JP2002361485A - 低合金鉄鋼材料の溶接継手、この溶接継手に使用する溶接材料及びこの溶接継手の溶接方法 - Google Patents
低合金鉄鋼材料の溶接継手、この溶接継手に使用する溶接材料及びこの溶接継手の溶接方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】通常の溶接後に止端処理や急冷処理、あるいは
複雑な溶接方法を施さなくても、溶接継手の疲労強度を
飛躍的に向上できる低合金鉄鋼材料の溶接継手を提供す
る。 【解決手段】溶接材料を用いて構造物用の低合金鉄鋼材
料どうしを溶接により固着して形成した溶接継手におい
て、溶接により生成する溶接金属のマルテンサイト変態
開始温度が１２０℃以上４００℃以下であり、かつ溶接
止端部において応力集中係数Ｋｔ値が、１．３以上、
２．８以下となるようにした。
複雑な溶接方法を施さなくても、溶接継手の疲労強度を
飛躍的に向上できる低合金鉄鋼材料の溶接継手を提供す
る。 【解決手段】溶接材料を用いて構造物用の低合金鉄鋼材
料どうしを溶接により固着して形成した溶接継手におい
て、溶接により生成する溶接金属のマルテンサイト変態
開始温度が１２０℃以上４００℃以下であり、かつ溶接
止端部において応力集中係数Ｋｔ値が、１．３以上、
２．８以下となるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、船舶や橋梁等のよ
うな大型構造物の製造に有用な溶接方法に係り、特に、
溶接材料を用いて溶接を行う際に溶接継手の疲労強度を
向上できる低合金鋼材料の溶接継手、これに使用する溶
接材料及びこの溶接継手の溶接方法に関するものであ
る。
うな大型構造物の製造に有用な溶接方法に係り、特に、
溶接材料を用いて溶接を行う際に溶接継手の疲労強度を
向上できる低合金鋼材料の溶接継手、これに使用する溶
接材料及びこの溶接継手の溶接方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】船舶、海洋構造物、ペンストック、橋梁
などにおいては、大型化とそれに伴う軽量化の目的から
使用鋼材の高強度化が求められている。これら構造物に
使用される材料としては、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ等の各種合
金元素が５．０mass％未満のいわゆる低合金鉄鋼材料が
用いられ これらの材料の引張強度レベルは300〜1200M
Paである。
などにおいては、大型化とそれに伴う軽量化の目的から
使用鋼材の高強度化が求められている。これら構造物に
使用される材料としては、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ等の各種合
金元素が５．０mass％未満のいわゆる低合金鉄鋼材料が
用いられ これらの材料の引張強度レベルは300〜1200M
Paである。
【０００３】そして，前記高強度化への要望に対応し
て、低合金鉄鋼材料の中で高強度のものを用いる場合に
は、高強度鋼の疲労強度は母材については当該母材の材
料強度の増加とともに上昇するが、溶接継手では材料強
度が増加しても疲労強度が向上しないといわれている
（溶接学会全国大会講演概要 NO５２，１９９３，ぺー
ジ２５６〜２５７参照）。
て、低合金鉄鋼材料の中で高強度のものを用いる場合に
は、高強度鋼の疲労強度は母材については当該母材の材
料強度の増加とともに上昇するが、溶接継手では材料強
度が増加しても疲労強度が向上しないといわれている
（溶接学会全国大会講演概要 NO５２，１９９３，ぺー
ジ２５６〜２５７参照）。
【０００４】このため、従来、高強度鋼材の溶接継手の
疲労強度は低強度鋼のそれと同じであるため、隅肉溶接
等により接合した継手を採用する構造物では、高強度鋼
材を用いても設計強度を上げることができないという問
題があった。溶接継手において疲労強度が向上しない原
因としては、止端部における応力集中と引張残留応力の
存在が挙げられる。
疲労強度は低強度鋼のそれと同じであるため、隅肉溶接
等により接合した継手を採用する構造物では、高強度鋼
材を用いても設計強度を上げることができないという問
題があった。溶接継手において疲労強度が向上しない原
因としては、止端部における応力集中と引張残留応力の
存在が挙げられる。
【０００５】止端部における応力集中については溶接施
工方法の改善や、例えば、特開平５−６９１２８号公報
に記載されているように、溶接止端部をグラインダやロ
ータリーカッタ等の研削工具で滑らかに研削して止端半
径（図２参照）を大きくすることによって防止できる。
継手の溶接部に生じる引張残留応力は，溶接後の溶接金
属が冷却される際に熱収縮することに起因する。図１
に、従来の溶接材料を用いて低合金鉄鋼材料を溶接した
際の溶接後の冷却過程における低合金の溶接金属の収縮
状態を、破線で示す。従来の溶接材料によって生成した
溶接金属は、溶接後に図１の「冷却」と付記した矢印の
方向に熱収縮する。
工方法の改善や、例えば、特開平５−６９１２８号公報
に記載されているように、溶接止端部をグラインダやロ
ータリーカッタ等の研削工具で滑らかに研削して止端半
径（図２参照）を大きくすることによって防止できる。
継手の溶接部に生じる引張残留応力は，溶接後の溶接金
属が冷却される際に熱収縮することに起因する。図１
に、従来の溶接材料を用いて低合金鉄鋼材料を溶接した
際の溶接後の冷却過程における低合金の溶接金属の収縮
状態を、破線で示す。従来の溶接材料によって生成した
溶接金属は、溶接後に図１の「冷却」と付記した矢印の
方向に熱収縮する。
【０００６】ここで、低合金鋼からなる従来の溶接材料
を用いた場合、温度低下するに従い、溶接金属は熱収縮
して伸び（長さ）が小さくなるが、５００℃付近で伸び
（長さ）が大きくなる領域が存在する。これは、５００
℃付近にてマルテンサイト変態が生じ、このマルテンサ
イト変態にともなう溶接金属の膨張が発生するためであ
る。マルテンサイト変態が終了すると、再び熱収縮のみ
が起こり温度が下がるにつれて伸びが小さくなる。溶接
金属が凝固点から約６００℃程度まで冷却される際に
は、溶接金属の降伏応力が低いので、塑性変形を伴いな
がら冷却され、そのため、収縮により生ずる引張残留応
力は、この塑性変形により緩和される。そして、約６０
０℃以下で収縮すると、溶接金属の降伏応力が大きいた
めに、塑性変形が起こりにくく引張残留応力が導入され
ることとなる。
を用いた場合、温度低下するに従い、溶接金属は熱収縮
して伸び（長さ）が小さくなるが、５００℃付近で伸び
（長さ）が大きくなる領域が存在する。これは、５００
℃付近にてマルテンサイト変態が生じ、このマルテンサ
イト変態にともなう溶接金属の膨張が発生するためであ
る。マルテンサイト変態が終了すると、再び熱収縮のみ
が起こり温度が下がるにつれて伸びが小さくなる。溶接
金属が凝固点から約６００℃程度まで冷却される際に
は、溶接金属の降伏応力が低いので、塑性変形を伴いな
がら冷却され、そのため、収縮により生ずる引張残留応
力は、この塑性変形により緩和される。そして、約６０
０℃以下で収縮すると、溶接金属の降伏応力が大きいた
めに、塑性変形が起こりにくく引張残留応力が導入され
ることとなる。
【０００７】図１では、約５００℃から約４００℃まで
の冷却過程において、溶接金属はマルテンサイト変態に
より膨張するので、この間では引張残留応力が緩和され
るが、その後室温までの熱収縮過程において引張残留応
力が導入されることとなる。以上が、溶接部に引張残留
応力が生ずる主な理由であるが、例えば隅肉溶接のよう
に接合される２つの被溶接材の大きさが異なる場合、被
溶接材の熱容量の差に起因して、引張残留応力はさらに
助長される。
の冷却過程において、溶接金属はマルテンサイト変態に
より膨張するので、この間では引張残留応力が緩和され
るが、その後室温までの熱収縮過程において引張残留応
力が導入されることとなる。以上が、溶接部に引張残留
応力が生ずる主な理由であるが、例えば隅肉溶接のよう
に接合される２つの被溶接材の大きさが異なる場合、被
溶接材の熱容量の差に起因して、引張残留応力はさらに
助長される。
【０００８】このような溶接継手の引張残留応力を低減
する方法として、例えば、特開平１１−１３８２９０号
公報に記載されているように、溶接により生成する溶接
金属を、溶接後の冷却過程でマルテンサイト変態を起こ
させ、室温において該マルテンサイト変態の開始時より
も膨張している状態とすることにより圧縮応力を付与す
る方法が提案されている。
する方法として、例えば、特開平１１−１３８２９０号
公報に記載されているように、溶接により生成する溶接
金属を、溶接後の冷却過程でマルテンサイト変態を起こ
させ、室温において該マルテンサイト変態の開始時より
も膨張している状態とすることにより圧縮応力を付与す
る方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平１１−１３８２９０号公報に記載されているよう
な溶接部（溶接継手）の疲労強度の向上方法では、溶接
金属が高合金となるため、止端形状が従来の継手に比べ
て悪く、応力集中係数Kt値が高くなっていた。そのた
め、疲労強度の向上度合いはまだ不十分であり、さらに
疲労強度を向上させるためには非常に複雑な溶接を施さ
なければならず、実施工に適していない。また、７８０
MPa級の高強度鋼においては、上記の溶接材料による疲
労強度向上効果が確認されたが、４００〜４９０MPa級
鋼においては疲労強度の向上度合いが確認されておら
ず、高強度鋼ほどの効果があるか不明であるという課題
があった。本発明は、このような問題点に着目してなさ
れたもので、通常の溶接後に止端処理や急冷処理を施さ
なくても、溶接継手の疲労強度を飛躍的に向上できる低
合金鉄鋼材料の溶接継手、この溶接継手に使用する溶接
材料及びこの溶接継手の溶接方法を提供することを課題
としている。
特開平１１−１３８２９０号公報に記載されているよう
な溶接部（溶接継手）の疲労強度の向上方法では、溶接
金属が高合金となるため、止端形状が従来の継手に比べ
て悪く、応力集中係数Kt値が高くなっていた。そのた
め、疲労強度の向上度合いはまだ不十分であり、さらに
疲労強度を向上させるためには非常に複雑な溶接を施さ
なければならず、実施工に適していない。また、７８０
MPa級の高強度鋼においては、上記の溶接材料による疲
労強度向上効果が確認されたが、４００〜４９０MPa級
鋼においては疲労強度の向上度合いが確認されておら
ず、高強度鋼ほどの効果があるか不明であるという課題
があった。本発明は、このような問題点に着目してなさ
れたもので、通常の溶接後に止端処理や急冷処理を施さ
なくても、溶接継手の疲労強度を飛躍的に向上できる低
合金鉄鋼材料の溶接継手、この溶接継手に使用する溶接
材料及びこの溶接継手の溶接方法を提供することを課題
としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】溶接により生成した溶接
金属は、マルテンサイト変態が生じると、マルテンサイ
ト変態開始からある程度温度が降下するまでの間に一旦
膨張する。本発明は、溶接により生成する溶接金属に、
溶接後の冷却過程でマルテンサイト変態を起こさせ、し
かも室温において該マルテンサイト変態の開始時よりも
膨張している状態とすることにより、冷却過程で溶接金
属に生じた引張残留応力を緩和する、あるいは、引張残
留応力に代えて圧縮残留応力を与えることができるとの
知見を得た。また、溶接止端部における応力集中係数を
低くすることによって、圧縮残留応力導入によって得た
疲労強度向上効果をさらに高めることができるとの知見
を得た。
金属は、マルテンサイト変態が生じると、マルテンサイ
ト変態開始からある程度温度が降下するまでの間に一旦
膨張する。本発明は、溶接により生成する溶接金属に、
溶接後の冷却過程でマルテンサイト変態を起こさせ、し
かも室温において該マルテンサイト変態の開始時よりも
膨張している状態とすることにより、冷却過程で溶接金
属に生じた引張残留応力を緩和する、あるいは、引張残
留応力に代えて圧縮残留応力を与えることができるとの
知見を得た。また、溶接止端部における応力集中係数を
低くすることによって、圧縮残留応力導入によって得た
疲労強度向上効果をさらに高めることができるとの知見
を得た。
【００１１】また、本発明らは、溶接金属のマルテンサ
イト変態の開始温度を１２０℃以上４００℃以下とする
ことで、溶接金属のマルテンサイト変態による膨張量を
大きくすることができ、且つ、室温付近において該膨張
量が大きな状態となって、溶接金属の冷却過程終了時に
は、該溶接金属がマルテンサイト変態開始時よりも膨張
している状態となり、当該膨張により圧縮残留応力が導
入されて、溶接金属の冷却過程で生じる引張残留応力が
低減し、これによって溶接後の溶接継手の疲労強度が向
上するとの知見も得た。
イト変態の開始温度を１２０℃以上４００℃以下とする
ことで、溶接金属のマルテンサイト変態による膨張量を
大きくすることができ、且つ、室温付近において該膨張
量が大きな状態となって、溶接金属の冷却過程終了時に
は、該溶接金属がマルテンサイト変態開始時よりも膨張
している状態となり、当該膨張により圧縮残留応力が導
入されて、溶接金属の冷却過程で生じる引張残留応力が
低減し、これによって溶接後の溶接継手の疲労強度が向
上するとの知見も得た。
【００１２】本発明は、上述した知見に基づきさらに検
討を加えて完成したものである。すなわち、本発明の低
合金鉄鋼材料の溶接継手は、溶接材料を用いて低合金鉄
鋼材料どうしを溶接により固着して形成した溶接継手に
おいて、溶接金属のマルテンサイト変態開始温度が１２
０℃以上４００℃以下であり，かつ溶接止端部において
応力集中係数Ｋｔ値が、１．３以上、２．８以下とし
た。なお、前記応力集中係数Ｋｔは、以下の（１）式で
表される。
討を加えて完成したものである。すなわち、本発明の低
合金鉄鋼材料の溶接継手は、溶接材料を用いて低合金鉄
鋼材料どうしを溶接により固着して形成した溶接継手に
おいて、溶接金属のマルテンサイト変態開始温度が１２
０℃以上４００℃以下であり，かつ溶接止端部において
応力集中係数Ｋｔ値が、１．３以上、２．８以下とし
た。なお、前記応力集中係数Ｋｔは、以下の（１）式で
表される。
【００１３】 Kt＝1＋｛1.348＋0.397・ln（Ｓ／t1）｝・Q0.467・f(θ) …………（１） 但し、 f(θ)＝｛1-exp(-0.9・β・θ)｝／｛1-exp
(-0.9・β・π/2)｝， Ｑ＝1／｛2.8(W/t1)-2｝・(l2/ρ)， W=t1＋2l2，S=t2＋2l1，β＝｛W/(2l2)｝1/2， t1：主板厚，t2：リブ板厚，l1：主板側脚長，l2：リブ
板側脚長，ρ：止端半径，θ（ラジアン）：余盛角度と
する。
(-0.9・β・π/2)｝， Ｑ＝1／｛2.8(W/t1)-2｝・(l2/ρ)， W=t1＋2l2，S=t2＋2l1，β＝｛W/(2l2)｝1/2， t1：主板厚，t2：リブ板厚，l1：主板側脚長，l2：リブ
板側脚長，ρ：止端半径，θ（ラジアン）：余盛角度と
する。
【００１４】また、本発明の低合金鉄鋼材料の溶接継手
は、前記溶接金属におけるＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｉ ，Ｍ
ｎ ，Ｍｏ およびＮｂ の含有量が、下記（２）式を満
たすことが好ましい。 １２０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５× Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ４００ ……………（２） 一方、低合金鉄鋼材料の溶接継手に使用する溶接材料
は、マルテンサイト変態開始温度が９０℃以上３７０℃
以下であることが好ましい。
は、前記溶接金属におけるＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｉ ，Ｍ
ｎ ，Ｍｏ およびＮｂ の含有量が、下記（２）式を満
たすことが好ましい。 １２０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５× Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ４００ ……………（２） 一方、低合金鉄鋼材料の溶接継手に使用する溶接材料
は、マルテンサイト変態開始温度が９０℃以上３７０℃
以下であることが好ましい。
【００１５】また、本発明の低合金鉄鋼材料の溶接継手
に使用する溶接材料は、TiO2を３０〜７０mass％、Cr2O
3を１５mass％以下、MgOを１０mass％以下、CaCO3を５
〜３５mass%、CaF2を２〜２０mass%含有するフラックス
を使用することが好ましい。また、本発明の低合金鉄鋼
材料の溶接継手に使用する溶接材料は、Ｃ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，ＭｏおよびＮｂの含有量を，下記
（３）式を満たすように調整することが好ましい。
に使用する溶接材料は、TiO2を３０〜７０mass％、Cr2O
3を１５mass％以下、MgOを１０mass％以下、CaCO3を５
〜３５mass%、CaF2を２〜２０mass%含有するフラックス
を使用することが好ましい。また、本発明の低合金鉄鋼
材料の溶接継手に使用する溶接材料は、Ｃ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，ＭｏおよびＮｂの含有量を，下記
（３）式を満たすように調整することが好ましい。
【００１６】 ９０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５ ×Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ３７０ …………（３） さらに、本発明の低合金鉄鋼材料の溶接継手に使用する
溶接材料は、Ｃを０．１５mass％以下、Ｃｒを８．０〜
１７．０mass％、Ｎｉを３．０〜１３．０mass％含有す
ることが好ましい。
溶接材料は、Ｃを０．１５mass％以下、Ｃｒを８．０〜
１７．０mass％、Ｎｉを３．０〜１３．０mass％含有す
ることが好ましい。
【００１７】また、本発明の低合金鉄鋼材料の溶接継手
に使用する溶接材料は、Ｓｉを０．２〜１．０mass％、
Ｍｎを０．４〜２．５mass％、Ｍｏを４．０ mass％以
下、Ｎｂを１．０mass％以下含有することが好ましい。
また、本発明の低合金鉄鋼材料の溶接継手の溶接方法
は、溶接材料を用いて低合金鉄鋼材料どうしを溶接によ
り固着して形成する溶接継手の溶接方法において、溶接
金属のマルテンサイト変態開始温度が１２０℃以上４０
０℃以下であり、かつ溶接止端部において下記（１）式
で表される応力集中係数Ｋｔ値が、１．３以上、２．８
以下であることが好ましい。
に使用する溶接材料は、Ｓｉを０．２〜１．０mass％、
Ｍｎを０．４〜２．５mass％、Ｍｏを４．０ mass％以
下、Ｎｂを１．０mass％以下含有することが好ましい。
また、本発明の低合金鉄鋼材料の溶接継手の溶接方法
は、溶接材料を用いて低合金鉄鋼材料どうしを溶接によ
り固着して形成する溶接継手の溶接方法において、溶接
金属のマルテンサイト変態開始温度が１２０℃以上４０
０℃以下であり、かつ溶接止端部において下記（１）式
で表される応力集中係数Ｋｔ値が、１．３以上、２．８
以下であることが好ましい。
【００１８】 Kt＝1＋｛1.348＋0.397・ln（Ｓ／t1）｝・Q0.467・f(θ) …………（１） 但し、 f(θ)＝｛1-exp(-0.9・β・θ)｝／｛1-exp(-0.9・β・
π/2)｝， Ｑ＝1／｛2.8(W/t1)-2｝・(l2/ρ)， W=t1＋2l2，S=t2＋2l1，β＝｛W/(2l2)｝1/2， t1：主板厚，t2：リブ板厚，l1：主板側脚長，l2：リブ
板側脚長，ρ：止端半径，θ（ラジアン）：余盛角度と
する。
π/2)｝， Ｑ＝1／｛2.8(W/t1)-2｝・(l2/ρ)， W=t1＋2l2，S=t2＋2l1，β＝｛W/(2l2)｝1/2， t1：主板厚，t2：リブ板厚，l1：主板側脚長，l2：リブ
板側脚長，ρ：止端半径，θ（ラジアン）：余盛角度と
する。
【００１９】また、低合金鉄鋼材料の溶接継手の溶接方
法は、前記溶接金属におけるＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｉ ，
Ｍｎ ，Ｍｏ およびＮｂ の含有量が、下記（２）式を
満たすことが好ましい。 １２０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５× Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ４００ ……………（２） また、低合金鉄鋼材料の溶接継手の溶接方法に使用する
溶接材料は、マルテンサイト変態開始温度が、９０℃以
上３７０℃以下であることが好ましい。
法は、前記溶接金属におけるＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｉ ，
Ｍｎ ，Ｍｏ およびＮｂ の含有量が、下記（２）式を
満たすことが好ましい。 １２０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５× Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ４００ ……………（２） また、低合金鉄鋼材料の溶接継手の溶接方法に使用する
溶接材料は、マルテンサイト変態開始温度が、９０℃以
上３７０℃以下であることが好ましい。
【００２０】また、低合金鉄鋼材料の溶接継手の溶接方
法に使用する溶接材料は、TiO2を３０〜７０mass％、Cr
2O3を１５mass％以下、MgOを１０mass％以下、CaCO3を
５〜３５mass%、CaF2を２〜２０mass%含有するフラック
スを使用することが好ましい。また、低合金鉄鋼材料の
溶接継手の溶接方法に使用する溶接材料は、Ｃ，Ｃｒ，
Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，ＭｏおよびＮｂの含有量を、下記
（３）式を満たすように調整することが好ましい。
法に使用する溶接材料は、TiO2を３０〜７０mass％、Cr
2O3を１５mass％以下、MgOを１０mass％以下、CaCO3を
５〜３５mass%、CaF2を２〜２０mass%含有するフラック
スを使用することが好ましい。また、低合金鉄鋼材料の
溶接継手の溶接方法に使用する溶接材料は、Ｃ，Ｃｒ，
Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，ＭｏおよびＮｂの含有量を、下記
（３）式を満たすように調整することが好ましい。
【００２１】 ９０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５ ×Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ３７０ …………（３） また、低合金鉄鋼材料の溶接継手の溶接方法に使用する
溶接材料は、Ｃを０．１５mass％以下、Ｃｒを８．０〜
１７．０mass％、Ｎｉを３．０〜１３．０mass％含有す
ることが好ましい。
溶接材料は、Ｃを０．１５mass％以下、Ｃｒを８．０〜
１７．０mass％、Ｎｉを３．０〜１３．０mass％含有す
ることが好ましい。
【００２２】さらにまた、低合金鉄鋼材料の溶接継手の
溶接方法に使用する溶接材料は、Ｓｉを０．２〜１．０
mass％、Ｍｎを０．４〜２．５mass％、Ｍｏを４．０ma
ss％以下、Ｎｂを１．０mass％以下含有することが好ま
しい。
溶接方法に使用する溶接材料は、Ｓｉを０．２〜１．０
mass％、Ｍｎを０．４〜２．５mass％、Ｍｏを４．０ma
ss％以下、Ｎｂを１．０mass％以下含有することが好ま
しい。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る溶接継手、こ
の溶接継手に使用する溶接材料及び溶接継手の製造方法
の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、
心線に被覆剤（フラックス）塗った溶接材料（被覆アー
ク溶接棒）を用い、被溶接材同士を溶接することにより
作製される。本実施形態では、被溶接材として、構造物
用の引張強さが４００〜９８０MPa級の低合金鉄鋼材料
を用いている。
の溶接継手に使用する溶接材料及び溶接継手の製造方法
の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、
心線に被覆剤（フラックス）塗った溶接材料（被覆アー
ク溶接棒）を用い、被溶接材同士を溶接することにより
作製される。本実施形態では、被溶接材として、構造物
用の引張強さが４００〜９８０MPa級の低合金鉄鋼材料
を用いている。
【００２４】また、本実施形態で使用する溶接材料は、
前記被溶接材に適合した溶接条件で、後述する組成の溶
接金属を形成できる組成を有するものであれば、通常公
知の材料いずれもが適用可能であり、特に限定されな
い。後述する組成の溶接金属が形成できるように、溶接
条件により被溶接材からの希釈など考慮して適宜選択す
ればよい。
前記被溶接材に適合した溶接条件で、後述する組成の溶
接金属を形成できる組成を有するものであれば、通常公
知の材料いずれもが適用可能であり、特に限定されな
い。後述する組成の溶接金属が形成できるように、溶接
条件により被溶接材からの希釈など考慮して適宜選択す
ればよい。
【００２５】本実施形態の溶接継手及び溶接方法は、溶
接により生成する溶接金属のマルテンサイト変態開始温
度が１２０℃以上４００℃以下であり，かつ溶接止端部
において下記（１）式で表される応力集中係数Ｋｔ値
が、１．３以上、２．８以下となるように形成した Kt＝1＋｛1.348＋0.397・ln（Ｓ／t1）｝・Q0.467・f(θ) …………（１） 但し、 f(θ)＝｛1-exp(-0.9・β・θ)｝／｛1-exp
(-0.9・β・π/2)｝， Ｑ＝1／｛2.8(W/t1)-2｝・(l2/ρ)， W=t1＋2l2，S=t2＋2l1，β＝｛W/(2l2)｝1/2である。
接により生成する溶接金属のマルテンサイト変態開始温
度が１２０℃以上４００℃以下であり，かつ溶接止端部
において下記（１）式で表される応力集中係数Ｋｔ値
が、１．３以上、２．８以下となるように形成した Kt＝1＋｛1.348＋0.397・ln（Ｓ／t1）｝・Q0.467・f(θ) …………（１） 但し、 f(θ)＝｛1-exp(-0.9・β・θ)｝／｛1-exp
(-0.9・β・π/2)｝， Ｑ＝1／｛2.8(W/t1)-2｝・(l2/ρ)， W=t1＋2l2，S=t2＋2l1，β＝｛W/(2l2)｝1/2である。
【００２６】なお、t1：主板厚，t2：リブ板厚，l1：主
板側脚長，l2：リブ板側脚長，ρ：止端半径，θ（ラジ
アン）：余盛角度は、図２に示す溶接継手形状の寸法及
び角度である。なお、溶接金属のマルテンサイト変態開
始℃は、含有合金元素と密接な関係がある。一般に鉄鋼
材料のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）は化学組
成の影響を受けることが知られている。村田らは、溶接
学会論文集、第９巻（１９９１）第１号「応力緩和にお
よぼす合金元素および変態温度の影響」において、Ｍｓ
点と各種合金元素の含有量との関係について、 Ｍｓ（℃） ＝ ７１９ − ２６．５×Ｎｉeq − ２３．７×Ｃｒeq Ｎｉeq ＝ ３０×Ｃ（mass％） ＋ ０．５×Ｍｎ （mass％） Ｃｒeq ＝ Ｃｒ（mass％） ＋ Ｍｏ（mass％）＋１．５×Ｓｉ（mass％） ＋０．５×Ｎｂ（mass％）なる式を得ている。
板側脚長，l2：リブ板側脚長，ρ：止端半径，θ（ラジ
アン）：余盛角度は、図２に示す溶接継手形状の寸法及
び角度である。なお、溶接金属のマルテンサイト変態開
始℃は、含有合金元素と密接な関係がある。一般に鉄鋼
材料のマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）は化学組
成の影響を受けることが知られている。村田らは、溶接
学会論文集、第９巻（１９９１）第１号「応力緩和にお
よぼす合金元素および変態温度の影響」において、Ｍｓ
点と各種合金元素の含有量との関係について、 Ｍｓ（℃） ＝ ７１９ − ２６．５×Ｎｉeq − ２３．７×Ｃｒeq Ｎｉeq ＝ ３０×Ｃ（mass％） ＋ ０．５×Ｍｎ （mass％） Ｃｒeq ＝ Ｃｒ（mass％） ＋ Ｍｏ（mass％）＋１．５×Ｓｉ（mass％） ＋０．５×Ｎｂ（mass％）なる式を得ている。
【００２７】上式の関係を用いて、前記溶接金属におけ
るＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｉ ，Ｍｎ ，Ｍｏ およびＮｂの
含有量を、下記（２）式を満たすようにした。 １２０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５ ×Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ４００ ……………（２） マルテンサイト変態開始点の温度を４００℃以下とした
のは、マルテンサイト変態開始温度が高くなるほど当該
変態による膨張量が小さく、且つ、変態膨張の最大点が
室温よりも高い温度となるため、その後の室温までの冷
却過程で再度熱収縮が生じ、これにより変態膨張の効果
を充分に得ることができないからである。
るＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｉ ，Ｍｎ ，Ｍｏ およびＮｂの
含有量を、下記（２）式を満たすようにした。 １２０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５ ×Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ４００ ……………（２） マルテンサイト変態開始点の温度を４００℃以下とした
のは、マルテンサイト変態開始温度が高くなるほど当該
変態による膨張量が小さく、且つ、変態膨張の最大点が
室温よりも高い温度となるため、その後の室温までの冷
却過程で再度熱収縮が生じ、これにより変態膨張の効果
を充分に得ることができないからである。
【００２８】また、マルテンサイト変態開始温度を１２
０℃以上としたのは、マルテンサイト変態開始温度が１
２０℃未満ではマルテンサイト変態が開始しても冷却過
程終了までの変態膨張量が小さく、上記変態膨張の効果
を十分に得ることができないからである。図１に、本実
施形態に係る溶接金属の変態特性を実線で示し、破線で
示した従来の溶接材料の変態特性と比較して示す。本実
施形態においては、溶接金属のマルテンサイト変態の開
始温度が４００℃以下１２０℃以上としたことで、溶接
金属のマルテンサイト変態による膨張量を大きくするこ
とができ、且つ、該膨張量の大きな状態が室温付近とな
って、溶接金属の冷却過程終了時には、当該金属がマル
テンサイト変態開始時よりも膨張している状態となる。
このため、当該膨張により圧縮残留応力が導入されて、
溶接金属の冷却過程で生じる引張残留応力が低減し、こ
れによって溶接後の溶接継手の疲労強度が向上する。
０℃以上としたのは、マルテンサイト変態開始温度が１
２０℃未満ではマルテンサイト変態が開始しても冷却過
程終了までの変態膨張量が小さく、上記変態膨張の効果
を十分に得ることができないからである。図１に、本実
施形態に係る溶接金属の変態特性を実線で示し、破線で
示した従来の溶接材料の変態特性と比較して示す。本実
施形態においては、溶接金属のマルテンサイト変態の開
始温度が４００℃以下１２０℃以上としたことで、溶接
金属のマルテンサイト変態による膨張量を大きくするこ
とができ、且つ、該膨張量の大きな状態が室温付近とな
って、溶接金属の冷却過程終了時には、当該金属がマル
テンサイト変態開始時よりも膨張している状態となる。
このため、当該膨張により圧縮残留応力が導入されて、
溶接金属の冷却過程で生じる引張残留応力が低減し、こ
れによって溶接後の溶接継手の疲労強度が向上する。
【００２９】さらに、応力集中係数Ｋｔ値が、１．３以
上、２．８以下となるようにしたのは、応力集中係数Ｋ
ｔ値が２．８を越えると圧縮残留応力導入による疲労強
度向上の効果が極端に小さくなり、一方、応力集中係数
Ｋｔ値が１．３未満となると溶接による肉盛りが少なく
なり、溶接金属の変態による圧縮残留応力の導入が不十
分となるため、疲労強度向上の効果が得られにくくなる
ためである。
上、２．８以下となるようにしたのは、応力集中係数Ｋ
ｔ値が２．８を越えると圧縮残留応力導入による疲労強
度向上の効果が極端に小さくなり、一方、応力集中係数
Ｋｔ値が１．３未満となると溶接による肉盛りが少なく
なり、溶接金属の変態による圧縮残留応力の導入が不十
分となるため、疲労強度向上の効果が得られにくくなる
ためである。
【００３０】また、図３に、従来の溶接継手と、本実施
形態の溶接継手の止端部における応力集中係数と200万
回疲労強度の関係を示す。従来の溶接材料を用いた溶接
継手においては応力集中係数が小さくなるに従って疲労
強度は向上しているが、溶接金属のマルテンサイト変態
の開始温度を４００℃以下１２０℃以上とした溶接継手
においては、疲労強度の向上度合いがさらに大きくなっ
ていることがわかる。
形態の溶接継手の止端部における応力集中係数と200万
回疲労強度の関係を示す。従来の溶接材料を用いた溶接
継手においては応力集中係数が小さくなるに従って疲労
強度は向上しているが、溶接金属のマルテンサイト変態
の開始温度を４００℃以下１２０℃以上とした溶接継手
においては、疲労強度の向上度合いがさらに大きくなっ
ていることがわかる。
【００３１】一方、本実施形態で使用する溶接材料に
は、マルテンサイト変態開始温度が90℃以上370℃以下
である。ここで、溶接材料のマルテンサイト開始温度及
び化学組成は、JIS Z3111に記載された方法により作製
された溶着金属を用いて測定するものである。溶接材料
（被覆アーク溶接棒）に使用されるフラックスは、TiO2
を30〜70mass％、Cr2O3を15mass％以下、MgOを１０mass
％以下、CaCO3を５〜３５mass%、CaF2を２〜２０mass%
含有したものを使用している。ここで、フラックスとし
て使われる組成は、正常な金属表面を作る効果がある。
上記の組成を上記の範囲で配合することにより、止端形
状の優れた溶接金属をもつ溶接継手を作製できる。
は、マルテンサイト変態開始温度が90℃以上370℃以下
である。ここで、溶接材料のマルテンサイト開始温度及
び化学組成は、JIS Z3111に記載された方法により作製
された溶着金属を用いて測定するものである。溶接材料
（被覆アーク溶接棒）に使用されるフラックスは、TiO2
を30〜70mass％、Cr2O3を15mass％以下、MgOを１０mass
％以下、CaCO3を５〜３５mass%、CaF2を２〜２０mass%
含有したものを使用している。ここで、フラックスとし
て使われる組成は、正常な金属表面を作る効果がある。
上記の組成を上記の範囲で配合することにより、止端形
状の優れた溶接金属をもつ溶接継手を作製できる。
【００３２】すなわち、TiO2はアークの安定性を向上さ
せる効果がある。また、スラグに適切な流動性を与え、
ビード形状を平滑にする効果も有しており、３０mass％
未満であるとこれらの効果が得られない。また、７０ma
ss％を越えると耐ブローホール性、機械的性能が劣化す
るため、上記の範囲とした。Cr2O3は、１５mass％以下
でTiO2と同様にビード形状を平滑にする効果を有する。
１５mass％を越えるとTiO2と同様に、耐ブローホール
性、機械的性能が劣化する。また、フラックスの乾燥割
れなどが発生し生産性が劣化するため上記の範囲とし
た。MgOは、溶接棒の溶融速度を速めるので、溶接の高
能率化に効果がある。また、アークの安定性を向上させ
る効果も有しており、１０mass％を越えるとビード形状
の劣化やスパッタ発生量が増加するため上記の範囲とし
た。CaCO3は、溶接中に発生するCO2ガスのシールド効果
により、溶接金属の清浄度を上げるとともに耐ブローホ
ール性を向上させる効果がある。また、耐溶接割れ性や
機械的性能を向上させる効果を有しており、５mass％未
満であるとこれらの効果が得られないし、３５mass％を
越えるとアークを不安定にし、スパッタ発生量が増加す
るとともに、スラグの流動性の劣化、スラグのこげつき
が発生するため、上記の範囲とした。
せる効果がある。また、スラグに適切な流動性を与え、
ビード形状を平滑にする効果も有しており、３０mass％
未満であるとこれらの効果が得られない。また、７０ma
ss％を越えると耐ブローホール性、機械的性能が劣化す
るため、上記の範囲とした。Cr2O3は、１５mass％以下
でTiO2と同様にビード形状を平滑にする効果を有する。
１５mass％を越えるとTiO2と同様に、耐ブローホール
性、機械的性能が劣化する。また、フラックスの乾燥割
れなどが発生し生産性が劣化するため上記の範囲とし
た。MgOは、溶接棒の溶融速度を速めるので、溶接の高
能率化に効果がある。また、アークの安定性を向上させ
る効果も有しており、１０mass％を越えるとビード形状
の劣化やスパッタ発生量が増加するため上記の範囲とし
た。CaCO3は、溶接中に発生するCO2ガスのシールド効果
により、溶接金属の清浄度を上げるとともに耐ブローホ
ール性を向上させる効果がある。また、耐溶接割れ性や
機械的性能を向上させる効果を有しており、５mass％未
満であるとこれらの効果が得られないし、３５mass％を
越えるとアークを不安定にし、スパッタ発生量が増加す
るとともに、スラグの流動性の劣化、スラグのこげつき
が発生するため、上記の範囲とした。
【００３３】また、CaF2はアークの吹きつけを強くし、
スラグの流動性を向上させ、耐ブローホール性を向上さ
せる効果があるとともに、溶接金属の清浄度を上げて、
耐溶接割れ性や機械的性能を向上させる効果を有してお
り、２mass％未満であるとこれらの効果が得られない。
また、２０mass％を越えるとアークが不安定になりスパ
ッタも増加するため上記の範囲とした。その他、溶接金
属中の合金元素含有量を調整するために、フラックスか
らMn、Ni、Cr。Mo、Cなどの金属粉末を供給して含有さ
せる。
スラグの流動性を向上させ、耐ブローホール性を向上さ
せる効果があるとともに、溶接金属の清浄度を上げて、
耐溶接割れ性や機械的性能を向上させる効果を有してお
り、２mass％未満であるとこれらの効果が得られない。
また、２０mass％を越えるとアークが不安定になりスパ
ッタも増加するため上記の範囲とした。その他、溶接金
属中の合金元素含有量を調整するために、フラックスか
らMn、Ni、Cr。Mo、Cなどの金属粉末を供給して含有さ
せる。
【００３４】また、溶接材料のＣ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、
Ｍｎ、ＭｏおよびＮｂの含有量は、下記（３）式を満た
すように調整した。 ９０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５ ×Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ３７０ …………（３） 溶接継手の使用温度が室温である場合、マルテンサイト
変態開始温度が３７０℃以下９０℃以上となる溶接材料
を使用することで溶接金属のマルテンサイト変態による
膨張量を大きくすることができ、且つ、該膨張量の大き
な状態が室温付近となって、溶接金属の冷却過程終了時
には、当該溶接金属がマルテンサイト変態開始時よりも
膨張している状態となる。
Ｍｎ、ＭｏおよびＮｂの含有量は、下記（３）式を満た
すように調整した。 ９０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５ ×Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ３７０ …………（３） 溶接継手の使用温度が室温である場合、マルテンサイト
変態開始温度が３７０℃以下９０℃以上となる溶接材料
を使用することで溶接金属のマルテンサイト変態による
膨張量を大きくすることができ、且つ、該膨張量の大き
な状態が室温付近となって、溶接金属の冷却過程終了時
には、当該溶接金属がマルテンサイト変態開始時よりも
膨張している状態となる。
【００３５】このため、当該膨張により圧縮残留応力が
導入されて、溶接金属の冷却過程で生じる引張残留応力
を低減し、これによって溶接後の溶接継手の疲労強度が
向上する。したがって、上式によるＭｓ点が３７０℃以
下９０℃以上となるように鉄合金のＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓ
ｉ，Ｍｎ，Ｍｏ及びＮｂの含有量を調整することによ
り、溶接継手の疲労強度を向上させることが可能な溶接
材料を得ることができる。
導入されて、溶接金属の冷却過程で生じる引張残留応力
を低減し、これによって溶接後の溶接継手の疲労強度が
向上する。したがって、上式によるＭｓ点が３７０℃以
下９０℃以上となるように鉄合金のＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓ
ｉ，Ｍｎ，Ｍｏ及びＮｂの含有量を調整することによ
り、溶接継手の疲労強度を向上させることが可能な溶接
材料を得ることができる。
【００３６】また、本実施形態では、前述した溶接材料
に対して、Ｃを０．１５mass％以下、Ｃｒを８．０〜１
７．０mass％、Ｎｉを３．０〜１３．０mass％含有して
いる。ここで、Ｃの含有量は、溶接性を確保し、マルテ
ンサイトの硬さをさげるために少ない方が好ましく、溶
接割れを生じさせないためには０．１５mass％以下、好
ましくは０．１０mass％以下とするのが好ましい。
に対して、Ｃを０．１５mass％以下、Ｃｒを８．０〜１
７．０mass％、Ｎｉを３．０〜１３．０mass％含有して
いる。ここで、Ｃの含有量は、溶接性を確保し、マルテ
ンサイトの硬さをさげるために少ない方が好ましく、溶
接割れを生じさせないためには０．１５mass％以下、好
ましくは０．１０mass％以下とするのが好ましい。
【００３７】また、上述したマルテンサイト変態開始温
度は、Ｃ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，ＭｏおよびＮｂの
含有量を調整することにより変化させることができる
が、これら元素のうちＣｒおよびＮｉは含有量を増加さ
せても、製造工程における加工性にさほど影響を及ぼさ
ないので、ＣｒおよびＮｉ含有量を増加させてマルテン
サイト変態開始温度を調整することが好ましい。
度は、Ｃ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，ＭｏおよびＮｂの
含有量を調整することにより変化させることができる
が、これら元素のうちＣｒおよびＮｉは含有量を増加さ
せても、製造工程における加工性にさほど影響を及ぼさ
ないので、ＣｒおよびＮｉ含有量を増加させてマルテン
サイト変態開始温度を調整することが好ましい。
【００３８】ここで、Ｃｒの含有量を８．０mass％以上
としたのは、８．０mass％未満であると溶接材料のマル
テンサイト変態開始温度を３７０℃以下とするために、
高価なＮｉや、溶接材料の製造時の加工性を劣化させる
その他の成分を多量に含有させる必要がでてくるためで
ある。また、１７．０mass％以下としたのは、１７．０
mass％を超えると溶接金属の組織にフェライト組織が出
現して好ましくないからである。
としたのは、８．０mass％未満であると溶接材料のマル
テンサイト変態開始温度を３７０℃以下とするために、
高価なＮｉや、溶接材料の製造時の加工性を劣化させる
その他の成分を多量に含有させる必要がでてくるためで
ある。また、１７．０mass％以下としたのは、１７．０
mass％を超えると溶接金属の組織にフェライト組織が出
現して好ましくないからである。
【００３９】また、Ｎｉの含有量を３．０〜１３．０ma
ss％に規制したのは、３．０mass％未満では溶接材料の
マルテンサイト変態開始温度を２５０℃未満とするため
に溶接材料の製造時の加工性を劣化させるその他の成分
を多量に含有させる必要が生じる。また、Ｎｉ は高価
な元素であり多量に添加するのは経済的にも好ましくな
いので、Ｎｉ含有量の上限値は１３．０mass％とした。
なお、従来は、船舶、海洋構造物、ペンストック、橋梁
等に用いられる厚鋼板の溶接継手を制作する際は、溶接
材料としてＮｉ 含有量が３．０mass％未満、Ｃｒ含有
量が１．０ mass％未満のものが用いられていた。
ss％に規制したのは、３．０mass％未満では溶接材料の
マルテンサイト変態開始温度を２５０℃未満とするため
に溶接材料の製造時の加工性を劣化させるその他の成分
を多量に含有させる必要が生じる。また、Ｎｉ は高価
な元素であり多量に添加するのは経済的にも好ましくな
いので、Ｎｉ含有量の上限値は１３．０mass％とした。
なお、従来は、船舶、海洋構造物、ペンストック、橋梁
等に用いられる厚鋼板の溶接継手を制作する際は、溶接
材料としてＮｉ 含有量が３．０mass％未満、Ｃｒ含有
量が１．０ mass％未満のものが用いられていた。
【００４０】さらに、本実施形態の溶接材料のは、Ｓｉ
を０．２〜１．０mass％、Ｍｎを０．４〜２．５mass
％、Ｍｏを４．０mass％以下、Ｎｂを１．０ mass％以
下含有するようにした。Ｓｉの含有量を０．２〜１．０
mass％としたのは、Ｓｉは脱酸材として添加されるため
０．２mass％以上は必要であり、１．０mass％を超える
と溶接材料製造工程における加工性が低下するためであ
る。同様に、Ｍｎの含有量を０．４〜２．５mass％とし
たのは、Ｍｎ は脱酸材として添加されるため０．４mas
s％以上は必要であり、２．５mass％を超えると溶接材
料製造工程における加工性が低下するためである。
を０．２〜１．０mass％、Ｍｎを０．４〜２．５mass
％、Ｍｏを４．０mass％以下、Ｎｂを１．０ mass％以
下含有するようにした。Ｓｉの含有量を０．２〜１．０
mass％としたのは、Ｓｉは脱酸材として添加されるため
０．２mass％以上は必要であり、１．０mass％を超える
と溶接材料製造工程における加工性が低下するためであ
る。同様に、Ｍｎの含有量を０．４〜２．５mass％とし
たのは、Ｍｎ は脱酸材として添加されるため０．４mas
s％以上は必要であり、２．５mass％を超えると溶接材
料製造工程における加工性が低下するためである。
【００４１】また、Ｍｏは、溶接部に耐食性を持たせる
目的で添加することができるが、Ｍｏの含有量が４．０
mass％を超えると溶接材料製造工程における加工性が低
下するため、Ｍｏの含有量を４．０mass％以下とした。
また、Ｎｂは、マルテンサイト変態開始温度を低下させ
る効果があるために添加することができるが、Ｎｂ含有
量が１．０mass％を超えると、溶接材料製造工程におけ
る加工性が低下するため、Ｎｂの含有量は１．０mass％
以下とした。
目的で添加することができるが、Ｍｏの含有量が４．０
mass％を超えると溶接材料製造工程における加工性が低
下するため、Ｍｏの含有量を４．０mass％以下とした。
また、Ｎｂは、マルテンサイト変態開始温度を低下させ
る効果があるために添加することができるが、Ｎｂ含有
量が１．０mass％を超えると、溶接材料製造工程におけ
る加工性が低下するため、Ｎｂの含有量は１．０mass％
以下とした。
【００４２】ここで、各種形状の溶接継手の製造方法に
ついて、図面を参照して説明する。図４には荷重非伝達
型十字溶接継手、図５には角回し溶接継手、図６には荷
重伝達型十字溶接継手、図７には突き合わせ溶接継手を
示す。なお、角回し溶接継手の面外ガゼットを本発明に
おけるリブ板とみなす。これらの溶接継手では、各層に
形成される溶接金属、あるいは少なくとも最終層で形成
される溶接金属が、前述した金属組成の溶接金属となる
ように、被溶接材や溶接条件に応じ、溶接材料の組成を
調整するのが好ましい。これにより、溶接金属に生じる
引張残留応力が変態膨張により緩和されるか、あるいは
圧縮応力が残留するようになり、溶接継手の疲労強度を
向上できる。
ついて、図面を参照して説明する。図４には荷重非伝達
型十字溶接継手、図５には角回し溶接継手、図６には荷
重伝達型十字溶接継手、図７には突き合わせ溶接継手を
示す。なお、角回し溶接継手の面外ガゼットを本発明に
おけるリブ板とみなす。これらの溶接継手では、各層に
形成される溶接金属、あるいは少なくとも最終層で形成
される溶接金属が、前述した金属組成の溶接金属となる
ように、被溶接材や溶接条件に応じ、溶接材料の組成を
調整するのが好ましい。これにより、溶接金属に生じる
引張残留応力が変態膨張により緩和されるか、あるいは
圧縮応力が残留するようになり、溶接継手の疲労強度を
向上できる。
【００４３】なお、本実施形態は、厚鋼板の他、鋼管、
ボックス柱にも適用可能である。また、他の隅肉溶接、
円周溶接、補修溶接、付加溶接などにも適用できること
は言うまでもない。また、本実施形態では被覆アーク溶
接により作製した溶接継手、溶接材料及び溶接継手の溶
接方法について説明したが、フラックスを使用するミグ
溶接、或いはサブマージアーク溶接などにも適用可能で
ある。
ボックス柱にも適用可能である。また、他の隅肉溶接、
円周溶接、補修溶接、付加溶接などにも適用できること
は言うまでもない。また、本実施形態では被覆アーク溶
接により作製した溶接継手、溶接材料及び溶接継手の溶
接方法について説明したが、フラックスを使用するミグ
溶接、或いはサブマージアーク溶接などにも適用可能で
ある。
【００４４】
【実施例】表１に示す組成の低合金厚鋼板を被溶接材と
し、表２に示す組成（JIS Z3111に準拠して測定した溶
着金属の組成）の溶接材料を用いて、表３に示す溶接条
件（予熱、後熱なし）で溶接継手を作製した。溶接継手
より、JIS Z2273の規定に準拠した疲労試験片を採取
し、疲労特性を調査し、疲労試験の結果を表４に示す。
し、表２に示す組成（JIS Z3111に準拠して測定した溶
着金属の組成）の溶接材料を用いて、表３に示す溶接条
件（予熱、後熱なし）で溶接継手を作製した。溶接継手
より、JIS Z2273の規定に準拠した疲労試験片を採取
し、疲労特性を調査し、疲労試験の結果を表４に示す。
【００４５】なお、疲労試験には、９．８×１０5 Nサ
ーボパルス型疲労試験を用いた。また、溶接止端部のＫ
ｔ値の測定方法としては、予め、疲労試験前にシリコー
ンゴムを用いた型どりを実施し、疲労試験終了後、破断
位置について投影機により5倍に拡大し、止端形状、余
盛角度、脚長を測定し、前述した（１）式に当てはめて
計算した。
ーボパルス型疲労試験を用いた。また、溶接止端部のＫ
ｔ値の測定方法としては、予め、疲労試験前にシリコー
ンゴムを用いた型どりを実施し、疲労試験終了後、破断
位置について投影機により5倍に拡大し、止端形状、余
盛角度、脚長を測定し、前述した（１）式に当てはめて
計算した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
【表３】
【００４９】
【表４】
【００５０】表４の疲労試験の結果から、本実施形態の
溶接継手の２００万回疲労強度は、１８０MPa以上とな
っており、従来の溶接継手よりも優れた値を示した。従
って、本実施形態に係る溶接継手及び溶接材料は、疲労
特性に優れていることがわかる。
溶接継手の２００万回疲労強度は、１８０MPa以上とな
っており、従来の溶接継手よりも優れた値を示した。従
って、本実施形態に係る溶接継手及び溶接材料は、疲労
特性に優れていることがわかる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、通常の溶接後に止端処
理や急冷処理、あるいは複雑な溶接方法を施さなくて
も、溶接継手の疲労強度を飛躍的に向上できる。
理や急冷処理、あるいは複雑な溶接方法を施さなくて
も、溶接継手の疲労強度を飛躍的に向上できる。
【図１】本発明に係る溶接材料により生成された溶接金
属と、従来の溶接材料により生成された溶接金属の変態
特性を比較したグラフである。
属と、従来の溶接材料により生成された溶接金属の変態
特性を比較したグラフである。
【図２】本発明に係る溶接継手において最適な応力集中
係数を算出する際に必要な寸法及び角度を示す図であ
る。
係数を算出する際に必要な寸法及び角度を示す図であ
る。
【図３】従来の溶接継手と、本発明の溶接継手の止端部
における応力集中係数と200万回疲労強度の関係を示す
グラフである。
における応力集中係数と200万回疲労強度の関係を示す
グラフである。
【図４】本発明に係る荷重非伝達型十字溶接継手を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図５】本発明に係る角回し溶接継手を示す斜視図であ
る。
る。
【図６】本発明に係る荷重伝達型十字溶接継手を示す斜
視図である。
視図である。
【図７】本発明に係る突き合わせ溶接継手を示す斜視図
である。
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 高宏 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 安田 功一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 天野 虔一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 斉藤 貞一郎 静岡県浜北市中瀬7800番地 日本ウェルデ ィング・ロッド株式会社技術研究所内 (72)発明者 伊藤 正 静岡県浜北市中瀬7800番地 日本ウェルデ ィング・ロッド株式会社技術研究所内 (72)発明者 吉田 雅哉 静岡県浜北市中瀬7800番地 日本ウェルデ ィング・ロッド株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB01 CA03 EA07 4E081 YA10 4E084 AA02 AA11 AA20 AA26 BA22 CA06 DA04 GA06 HA01
Claims (10)
- 【請求項１】 溶接材料を用いて低合金鉄鋼材料どうし
を溶接により固着して形成した溶接継手において、溶接
金属のマルテンサイト変態開始温度が１２０℃以上４０
０℃以下であり、かつ溶接止端部において下記（１）式
で表される応力集中係数Ｋｔ値が、１．３以上、２．８
以下であることを特徴とする低合金鉄鋼材料の溶接継
手。 Kt＝1＋｛1.348＋0.397・ln（Ｓ／t1）｝・Q0.467・f(θ) …………（１） 但し、 f(θ)＝｛1-exp(-0.9・β・θ)｝／｛1-exp(-0.9・β・
π/2)｝， Ｑ＝1／｛2.8(W/t1)-2｝・(l2/ρ)， W=t1＋2l2，S=t2＋2l1，β＝｛W/(2l2)｝1/2， t1：主板厚，t2：リブ板厚，l1：主板側脚長，l2：リブ
板側脚長，ρ：止端半径，θ（ラジアン）：余盛角度と
する。 - 【請求項２】 前記溶接金属におけるＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，
Ｓｉ ，Ｍｎ ，ＭｏおよびＮｂ の含有量が、下記
（２）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載され
た低合金鉄鋼材料の溶接継手。 １２０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５× Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ４００ ……………（２） - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の低合金鉄鋼材料
の溶接継手に使用する溶接材料であって、 マルテンサイト変態開始温度が、９０℃以上３７０℃以
下であることを特徴とする低合金鉄鋼材料の溶接継手に
使用する溶接材料。 - 【請求項４】 TiO2を３０〜７０mass％、Cr2O3を１５m
ass％以下、MgOを１０mass％以下、CaCO3を５〜３５mas
s%、CaF2を２〜２０mass%含有するフラックスを使用す
ることを特徴とする請求項３記載の低合金鉄鋼材料の溶
接継手に使用する溶接材料。 - 【請求項５】 Ｃ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｍｏおよ
びＮｂの含有量を、下記（３）式を満たすように調整し
たことを特徴とする請求項３又は４に記載された低合金
鉄鋼材料の溶接継手に使用する溶接材料。 ９０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５ ×Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ３７０ …………（３） - 【請求項６】 Ｃを０．１５mass％以下、Ｃｒを８．０
〜１７．０mass％、Ｎｉを３．０〜１３．０mass％含有
することを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載さ
れた低合金鉄鋼材料の溶接継手に使用する溶接材料。 - 【請求項７】 Ｓｉを０．２〜１．０mass％、Ｍｎを
０．４〜２．５mass％、Ｍｏを４．０mass％以下、Ｎｂ
を１．０mass％以下含有することを特徴とする請求項６
に記載された低合金鉄鋼材料の溶接継手に使用する溶接
材料。 - 【請求項８】 溶接材料を用いて低合金鉄鋼材料どうし
を溶接により固着して形成する溶接継手の溶接方法にお
いて、溶接金属のマルテンサイト変態開始温度が１２０
℃以上４００℃以下であり、かつ溶接止端部において下
記（１）式で表される応力集中係数Ｋｔ値が、１．３以
上、２．８以下であることを特徴とする低合金鉄鋼材料
の溶接継手の溶接方法。 Kt＝1＋｛1.348＋0.397・ln（Ｓ／t1）｝・Q0.467・f(θ) …………（１） 但し、 f(θ)＝｛1-exp(-0.9・β・θ)｝／｛1-exp(-0.9・β・
π/2)｝， Ｑ＝1／｛2.8(W/t1)-2｝・(l2/ρ)， W=t1＋2l2，S=t2＋2l1，β＝｛W/(2l2)｝1/2， t1：主板厚，t2：リブ板厚，l1：主板側脚長，l2：リブ
板側脚長，ρ：止端半径，θ（ラジアン）：余盛角度と
する。 - 【請求項９】 前記溶接金属におけるＣ，Ｃｒ，Ｎｉ，
Ｓｉ ，Ｍｎ ，ＭｏおよびＮｂ の含有量が、下記
（２）式を満たすことを特徴とする請求項８に記載され
た低合金鉄鋼材料の溶接継手の溶接方法。 １２０ ≦ ７１９ −７９５×Ｃ（mass％） −２３．７×Ｃｒ（mass％） −２６．５×Ｎｉ（mass％） −３５．５５×Ｓｉ（mass％） −１３．２５× Ｍｎ（mass％） −２３．７×Ｍｏ（mass％） −１１．８５Ｎｂ（mass％） ＜ ４００ ……………（２） - 【請求項１０】 請求項３乃至７の何れかに記載の溶接
材料を使用することを特徴とする請求項８又は９記載の
低合金鉄鋼材料の溶接継手の溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001165807A JP2002361485A (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 低合金鉄鋼材料の溶接継手、この溶接継手に使用する溶接材料及びこの溶接継手の溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001165807A JP2002361485A (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 低合金鉄鋼材料の溶接継手、この溶接継手に使用する溶接材料及びこの溶接継手の溶接方法 |
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|---|---|
| JP2002361485A true JP2002361485A (ja) | 2002-12-18 |
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|---|---|---|---|
| JP2001165807A Pending JP2002361485A (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 低合金鉄鋼材料の溶接継手、この溶接継手に使用する溶接材料及びこの溶接継手の溶接方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008246574A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-10-16 | Jfe Steel Kk | フラックス入りワイヤ及びそれを用いた溶接継手 |
| CN103722306A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-04-16 | 四川大西洋焊接材料股份有限公司 | 一种核级非强辐照区低合金钢焊条及其制造方法 |
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| JP7471461B2 (ja) | 2020-05-28 | 2024-04-19 | 南京鋼鉄股▲ふん▼有限公司 | 深冷環境用の省ニッケル低温鋼サブマージアーク溶接ワイヤおよび溶接プロセス |
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-
2001
- 2001-05-31 JP JP2001165807A patent/JP2002361485A/ja active Pending
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