JP4523875B2 - 溶接構造用部材およびその製造方法、溶接構造体およびその製造方法、歯車用リムならびに歯車およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1および図2に示すように、この舶用主機タービン減速装置の歯車1は、円柱状のシャフト2と、短い円筒状のリム3と、リム3の内周と略同じ大きさの円形の外周を有し、中央にシャフト2の外周と略同じ大きさの円形の穴を有する円盤を、中心軸が共通になるように平行に配置して連結したスポーク4とから構成されている。シャフト2、スポーク4、リム3の中心軸がすべて共通となるように、スポーク4の中央の穴にはシャフト2が挿入され、スポーク4はリム3の内側に挿入されることにより、前記シャフト2およびリム3がスポーク4によって連結され、歯車1が形成されている。シャフト2とスポーク4、およびリム3とスポーク4とは、溶接部5において溶接により接合されている。なお、歯車の歯は、リム3の外側を切削することにより形成される。
また、従来の鋼材は、十分な強度を有するものであっても、溶接を行うと溶接割れを生じる等、溶接性が十分でないものがあった。また、溶接性を確保するためには、200℃以上の高温で予熱を行わなければならず、予熱の工数が増し、また高温に加熱した部材に近づいて溶接作業を行う必要があるために溶接作業者の負担となる場合があった。
また本発明は、前記溶接構造用材料を用いて高い機械的強度と靱性および良好な溶接性を有する溶接構造用部材を製造する方法および溶接構造用部材を提供することを目的とする。
また本発明は、前記溶接構造用部材を用いて高い機械的強度と靱性を有し、溶接割れの発生が抑えられている溶接構造体を製造する方法および溶接構造体を提供することを目的とする。
また本発明は、前記溶接構造用材料を用いて高い機械的強度と靱性および良好な溶接性を有し、大型船舶の減速装置の歯車用リム等に好適に用いられる歯車用部材を製造する方法および歯車用部材を提供することを目的とする。
また本発明は、前記歯車用部材を用いて高い機械的強度と靱性を有し、溶接割れの発生が抑えられ、大型船舶の減速装置の歯車等に好適に用いられる歯車を製造する方法および歯車を提供することを目的とする。
すなわち、本発明にかかる溶接構造用部材の製造方法における溶接構造用材料は、質量比でC:0.17〜0.21%、Si:0.1〜0.4%、Mn:0.4〜1%、Ni:1.5〜4.5%、Cr:0.5〜3.5%、Mo:0.5〜3%、V:0.06〜0.15%を含有し、残部が不可避的不純物およびFeからなる。
上記成分組成とした溶接構造用材料は、高い機械的強度と靱性および良好な溶接性を兼ね備えた溶接構造用部材となる。
前記条件で焼入れ処理および焼戻し処理を行うことにより、歯車部材の表層から中心部まで均一な高強度および高靭性を得ることができる。
この溶接構造用部材は、高い機械的強度と靱性および良好な溶接性を兼ね備えている。
この製造方法によれば、溶接により、例えば150℃前後の予熱温度で、溶接割れを起こさずに高い機械的強度と靱性を有する溶接構造体を製造することができる。
この焼戻し焼鈍処理を行うことにより、溶接部周囲の残留応力を軽減することができ、溶接割れをさらに抑えて溶接構造体を製造することができる。
この溶接構造体は、高い機械的強度と靱性を有し、溶接部における溶接割れの発生が抑えられている。
この歯車用部材は高い機械的強度と靱性および良好な溶接性を兼ね備えているので、大型船舶の減速装置の歯車等の部材、なかでも歯車用リムとして好適に用いられる。
この製造方法によれば、溶接により、例えば150℃前後の予熱温度で、溶接割れを起こさずに、高い機械的強度と靱性を有し大型船舶の減速装置等に好適な歯車を製造することができる。
この焼戻し焼鈍処理を行うことにより、溶接部周囲の残留応力を軽減することができ、溶接割れをさらに抑えて歯車を製造することができる。
この歯車は、高い機械的強度と靱性を有し、溶接部における溶接割れの発生が抑えられているので、大型船舶の減速装置等の歯車として好適である。
また本発明によれば、高い機械的強度と靱性および良好な溶接性を有する溶接構造用部材が得られる。
また本発明によれば、高い機械的強度と靱性を有し、溶接割れの発生が抑えられている溶接構造体が得られる。
また本発明によれば、高い機械的強度と靱性および良好な溶接性を有し、大型船舶の減速装置の歯車用リム等に好適に用いられる歯車用部材が得られる。
また本発明によれば、高い機械的強度と靱性を有し、溶接割れの発生が抑えられ、大型船舶の減速装置の歯車等に好適に用いられる歯車がえられる。
まず、上記の成分組成を有する溶接構造用材料に、焼入れ処理および焼戻し処理を施して、溶接構造用部材を製造する。焼入れ処理は、上記溶接構造用材料を、850℃以上950℃以下の温度で5時間以上20時間以下の時間保持した後に、水冷または油冷等の方法で100℃以下の温度まで冷却することにより行われる。焼入れ温度が850℃未満では焼入性が低下し、目的の強度が得られず、950℃を越えると結晶粒が粗大化し、靭性低下をもたらす。また、焼入れ時間が5時間未満では肉厚中心まで十分な焼入効果が得られず、20時間を越えると結晶粒が粗大化し、靭性低下の要因となる。冷却温度が100℃を越えると、十分な焼入れ効果が得られない。
前記他の部材は特に限定されず、溶接構造体の用途に応じて選択すればよい。例えば、前記他の部材は本発明の溶接構造用材料からなるものであってもよく、また、軟鋼等の他の材料からなるものであってもよい。
本発明の溶接構造体の製造方法における溶接方法は特に限定されないが、被覆アーク溶接法およびザマージアーク溶接法等を採用することができる。また、溶接材料も特に限定されないが、AWS A5.1 E7016該当およびAWS A5.17 F7A2−EH14該当等を好適に用いることができる。
以下、本発明の溶接構造用材料、溶接構造用部材および溶接構造体の具体的な実施例をあげ、本発明の効果を明らかにする。表1に供試材の化学成分を示す。表1中、試験例1から試験例5および試験例15から試験例17は本発明の溶接構造用材料の成分組成を満足する供試材であり、試験例6から試験例14、試験例18および試験例19は比較例となる供試材である。また、比較例の一つである試験例6の供試材は、現在実際に船舶用歯車材料として用いられている材料である。
まず、図4(a)から図4(c)に示す加工を施した供試材からなる試験板を用意した。なお、図中lは試験板の厚さを表し、gはルート間隔を表す。全長200mmの開先部のうち、両側各60mmの部分はあらかじめ拘束溶接を行い、残りの中央部80mmの開先部について試験溶接を行った。
溶接電流: 160±10A
溶接電圧: 24±1V
溶接速度: 150±10mm/min
溶接方法: 被覆アーク溶接
溶接材料: (株)神戸製鋼所製溶接棒LB−26 (AWS A5.1 E7016該当)
Cs=(Hc/H)×100
の式で求められる。
各供試材の予熱温度毎の溶接割れ試験の結果を表3に示す。なお、判定の○は、溶接性が良好であったことを示し、具体的には150℃またはそれ以下の予熱温度で断面割れ率が0%であった供試材を示している。それ以外の供試材は、溶接性が良好でないと判定し、表3中×で表す。
1)の遅れ割れは、上記実施例で示した試験方法で試験を行うものであり、その説明は後述する。
2)のSR割れは、SR処理後に割れが発生するものである。溶接される鋼材中にVが多いと、SR処理時に微細な炭化物を析出して材料強度を高めて硬くなるが、同時に脆くなるため、変形が拘束されていると割れやすくなる。しかし、本発明の場合にはVを低く抑えているため、SR割れについては考慮しなくてもよい。
3)の高温割れは、合金元素が多いと溶接金属の融点が下がって、凝固時に凝固収縮のために発生する応力に耐えられず割れてしまうものである。本発明の対象となる溶接構造用材料は低合金鋼であり、合金元素が少ないので、高温割れも考慮しなくてよい。
遅れ割れの原因としては、a)水素、b)材料の脆さ、c)応力の3要素があり、これら3要素が重なったときに割れを生じる。
b)の材料の脆さは、焼入れ硬さに比例する。焼入れ硬さはC量が多いほど大きくなる。このために、本発明の溶接構造用材料ではC量を比較的低く抑えている。
c)の応力に関しては、溶接により熱を局所的に与えるため、溶接部の周囲に存在する熱膨張・収縮に伴う残留応力が問題となる。予熱を行うと溶接部の周辺部も加熱されることになるので、局部的な熱応力が軽減される。このために、残留応力も低減できることになる。予熱温度が高ければ、周囲との温度差も小さくなるので、発生する残留応力も小さくなる。しかし、予熱温度を高くすると、予熱の工数が増し、また高温に加熱した部材に溶接作業者が近づかなければならないことになるため作業性が悪く、長時間の施工作業は困難となる。従って、予熱温度はできるだけ低い方がよいことになる。その点から上記実施例の溶接性の評価においては、予熱温度の高低を考慮した。
2 シャフト
3 リム
4 スポーク
5 溶接部
Claims (12)
- 質量比でC:0.17〜0.21%、Si:0.1〜0.4%、Mn:0.4〜1%、Ni:0.5〜4.5%、Cr:0.5〜3.5%、Mo:0.5〜3%、V:0.06〜0.15%を含有し、残部が不可避的不純物およびFeからなる溶接構造用材料を、850℃以上950℃以下の温度で5時間以上20時間以下の時間保持した後、100℃以下の温度まで冷却する焼入れ処理を行い、次いで590℃以上640℃以下の温度で焼戻し処理を行う溶接構造用部材の製造方法。
- 前記溶接構造用材料が、質量比でPの含有量が0.015%以下、Sの含有量が0.01%以下である請求項1に記載の溶接構造用部材の製造方法。
- 請求項1に記載の製造方法により製造された溶接構造用部材。
- 請求項3に記載の溶接構造用部材と、鋼材からなる他の部材とを、溶接により接合する工程を有する溶接構造体の製造方法。
- 前記溶接の後に、600℃以上630℃以下の温度で5時間以上20時間以下の時間保持する焼戻し焼鈍処理を行う請求項4に記載の溶接構造体の製造方法。
- 請求項4または5に記載の製造方法により製造された溶接構造体。
- 請求項1に記載の製造方法により製造された歯車用部材。
- 請求項7に記載の歯車用部材と、鋼材からなる他の部材とを、溶接により接合する工程を有する歯車の製造方法。
- 請求項1に記載の製造方法により製造された歯車用リム。
- 請求項9に記載の歯車用リムと、鋼材からなるスポークとを、溶接により接合する工程を有する歯車の製造方法。
- 前記溶接の後に、600℃以上630℃以下の温度で5時間以上20時間以下の時間保持する焼戻し焼鈍処理を行う請求項8または請求項10に記載の歯車の製造方法。
- 請求項8、請求項10および請求項11のいずれかに記載の製造方法により製造された歯車。
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