JPH05255800A - 溶接継手耐疲労特性の優れた大型構造物用高張力鋼板 - Google Patents
溶接継手耐疲労特性の優れた大型構造物用高張力鋼板Info
- Publication number
- JPH05255800A JPH05255800A JP8663692A JP8663692A JPH05255800A JP H05255800 A JPH05255800 A JP H05255800A JP 8663692 A JP8663692 A JP 8663692A JP 8663692 A JP8663692 A JP 8663692A JP H05255800 A JPH05255800 A JP H05255800A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高張力鋼の継手疲労強度が向上しない欠点を
解消し、継手疲労強度を高めた大型構造物用高張力鋼板
を安定して得る。 【構成】 重量比でＣ：０．０３〜０．３０％、Ｓｉ：
０．０５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５％、Ａ
ｌ：０．００５〜０．１％を含有するとともに、フェラ
イトとベーナイトもしくは焼戻しマルテンサイトの混合
組織から成り、かつフェライト粒径が１０μｍ以上であ
る溶接継手耐疲労特性の優れた大型構造物用高張力鋼
板。 【効果】 疲労破壊が問題となる大型構造物での使用に
際し、設計・施工面で特別な配慮を必要とせず高い疲労
強度を得ることが可能である。
解消し、継手疲労強度を高めた大型構造物用高張力鋼板
を安定して得る。 【構成】 重量比でＣ：０．０３〜０．３０％、Ｓｉ：
０．０５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５％、Ａ
ｌ：０．００５〜０．１％を含有するとともに、フェラ
イトとベーナイトもしくは焼戻しマルテンサイトの混合
組織から成り、かつフェライト粒径が１０μｍ以上であ
る溶接継手耐疲労特性の優れた大型構造物用高張力鋼
板。 【効果】 疲労破壊が問題となる大型構造物での使用に
際し、設計・施工面で特別な配慮を必要とせず高い疲労
強度を得ることが可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は溶接継手耐疲労特性の優
れた大型構造物用高張力鋼板に関するものである。大型
構造物とは海洋構造物、船舶、橋梁等であって、それら
に使用する鋼板は、一般に板厚６〜２００ｍｍ程度のい
わゆる厚板である。
れた大型構造物用高張力鋼板に関するものである。大型
構造物とは海洋構造物、船舶、橋梁等であって、それら
に使用する鋼板は、一般に板厚６〜２００ｍｍ程度のい
わゆる厚板である。
【０００２】
【従来の技術】一般に鋼板素材の疲労強度は素材強度の
増加につれて増加するが、溶接された継手の疲労強度
（以下、継手疲労強度という）は素材強度を上昇させて
も向上しないというのが通説となっていた。従って高張
力鋼の継手疲労強度は低強度鋼のそれとほぼ同じであ
り、疲労破壊が問題となる構造物では、高張力鋼を用い
ても設計強度を上げることができず、止端処理と呼ばれ
る改善処理により高張力鋼の継手疲労強度を確保する方
法が研究されてきた。例えば、グラインダーによって止
端を研削して止端半径を大きくする方法、ＴＩＧ溶接お
よびプラズマ処理によって止端部を再溶融して止端形状
を滑らかにする方法（例えば特公昭５４−３０３８６号
公報）、ショットピーニングによって止端部に圧縮残留
応力を発生させる方法などが代表的な止端処理方法であ
る。
増加につれて増加するが、溶接された継手の疲労強度
（以下、継手疲労強度という）は素材強度を上昇させて
も向上しないというのが通説となっていた。従って高張
力鋼の継手疲労強度は低強度鋼のそれとほぼ同じであ
り、疲労破壊が問題となる構造物では、高張力鋼を用い
ても設計強度を上げることができず、止端処理と呼ばれ
る改善処理により高張力鋼の継手疲労強度を確保する方
法が研究されてきた。例えば、グラインダーによって止
端を研削して止端半径を大きくする方法、ＴＩＧ溶接お
よびプラズマ処理によって止端部を再溶融して止端形状
を滑らかにする方法（例えば特公昭５４−３０３８６号
公報）、ショットピーニングによって止端部に圧縮残留
応力を発生させる方法などが代表的な止端処理方法であ
る。
【０００３】継手疲労強度が鋼板素材によらずほぼ同じ
である主因は、主に溶接継手止端に集中する弾性応力換
算でおよそ２〜５倍程度の応力、および溶接によって発
生する降伏応力程度の引張残留応力であり、これらの厳
しい条件が継手疲労強度の鋼材依存性をなくしているも
のと考えられている。
である主因は、主に溶接継手止端に集中する弾性応力換
算でおよそ２〜５倍程度の応力、および溶接によって発
生する降伏応力程度の引張残留応力であり、これらの厳
しい条件が継手疲労強度の鋼材依存性をなくしているも
のと考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高張力鋼の
継手疲労強度が向上しない欠点を解消するため、組織お
よび粒径を調整することによって、継手疲労強度を高め
た大型構造物用高張力鋼板を安定して得るものである。
継手疲労強度が向上しない欠点を解消するため、組織お
よび粒径を調整することによって、継手疲労強度を高め
た大型構造物用高張力鋼板を安定して得るものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、重量比
でＣ：０．０３〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜０．６
０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５％、Ａｌ：０．００５〜
０．１％を含有するとともに、フェライトとベーナイト
もしくは焼戻しマルテンサイトの混合組織から成り、か
つフェライト粒径が１０μｍ以上であることを特徴とす
る溶接継手耐疲労特性の優れた大型構造物用高張力鋼板
である。
でＣ：０．０３〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜０．６
０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５％、Ａｌ：０．００５〜
０．１％を含有するとともに、フェライトとベーナイト
もしくは焼戻しマルテンサイトの混合組織から成り、か
つフェライト粒径が１０μｍ以上であることを特徴とす
る溶接継手耐疲労特性の優れた大型構造物用高張力鋼板
である。
【０００６】
【作用】以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】本発明は、フェライトとベーナイトもしく
は焼戻しマルテンサイトの混合組織にして高い引張強度
と低い降伏応力を確保し、溶接時に発生する引張残留応
力を小さくして継手疲労強度を向上させる。かつフェラ
イト粒径を一定以上にすることにより、溶接止端部から
母材への疲労亀裂伝播時の伝播速度を低下させるもので
ある。
は焼戻しマルテンサイトの混合組織にして高い引張強度
と低い降伏応力を確保し、溶接時に発生する引張残留応
力を小さくして継手疲労強度を向上させる。かつフェラ
イト粒径を一定以上にすることにより、溶接止端部から
母材への疲労亀裂伝播時の伝播速度を低下させるもので
ある。
【０００８】次に本発明における成分限定理由を述べ
る。
る。
【０００９】Ｃは強度確保のため０．０３％以上は必要
であるが、多くなると鋼の靱性および溶接性を害するの
で０．３０％を上限とする。
であるが、多くなると鋼の靱性および溶接性を害するの
で０．３０％を上限とする。
【００１０】Ｓｉは脱酸のために０．０５％以上は必要
で添加されるが、多くなると溶接性を損なうので０．６
％以下とする。
で添加されるが、多くなると溶接性を損なうので０．６
％以下とする。
【００１１】Ｍｎは安価に強度を上げる元素として有用
であり、強度確保のため０．５％以上は必要であるが、
多くなると溶接性を損なうので２．５％以下とする。
であり、強度確保のため０．５％以上は必要であるが、
多くなると溶接性を損なうので２．５％以下とする。
【００１２】Ａｌは脱酸のため０．００５％以上必要で
あるが、多くなると鋼中介在物が多くなりすぎ、鋼の性
質を悪化させるため０．１％を上限とする。
あるが、多くなると鋼中介在物が多くなりすぎ、鋼の性
質を悪化させるため０．１％を上限とする。
【００１３】さらに本発明の高張力鋼板の継手疲労強度
が向上するのは以下の理由による。
が向上するのは以下の理由による。
【００１４】上記の添加元素をもとにつくられる高張力
鋼板は、必ずしも複合組織ではなくベーナイト、焼戻し
マルテンサイトなどの単相組織であることも多い。そし
てこれらの高張力鋼は、引張強度と降伏強度の両方とも
大きくなっている場合が多い。しかし高張力鋼の組織に
フェライトを混合させることにより、引張強度を確保し
ながら降伏強度をさげることができる。フェライトの割
合が増加するにつれて降伏強度は低下する。一方、溶接
時の残留応力は溶接止端部では引張応力であり、特に回
し溶接継手のような場合に大きく、その大きさは降伏強
度にまで達する。この状態で繰返し応力が負荷される
と、応力の上限は降伏応力で押さえられ、降伏応力から
応力振幅を差し引いた応力が平均応力となる。このよう
に溶接残留応力は平均応力として継手疲労強度に影響を
及ぼし、平均応力が低いほど継手疲労強度は大きくな
る。従って降伏応力を低くすることにより、これと大き
さのほぼ等しい引張残留応力を小さくでき、平均応力も
小さくなって継手疲労強度を大きくすることができる。
鋼板は、必ずしも複合組織ではなくベーナイト、焼戻し
マルテンサイトなどの単相組織であることも多い。そし
てこれらの高張力鋼は、引張強度と降伏強度の両方とも
大きくなっている場合が多い。しかし高張力鋼の組織に
フェライトを混合させることにより、引張強度を確保し
ながら降伏強度をさげることができる。フェライトの割
合が増加するにつれて降伏強度は低下する。一方、溶接
時の残留応力は溶接止端部では引張応力であり、特に回
し溶接継手のような場合に大きく、その大きさは降伏強
度にまで達する。この状態で繰返し応力が負荷される
と、応力の上限は降伏応力で押さえられ、降伏応力から
応力振幅を差し引いた応力が平均応力となる。このよう
に溶接残留応力は平均応力として継手疲労強度に影響を
及ぼし、平均応力が低いほど継手疲労強度は大きくな
る。従って降伏応力を低くすることにより、これと大き
さのほぼ等しい引張残留応力を小さくでき、平均応力も
小さくなって継手疲労強度を大きくすることができる。
【００１５】一般に疲労破壊の過程は疲労亀裂の発生と
伝播に分けられ、上述の効果は両過程に影響を及ぼす。
この疲労亀裂の伝播特性はｄａ／ｄＮ（亀裂伝播速度）
〜ΔＫ（応力拡大係数範囲）の関係で表される。応力比
Ｒ≒０の状態では、一般にｄａ／ｄＮ＞１０-8ｍ／ｃｙ
ｃｌｅの大きな伝播速度の範囲では鋼材依存性はほとん
ど認められないが、ｄａ／ｄＮ＜１０-8ｍ／ｃｙｃｌｅ
では鋼材により疲労亀裂伝播特性に差が見られる。特に
下限界応力拡大係数範囲ΔＫthは、鋼板素材の粒径（混
合組織の場合はフェライト粒径）の増加とともに大きく
なる。フェライト粒径は高張力鋼の引張強度によっても
異なるが、フェライト〜ベーナイト組織の高張力鋼の平
均フェライト粒径は１０μｍ程度と考えられ、これ以上
の粒径にすることにより低伝播速度範囲での疲労亀裂伝
播を遅らせることができる。つまり、ΔＫが小さい場合
に（Ｓ−Ｎ線図の長寿命域で）この効果は大きくなる。
ただし、溶接継手で疲労亀裂の発生する止端部は溶接熱
影響部粗粒域であるので、この効果が現れるのは例えば
回し溶接継手の場合、疲労亀裂が板厚方向に１〜２ｍｍ
程度伝播して母材に突入した後の過程であり、亀裂発生
過程には効果がないのは明らかである。また、フェライ
ト粒径は大きくなるほど疲労亀裂伝播速度を遅らせる可
能性があるが、引張強度および降伏強度を確保するため
には、強度に応じた上限の大きさが存在する。
伝播に分けられ、上述の効果は両過程に影響を及ぼす。
この疲労亀裂の伝播特性はｄａ／ｄＮ（亀裂伝播速度）
〜ΔＫ（応力拡大係数範囲）の関係で表される。応力比
Ｒ≒０の状態では、一般にｄａ／ｄＮ＞１０-8ｍ／ｃｙ
ｃｌｅの大きな伝播速度の範囲では鋼材依存性はほとん
ど認められないが、ｄａ／ｄＮ＜１０-8ｍ／ｃｙｃｌｅ
では鋼材により疲労亀裂伝播特性に差が見られる。特に
下限界応力拡大係数範囲ΔＫthは、鋼板素材の粒径（混
合組織の場合はフェライト粒径）の増加とともに大きく
なる。フェライト粒径は高張力鋼の引張強度によっても
異なるが、フェライト〜ベーナイト組織の高張力鋼の平
均フェライト粒径は１０μｍ程度と考えられ、これ以上
の粒径にすることにより低伝播速度範囲での疲労亀裂伝
播を遅らせることができる。つまり、ΔＫが小さい場合
に（Ｓ−Ｎ線図の長寿命域で）この効果は大きくなる。
ただし、溶接継手で疲労亀裂の発生する止端部は溶接熱
影響部粗粒域であるので、この効果が現れるのは例えば
回し溶接継手の場合、疲労亀裂が板厚方向に１〜２ｍｍ
程度伝播して母材に突入した後の過程であり、亀裂発生
過程には効果がないのは明らかである。また、フェライ
ト粒径は大きくなるほど疲労亀裂伝播速度を遅らせる可
能性があるが、引張強度および降伏強度を確保するため
には、強度に応じた上限の大きさが存在する。
【００１６】本発明では特に引張強度レベルを特定して
いないが、引張強度が高いほど本発明による継手疲労強
度の向上は大きい。また、フェライトと混合組織を形成
する組織としてベーナイトもしくは焼戻しマルテンサイ
トを対象としたが、その他転位密度の高い組織も用いる
ことが可能である。パーライトもフェライトとの混合組
織の対象となりうるが、パーライトでは５００ＭＰａク
ラスの強度が限界であり、あまり大幅な高強度化ははか
れないであろう。さらに、本発明は回し溶接継手のよう
な溶接残留応力の高い場合に特に有効であるが、十字隅
肉継手、Ｔ字隅肉継手においても疲労強度を向上させる
ことができる。
いないが、引張強度が高いほど本発明による継手疲労強
度の向上は大きい。また、フェライトと混合組織を形成
する組織としてベーナイトもしくは焼戻しマルテンサイ
トを対象としたが、その他転位密度の高い組織も用いる
ことが可能である。パーライトもフェライトとの混合組
織の対象となりうるが、パーライトでは５００ＭＰａク
ラスの強度が限界であり、あまり大幅な高強度化ははか
れないであろう。さらに、本発明は回し溶接継手のよう
な溶接残留応力の高い場合に特に有効であるが、十字隅
肉継手、Ｔ字隅肉継手においても疲労強度を向上させる
ことができる。
【００１７】
【実施例】表１に示す成分を有する板厚２０ｍｍの鋼板
をフェライトとベーナイトの混合組織にし、かつフェラ
イト粒径を約１５、２０、２３μｍに調整した。機械的
性質を表２に示す。この鋼板にＣＯ2 溶接を行って図１
のような回し溶接継手を作製し、片振り疲労試験（応力
比Ｒ＝０）を行った。なお、比較のために焼戻しマルテ
ンサイト単相組織の鋼板、およびフェライトとベーナイ
トの混合組織でフェライト粒径が５μｍ程度の鋼板につ
いても、同様の溶接により回し溶接継手を作製して片振
り疲労試験を行った。疲労試験結果を図２に示す。本発
明の鋼板は焼戻しマルテンサイト鋼に比べて約３倍の寿
命を示している。さらに、本発明の鋼板は長寿命域で大
きな疲労強度向上を示している。フェライト粒径が５μ
ｍ程度と小さい場合にはわずかに継手疲労強度の向上が
認められるが、ばらつきの範囲内にとどまっている。
をフェライトとベーナイトの混合組織にし、かつフェラ
イト粒径を約１５、２０、２３μｍに調整した。機械的
性質を表２に示す。この鋼板にＣＯ2 溶接を行って図１
のような回し溶接継手を作製し、片振り疲労試験（応力
比Ｒ＝０）を行った。なお、比較のために焼戻しマルテ
ンサイト単相組織の鋼板、およびフェライトとベーナイ
トの混合組織でフェライト粒径が５μｍ程度の鋼板につ
いても、同様の溶接により回し溶接継手を作製して片振
り疲労試験を行った。疲労試験結果を図２に示す。本発
明の鋼板は焼戻しマルテンサイト鋼に比べて約３倍の寿
命を示している。さらに、本発明の鋼板は長寿命域で大
きな疲労強度向上を示している。フェライト粒径が５μ
ｍ程度と小さい場合にはわずかに継手疲労強度の向上が
認められるが、ばらつきの範囲内にとどまっている。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【発明の効果】本発明にかかる高張力鋼板は溶接継手の
耐疲労特性に優れている。従って、疲労破壊が問題とな
る大型構造物での使用に際し、設計・施工面で特別な配
慮を必要とせず高い疲労強度を得ることが可能であり、
工業的にその効果は大きい。
耐疲労特性に優れている。従って、疲労破壊が問題とな
る大型構造物での使用に際し、設計・施工面で特別な配
慮を必要とせず高い疲労強度を得ることが可能であり、
工業的にその効果は大きい。
【図１】実施例における試験片の形状を示す説明図であ
る。
る。
【図２】板厚２０ｍｍの回し溶接継手疲労試験のＳ−Ｎ
線図である。
線図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 重量比でＣ：０．０３〜０．３０％、Ｓ
ｉ：０．０５〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．５
％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有するとともに、
フェライトとベーナイトもしくは焼戻しマルテンサイト
の混合組織から成り、かつフェライト粒径が１０μｍ以
上であることを特徴とする溶接継手耐疲労特性の優れた
大型構造物用高張力鋼板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8663692A JPH05255800A (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 溶接継手耐疲労特性の優れた大型構造物用高張力鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8663692A JPH05255800A (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 溶接継手耐疲労特性の優れた大型構造物用高張力鋼板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05255800A true JPH05255800A (ja) | 1993-10-05 |
Family
ID=13892512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8663692A Withdrawn JPH05255800A (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 溶接継手耐疲労特性の優れた大型構造物用高張力鋼板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05255800A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06322477A (ja) * | 1993-05-11 | 1994-11-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 湿潤硫化水素環境で疲労亀裂進展特性に優れる鋼材 |
| JP2007332588A (ja) * | 2006-06-13 | 2007-12-27 | Jfe Steel Kk | Ｕリブ鋼床版 |
-
1992
- 1992-03-11 JP JP8663692A patent/JPH05255800A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06322477A (ja) * | 1993-05-11 | 1994-11-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 湿潤硫化水素環境で疲労亀裂進展特性に優れる鋼材 |
| JP2007332588A (ja) * | 2006-06-13 | 2007-12-27 | Jfe Steel Kk | Ｕリブ鋼床版 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |