JP4363321B2 - Welded joint with excellent fatigue characteristics - Google Patents

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Description

本発明は、造船、建設構造物、橋梁などの分野に用いられる疲労強度に優れた溶接継手、特に引張強さが50〜60kgf/mm2級の溶接継手に関する。 The present invention relates to a welded joint having excellent fatigue strength used in the fields of shipbuilding, construction structures, bridges, and the like, and particularly to a welded joint having a tensile strength of 50 to 60 kgf / mm 2 class.

近年、構造物の維持管理費用を低減するために、ライフサイクルを長くして維持コストを低減しようとする要求が強くなってきている。例えば、橋梁などでは100年を超える期間まで維持し使用するという傾向になってきている。   In recent years, in order to reduce the maintenance cost of structures, there is an increasing demand for extending the life cycle and reducing the maintenance cost. For example, bridges tend to be maintained and used for a period exceeding 100 years.

上記の要求に応えるためには、材料面からも今まで以上の長寿命化を実現しなければならない。すなわち構造材料自体の超長寿命化はもちろんのこと、超長寿命化した溶接継手の開発も必要となる。ここでいう超長寿命とは、2×106回以上での使用上の疲労寿命をいう。通常寿命とは、2×106回未満の使用しか想定していない疲労寿命をいう。 In order to meet the above requirements, it is necessary to realize a longer life than ever in terms of materials. In other words, not only the structural material itself has a very long life but also the development of a welded joint with a very long life is required. The ultra-long life here means the fatigue life in use at 2 × 10 6 times or more. The normal life means a fatigue life that is assumed to be used less than 2 × 10 6 times.

2×106回以上の超長寿命の場合、設計上の配慮として、2×106回程度の疲労試験で決定される疲労強度値を限界として設定し、それに安全を見込んで、その限界値を超える振幅の荷重が負荷されないようにしている。 In the case of an ultra-long life of 2 × 10 6 times or more, as a design consideration, the fatigue strength value determined by the fatigue test of 2 × 10 6 times is set as a limit, and the safety limit is set for that limit value. The load of the amplitude exceeding is not applied.

しかし、現実問題として、2×106回程度の疲労試験で決定される疲労強度値が、そのまま2×106回以上での使用上の疲労寿命を規定するものとして扱えるかどうかに大きな問題が残っている。 However, as a practical matter, fatigue strength value determined by the fatigue test of about 2 × 10 6 times, a major problem of whether treated as defines the Usage fatigue life as is 2 × 10 6 or more times Remaining.

特許文献1(特許第3462943号公報)に示されているのは、鋼板溶接部の疲労強度の向上を図ることを目的とした技術で、疲労亀裂の発生する溶接熱影響部の組織を規定している。具体的には、溶接熱影響部における疲労亀裂の発生・伝播の抑制にはフェライト面積率を高くすることが効果的であるとして、その面積率を15〜80%と特定している。   Patent Document 1 (Patent No. 3469443) is a technique aimed at improving the fatigue strength of a steel plate welded part, and specifies the structure of the weld heat affected zone where fatigue cracks occur. ing. Specifically, the area ratio is specified as 15 to 80% because it is effective to increase the ferrite area ratio to suppress the generation and propagation of fatigue cracks in the weld heat affected zone.

また、特許文献2(特許第3526702号公報)に開示される発明では、高張力溶接構造用鋼板に対し、母材組織がマルテンサイトを含んだベイナイト主体の組織であり、溶接部HAZ組織が60%を超えるベイナイトからなる溶接継手となすことで、溶接継手の疲労強度に優れた高張力溶接構造用鋼板を実現している。   In the invention disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 35267702), the base metal structure is a bainite-based structure including martensite with respect to the high-tensile welded steel sheet, and the welded HAZ structure is 60. By making it a welded joint made of bainite exceeding%, a high-strength welded structural steel sheet with excellent fatigue strength of the welded joint has been realized.

しかしながら、母材組織をマルテンサイトとなすためには、相当量の合金元素を添加する必要があり、合金コストの面での問題がある。さらに、合金元素を多量に添加すると溶接性が悪化し、母材にマルテンサイトを生成させると加工性も劣化する。   However, in order to make the base material structure martensite, it is necessary to add a considerable amount of alloy elements, which causes a problem in terms of alloy costs. Furthermore, when a large amount of alloy element is added, the weldability is deteriorated, and when martensite is generated in the base material, the workability is also deteriorated.

上記のどの特許文献にも本発明が問題としている長寿命域での疲労特性についての記載および示唆はない。   None of the above-mentioned patent documents describes or suggests fatigue properties in the long-life region, which is a problem of the present invention.

特許第3462943号公報Japanese Patent No. 3469443 特許第3526702号公報Japanese Patent No. 35267702

特許文献1で開示されている技術は、溶接熱影響部の組織に対しフェライト面積率を高くすることを規定しているので、強度の制約が極めて大きい。したがって、疲労強度向上効果が発揮される鋼材の強度レンジが制約される。   The technique disclosed in Patent Document 1 stipulates that the ferrite area ratio is increased with respect to the structure of the weld heat affected zone, so that the strength is extremely limited. Therefore, the strength range of the steel material in which the fatigue strength improvement effect is exhibited is restricted.

また、上述したように、特許文献2の発明では、相当量の合金元素を添加する必要があり、合金コストの面での問題がある。さらに、合金元素を多量に添加すると溶接性を悪化せしめ、また、母材にマルテンサイトを生成させると加工性に問題が生じる。さらに、これらの発明は、いずれも長寿命域での使用を想定したものではない。   Further, as described above, in the invention of Patent Document 2, it is necessary to add a considerable amount of alloy elements, which causes a problem in terms of alloy costs. Furthermore, if a large amount of alloy element is added, the weldability is deteriorated, and if martensite is generated in the base material, there is a problem in workability. Furthermore, none of these inventions are intended for use in a long-life range.

本発明の目的は、長寿命域での疲労特性が改善された溶接継手を提供することにある。なお、本発明は、本発明者らが先に提案した特願2003−175156号の耐疲労亀裂進展特性に優れた鋼材の発明を母体とし、その溶接継手を対象とする発明である。   An object of the present invention is to provide a welded joint with improved fatigue characteristics in a long service life region. The present invention is based on the invention of the steel material excellent in fatigue crack growth characteristics of Japanese Patent Application No. 2003-175156 previously proposed by the present inventors, and is an invention directed to the welded joint.

本発明者らは、金属組織および化学組成を限定した耐疲労亀裂進展特性に優れた鋼材と、溶接部に対し溶接熱影響部における硬度値を制限し、かつ、溶接熱影響部における硬度値と母材あるいは溶接金属のいずれか硬度が低い側の硬度値との比を限定することにより、その相乗効果として、長寿命域での疲労特性が著しく改善されることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors limited the hardness value in the weld heat-affected zone with respect to the steel material excellent in fatigue crack growth characteristics with limited metal structure and chemical composition, and the weld heat-affected zone. By limiting the ratio of the hardness of the base metal or weld metal to the lower hardness value, as a synergistic effect, it was found that the fatigue characteristics in the long-life region were remarkably improved, and the present invention was completed. It was.

本発明の要旨は、下記の溶接継手にある。以下、成分含有量に関する%は、質量%を意味する。   The gist of the present invention resides in the following welded joint. Hereinafter, “%” regarding the component content means “% by mass”.

(1)下記の化学組成を有し、金属組織が主としてフェライトとベイナイトで構成され、パーライトの面積率が10%以下であり、かつ(110)面からのX線回折強度の半価幅が0.13度以上であり、さらに鋼の化学組成が下記の(a)式および(b)式を満足する鋼材を用いた溶接継手であって、溶接熱影響部における硬度値がHv 300以下で、かつ、溶接熱影響部における硬度値が母材または溶接金属のいずれか硬度が低い方の硬度の80%以上であることを特徴とする溶接継手。
(1) It has the following chemical composition, the metal structure is mainly composed of ferrite and bainite, the area ratio of pearlite is 10% or less, and the half width of the X-ray diffraction intensity from the (110) plane is 0.13 Is a welded joint using a steel material that satisfies the following formulas (a) and (b), the hardness value in the weld heat affected zone is Hv 300 or less, and A welded joint characterized in that the hardness value in the heat affected zone is 80% or more of the lower hardness of the base metal or the weld metal.

6≦20C+5Si+10Mn≦30 ・・・(a)
0.01≦C/Mn≦0.10 ・・・(b)
ただし、(a)式および(b)式の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す。
6 ≦ 20C + 5Si + 10Mn ≦ 30 (a)
0.01 ≦ C / Mn ≦ 0.10 (b)
However, the element symbols in the formulas (a) and (b) represent the content (% by mass) of each element.

上記の鋼の化学組成は、C:0.01〜0.10%、Si:0.03〜0.60%、Mn:0.5〜2.0%、sol.Al:0.005%を超えて0.10%まで、N:0.0005〜0.0080%を含有し、残部がFeおよび不純物からなるものである。この鋼は、B:0.0003〜0.0030%を含有してもよい。ただし、Bを含む場合は、Mnは0.3〜2.0%とする。
The chemical composition of the above steel contains C: 0.01-0.10%, Si: 0.03-0.60%, Mn: 0.5-2.0%, sol.Al: over 0.005% to 0.10%, N: 0.0005-0.0080% The balance consists of Fe and impurities . This steel, B: 0.0003~0.0030% may contain. However, when B is included, Mn is set to 0.3 to 2.0%.

上記の鋼は、さらに下記第1群から第3群までの少なくとも1群から選んだ少なくとも1種の成分を含有してもよい。   The steel may further contain at least one component selected from at least one of the following first group to third group.

第1群:Nb:0.08%以下、Ti:0.03%以下およびV:0.08%以下
第2群:Cu:0.7%未満、Ni:3.0%以下、Cr:1.0%未満およびMo:0.8%以下
第3群:Ca:0.007%以下、Mg:0.007%以下、Ce:0.007%以下、Y:0.5%以下およびNd:0.5%以下。
Group 1: Nb: 0.08% or less, Ti: 0.03% or less and V: 0.08% or less Group 2: Cu: less than 0.7%, Ni: less than 3.0%, Cr: less than 1.0% and Mo: less than 0.8% Group: Ca: 0.007% or less, Mg: 0.007% or less, Ce: 0.007% or less, Y: 0.5% or less, and Nd: 0.5% or less.

上記の第1群の成分を含有する場合は、前記(b)式に代えて下記の(c)式を満たす必要がある。また、第2群の成分を含有する場合は、前記(b)式に代えて下記(d)式を満たす必要がある。   When the first group component is contained, the following formula (c) needs to be satisfied instead of the formula (b). Moreover, when it contains the 2nd group component, it replaces with the said (b) Formula, and it is necessary to satisfy | fill following (d) Formula.

0.01≦C/(Mn+20Nb+10Ti+5V)≦0.10 ・・・(c)
0.01≦C/{Mn+(1/10)Cu+(1/2)Ni+(1/4)Cr+Mo+20Nb+10Ti+5V}≦0.10
・・・(d)
ただし、(c)式および(d)式の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す。
0.01 ≦ C / (Mn + 20Nb + 10Ti + 5V) ≦ 0.10 (c)
0.01 ≦ C / {Mn + (1/10) Cu + (1/2) Ni + (1/4) Cr + Mo + 20Nb + 10Ti + 5V} ≦ 0.10
... (d)
However, the element symbols in the formulas (c) and (d) represent the content (% by mass) of each element.

本発明者らは、まず、溶接継手の疲労試験片の亀裂発生・伝播の状況をマクロ的に詳細に観察した。その課程で溶接長400mmの試験体を製作し疲労試験を実施したところ次の知見が得られた。   The present inventors first observed in detail macroscopically the state of crack initiation / propagation in a fatigue test piece of a welded joint. In this process, a specimen with a weld length of 400 mm was manufactured and a fatigue test was conducted. The following knowledge was obtained.

(1)通常の疲労寿命領域では、ほとんどの疲労亀裂は、溶接熱影響部の多数の箇所から発生し、そのうちの数個が合体成長して最終破断に到る。   (1) In the normal fatigue life region, most fatigue cracks occur from a number of locations in the weld heat affected zone, several of which grow together and reach the final fracture.

(2)一方、長寿命域においては、疲労亀裂の発生箇所は1乃至2箇所と非常に少数であり、その少ない箇所で発生した疲労亀裂がゆっくりと成長し、2×106回以上の繰返し負荷の後、破断に到る。
即ち、[背景技術]の欄で述べたように、従来の疲労設計としては、2×106回程度の疲労試験で決定される疲労強度値を限界として用いて来たのであるが、仔細に観察すると2×106回を超えて破断する溶接継手には、上述のような特徴があったのである。
(2) On the other hand, in the long-life region, there are very few fatigue cracks at one or two places, and the fatigue cracks generated at the few places grow slowly and repeat 2 × 10 6 times or more. After loading, it breaks.
In other words, as described in the “Background Art” column, as a conventional fatigue design, the fatigue strength value determined by a fatigue test of about 2 × 10 6 times has been used as a limit. When observed, a welded joint that breaks more than 2 × 10 6 times has the characteristics described above.

2×106回以上の繰返し負荷の長寿命域においては、負荷される応力が比較的低いレベルに押えられているため、疲労亀裂発生点が溶接長400mm当り1乃至2個程度に押えられる。そして、その疲労亀裂の発生と成長が、組織および成分を限定した耐疲労亀裂進展特性に優れた鋼材と、溶接部に対し溶接熱影響部における硬度値を制限し、かつ、溶接熱影響部における硬度値と母材あるいは溶接金属のいずれか硬度が低い方の硬度値との比を限定することにより、それらの相乗効果として抑制され、長寿命域での疲労特性が大きく改善されることが判明した。 In the long life range of 2 × 10 6 or more repeated loads, the stress applied is suppressed to a relatively low level, so the fatigue crack occurrence point is suppressed to about 1 or 2 per 400 mm weld length. And the occurrence and growth of the fatigue crack restricts the hardness value in the weld heat affected zone with respect to the steel material excellent in fatigue crack propagation characteristics with limited structure and components, and the weld heat affected zone. By limiting the ratio between the hardness value and the hardness value of the base metal or weld metal, whichever has the lower hardness, it was found that the synergistic effect of these was suppressed, and the fatigue characteristics in the long life range were greatly improved. did.

溶接部に対し溶接熱影響部における硬度値を制限すること、および、溶接熱影響部における硬度値と母材あるいは溶接金属のいずれか硬度が低い方の硬度値との比を限定することは、溶接継手の応力集中を緩和する効果がある。   Limiting the hardness value in the weld heat affected zone with respect to the weld zone, and limiting the ratio between the hardness value in the weld heat affected zone and the hardness value of the lower hardness of the base metal or weld metal, This has the effect of reducing the stress concentration in the welded joint.

鋼材の組織および組成を限定することは、溶接によって生じる熱影響部の組織に影響し、熱影響部の硬度抑制に影響する。手溶接やCO溶接などの入熱が小さい場合には、母材の溶接熱影響部の組織は母材組織の影響を受けると考えられ、母材における良好な疲労特性改善効果が溶接熱影響部にも残存すると考えられる。 Limiting the structure and composition of the steel material affects the structure of the heat-affected zone produced by welding and affects the hardness suppression of the heat-affected zone. When the heat input, such as manual welding or CO 2 welding, is small, the structure of the weld heat-affected zone of the base metal is considered to be affected by the base metal structure. It is thought that it will remain in the part.

本発明において、鋼材の金属組織や化学組成を限定する理由は次のとおりである。   In the present invention, the reason for limiting the metal structure and chemical composition of the steel is as follows.

1.金属組織
本発明の溶接継手を構成する鋼(母材)の組織は、高強度の継手を得るために、主として、フェライトとベイナイトで構成される。上記ベイナイトは上部ベイナイト、下部ベイナイト、アシキュラーフエライト、グラニュラーベイナイトなどの組織を含むものである。
1. Metal structure The structure of steel (base material) constituting the welded joint of the present invention is mainly composed of ferrite and bainite in order to obtain a high-strength joint. The bainite includes structures such as upper bainite, lower bainite, acicular ferrite, and granular bainite.

ここで「主として」というのは、鋼の組織においてこれらの組織の構成比率が合計で面積率にて90%以上であることを意味する。残りの組織は、特に限定するものではなく、パーライト、擬似パーライト組織など、通常観察される組織で構わない。   Here, “mainly” means that the composition ratios of these structures in the steel structure are 90% or more in terms of area ratio in total. The remaining structure is not particularly limited, and may be a normally observed structure such as pearlite or pseudo-pearlite structure.

2.X線回折の半価幅
半価幅は、X繰回折強度の分布において、回折強度がピーク強度の1/2となる部分の分布幅を回折角度で示した値である。高温で生成し、転位密度の小さな組繊ほど半価幅は小さい。半価幅の大きな組織ほど転位密度が大きく、疲労亀裂進展抵抗性に優れる。
2. Half-width of X-ray diffraction The half-width is a value indicating the distribution width of the portion where the diffraction intensity is ½ of the peak intensity in the distribution of the X-ray diffraction intensity by the diffraction angle. A half-width is smaller as a braid produced at high temperature and having a lower dislocation density. A structure with a larger half width has a higher dislocation density and better fatigue crack propagation resistance.

X線回折を行う結晶面は、最も一般的に用いられているという理由から、(110)面とした。本発明では、良好な疲労亀裂進展抵抗性を得るために、(110)面での回折強度の半価幅が0.13度以上のものとする。490MPa級の鋼の場合は、強度等のバランスとの観点から0.13〜0.24度とするのが望ましい。   The crystal plane on which X-ray diffraction is performed is the (110) plane because it is most commonly used. In the present invention, in order to obtain good fatigue crack growth resistance, the half-value width of the diffraction intensity at the (110) plane is 0.13 degrees or more. In the case of steel of 490 MPa class, it is desirable that the angle is 0.13 to 0.24 degrees from the viewpoint of balance of strength and the like.

図1は、X線回折における半価幅の解析法を説明する模式図である。図1(a)および(b)は、それぞれ(110)面における回折強度を示すグラフである。図1に示すように、半価幅は回折強度のピ−クにおいて、回折強度が最も高い強度値の1/2のところでの分布の幅を角度で表したものである。ピークが2つに分かれている場合には、高い方のピークの1/2の値をとる。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a method for analyzing a half-value width in X-ray diffraction. FIGS. 1A and 1B are graphs showing diffraction intensities at the (110) plane, respectively. As shown in FIG. 1, the half width is the angle of the distribution width at the half of the highest intensity value at the peak of the diffraction intensity. When the peak is divided into two, it takes 1/2 the value of the higher peak.

上記の半価幅は、回折パターンでKαとKαのピークが独立して現れる時は、Kα1の値を、Kα1とKαの値が重なって現れる時は合計の幅で測定する。なお、上記半価幅の測定は、厚さ方向で鋼材表面から1mm内部に入った部位において、圧延面と平行な面でおこなうものとする。 The above half width is measured with the value of Kα 1 when the peaks of Kα 1 and Kα 2 appear independently in the diffraction pattern, and with the total width when the values of Kα 1 and Kα 2 appear overlapping. . In addition, the measurement of the said half width shall be performed in the surface parallel to the rolling surface in the site | part which entered 1 mm inside from the steel material surface in the thickness direction.

そして、このような母材組織のX線回折における半価幅の限定は、結局、転位密度が高い緻密な組織を意味し、パーライトの面積率を10%以下と限定することにより、急速加熱される溶接熱影響部において、ミクロ的にCの高い組織を排除している。   And the limitation of the half-value width in the X-ray diffraction of such a base material structure means a dense structure having a high dislocation density, and is rapidly heated by limiting the area ratio of pearlite to 10% or less. In the welding heat-affected zone, a microstructure with a high C is excluded.

よく知られているように、パーライトはフェライトとFeC(セメンタイト)との層状組織であり、Fe−C状態図からは局部的に約0.8%のC含有量の組織と解せられる。このような組織は、溶接熱によっては十分にCが均一化されず、ミクロ的な硬化組織や島状マルテンサイト組織を生じる場合がある。そのような組織を生成することは、本発明の目的とする長寿命域における溶接継手疲労特性改善には好ましくない。 As is well known, pearlite is a layered structure of ferrite and Fe 3 C (cementite), and is locally understood as a structure having a C content of about 0.8% from the Fe—C phase diagram. In such a structure, C may not be sufficiently uniformed by welding heat, and a micro-hardened structure or an island martensite structure may be generated. Producing such a structure is not preferable for improving the fatigue characteristics of the welded joint in the long life range which is the object of the present invention.

3.(a)式、(b)式、(c)式および(d)式について
(a)式の「20C+5Si+10Mn」の値が6未満の場合は、フェライト+ベイナイト組織中のベイナイトの比率が十分でなく、後述のような製造条件で鋼板を製造しても適切な半価幅を得ることができず、良好な疲労亀裂進展抵抗性が得られない。その値が30を超える場合は、強度を490MPa級にしようとすると、フェライト+ベイナイト組織中のフェライト組織を増加せねばならず、この場合も良好な疲労亀裂進展抵抗性が得られない。
3. (a), (b), (c) and (d)
When the value of “20C + 5Si + 10Mn” in the formula (a) is less than 6, the ratio of bainite in the ferrite + bainite structure is not sufficient, and an appropriate half-value width can be obtained even if a steel plate is manufactured under the manufacturing conditions described later. It cannot be obtained, and good fatigue crack growth resistance cannot be obtained. If the value exceeds 30, if the strength is to be 490 MPa class, the ferrite structure in the ferrite + bainite structure must be increased, and in this case as well, good fatigue crack growth resistance cannot be obtained.

(b)式の「C/Mn」、(c)式の「C/(Mn+20Nb+10Ti+5V)」および(d)式の「C/{Mn+(1/10)Cu+(1/2)Ni+(1/4)Cr+Mo+20Nb+10Ti+5V}」の値が0.01未満の場合はベイナイト組織の硬度が不十分となり良好な疲労亀裂進展抵抗性が得られない。逆に0.10を超える場合は、変態の進行の冷却速度依存性が大きくなり、鋼板全体において均一な疲労亀裂進展抵抗性を得るのが容易ではない。   “C / Mn” in the formula (b), “C / (Mn + 20Nb + 10Ti + 5V)” in the formula (c) and “C / {Mn + (1/10) Cu + (1/2) Ni + (1/4) in the formula (d) When the value of “) Cr + Mo + 20Nb + 10Ti + 5V}” is less than 0.01, the hardness of the bainite structure becomes insufficient and good fatigue crack growth resistance cannot be obtained. Conversely, when it exceeds 0.10, the cooling rate dependency of the progress of transformation becomes large, and it is not easy to obtain uniform fatigue crack growth resistance in the entire steel sheet.

4.鋼の化学組成
鋼の成分の作用効果および含有量の限定理由は下記のとおりである。
4). Chemical composition of steel The effects of the components of steel and the reasons for limiting the content are as follows.

C:0.01〜0.10%
Cは、鋼の強度を高めるのに有効な元素であり、鋼の強度を得るために、0.01%以上含有させる。しかし、その含有量が0.10%を超えると、強度が高くなりすぎて靱性が劣化するので、これを避けるために0.10%以下とする。より望ましいのは0.03〜0.07%である。なお、C含有量は、溶接熱影響部の硬さに大きな影響を与えるので、このような鋼のC含有量の制限は、本発明の溶接継手実現にとって重要である。
C: 0.01-0.10%
C is an element effective for increasing the strength of the steel, and is contained in an amount of 0.01% or more in order to obtain the strength of the steel. However, if the content exceeds 0.10%, the strength becomes too high and the toughness deteriorates. To avoid this, the content is made 0.10% or less. More desirable is 0.03 to 0.07%. In addition, since C content has big influence on the hardness of a welding heat affected zone, such restriction | limiting of C content of steel is important for realization of the welded joint of this invention.

Si:0.03〜0.60%
Siは、鋼の脱酸に有効な元素であり、その効果を得るために0.03%以上含有させる。しかしながら0.60%を超えると、M−A組織の形成が促進される。M−A組織は、ベイナイト組織中に形成される島状マルテンサイトの一種で、残留オーステナイトを含むM−A変態生成物である。M−A組織は非常に硬度が高く、容易に靱性を劣化させることが知られている。したがって、勒性劣化を避けるためにSi含有量は0.60%以下とする。より望ましいのは0.3〜0.5%である。
Si: 0.03-0.60%
Si is an element effective for deoxidation of steel, and in order to obtain the effect, 0.03% or more is contained. However, if it exceeds 0.60%, formation of the MA structure is promoted. The MA structure is a kind of island martensite formed in the bainite structure, and is an MA transformation product containing residual austenite. It is known that the MA structure has very high hardness and easily deteriorates toughness. Therefore, the Si content is set to 0.60% or less in order to avoid inertia deterioration. More desirable is 0.3 to 0.5%.

Mn:0.5〜2.0%または0.3〜2.0%
Mnは、焼入性向上に有効な元素であり、強度上昇と疲労亀裂進展抵抗性を向上させるために、0.5%以上含有させる。一方、2.0%を超えると靱性が劣化するので、Mn含有量の上限は2.0%とする。ただし、後述するようにBを含有する場合には0.3〜2.0%としてもよい。
Mn: 0.5-2.0% or 0.3-2.0%
Mn is an element effective for improving the hardenability, and is contained in an amount of 0.5% or more in order to improve strength and fatigue crack growth resistance. On the other hand, if it exceeds 2.0%, the toughness deteriorates, so the upper limit of the Mn content is 2.0%. However, when it contains B as mentioned later, it is good also as 0.3 to 2.0%.

sol.Al:0.005%を超えて0.10%まで
AlはSiとともに脱酸に必要な元素であり、その効果を得るために0.005%を超えるsol.Alを含有させる。他方、sol.Al含有量が0.10%を超えるとM−A比率(M−A組織の存在比率)が増加し勒性が劣化する。これを避けるためにsol.Al含有量は0.10%以下とする。
sol.Al: more than 0.005% to 0.10%
Al is an element necessary for deoxidation together with Si, and in order to obtain the effect, sol.Al exceeding 0.005% is contained. On the other hand, if the sol.Al content exceeds 0.10%, the MA ratio (existence ratio of the MA structure) increases and the fertility deteriorates. In order to avoid this, the sol.Al content is 0.10% or less.

N:0.0005〜0.0080%
Nは、AlやTiと結合して析出物となり、オーステナイト粒の細粒化に寄与し靱性を改善する作用がある。この効果を得るために、Nは0.0005%以上含有させる。しかし、Nの含有量が0.0080%を超えるとM−A比率が増加し、靱性が劣化する。これを避けるためにN含有量の上限は0.0080%とする。
N: 0.0005-0.0080%
N combines with Al and Ti to form precipitates, and contributes to the refinement of austenite grains and improves toughness. In order to acquire this effect, N is contained 0.0005% or more. However, if the N content exceeds 0.0080%, the MA ratio increases and the toughness deteriorates. In order to avoid this, the upper limit of the N content is 0.0080%.

B:0.0003〜0.0030%
Bは、必須成分ではない。しかし、Bには焼入性を著しく高める作用があり、強度上昇と疲労亀裂進展抵抗性を向上させるのに有効である。従って、これらの効果を得たいときに添加する。上記の効果を得るには、0.0003%以上含有させるのが有効である。しかし、Bの含有量が0.0030%を超えると勒性が劣化するので、その上限は0.0030%とするのが望ましい。
B: 0.0003-0.0030%
B is not an essential component. However, B has an effect of remarkably increasing hardenability, and is effective in improving strength and fatigue crack growth resistance. Therefore, it is added when these effects are desired. In order to obtain the above effect, it is effective to contain 0.0003% or more. However, if the content of B exceeds 0.0030%, the inertia deteriorates, so the upper limit is desirably 0.0030%.

上記の成分の他に、前記の第1群から第3群までの少なくとも1群から選んだ1種以上の成分を含有させてもよい。以下、これらの群に属する成分について述べる。   In addition to the above-described components, one or more components selected from at least one group from the first group to the third group may be contained. Hereinafter, components belonging to these groups will be described.

(1)第1群の成分:Nb、Ti、V
Nb:0.08%以下
Nbも必須成分ではないが、細粒化作用を通じて靭性を向上させる効果がある。また、焼入性を増すので強度向上と疲労亀裂進展抑制に有効である。したがって、これらの効果を得るために含有させても構わない。その場合、0.005%以上含有させるのが望ましい。他方その含有量が0.08%を超えると靭性が劣化するので、0.08%を上限とする。より好ましいのは0.06%以下である。
(1) First group components: Nb, Ti, V
Nb: 0.08% or less
Nb is not an essential component, but has an effect of improving toughness through a fine graining action. Moreover, since hardenability is increased, it is effective in improving strength and suppressing fatigue crack growth. Therefore, you may make it contain in order to acquire these effects. In that case, it is desirable to contain 0.005% or more. On the other hand, if its content exceeds 0.08%, toughness deteriorates, so 0.08% is made the upper limit. More preferred is 0.06% or less.

Ti:0.03%以下
Tiも必須成分ではないが、強度向上と疲労亀裂進展抑制に有効であるので、これらの効果を得るために含有させても構わない。上記効果を得るには0.005%以上含有させるのが望ましい。他方、0.03%を超えると靭性が劣化するので、その上限は0.03%とするのが望ましい。
Ti: 0.03% or less
Ti is not an essential component, but Ti is effective in improving strength and suppressing fatigue crack growth, and may be contained in order to obtain these effects. In order to acquire the said effect, it is desirable to make it contain 0.005% or more. On the other hand, if it exceeds 0.03%, the toughness deteriorates, so the upper limit is preferably 0.03%.

V:0.08%以下
Vも必須成分ではないが、強度向上と疲労亀裂進展抑制に有効である。特に厚肉材においては改善傾向が顕著になる。従って、これらの効果を得るために含有させても構わない。含有させる場合には、上記効果を得るために0.005%以上含有させるのが望ましい。他方、0.08%を超えると靭性が劣化するので、その上限は0.08%とするのが望ましい。
V: 0.08% or less V is not an essential component, but is effective in improving strength and suppressing fatigue crack growth. In particular, the tendency to improve becomes significant for thick materials. Therefore, it may be contained in order to obtain these effects. When contained, it is desirable to contain 0.005% or more in order to obtain the above effect. On the other hand, if it exceeds 0.08%, the toughness deteriorates, so the upper limit is preferably 0.08%.

(2)第2群成分:Cu、Ni、Cr、Mo
Cu:0.7%未満
Cuは、必須成分ではないが、鋼の強度を高める作用があるので、その目的で含有させても構わない。その効果を得るには0.1%以上の含有が望ましく、0.3%以上の含有がさらに望ましい。しかしながら、その含有量が0.7%以上になると鋼の靱性が劣化するので、含有させる場合でもその上限は0.7%未満とする。より望ましいのは0.5%未満である。
(2) Second group component: Cu, Ni, Cr, Mo
Cu: Less than 0.7%
Although Cu is not an essential component, it has the effect of increasing the strength of steel, so it may be contained for that purpose. In order to obtain the effect, the content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.3% or more. However, if the content is 0.7% or more, the toughness of the steel deteriorates, so even if it is contained, the upper limit is made less than 0.7%. More desirable is less than 0.5%.

Ni:3.0%以下
Niも必須成分ではないが、鋼の強度を高める作用があり、また、疲労亀裂進展抑制にも有効である。従ってこれらの効果を得るために含有させても構わない。その効果を得るには0.2%以上の含有が望ましい。しかし、その含有量が3.0%を超えるとコスト上昇に見合うだけの高強度化と疲労亀裂進展抑制効果が見られないので、含有させる場合でもその上限は3.0%とする。
Ni: 3.0% or less
Ni is not an essential component, but has the effect of increasing the strength of the steel and is also effective in suppressing fatigue crack growth. Therefore, it may be contained in order to obtain these effects. In order to obtain the effect, the content is preferably 0.2% or more. However, if the content exceeds 3.0%, high strength sufficient to meet the cost increase and fatigue crack growth suppressing effect are not seen, so even if it is contained, the upper limit is made 3.0%.

Cr:1.0%未満
Crも必須成分ではないが、鋼の強度を高める作用があり、また、疲労亀裂進展抑制にも有効である。従ってこれらの効果を得るために含有させても構わない。その場合には0.1%以上の含有が望ましく、0.3%以上がさらに望ましい。しかし、Crを過剰に含有させると靱性が劣化するので、含有させる場合でも1.0%未満とする。
Cr: less than 1.0%
Cr is not an essential component, but has the effect of increasing the strength of the steel and is also effective in suppressing fatigue crack growth. Therefore, it may be contained in order to obtain these effects. In that case, the content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.3% or more. However, if Cr is excessively contained, toughness deteriorates, so even if it is included, the content is made less than 1.0%.

Mo:0.8%以下
Moも必須ではない。しかし、Moは焼入れ性を高めて強度を改善するのに有効な元素である。ただし、Mo含有量が0.8%を超えると靱性の劣化を引き起こすばかりでなく、コストの上昇を招くためその含有量の上限は0.8%である。なおMoを添加する場合は、その含有量を0.1%以上とするのが望ましく、0.2%以上とすることが一層望ましい。
Mo: 0.8% or less
Mo is not essential. However, Mo is an element effective in improving hardenability and improving strength. However, if the Mo content exceeds 0.8%, not only the toughness is deteriorated but also the cost is increased, so the upper limit of the content is 0.8%. When Mo is added, its content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.2% or more.

第3群の成分:Ca、Mg、Ce、Y、Nd
Ca:0.007%以下
Caは、組織微細化を通して靭性改善に寄与する。その効果を得るには0.0015%以上の含有が望ましい。しかしながら、その含有量が0.007%を超えるとCa介在物の量が過剰となりかえって靭性が劣化する。従って、Caを添加する場合は、その含有量は0.007%以下とする必要がある。より望ましい含有量は0.0020〜0.0030%である。
Group 3 components: Ca, Mg, Ce, Y, Nd
Ca: 0.007% or less
Ca contributes to toughness improvement through refinement of the structure. In order to obtain the effect, the content is preferably 0.0015% or more. However, if its content exceeds 0.007%, the amount of Ca inclusions becomes excessive and the toughness deteriorates. Therefore, when adding Ca, the content needs to be 0.007% or less. A more desirable content is 0.0020 to 0.0030%.

Mg:0.007%以下
Mgも組織微細化を通して靭性改善に寄与する。その効果を得るには0.0005%以上の含有が望ましい。しかし、0.007%を超えるとMg介在物の量が過剰となって、Caと同様に靭性劣化を来す。従ってMgを添加する場合は、その含有量は0.007%以下とする必要がある。より望ましい含有量は0.0010〜0.0030%である。
Mg: 0.007% or less
Mg also contributes to toughness improvement through microstructure refinement. In order to obtain the effect, the content is preferably 0.0005% or more. However, if it exceeds 0.007%, the amount of Mg inclusions becomes excessive, resulting in toughness deterioration similar to Ca. Therefore, when adding Mg, the content needs to be 0.007% or less. A more desirable content is 0.0010 to 0.0030%.

Ce:0.007%以下
Ceは、組織微細化を通して靭性改善に寄与する。その効果を得るには0.0005%以上の含有が望ましい。しかし、Ceの含有量が0.007%を超えるとCe介在物の量が過剰となり、かえって靭性が劣化する。従ってCeを添加する場合、その含有量は0.007%以下とする必要がある。より、望ましい含有量は0.0008〜0.0030%である。
Ce: 0.007% or less
Ce contributes to the improvement of toughness through microstructure refinement. In order to obtain the effect, the content is preferably 0.0005% or more. However, if the Ce content exceeds 0.007%, the amount of Ce inclusions becomes excessive and the toughness deteriorates. Therefore, when Ce is added, its content needs to be 0.007% or less. A more desirable content is 0.0008 to 0.0030%.

Y:0.5%以下
Yは、組織微細化を通して靭性改善に寄与する。その効果を得るには0.01%以上の含有が望ましい。しかし、その含有量が0.5%を超えるとY介在物の量が過剰となり、かえって靭性が劣化する。従ってYを用いる場合、その含有量は0.5%以下とする必要がある。より望ましい含有量は0.02〜0.05%以下である。
Y: 0.5% or less Y contributes to toughness improvement through microstructure refinement. In order to obtain the effect, the content of 0.01% or more is desirable. However, if its content exceeds 0.5%, the amount of Y inclusions becomes excessive, and the toughness deteriorates. Therefore, when Y is used, its content needs to be 0.5% or less. A more desirable content is 0.02 to 0.05% or less.

Nd:0.5%以下
Ndは、組織の微細化を通して靭性改善に寄与する。その効果を得るには0.01%以上含有させるのが望ましい。しかし、Ndの含有量が0.5%を超えるとNd介在物の量が過剰となりかえって靭性が劣化する。従ってNdを添加する場合、その含有量は0.5%以下とする必要がある。より望ましい含有量は0.02〜0.05%である。
Nd: 0.5% or less
Nd contributes to toughness improvement through refinement of the structure. In order to acquire the effect, it is desirable to make it contain 0.01% or more. However, if the Nd content exceeds 0.5%, the amount of Nd inclusions becomes excessive and the toughness deteriorates. Therefore, when Nd is added, its content needs to be 0.5% or less. A more desirable content is 0.02 to 0.05%.

5.熱影響部の硬さ測定法
図2に熱影響部の硬さの測定方法を示す。図において、1は主板、2はガセット、3は溶接金属、4は溶接熱影響部である。熱影響部の硬さは、溶接余盛り止端(図の破線の位置)から鋼板表面に平行に1mm溶接金属側に入った点を通り、鋼板表面に対し垂直方向の直線(a−a線)上において、押付け荷重9.8N、測定間隔0.5mmでビッカース硬度を板厚方向に溶接熱影響部を超える領域まで測定するものとする。
5. Method for Measuring Hardness of Heat Affected Zone FIG. 2 shows a method for measuring the hardness of the heat affected zone. In the figure, 1 is a main plate, 2 is a gusset, 3 is a weld metal, and 4 is a weld heat affected zone. The hardness of the heat-affected zone is a straight line (a-a line) perpendicular to the steel sheet surface, passing through a point 1mm into the weld metal side parallel to the steel sheet surface from the weld toe stop (position of the broken line in the figure). ) Above, Vickers hardness shall be measured in the plate thickness direction to a region exceeding the weld heat affected zone with a pressing load of 9.8 N and a measurement interval of 0.5 mm.

なお、実構造物の溶接継手についてこのような測定を実施することは困難な場合が多いので、別の同材質の鋼材に同様の条件の溶接を行い、その溶接部を測定してもよい。   In addition, since it is often difficult to carry out such a measurement for a welded joint of an actual structure, welding under the same conditions may be performed on another steel material of the same material, and the welded portion may be measured.

6.製造方法
本発明に係る疲労亀裂進展抵抗性に優れた溶接継手を構成する鋼材を製造する手段は、公知の熱間圧延設備、または公知の熱間圧延設備と公知の熱処理設備を使用して製造することができる。その製造条件は、以下に述べる条件が好適である。
6). Manufacturing Method A means for manufacturing a steel material constituting a welded joint having excellent fatigue crack growth resistance according to the present invention is manufactured using a known hot rolling facility or a known hot rolling facility and a known heat treatment facility. can do. The manufacturing conditions are preferably those described below.

前述の化学組成を有する鋳造スラブを1000℃〜1250℃に加熱した後に熱間圧延を施す。次いで、これを冷却するに際し、その冷却工程において650℃〜400℃の間の平均冷却速度を5℃/s以上、好ましくは5〜25℃/sとする加速冷却を施し、この加速冷却を400℃以下の温度で停止する。その後、復熱温度幅が70℃以下となるようにして冷却を終了する。ここで復熱温度幅とは、冷却を停止した時の到達温度と、冷却停止後に鋼板内部の熱で表面の温度が上昇し、安定した時の温度との差を意味する。   A cast slab having the above chemical composition is heated to 1000 ° C. to 1250 ° C. and then hot-rolled. Then, when cooling this, in the cooling step, accelerated cooling is performed so that the average cooling rate between 650 ° C. and 400 ° C. is 5 ° C./s or more, preferably 5 to 25 ° C./s. Stop at a temperature below ℃. Thereafter, the cooling is finished so that the recuperated temperature range becomes 70 ° C. or less. Here, the recuperation temperature range means the difference between the temperature reached when cooling is stopped and the temperature when the surface temperature rises and stabilizes due to the heat inside the steel plate after cooling stops.

鋳造スラブの加熱温度が1000℃に満たない場合にはフェライト率が高くなり、亀裂進展速度が大きくなる。1250℃を超えると組織が粗大になり、靱性が劣化する。冷却過程の650℃〜400℃の間での平均冷却速度が5℃/sに満たない場合には、フェライト率が高くなり亀裂進展速度が大きくなる。ただし、好ましいのは25℃/s以下である。加速冷却停止後、冷却終了までの間の復熱温度幅が70℃を超える場合には転位密度が減少して亀裂進展速度が大きくなる。加速冷却停止温度が400℃を超える温度の場合には、フェライト率が高くなり、亀裂進展速度が大きくなる。ただし、好ましい停止温度は350℃以上である。   When the heating temperature of the casting slab is less than 1000 ° C., the ferrite rate increases and the crack growth rate increases. If it exceeds 1250 ° C, the structure becomes coarse and the toughness deteriorates. When the average cooling rate between 650 ° C. and 400 ° C. in the cooling process is less than 5 ° C./s, the ferrite rate increases and the crack growth rate increases. However, it is preferably 25 ° C./s or less. When the recuperated temperature range from the accelerated cooling stop to the end of cooling exceeds 70 ° C, the dislocation density decreases and the crack growth rate increases. When the accelerated cooling stop temperature is higher than 400 ° C., the ferrite rate increases and the crack growth rate increases. However, the preferred stop temperature is 350 ° C. or higher.

復熱温度幅を小さくするには、冷却中の鋼板表層と中心部の温度差を小さくするとともに、冷却終了時において、少なくとも表層部の相変態を終了させておく必要がある。鋼板表層と中心部の温度差を小さくするには、冷却帯の前段より後段の冷却速度を大きくするのがよい。また、加速冷却停止時に表層部の相変態を完了させるには、加速冷却の停止温度を400℃以下にする必要がある。   In order to reduce the recuperation temperature range, it is necessary to reduce the temperature difference between the steel sheet surface layer and the center part during cooling, and to end the phase transformation of at least the surface layer part at the end of cooling. In order to reduce the temperature difference between the steel sheet surface layer and the central portion, it is preferable to increase the cooling rate at the subsequent stage from the previous stage of the cooling zone. Further, in order to complete the phase transformation of the surface layer portion when the accelerated cooling is stopped, it is necessary to set the stop temperature of the accelerated cooling to 400 ° C. or lower.

7.溶接部の硬度
(1)溶接熱影響部における硬度値がHv 300以下:
溶接熱影響部における硬度値がHv 300を超えるということは、溶接熱影響部にマルテンサイトが多いために過度に硬化していることを意味する。マルテンサイト変態は急激な膨張を伴う現象であり、局部的な残留応力を生じ、本発明の目的とする長寿命域における溶接継手の疲労特性改善には好ましくない。また、マルテンサイトは脆性的であり、疲労亀裂が発生した後は、その寿命を短くするのでマルテンサイトの生成は避けるべきである。したがって、Hv 300以下に制限する必要がある。なお、Hvはビッカース硬度を示す記号である。
7). Hardness of weld
(1) Hardness value in weld heat affected zone is Hv 300 or less:
That the hardness value in the weld heat affected zone exceeds Hv 300 means that the weld heat affected zone is excessively hardened because of a lot of martensite. The martensitic transformation is a phenomenon accompanied by rapid expansion, which causes local residual stress, which is not preferable for improving the fatigue characteristics of the welded joint in the long-life region which is the object of the present invention. In addition, martensite is brittle, and after fatigue cracks occur, the life of the martensite is shortened, so the formation of martensite should be avoided. Therefore, it is necessary to limit it to Hv 300 or less. Hv is a symbol indicating Vickers hardness.

いうまでもなく、溶接熱影響部の硬度は、母材と溶接の組合せによって決まるのであるが、本発明鋼においては、鋼材の組成を比較的低炭素に制限しているので、溶接条件を適正に選ぶことで、この条件は十分に達成できる。   Needless to say, the hardness of the heat affected zone is determined by the combination of the base metal and welding. However, in the steel of the present invention, the composition of the steel is limited to relatively low carbon, so the welding conditions are appropriate. This condition can be fully achieved by choosing

(2)溶接熱影響部における硬度値が母材および溶接金属のいずれか硬度が低い方の硬度値の80%以上:
溶接熱影響部が軟化し、その硬度値があまりに低いことは好ましくない。溶接熱影響部が著しく軟化し、母材および溶接金属のいずれか硬度が低い方の硬度値の80%未満になると、軟化した部分に歪みが集中して本発明の目的とする長寿命域における溶接継手疲労特性改善には好ましくない。そこで、80%をその下限とした。この値の確保は、例えば、溶接条件を適切に選択するか、あるいは溶接法に合わせて鋼材成分を選定することによって可能である。
(2) The hardness value in the weld heat affected zone is 80% or more of the lower hardness value of either the base metal or the weld metal:
It is not preferable that the weld heat affected zone softens and its hardness value is too low. When the weld heat-affected zone is significantly softened and becomes less than 80% of the hardness value of the lower one of the base metal and the weld metal, strain is concentrated on the softened portion, and in the long-life region intended by the present invention. It is not preferable for improving the fatigue characteristics of welded joints. Therefore, 80% was set as the lower limit. This value can be secured, for example, by appropriately selecting welding conditions or by selecting a steel material component in accordance with the welding method.

表1および表2に示す化学成分の鋼を転炉で溶製してスラブを作製し、さらに各スラブを適当な板厚まで熱間圧延した。表3に鋼板の製造条件を示す。   Slabs were produced by melting steels having chemical compositions shown in Tables 1 and 2 in a converter, and each slab was hot-rolled to an appropriate thickness. Table 3 shows the manufacturing conditions of the steel sheet.

Figure 0004363321
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Figure 0004363321
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Figure 0004363321
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上記のようにして準備した鋼板の一部を切り出し、母材としての金属組織を観察するとともに、(110)面の半価幅および硬度の測定を行った。また、後述する橋梁の溶接構造モデルの作製条件と同じ条件で鋼板の溶接を行い、溶接熱影響部および溶接金属の硬度測定を行った。この硬度測定は、溶接構造モデルの溶接熱影響部および溶接金属の硬度測定を模擬したものである。   A part of the steel plate prepared as described above was cut out, the metal structure as a base material was observed, and the half width and hardness of the (110) plane were measured. In addition, steel sheets were welded under the same conditions as those for the bridge weld structure model described later, and the hardness of the weld heat affected zone and weld metal was measured. This hardness measurement is a simulation of the hardness measurement of the weld heat affected zone and the weld metal of the weld structure model.

さらに、同じ鋼板を用いて橋梁の溶接構造モデルを作製し、長寿命疲労試験に供した。対象とした部位は橋梁の主桁と横桁の接合部である。   Furthermore, a welded structure model of the bridge was prepared using the same steel plate and subjected to a long life fatigue test. The target part is the joint between the main girder and cross girder of the bridge.

図3に構造モデル試験体の形状および寸法を示す。同図の(a)は側面図、(b)は中央部の縦断面図である。試験体は、上フランジ11、ウェブ12および下フランジ13からなるI型断面溶接桁で、スパン中央のスティフナー15の下に面外ガセット14を設けた。このガセット14の溶接はK型開先で行い、その取付けには表4に示す条件で上下および端から廻し溶接17を行った。また、座屈を防止するために、試験体の下方両端の3点曲げ支点にはスティフナー16を付与した。   FIG. 3 shows the shape and dimensions of the structural model specimen. (A) of the same figure is a side view, (b) is a longitudinal cross-sectional view of a center part. The specimen was an I-shaped cross-sectional welded girder consisting of an upper flange 11, a web 12 and a lower flange 13, and an out-of-plane gusset 14 was provided under a stiffener 15 at the center of the span. The gusset 14 was welded with a K-shaped groove, and the weld 17 was turned from the top and bottom and the end under the conditions shown in Table 4. In order to prevent buckling, stiffeners 16 were applied to the three-point bending fulcrums at the lower ends of the specimen.

上記の構造モデル試験体に対し、繰返し3点曲げ負荷を与え、107回疲労強度を導出した。なお、3点曲げ負荷を与えた場合、ガセットの止端から疲労亀裂18が発生する。1カ所に疲労亀裂が発生する場合は、スティフナー15に近い止端(図3のA点)、2カ所に疲労亀裂が発生する場合は、両止端(図3のA点およびB点)から疲労亀裂が発生する。なお、B点はスティフナー15からの距離をA点より2倍にしてある。疲労試験終了後、疲労亀裂が発生しなかった止端において硬度分布を測定した。 The above structural model specimen was repeatedly subjected to a three-point bending load and 10 7 times fatigue strength was derived. When a three-point bending load is applied, a fatigue crack 18 is generated from the toe of the gusset. If a fatigue crack occurs at one location, the toe close to the stiffener 15 (point A in FIG. 3). If a fatigue crack occurs at two locations, start from both toes (points A and B in FIG. 3). Fatigue cracks occur. Note that the distance from the stiffener 15 is doubled from the point A at the point B. After the fatigue test, the hardness distribution was measured at the toe where no fatigue crack occurred.

表5には試験条件とともに母材の金属組織、硬度および疲労試験結果を合わせて示す。同表から本発明の溶接継手の107回疲労強度で評価する長寿命疲労強度が著しく高いことが明らかである。 Table 5 shows together with the test conditions, the metal structure of the base metal, the hardness, and the fatigue test results. Long life fatigue strength evaluated in 10 7 times fatigue strength of the welded joint of the present invention from the table that is significantly higher apparent.

Figure 0004363321
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本発明によれば、疲労強度に優れた超長寿命の溶接継手が得られる。この溶接継手は、造船、建設構造物、橋梁などの分野に用いられて、これらの構造物の長期使用とメンテナンスの軽減に大きく寄与する。   According to the present invention, it is possible to obtain a super-long-life welded joint having excellent fatigue strength. This welded joint is used in the fields of shipbuilding, construction structures, bridges, etc., and greatly contributes to the long-term use and maintenance of these structures.

X線回折における半価幅の解析法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the analysis method of the half value width in X-ray diffraction. 溶接熱影響部の硬さの測定方法を示す図である。It is a figure which shows the measuring method of the hardness of a welding heat affected zone. 疲労試験用の溶接構造モデルの図で、(a)は側面図、(b)は中央部の縦断面図である。It is a figure of the welding structure model for fatigue tests, (a) is a side view, (b) is a longitudinal cross-sectional view of the center part.

符号の説明Explanation of symbols

1:主板、2:ガセット、3:溶接金属、4:溶接熱影響部、11:上フランジ(主桁のフランジ)、12:ウェブ(主桁のウェブ)、13:下フランジ(主桁のフランジ)、14:ガセット(横桁のフランジ)、15、16:スティフナー(横桁のウェブ)、17:廻し溶接部、18:疲労亀裂
1: Main plate, 2: Gusset, 3: Weld metal, 4: Weld heat affected zone, 11: Upper flange (main girder flange), 12: Web (main girder web), 13: Lower flange (main girder flange) ), 14: Gusset (flange of cross beam), 15, 16: Stiffener (web of cross beam), 17: Turned weld, 18: Fatigue crack

Claims (5)

質量%で、C:0.01〜0.10%、Si:0.03〜0.60%、Mn:0.5〜2.0%、sol.Al:0.005%を超えて0.10%まで、N:0.0005〜0.0080%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、金属組織が主としてフェライトとベイナイトで構成され、パーライトの面積率が10%以下であり、かつ(110)面からのX線回折強度の半価幅が0.13度以上であり、さらに鋼の化学組成が下記の(a)式および(b)式を満足する鋼材を用いた溶接継手であって、溶接熱影響部における硬度値がHv 300以下で、さらに溶接熱影響部における硬度値が母材または溶接金属のいずれか硬度が低い方の硬度の80%以上であることを特徴とする溶接継手。
6≦20C+5Si+10Mn≦30 ・・・(a)
0.01≦C/Mn≦0.10 ・・・(b)
ただし、(a)式および(b)式の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す。
In mass%, C: 0.01-0.10%, Si: 0.03-0.60%, Mn: 0.5-2.0%, sol.Al: over 0.005% to 0.10%, N: 0.0005-0.0080%, the balance being Fe and impurities, the metal structure is mainly composed of ferrite and bainite, the area ratio of pearlite is 10% or less, and the half width of the X-ray diffraction intensity from the (110) plane is 0.13 degrees or more, Further, a welded joint using a steel material whose chemical composition satisfies the following formulas (a) and (b), the hardness value in the weld heat affected zone is Hv 300 or less, and the hardness in the weld heat affected zone A welded joint characterized in that the value is 80% or more of the lower hardness of the base metal or weld metal.
6 ≦ 20C + 5Si + 10Mn ≦ 30 (a)
0.01 ≦ C / Mn ≦ 0.10 (b)
However, the element symbols in the formulas (a) and (b) represent the content (% by mass) of each element.
質量%で、C:0.01〜0.10%、Si:0.03〜0.60%、Mn:0.3〜2.0%、sol.Al:0.005%を超えて0.10%まで、N:0.0005〜0.0080%、B:0.0003〜0.0030%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、金属組織が主としてフェライトとベイナイトで構成され、パーライトの面積率が10%以下であり、かつ(110)面からのX線回折強度の半価幅が0.13度以上であり、さらに鋼の化学組成が下記の(a)式および(b)式を満足する鋼材を用いた溶接継手であって、溶接熱影響部における硬度値がHv 300以下で、さらに溶接熱影響部における硬度値が母材または溶接金属のいずれか硬度が低い方の硬度の80%以上であることを特徴とする溶接継手。
6≦20C+5Si+10Mn≦30 ・・・(a)
0.01≦C/Mn≦0.10 ・・・(b)
ただし、(a)式および(b)式の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す。
In mass%, C: 0.01 to 0.10%, Si: 0.03 to 0.60%, Mn: 0.3 to 2.0%, sol.Al: over 0.005% to 0.10%, N: 0.0005 to 0.0080%, B: 0.0003 to 0.0030 The balance is composed of Fe and impurities, the metal structure is mainly composed of ferrite and bainite, the area ratio of pearlite is 10% or less, and the half-value width of the X-ray diffraction intensity from the (110) plane Is a welded joint using a steel material in which the chemical composition of the steel satisfies the following formulas (a) and (b), the hardness value in the weld heat affected zone is Hv 300 or less, Furthermore, a welded joint characterized in that the hardness value in the weld heat affected zone is 80% or more of the lower hardness of the base metal or the weld metal.
6 ≦ 20C + 5Si + 10Mn ≦ 30 (a)
0.01 ≦ C / Mn ≦ 0.10 (b)
However, the element symbols in the formulas (a) and (b) represent the content (% by mass) of each element.
鋼が、前記の成分に加えてさらに質量%で、Nb:0.08%以下、Ti:0.03%以下およびV:0.08%以下からなる群のうちの1種以上を含有し、下記(a)式および(c)式を満足することを特徴とする請求項または請求項に記載の溶接継手。
6≦20C+5Si+10Mn≦30 ・・・(a)
0.01≦C/(Mn+20Nb+10Ti+5V)≦0.10 ・・・(c)
ただし、(a)式および(c)式の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す。
In addition to the above-mentioned components, the steel further contains at least one member selected from the group consisting of Nb: 0.08% or less, Ti: 0.03% or less, and V: 0.08% or less, and the following formula (a): The weld joint according to claim 1 or 2 , wherein the expression (c) is satisfied.
6 ≦ 20C + 5Si + 10Mn ≦ 30 (a)
0.01 ≦ C / (Mn + 20Nb + 10Ti + 5V) ≦ 0.10 (c)
However, the element symbols in the formulas (a) and (c) represent the content (% by mass) of each element.
鋼が、前記の成分に加えてさらに質量%で、Cu:0.7%未満、Ni:3.0%以下、Cr:1.0%未満およびMo:0.8%以下からなる群のうちの1種以上を含有し、下記(a)式および(d)式を満足することを特徴とする請求項から請求項までのいずれかに記載の溶接継手。
6≦20C+5Si+10Mn≦30 ・・・(a)
0.01≦C/{Mn+(1/10)Cu+(1/2)Ni+(1/4)Cr+Mo+20Nb+10Ti+5V}≦0.10・・・(d)
ただし、(a)式および(d)式の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す。
In addition to the above-mentioned components, the steel further contains at least one member selected from the group consisting of Cu: less than 0.7%, Ni: less than 3.0%, Cr: less than 1.0% and Mo: less than 0.8%, following equation (a) and welded joint according to any one of claims 1 to 3, characterized by satisfying the equation (d).
6 ≦ 20C + 5Si + 10Mn ≦ 30 (a)
0.01 ≦ C / {Mn + (1/10) Cu + (1/2) Ni + (1/4) Cr + Mo + 20Nb + 10Ti + 5V} ≦ 0.10 (d)
However, the element symbols in the formulas (a) and (d) represent the content (% by mass) of each element.
鋼が、前記の成分に加えてさらに質量%で、Ca:0.007%以下、Mg:0.007%以下、Ce:0.007%以下、Y:0.5%以下およびNd:0.5%以下からなる群のうちの1種以上を含有し、下記の(a)式および(d)式を満足することを特徴とする請求項から請求項までのいずれかに記載の溶接継手。
6≦20C+5Si+10Mn≦30 ・・・(a)
0.01≦C/{Mn+(1/10)Cu+(1/2)Ni+(1/4)Cr+Mo+20Nb+10Ti+5V}≦0.10・・・(d)
ただし、(a)式および(d)式の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表す。
In addition to the above-mentioned components, the steel further comprises, in mass%, Ca: 0.007% or less, Mg: 0.007% or less, Ce: 0.007% or less, Y: 0.5% or less, and Nd: 0.5% or less. containing more species, welded joint according to any one of claims 1 to 4, characterized by satisfying the formula (a) and equation (d) below.
6 ≦ 20C + 5Si + 10Mn ≦ 30 (a)
0.01 ≦ C / {Mn + (1/10) Cu + (1/2) Ni + (1/4) Cr + Mo + 20Nb + 10Ti + 5V} ≦ 0.10 (d)
However, the element symbols in the formulas (a) and (d) represent the content (% by mass) of each element.
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