning welded portion in the region where the groove is formed, compared to the case where the groove is not formed. . That is, a groove is formed at the welded end because the first, second, and third technical ideas of the present invention achieve the high fatigue strength of the bead toe, so that the fatigue strength is relatively low. This is because the fatigue strength of the stress concentrated portion formed by the unwelded portion inside the turned welding portion, that is, the root portion, is improved. Therefore, unless the stress concentration is suppressed until the effect of improving the fatigue strength becomes remarkable, this object cannot be achieved. For this reason, it has already been mentioned that the invention has limited the groove range. However, if the unwelded part remains at the same level as when the groove is not formed due to the inappropriate groove shape, stress concentration cannot be suppressed even if the groove range is appropriate. It is not enough to further increase the overall fatigue strength. It is preferable to set the lower limit of the reduction in the area of the unwelded portion to 10% with respect to the case where no groove is formed. If the amount of reduction is 10% or more, the effect of forming a groove is sufficiently recognized. In addition, from the viewpoint of suppressing stress concentration and improving the fatigue strength of the root portion, it is more preferable that the lower limit of the amount of reduction be 20%.

【0073】[0073]

【実施例】以下に、本発明の実施例を述べる。連続鋳造
により製造したスラブから板厚が20〜40mmの鋼板を
製造した。表1にその化学成分を示す。鋼A、Bが本発
明鋼、鋼Cが比較鋼である。
Embodiments of the present invention will be described below. A steel plate having a thickness of 20 to 40 mm was manufactured from a slab manufactured by continuous casting. Table 1 shows the chemical components. Steels A and B are inventive steels, and steel C is a comparative steel.

【0074】[0074]

【表1】 [Table 1]

【0075】表2に、残留応力および疲労強度を調べる
ために用いたNi系およびCr系溶接金属の成分値を示
す。表1に、Ms温度(℃)およびMs温度における降
伏強度を示しているが、これは各溶接金属より直接フォ
ーマスター試験片と引張試験片を採取し、初めにMs温
度を測定し、次にその温度で引張試験を行った結果であ
る。
Table 2 shows the component values of Ni-based and Cr-based weld metals used for examining residual stress and fatigue strength. Table 1 shows the Ms temperature (° C.) and the yield strength at the Ms temperature, which were obtained by directly collecting a Formaster test piece and a tensile test piece from each weld metal, measuring the Ms temperature first, and then measuring the Ms temperature. It is the result of conducting a tensile test at that temperature.

【0076】[0076]

【表2】 [Table 2]

【0077】図4は、ビード止端部の残留応力を測定す
るために作製した角回し溶接継手の図を示している。図
4の角回し溶接継手は、面外ガセットの両端部より5cm
の範囲内において図5に示す開先をもうけて回し溶接を
行っている。溶接部本ビードは通常の溶接材料を用いて
いるが、本溶接終了後、付加ビード(最終パス)として
表1にある、WF、WA、WB、WHの溶接金属を形成
せしめた継手である。残留応力は、図中に示すような溶
接止端部にゲージ長さ2mmのひずみゲージを貼り付け、
機械加工で応力を緩和させる、いわゆる切断法で測定し
た。図6に残留応力測定結果を示したが、図6(a)〜
(d)より明らかなように、本発明例ではWA、WB、
WHは圧縮残留応力になっているのに対し、WFはNi
添加不足のため残留応力は引っ張りである。
FIG. 4 shows a view of a corner turning welded joint prepared for measuring the residual stress at the bead toe. 4 is 5 cm from both ends of the out-of-plane gusset.
Turning welding is performed within the range of the groove shown in FIG. The main bead at the welded portion uses a normal welding material, but is a joint formed with a weld metal of WF, WA, WB, and WH shown in Table 1 as an additional bead (final pass) after the main welding. For residual stress, a 2 mm gauge gage was attached to the weld toe as shown in the figure.
It was measured by a so-called cutting method in which stress was relaxed by machining. FIG. 6 shows the measurement results of the residual stress.
(D) As is clear, in the example of the present invention, WA, WB,
WH is compressive residual stress, while WF is Ni
Residual stress is tensile due to insufficient addition.

【0078】図7は、図4に示す面外ガセットを角回し
溶接で取り付けた溶接継手の疲労強度を示している。疲
労荷重付加方向は、図4にある矢印方向、すなわち、面
外ガセット長手方向である。疲労強度を調査する場合
は、開先をもうけた場合とそうでない場合の比較も行え
るようにするため、ガセット端部より5cmの範囲内に図
5に示す開先をもうけた場合とそうでない場合の2種類
の継手を鋼A,B,Cを用いて作製し、図4に示す付加
ビードとしてWAの溶接金属を形成した。
FIG. 7 shows the fatigue strength of a welded joint in which the out-of-plane gusset shown in FIG. The fatigue load application direction is the arrow direction in FIG. 4, that is, the out-of-plane gusset longitudinal direction. When investigating the fatigue strength, in order to make a comparison between the case with and without the groove, the case with and without the groove shown in Fig. 5 within 5 cm from the end of the gusset Were produced using steels A, B, and C, and a weld metal of WA was formed as an additional bead shown in FIG.

【0079】表1のWF、WB、WHについては、開先
をもうけた継手に対して付加ビード(最終パス)として
形成させた。疲労は、開先をもうけた継手では、付加ビ
ードが形成している溶接止端部より発生し鋼材HAZに
亀裂が伝播し、開先をもうけない場合は、角回し溶接部
内側の未溶着部分の応力集中部が存在する端部より伝播
した。図7には、点線および実線で疲労寿命を示した。
図7より、本発明例である鋼AおよびBにWA、WB、
WHによる付加ビードを施した継手の疲労強度は明らか
に比較例に対し疲労寿命および疲労限が向上いる。
Regarding WF, WB, and WH in Table 1, an additional bead (final pass) was formed for the grooved joint. In the case of a grooved joint, fatigue occurs at the weld toe where the additional bead is formed, and the crack propagates through the steel HAZ. If the groove is not formed, the unwelded portion inside the corner turning weld is Propagated from the end where the stress concentration portion exists. FIG. 7 shows the fatigue life by a dotted line and a solid line.
As shown in FIG. 7, WA, WB,
Regarding the fatigue strength of the joint subjected to the additional bead by WH, the fatigue life and fatigue limit are clearly improved as compared with the comparative example.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、継手の
疲労強度向上が実現でき、実用的な施工方法のみで作製
可能な溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手を
提供することが可能である。したがって、本発明は溶接
構造物の疲労寿命有効に向上させることができ、産業上
の価値の極めて高い発明であるといえる。
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the fatigue strength of a joint, and to provide a welded joint having excellent weld heat-affected zone toughness and fatigue properties which can be produced only by a practical construction method. It is possible to Therefore, the present invention can effectively improve the fatigue life of a welded structure, and can be said to be an invention with extremely high industrial value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】疲労限度比(疲労限/再現HAZ材の引張強
さ)の再現HAZ材の引張強さに対する依存性を示した
図である。
FIG. 1 is a diagram showing the dependence of the fatigue limit ratio (fatigue limit / tensile strength of a reproduced HAZ material) on the tensile strength of a reproduced HAZ material.

【図2】疲労限度比の各種鋼材のCeqに対する依存性を
示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing the dependence of the fatigue limit ratio on Ceq of various steel materials.

【図3】本発明を適用した溶接継手の一例において、溶
接金属の変態膨張方向およびその反力により残留応力が
低減される鋼材HAZ領域を模式的に示した図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a steel material HAZ region in which residual stress is reduced by a transformation expansion direction of a weld metal and a reaction force thereof in an example of a welded joint to which the present invention is applied.

【図4】本発明の一例として、面外ガセットを疲労荷重
を受ける構造部材に角回し溶接で取り付け、さらに最終
パスとして付加ビードを形成させた溶接継手、およびそ
の溶接継手における残留応力測定位置を模式的に示した
図である。
FIG. 4 shows, as an example of the present invention, a welded joint in which an out-of-plane gusset is attached to a structural member subjected to a fatigue load by angular welding, and an additional bead is formed as a final pass, and a residual stress measurement position in the welded joint. It is the figure which showed typically.

【図5】補助部材の溶接部における開先形状を示した図
である。
FIG. 5 is a view showing a groove shape at a welding portion of the auxiliary member.

【図6】実施例における継手のそれぞれの位置における
残留応力の測定結果を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing measurement results of residual stress at respective positions of the joint in the example.

【図7】実施例における継手のそれぞれの位置における
疲労強度の測定結果を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing measurement results of fatigue strength at respective positions of the joint in the example.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小関 正 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 糟谷 正 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tadashi Koseki 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel Corporation Technology Development Division (72) Inventor Tadashi Kasuya 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Made in New Japan Inside the Technology Development Division, Steel Corporation

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 質量%で、 C :0.01〜0.1%、 Si:0.1〜1.6%、 Mn:0.5〜2%、 P :0.01%以下、 S :0.005%以下、 Nb:0.05〜0.3%、 Al:0.001〜0.05%、 Ti:0.001〜0.05%、 Mg:0.0002〜0.006%、 O :0.0001〜0.008%、 N :0.002〜0.008%を含有し、残部がFe
および不可避不純物からなり、かつ、下記式にて定義さ
れるCeqとPcmが、 Ceq:0.45%以下、 Pcm:0.2%以下を満たし、さらに、 粒子径0.002〜5μmの炭化物、窒化物、酸化物の
単独もしくは複合粒子の1種または2種以上を鋼中に分
散し、溶接熱影響部組織の旧γ粒径が溶接入熱によらず
10〜200μmである高張力鋼からなる溶接継手であ
って、 オーステナイトからマルテンサイトに変態を開始する温
度が350℃以下150℃以上となる溶接金属によっ
て、その溶接部の最終パスが形成されていることを特徴
とする溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
ただし、 Ceq(%)=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+
(Cr+Mo+V)/5+Nb/3 Pcm(%)=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/
20+Ni/60+Mo/15+V/10 なお、式中元素記号は各元素の質量%を表す。
1. Mass%, C: 0.01 to 0.1%, Si: 0.1 to 1.6%, Mn: 0.5 to 2%, P: 0.01% or less, S: 0.005% or less, Nb: 0.05 to 0.3%, Al: 0.001 to 0.05%, Ti: 0.001 to 0.05%, Mg: 0.0002 to 0.006%, O: 0.0001 to 0.008%, N: 0.002 to 0.008%, the balance being Fe
And Ceq and Pcm defined by the following formulas, satisfying Ceq: 0.45% or less, Pcm: 0.2% or less, and a carbide having a particle diameter of 0.002 to 5 μm; One or two or more kinds of single or composite particles of nitrides and oxides are dispersed in steel. A weld heat-affected zone, characterized in that a final pass of the weld is formed by a weld metal having a temperature at which transformation from austenite to martensite is 350 ° C. or lower and 150 ° C. or higher. Welded joint with excellent toughness and fatigue properties.
However, Ceq (%) = C + Mn / 6 + (Cu + Ni) / 15 +
(Cr + Mo + V) / 5 + Nb / 3 Pcm (%) = C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) /
20 + Ni / 60 + Mo / 15 + V / 10 In the formulas, the symbol of each element represents mass% of each element.
【請求項2】 前記高張力鋼が、質量%で、 Cu:0.1〜2.5%、 Ni:0.1〜5%以下、 Cr:0.1〜1%、 Mo:0.1〜1.5%、 V :0.005〜0.05%の1種または2種以上
を、さらに含有することを特徴とする、請求項1に記載
の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
2. The high-tensile steel is, in mass%, Cu: 0.1 to 2.5%, Ni: 0.1 to 5% or less, Cr: 0.1 to 1%, Mo: 0.1. The weld heat-affected zone is excellent in toughness and fatigue properties according to claim 1, further comprising one or more of 1.5 to 1.5% and V: 0.005 to 0.05%. Welded joints.
【請求項3】 前記溶接金属の降伏強度が、オーステナ
イトからマルテンサイトに変態を開始する温度において
390〜1180MPaであることを特徴とする請求項
1または2に記載の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れ
た溶接継手。
3. The toughness and fatigue properties of a weld heat-affected zone according to claim 1, wherein the yield strength of the weld metal is 390 to 1180 MPa at a temperature at which transformation from austenite to martensite starts. Excellent welded joint.
【請求項4】 前記溶接金属が、Ni、Cr、Moの1
種または2種以上とCを含有し、下記式で定義されるP
aが、 Pa:0.85〜1.3%を満たすことを特徴とする請
求項1〜3のいずれか1項に記載の溶接熱影響部靭性と
疲労特性に優れた溶接継手。ただし、 Pa(%)=C+Ni/12+Cr/24+Mo/19 なお、式中元素記号は各元素の質量%を表す。
4. The welding metal is one of Ni, Cr, and Mo.
Containing two or more species and C, and defined by the following formula:
The welded joint excellent in toughness and fatigue properties of the weld heat-affected zone according to any one of claims 1 to 3, wherein a satisfies Pa: 0.85 to 1.3%. However, Pa (%) = C + Ni / 12 + Cr / 24 + Mo / 19 In the formula, the symbol of the element represents the mass% of each element.
【請求項5】 前記溶接金属が、質量%で、 C :0.01〜0.2%、 Si:0.1〜0.5%、 Mn:0.01〜1.5%、 P :0.03%以下、 S :0.02%以下、 Ni:8〜12%を含有し、残部がFeおよび不可避不
純物からなることを特徴とする請求項3または4に記載
の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
5. The weld metal in mass%, C: 0.01 to 0.2%, Si: 0.1 to 0.5%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0. The weld heat-affected zone toughness according to claim 3 or 4, comprising 0.03% or less, S: 0.02% or less, and Ni: 8 to 12%, with the balance being Fe and unavoidable impurities. Welded joint with excellent fatigue properties.
【請求項6】 前記溶接金属が、質量%で、 Ti:0.01〜0.4%、 Nb:0.01〜0.4%、 V :0.1〜1%の1種または2種以上を、さらに含
有することを特徴とする請求項5に記載の溶接熱影響部
靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
6. The weld metal is one or two types in mass%: Ti: 0.01 to 0.4%, Nb: 0.01 to 0.4%, V: 0.1 to 1%. The welded joint according to claim 5, further comprising: a heat-affected zone toughness and fatigue properties.
【請求項7】 前記溶接金属が、質量%で、 Cu:0.05〜0.4%、 Cr:0.1〜3%、 Mo:0.1〜3%、 Co:0.1〜2%の1種または2種以上を、さらに含
有することを特徴とする請求項5または6に記載の溶接
熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
7. The weld metal is represented by mass%: Cu: 0.05 to 0.4%, Cr: 0.1 to 3%, Mo: 0.1 to 3%, Co: 0.1 to 2 7. The welded joint according to claim 5, further comprising one or two or more of the above-described heat-affected zone toughness and fatigue properties. 8.
【請求項8】 前記溶接金属が、質量%で、 C :0.001〜0.05%、 Si:0.1〜0.7%、 Mn:0.4〜2.5%、 P :0.03%以下、 S :0.02%以下、 Ni:4〜8%、 Cr:8〜15%、 N :0.001〜0.05%、 C+N:0.001〜0.06%を含有し、残部Feお
よび不可避不純物からなることを特徴とする請求項3ま
たは4に記載の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶
接継手。
8. The weld metal is represented by mass%, C: 0.001 to 0.05%, Si: 0.1 to 0.7%, Mn: 0.4 to 2.5%, P: 0. 0.03% or less, S: 0.02% or less, Ni: 4 to 8%, Cr: 8 to 15%, N: 0.001 to 0.05%, C + N: 0.001 to 0.06% The welded joint according to claim 3 or 4, wherein the welded joint is excellent in toughness and fatigue properties of a weld heat affected zone.
【請求項9】 前記溶接金属が、質量%で、 Cu:0.05〜0.4%、 Mo:0.1〜2%、 Ti:0.005〜0.3%、 Nb:0.005〜0.3%、 V:0.05〜0.5%の1種または2種以上を、さら
に含有することを特徴とする請求項8に記載の溶接熱影
響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
9. The weld metal is represented by mass%: Cu: 0.05 to 0.4%, Mo: 0.1 to 2%, Ti: 0.005 to 0.3%, Nb: 0.005. The weld heat-affected zone has excellent toughness and fatigue characteristics according to claim 8, further comprising one or more of 0.3 to 0.3% and V: 0.05 to 0.5%. Welded joints.
【請求項10】 補助部材として、面外ガゼット、カバ
ープレート、スタッドの1種または2種以上が、疲労荷
重を受ける構造部材に溶接されていることを特徴とする
請求項1〜9のいずれか1項に記載の溶接熱影響部靭性
と疲労特性に優れた溶接継手。
10. The method according to claim 1, wherein at least one of an out-of-plane gusset, a cover plate, and a stud is welded to a structural member subjected to a fatigue load. 2. A welded joint having excellent toughness and fatigue properties in the heat affected zone of claim 1.
【請求項11】 前記補助部材が、溶接される端部に5
mm以上の開先を有することを特徴とする請求項10に記
載の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
11. An auxiliary member is provided at the end to be welded.
The welded joint according to claim 10, wherein the welded joint has a groove of not less than mm and has excellent toughness and fatigue properties in a heat affected zone.
【請求項12】 面外ガゼットが、回し溶接されること
を特徴とする請求項10または11に記載の溶接熱影響
部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
12. The welded joint according to claim 10, wherein the out-of-plane gusset is rotary-welded.
【請求項13】 面外ガゼットが、スカラップを有する
ことを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記
載の溶接熱影響部靭性と疲労特性に優れた溶接継手。
13. The welded joint according to claim 10, wherein the out-of-plane gusset has scallops.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009248175A (en) * 2008-04-10 2009-10-29 Nippon Steel Corp Tig welding method of high-strength steel using flux-containing wire
JP2011196986A (en) * 2010-02-26 2011-10-06 Kobe Steel Ltd Fatigue characteristic evaluation method of t-joint in t-type welded joint structure
JP2013139047A (en) * 2012-01-05 2013-07-18 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Weld joint part of steel member
CN114032470A (en) * 2022-01-07 2022-02-11 北京科技大学 Carburizing bearing steel and preparation method thereof
CN116529407A (en) * 2020-11-26 2023-08-01 杰富意钢铁株式会社 Welded joint and method for manufacturing same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009248175A (en) * 2008-04-10 2009-10-29 Nippon Steel Corp Tig welding method of high-strength steel using flux-containing wire
JP2011196986A (en) * 2010-02-26 2011-10-06 Kobe Steel Ltd Fatigue characteristic evaluation method of t-joint in t-type welded joint structure
JP2013139047A (en) * 2012-01-05 2013-07-18 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Weld joint part of steel member
CN116529407A (en) * 2020-11-26 2023-08-01 杰富意钢铁株式会社 Welded joint and method for manufacturing same
CN114032470A (en) * 2022-01-07 2022-02-11 北京科技大学 Carburizing bearing steel and preparation method thereof

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