JPH09227987A - 疲労強度に優れた溶接継手およびその溶接方法 - Google Patents
疲労強度に優れた溶接継手およびその溶接方法Info
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- JPH09227987A JPH09227987A JP3525896A JP3525896A JPH09227987A JP H09227987 A JPH09227987 A JP H09227987A JP 3525896 A JP3525896 A JP 3525896A JP 3525896 A JP3525896 A JP 3525896A JP H09227987 A JPH09227987 A JP H09227987A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 疲労破壊が問題となる鋼構造物での使用に際
し、設計・施工で特別な配慮を必要とせず高い疲労強度
を得ることができなかった。 【解決手段】 添加元素を特定した鋼材および溶接金属
について、溶接入熱を制限することで、Ａｃ1 点以上溶
融点未満の温度に加熱された溶接熱影響部に特定範囲の
体積率および結晶粒径のフェライトを含ませることによ
り、溶接金属および溶接熱影響部の延性を向上させて疲
労亀裂の発生・伝播抵抗を高め、同時に溶接金属と溶接
熱影響部の硬度差を小さくすることにより、溶接金属へ
の歪集中を小さくして疲労強度を向上させる。
し、設計・施工で特別な配慮を必要とせず高い疲労強度
を得ることができなかった。 【解決手段】 添加元素を特定した鋼材および溶接金属
について、溶接入熱を制限することで、Ａｃ1 点以上溶
融点未満の温度に加熱された溶接熱影響部に特定範囲の
体積率および結晶粒径のフェライトを含ませることによ
り、溶接金属および溶接熱影響部の延性を向上させて疲
労亀裂の発生・伝播抵抗を高め、同時に溶接金属と溶接
熱影響部の硬度差を小さくすることにより、溶接金属へ
の歪集中を小さくして疲労強度を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、船舶・海洋構造物
・建設機械・橋梁・建築構造物などの産業分野におい
て、従来よりも高い疲労強度が要求される構造用鋼（厚
鋼板、熱延鋼板、鋼管など）の溶接継手（回し溶接継
手、隅肉継手、突合せ継手など）およびその溶接方法に
関するものである。
・建設機械・橋梁・建築構造物などの産業分野におい
て、従来よりも高い疲労強度が要求される構造用鋼（厚
鋼板、熱延鋼板、鋼管など）の溶接継手（回し溶接継
手、隅肉継手、突合せ継手など）およびその溶接方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に構造用鋼板の疲労強度は引張強度
の増加につれて増加するが、同じ鋼板を母材とした溶接
継手の疲労強度（以下、継手疲労強度という）は、母材
の引張強度を増加させても増加しないことが確かめられ
ていた。従って、構造用高張力鋼の継手疲労強度は構造
用低強度鋼のそれとほぼ同じであり、疲労破壊が問題と
なる鋼構造物では、高張力鋼を用いても設計疲労強度を
上げることができなかった。このような状況に対して、
継手疲労強度を向上させる種々の方法が検討されてき
た。
の増加につれて増加するが、同じ鋼板を母材とした溶接
継手の疲労強度（以下、継手疲労強度という）は、母材
の引張強度を増加させても増加しないことが確かめられ
ていた。従って、構造用高張力鋼の継手疲労強度は構造
用低強度鋼のそれとほぼ同じであり、疲労破壊が問題と
なる鋼構造物では、高張力鋼を用いても設計疲労強度を
上げることができなかった。このような状況に対して、
継手疲労強度を向上させる種々の方法が検討されてき
た。
【０００３】これらのうち、溶接継手の溶接金属または
ＨＡＺの特性改善を目的とする方法としては、特開昭５
４−１３０４５１号公報、特開昭６０−６８１７５号公
報などに記載されたものがある。また、溶接継手に限定
しなければ、冷・熱延鋼板については延性向上を目的と
した発明はいくつかあり、特開昭６４−７９３４５号公
報、特開昭６３−４２６９０号公報、特開昭６４−６２
４２０号公報、特開平１−２４２７２１号公報、特開平
１−２３０７１５号公報などに記載のものあるが、これ
らは何れも残留オーステナイトを含む鋼材を対象とした
ものである。
ＨＡＺの特性改善を目的とする方法としては、特開昭５
４−１３０４５１号公報、特開昭６０−６８１７５号公
報などに記載されたものがある。また、溶接継手に限定
しなければ、冷・熱延鋼板については延性向上を目的と
した発明はいくつかあり、特開昭６４−７９３４５号公
報、特開昭６３−４２６９０号公報、特開昭６４−６２
４２０号公報、特開平１−２４２７２１号公報、特開平
１−２３０７１５号公報などに記載のものあるが、これ
らは何れも残留オーステナイトを含む鋼材を対象とした
ものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のうち、溶接
金属の特性改善に関する特開昭５４−１３０４５１号公
報に示されたものは、室温以下のＭｓ点（マルテンサイ
ト変態点）をもつオーステナイト系溶接棒で溶接した溶
接金属を、室温以下の温度に冷却して変態膨張させるも
のである。しかし、Ｍｓ点が室温以下の材料は、Ｎｉ、
Ｃｒ等を多量に含む高価な材料であり、かつ溶接後に室
温以下のＭｓ点まで冷却する作業が別途必要であること
から、多大のコスト上昇につながる。また、Ｎｉ、Ｃｒ
等を多量に含む溶接材料で溶接可能な材料のみが対象と
なり、その他の材料については適用できない。
金属の特性改善に関する特開昭５４−１３０４５１号公
報に示されたものは、室温以下のＭｓ点（マルテンサイ
ト変態点）をもつオーステナイト系溶接棒で溶接した溶
接金属を、室温以下の温度に冷却して変態膨張させるも
のである。しかし、Ｍｓ点が室温以下の材料は、Ｎｉ、
Ｃｒ等を多量に含む高価な材料であり、かつ溶接後に室
温以下のＭｓ点まで冷却する作業が別途必要であること
から、多大のコスト上昇につながる。また、Ｎｉ、Ｃｒ
等を多量に含む溶接材料で溶接可能な材料のみが対象と
なり、その他の材料については適用できない。
【０００５】また、特開昭６０−６８１７５号公報に記
載された発明は、１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス
鋼のみを対象としたものであり、母材以上１０％以下の
Ｎｉ含有量のマルテンサイト系溶接棒を用いる必要があ
るとともに、溶接後加熱処理を必要とし、これも多大の
コスト増になる。さらに、延性向上を目的とした冷・熱
延鋼板に関する特開昭６４−７９３４５号公報、特開昭
６３−４２６９０号公報、特開昭６４−６２４２０号公
報、特開平１−２４２７２１号公報、特開平１−２３０
７１５号公報に記載された発明は、何れも残留オーステ
ナイト含ませることによりプレス成形性を向上させるも
ので、これらの鋼板を通常の溶接方法で溶接した場合、
ＨＡＺはマルテンサイトもしくはベーナイト組織とな
り、残留オーステナイトを含む冷・熱延鋼板の溶接継手
の疲労強度は、従来鋼板のそれと全く同じである。
載された発明は、１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス
鋼のみを対象としたものであり、母材以上１０％以下の
Ｎｉ含有量のマルテンサイト系溶接棒を用いる必要があ
るとともに、溶接後加熱処理を必要とし、これも多大の
コスト増になる。さらに、延性向上を目的とした冷・熱
延鋼板に関する特開昭６４−７９３４５号公報、特開昭
６３−４２６９０号公報、特開昭６４−６２４２０号公
報、特開平１−２４２７２１号公報、特開平１−２３０
７１５号公報に記載された発明は、何れも残留オーステ
ナイト含ませることによりプレス成形性を向上させるも
ので、これらの鋼板を通常の溶接方法で溶接した場合、
ＨＡＺはマルテンサイトもしくはベーナイト組織とな
り、残留オーステナイトを含む冷・熱延鋼板の溶接継手
の疲労強度は、従来鋼板のそれと全く同じである。
【０００６】本発明は、高価な元素を添加することな
く、また特別な後処理を必要とすることなく、継手疲労
強度を高めた溶接継手およびその溶接方法を提供するこ
とを目的とするものである。
く、また特別な後処理を必要とすることなく、継手疲労
強度を高めた溶接継手およびその溶接方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、添加元素を特定した母材および溶接材
料、さらに付加的に溶接入熱を制限した溶接方法を用い
て、Ａｃ1 点以上溶融点未満の温度範囲に加熱された溶
接熱影響部（以下、ＨＡＺという）および溶接金属の組
織にフェライトを含ませることにより、溶接金属および
ＨＡＺの延性を向上させて疲労亀裂発生・伝播抵抗を高
め、同時に溶接金属とＨＡＺの強度差をなくし、溶接金
属の歪集中を小さくして、疲労強度を高めた溶接継手お
よびその溶接方法を安定して得ることを特徴とする。
に、本発明は、添加元素を特定した母材および溶接材
料、さらに付加的に溶接入熱を制限した溶接方法を用い
て、Ａｃ1 点以上溶融点未満の温度範囲に加熱された溶
接熱影響部（以下、ＨＡＺという）および溶接金属の組
織にフェライトを含ませることにより、溶接金属および
ＨＡＺの延性を向上させて疲労亀裂発生・伝播抵抗を高
め、同時に溶接金属とＨＡＺの強度差をなくし、溶接金
属の歪集中を小さくして、疲労強度を高めた溶接継手お
よびその溶接方法を安定して得ることを特徴とする。
【０００８】すなわち、本発明の要旨とするところは下
記のとおりである。 （１）重量％で、０．００１％≦Ｃ≦０．０１０％、
０．００３％≦Ｓｉ≦０．０２０％、０．１０％≦Ｍｎ
≦０．２５％、Ｓ≦０．０２０％を含有し、残部がＦｅ
および不可避の元素から成り、Ａｃ1 点以上溶融点未満
の温度に加熱された溶接熱影響部が、体積率でフェライ
トを７０％以上含み、かつ前記フェライトの平均粒径が
３０〜３００μｍであり、残部がパーライト、ベーナイ
ト、マルテンサイトのうち１種または２種以上から構成
される構造用鋼、および、重量％で、０．０２％≦Ｃ≦
０．０８％、０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％、０．１５
％≦Ｍｎ≦０．３０％、Ｓ≦０．０２０％を含有し、残
部がＦｅおよび不可避の元素から成り、体積率でフェラ
イトを７０％以上含み、残部がパーライト、ベーナイ
ト、マルテンサイトのうち１種または２種以上から構成
される溶接金属から成ることを特徴とする疲労強度に優
れた溶接継手。
記のとおりである。 （１）重量％で、０．００１％≦Ｃ≦０．０１０％、
０．００３％≦Ｓｉ≦０．０２０％、０．１０％≦Ｍｎ
≦０．２５％、Ｓ≦０．０２０％を含有し、残部がＦｅ
および不可避の元素から成り、Ａｃ1 点以上溶融点未満
の温度に加熱された溶接熱影響部が、体積率でフェライ
トを７０％以上含み、かつ前記フェライトの平均粒径が
３０〜３００μｍであり、残部がパーライト、ベーナイ
ト、マルテンサイトのうち１種または２種以上から構成
される構造用鋼、および、重量％で、０．０２％≦Ｃ≦
０．０８％、０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％、０．１５
％≦Ｍｎ≦０．３０％、Ｓ≦０．０２０％を含有し、残
部がＦｅおよび不可避の元素から成り、体積率でフェラ
イトを７０％以上含み、残部がパーライト、ベーナイ
ト、マルテンサイトのうち１種または２種以上から構成
される溶接金属から成ることを特徴とする疲労強度に優
れた溶接継手。
【０００９】（２）重量％で、０．００１％≦Ｃ≦０．
０１０％、０．００３％≦Ｓｉ≦０．０２０％、０．１
０％≦Ｍｎ≦０．２５％、Ｓ≦０．０２０％を含有し、
さらに０．０２％≦Ｐ≦０．２０％、０．０１％≦Ｎｉ
≦２．５％、０．０１％≦Ｃｒ≦２．５％、０．１％≦
Ｍｏ≦２．０％、０．００５％≦Ｔｉ≦１．０％、０．
０００１％≦Ｂ≦０．０１％、０．００５％≦Ｎｂ≦
１．０％、０．００５％≦Ｖ≦２．０％、０．００１％
≦Ａｌ≦０．１％のうち１種または２種以上を含有する
構造用鋼を母材とすることを特徴とする前項（１）記載
の疲労強度に優れた溶接継手。
０１０％、０．００３％≦Ｓｉ≦０．０２０％、０．１
０％≦Ｍｎ≦０．２５％、Ｓ≦０．０２０％を含有し、
さらに０．０２％≦Ｐ≦０．２０％、０．０１％≦Ｎｉ
≦２．５％、０．０１％≦Ｃｒ≦２．５％、０．１％≦
Ｍｏ≦２．０％、０．００５％≦Ｔｉ≦１．０％、０．
０００１％≦Ｂ≦０．０１％、０．００５％≦Ｎｂ≦
１．０％、０．００５％≦Ｖ≦２．０％、０．００１％
≦Ａｌ≦０．１％のうち１種または２種以上を含有する
構造用鋼を母材とすることを特徴とする前項（１）記載
の疲労強度に優れた溶接継手。
【００１０】（３）重量％で、０．０２％≦Ｃ≦０．０
８％、０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％、０．１５％≦Ｍ
ｎ≦０．３０％、Ｓ≦０．０２０％を含有し、さらに
０．０２％≦Ｐ≦０．２０％、０．０１％≦Ｎｉ≦２．
５％、０．０１％≦Ｃｒ≦２．５％、０．１％≦Ｍｏ≦
２．０％、０．００５％≦Ｔｉ≦１．０％、０．０００
１％≦Ｂ≦０．０１％、０．００５％≦Ｎｂ≦１．０
％、０．００５％≦Ｖ≦２．０％、０．００１％≦Ａｌ
≦０．１％のうち１種または２種以上を含有する溶接金
属を有することを特徴とする前項（１）または（２）記
載の疲労強度に優れた溶接継手。
８％、０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％、０．１５％≦Ｍ
ｎ≦０．３０％、Ｓ≦０．０２０％を含有し、さらに
０．０２％≦Ｐ≦０．２０％、０．０１％≦Ｎｉ≦２．
５％、０．０１％≦Ｃｒ≦２．５％、０．１％≦Ｍｏ≦
２．０％、０．００５％≦Ｔｉ≦１．０％、０．０００
１％≦Ｂ≦０．０１％、０．００５％≦Ｎｂ≦１．０
％、０．００５％≦Ｖ≦２．０％、０．００１％≦Ａｌ
≦０．１％のうち１種または２種以上を含有する溶接金
属を有することを特徴とする前項（１）または（２）記
載の疲労強度に優れた溶接継手。
【００１１】（４）前項（１）〜（３）の何れかに記載
の溶接継手を溶接するに際し、３３００〜３００００Ｊ
／ｃｍの入熱で行う被覆アーク溶接またはガスシールド
アーク溶接を用いることを特徴とする疲労強度に優れた
溶接継手の溶接方法。
の溶接継手を溶接するに際し、３３００〜３００００Ｊ
／ｃｍの入熱で行う被覆アーク溶接またはガスシールド
アーク溶接を用いることを特徴とする疲労強度に優れた
溶接継手の溶接方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。まず、本発明の溶接継手における母材の成分限定理
由について述べる。ＣはＨＡＺの破断延性に優れたフェ
ライト組織化、溶接止端近傍の硬度分布の均一化、溶接
残留応力の低下などのためには少なくすることが望まし
く、０．０１０％以下である必要があるが、一方、引張
強度確保のためには０．００１％以上は必要であるの
で、０．００１〜０．０１０％の範囲とする。
る。まず、本発明の溶接継手における母材の成分限定理
由について述べる。ＣはＨＡＺの破断延性に優れたフェ
ライト組織化、溶接止端近傍の硬度分布の均一化、溶接
残留応力の低下などのためには少なくすることが望まし
く、０．０１０％以下である必要があるが、一方、引張
強度確保のためには０．００１％以上は必要であるの
で、０．００１〜０．０１０％の範囲とする。
【００１３】Ｓｉは脱酸のためには不可避な元素であ
り、０．００３％以上を必要とするが、溶接性を確保す
るためには少なくすることが望ましいので、含有量は
０．０２０％以下とする。Ｍｎは安価に強度を向上でき
る元素として有用であり、引張強度確保のために０．１
０％以上は必要であるが、過剰になると溶接性を損なう
ので、含有量は０．１０〜０．２５％とする。
り、０．００３％以上を必要とするが、溶接性を確保す
るためには少なくすることが望ましいので、含有量は
０．０２０％以下とする。Ｍｎは安価に強度を向上でき
る元素として有用であり、引張強度確保のために０．１
０％以上は必要であるが、過剰になると溶接性を損なう
ので、含有量は０．１０〜０．２５％とする。
【００１４】Ｓは不純物元素であり、溶接割れ感受性の
低減や応力除去焼鈍による脆化や割れの防止を図るた
め、０．０２０％以下に限定する。Ｓは含有量を下げて
も引張強度への影響は殆どなく、また含有量が低下する
につれて靱性が向上する。必要に応じて添加含有させる
Ｐ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌは、
以下の理由によりその含有量を規制した。
低減や応力除去焼鈍による脆化や割れの防止を図るた
め、０．０２０％以下に限定する。Ｓは含有量を下げて
も引張強度への影響は殆どなく、また含有量が低下する
につれて靱性が向上する。必要に応じて添加含有させる
Ｐ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌは、
以下の理由によりその含有量を規制した。
【００１５】Ｐ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、
Ｖは、何れも継手疲労特性を向上させる成分であり、Ｈ
ＡＺに影響してかかる疲労強度を向上させていると考え
られる。この点でこれらの成分は同じ効果を有する成分
であり、本発明ではこれらの成分を１種または２種以上
含有させることが望ましい。しかし、過剰の添加は何れ
も靱性、溶接割れ感受性などの鋼板材質を劣化させるの
で、Ｐは０．０２％以上０．２０％以下、Ｎｉは０．０
１％以上２．５％以下、Ｃｒは０．０１％以上２．５％
以下、Ｍｏは０．１％以上２．０％以下、ＴｉとＮｂは
０．００５％以上１．０％以下、Ｂは０．０００１％以
上０．０１％以下、Ｖは０．００５％以上２．０％以下
とすることが好ましい。なお、Ｐは通常の製鋼工程にお
いて、０．０２％未満は不可避的に鋼材に含まれる元素
であるので、従来の溶接継手よりも継手疲労強度を向上
させるためには、０．０２％以上の添加が必要である。
Ｖは、何れも継手疲労特性を向上させる成分であり、Ｈ
ＡＺに影響してかかる疲労強度を向上させていると考え
られる。この点でこれらの成分は同じ効果を有する成分
であり、本発明ではこれらの成分を１種または２種以上
含有させることが望ましい。しかし、過剰の添加は何れ
も靱性、溶接割れ感受性などの鋼板材質を劣化させるの
で、Ｐは０．０２％以上０．２０％以下、Ｎｉは０．０
１％以上２．５％以下、Ｃｒは０．０１％以上２．５％
以下、Ｍｏは０．１％以上２．０％以下、ＴｉとＮｂは
０．００５％以上１．０％以下、Ｂは０．０００１％以
上０．０１％以下、Ｖは０．００５％以上２．０％以下
とすることが好ましい。なお、Ｐは通常の製鋼工程にお
いて、０．０２％未満は不可避的に鋼材に含まれる元素
であるので、従来の溶接継手よりも継手疲労強度を向上
させるためには、０．０２％以上の添加が必要である。
【００１６】Ａｌは脱酸のために０．００１％以上が必
要であるが、０．１％を超えて添加すると鋼中の介在物
が多くなりすぎ、靱性を低下させるため、０．１％を上
限とする。次に、本発明の溶接金属の成分限定理由につ
いて述べる。Ｃは構造用鋼母材と同様に、溶接金属の破
断延性に優れたフェライト組織化、溶接止端近傍の硬度
分布の均一化、溶接残留応力の低下などのためには少な
くすることが望ましく、０．０８％以下である必要があ
るが、凝固組織である溶接金属の引張強度確保のために
は母材よりも多くの含有量が必要で、０．０２％以上は
必要であるので、０．０２〜０．０８％の範囲とする。
要であるが、０．１％を超えて添加すると鋼中の介在物
が多くなりすぎ、靱性を低下させるため、０．１％を上
限とする。次に、本発明の溶接金属の成分限定理由につ
いて述べる。Ｃは構造用鋼母材と同様に、溶接金属の破
断延性に優れたフェライト組織化、溶接止端近傍の硬度
分布の均一化、溶接残留応力の低下などのためには少な
くすることが望ましく、０．０８％以下である必要があ
るが、凝固組織である溶接金属の引張強度確保のために
は母材よりも多くの含有量が必要で、０．０２％以上は
必要であるので、０．０２〜０．０８％の範囲とする。
【００１７】Ｓｉは脱酸のためには不可避な元素であ
り、さらに凝固組織の引張強度確保のためには母材より
も多くの含有量が必要で、０．０５％以上を必要とする
が、溶接性を確保するためには少なくすることが望まし
いので、含有量は０．１５％以下とする。Ｍｎは安価に
強度を向上できる元素として有用であり、溶接金属の強
度確保のためには母材よりも多くの含有量が必要で、
０．１５％以上を必要とするが、多くなると溶接性を損
なうので、含有量は０．１５〜０．３０％とする。
り、さらに凝固組織の引張強度確保のためには母材より
も多くの含有量が必要で、０．０５％以上を必要とする
が、溶接性を確保するためには少なくすることが望まし
いので、含有量は０．１５％以下とする。Ｍｎは安価に
強度を向上できる元素として有用であり、溶接金属の強
度確保のためには母材よりも多くの含有量が必要で、
０．１５％以上を必要とするが、多くなると溶接性を損
なうので、含有量は０．１５〜０．３０％とする。
【００１８】Ｓは不純物元素であり、溶接割れ感受性の
低減や応力除去焼鈍による脆化や割れの防止を図るた
め、０．０２０％以下に限定する。Ｓは含有量を下げて
も引張強度への影響は殆どなく、また含有量が低下する
につれて靱性が向上する。必要に応じて添加含有させる
Ｐ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌは、
以下の理由によりその含有量を規制した。
低減や応力除去焼鈍による脆化や割れの防止を図るた
め、０．０２０％以下に限定する。Ｓは含有量を下げて
も引張強度への影響は殆どなく、また含有量が低下する
につれて靱性が向上する。必要に応じて添加含有させる
Ｐ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌは、
以下の理由によりその含有量を規制した。
【００１９】Ｐ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｂ、
Ｖは、何れも溶接金属に影響してかかる疲労強度を向上
させていると考えられる。この点でこれらの成分は同じ
効果を有する成分であり、本発明ではこれらの成分を１
種または２種以上含有させることが望ましい。しかし、
過剰の添加は何れも靱性、溶接割れ感受性などの鋼板材
質を劣化させるので、Ｐは０．０２％以上０．２０％以
下、Ｎｉは０．０１％以上２．５％以下、Ｃｒは０．０
１％以上２．５％以下、Ｍｏは０．１％以上２．０％以
下、ＴｉとＮｂは０．００５％以上１．０％以下、Ｂは
０．０００１％以上０．０１％以下、Ｖは０．００５％
以上２．０％以下とすることが好ましい。
Ｖは、何れも溶接金属に影響してかかる疲労強度を向上
させていると考えられる。この点でこれらの成分は同じ
効果を有する成分であり、本発明ではこれらの成分を１
種または２種以上含有させることが望ましい。しかし、
過剰の添加は何れも靱性、溶接割れ感受性などの鋼板材
質を劣化させるので、Ｐは０．０２％以上０．２０％以
下、Ｎｉは０．０１％以上２．５％以下、Ｃｒは０．０
１％以上２．５％以下、Ｍｏは０．１％以上２．０％以
下、ＴｉとＮｂは０．００５％以上１．０％以下、Ｂは
０．０００１％以上０．０１％以下、Ｖは０．００５％
以上２．０％以下とすることが好ましい。
【００２０】Ａｌは脱酸のために０．００１％以上が必
要であるが、０．１％を超えて添加すると鋼中の介在物
が多くなりすぎ、靱性を低下させるため、０．１％を上
限とする。次に溶接工程上の限定理由について述べる。
本発明による溶接入熱は３３００〜３００００Ｊ／ｃｍ
とする。溶接入熱が３００００Ｊ／ｃｍ超では冷却速度
が遅くなり、ＨＡＺの組織（フェライト）の粒径が大き
くなるとともに強度（硬度）が極端に低下し、溶接金属
との強度差が大きくなってＨＡＺに歪が集中するため、
高疲労強度を得ることができない。添加元素との兼ね合
いによって、少なくとも溶接金属と同等の硬度をもつた
めの冷却速度に限定する必要がある。また、３３００Ｊ
／ｃｍ未満の溶接入熱では安定したアーク溶接が行え
ず、健全な溶接継手が得られない。このような理由か
ら、入熱を３３００Ｊ／ｃｍ以上３００００Ｊ／ｃｍ以
下とした。
要であるが、０．１％を超えて添加すると鋼中の介在物
が多くなりすぎ、靱性を低下させるため、０．１％を上
限とする。次に溶接工程上の限定理由について述べる。
本発明による溶接入熱は３３００〜３００００Ｊ／ｃｍ
とする。溶接入熱が３００００Ｊ／ｃｍ超では冷却速度
が遅くなり、ＨＡＺの組織（フェライト）の粒径が大き
くなるとともに強度（硬度）が極端に低下し、溶接金属
との強度差が大きくなってＨＡＺに歪が集中するため、
高疲労強度を得ることができない。添加元素との兼ね合
いによって、少なくとも溶接金属と同等の硬度をもつた
めの冷却速度に限定する必要がある。また、３３００Ｊ
／ｃｍ未満の溶接入熱では安定したアーク溶接が行え
ず、健全な溶接継手が得られない。このような理由か
ら、入熱を３３００Ｊ／ｃｍ以上３００００Ｊ／ｃｍ以
下とした。
【００２１】従来の疲労強度向上材料における発明は、
鋼板もしくは溶接材料のみに注目したものであるが、溶
接継手の疲労亀裂発生箇所は、必ずしもＨＡＺもしくは
溶接金属の一方に限るものではなく、溶接止端形状によ
り、ＨＡＺから発生する継手もあれば、溶接金属から発
生する継手もある。従って、両者の材質改善が必要であ
る。
鋼板もしくは溶接材料のみに注目したものであるが、溶
接継手の疲労亀裂発生箇所は、必ずしもＨＡＺもしくは
溶接金属の一方に限るものではなく、溶接止端形状によ
り、ＨＡＺから発生する継手もあれば、溶接金属から発
生する継手もある。従って、両者の材質改善が必要であ
る。
【００２２】本発明では、構造用鋼および溶接金属の化
学組成、および溶接入熱を制限することにより、溶接金
属およびＨＡＺのフェライト体積率を７０％以上にす
る。フェライトは延性（絞り）に優れているため、局部
的な歪の繰り返しに対する亀裂発生抵抗も大きく、かつ
疲労亀裂が発生しても亀裂閉口を起こしやすいため、亀
裂伝播抵抗も大きい。
学組成、および溶接入熱を制限することにより、溶接金
属およびＨＡＺのフェライト体積率を７０％以上にす
る。フェライトは延性（絞り）に優れているため、局部
的な歪の繰り返しに対する亀裂発生抵抗も大きく、かつ
疲労亀裂が発生しても亀裂閉口を起こしやすいため、亀
裂伝播抵抗も大きい。
【００２３】本発明者らは、構造用鋼ＨＡＺのフェライ
ト体積率およびフェライト粒径と疲労亀裂伝播抵抗との
関係を種々検討した結果、フェライト体積率が７０％以
上で、かつフェライト粒径が３０〜３００μｍの場合
に、最も疲労亀裂伝播速度が遅いことを見出した。フェ
ライト粒径が３０μｍ未満では亀裂開口比がさほど小さ
くならない。すなわち、疲労亀裂閉口現象が不十分なた
め、顕著な疲労亀裂伝播特性の向上は見られない。ま
た、フェライト粒径が３００μｍを超えると靱性が極端
に劣化し、脆性破壊的な疲労亀裂挙動により極めて早い
伝播速度を示すことも判った。これらフェライトの伝播
特性は、フェライト体積率が小さいと延性の小さい他の
組織の影響を受け、フェライト体積率が７０％未満にな
ると上述の良好な疲労亀裂伝播特性を得ることができな
い。
ト体積率およびフェライト粒径と疲労亀裂伝播抵抗との
関係を種々検討した結果、フェライト体積率が７０％以
上で、かつフェライト粒径が３０〜３００μｍの場合
に、最も疲労亀裂伝播速度が遅いことを見出した。フェ
ライト粒径が３０μｍ未満では亀裂開口比がさほど小さ
くならない。すなわち、疲労亀裂閉口現象が不十分なた
め、顕著な疲労亀裂伝播特性の向上は見られない。ま
た、フェライト粒径が３００μｍを超えると靱性が極端
に劣化し、脆性破壊的な疲労亀裂挙動により極めて早い
伝播速度を示すことも判った。これらフェライトの伝播
特性は、フェライト体積率が小さいと延性の小さい他の
組織の影響を受け、フェライト体積率が７０％未満にな
ると上述の良好な疲労亀裂伝播特性を得ることができな
い。
【００２４】溶接金属については、複雑な形状の凝固組
織のため粒径を決定することはできないが、ＨＡＺと同
様に、フェライト体積率が７０％未満の場合には同様に
フェライトの良好な特性を得ることができないことが実
験によって判った。フェライト以外の組織としては、ベ
ーナイト、マルテンサイト、パーライト等の１種または
２種以上の混合組織が考えられるが、これらの中では疲
労亀裂伝播特性の比較的良好なベーナイトの体積率が可
能な限り大きいことが望ましい。しかし、他の組織でも
上述のフェライトの効果を損なうものではない。
織のため粒径を決定することはできないが、ＨＡＺと同
様に、フェライト体積率が７０％未満の場合には同様に
フェライトの良好な特性を得ることができないことが実
験によって判った。フェライト以外の組織としては、ベ
ーナイト、マルテンサイト、パーライト等の１種または
２種以上の混合組織が考えられるが、これらの中では疲
労亀裂伝播特性の比較的良好なベーナイトの体積率が可
能な限り大きいことが望ましい。しかし、他の組織でも
上述のフェライトの効果を損なうものではない。
【００２５】さらに、ＨＡＺ組織をフェライト化するこ
とにより、通常のＨＡＺに見られる硬化を防ぐことがで
き、溶接金属への歪集中を低減することができる。凝固
ままの溶接金属に対して、通常のＨＡＺは硬化している
ことが多いが、３０〜３００μｍと比較的粒径の大きい
フェライト組織とすることにより硬化を抑え、ＨＡＺと
溶接金属の硬度差を小さくする。ＨＡＺと溶接金属の硬
度差を小さくすると、溶接止端の歪がＨＡＺおよび溶接
金属の両方にまたがって分布し、歪集中を低減でき、疲
労強度を向上させることができる。ＨＡＺの硬化が大き
い場合には、ＨＡＺの塑性変形は殆どなく、ＨＡＺに隣
接する溶接金属に大きな歪が集中するため、疲労強度の
向上は望めない。
とにより、通常のＨＡＺに見られる硬化を防ぐことがで
き、溶接金属への歪集中を低減することができる。凝固
ままの溶接金属に対して、通常のＨＡＺは硬化している
ことが多いが、３０〜３００μｍと比較的粒径の大きい
フェライト組織とすることにより硬化を抑え、ＨＡＺと
溶接金属の硬度差を小さくする。ＨＡＺと溶接金属の硬
度差を小さくすると、溶接止端の歪がＨＡＺおよび溶接
金属の両方にまたがって分布し、歪集中を低減でき、疲
労強度を向上させることができる。ＨＡＺの硬化が大き
い場合には、ＨＡＺの塑性変形は殆どなく、ＨＡＺに隣
接する溶接金属に大きな歪が集中するため、疲労強度の
向上は望めない。
【００２６】このように、構造用鋼および溶接材料の化
学組成、および溶接条件を制限することにより、ＨＡＺ
および溶接金属の組織（粒径）・硬度差を特定して、顕
著な疲労強度向上効果を得ることができる。また、本発
明では、前記入熱量で構造用鋼に溶接可能なアーク溶接
という意味から、被覆アーク溶接およびガスシールドア
ーク溶接に限定した。
学組成、および溶接条件を制限することにより、ＨＡＺ
および溶接金属の組織（粒径）・硬度差を特定して、顕
著な疲労強度向上効果を得ることができる。また、本発
明では、前記入熱量で構造用鋼に溶接可能なアーク溶接
という意味から、被覆アーク溶接およびガスシールドア
ーク溶接に限定した。
【００２７】
【実施例】表１、表２（表１のつづき−１）、表３（表
１のつづき−２）、表４（表１のつづき−３）、表５
（表１のつづき−４）、表６（表１のつづき−５）、表
７（表１のつづき−６）、表８（表１のつづき−７）の
上段に示す成分を有する板厚２０ｍｍの構造用鋼を圧延
まま（空冷）で製造し、炭酸ガスシールド溶接を行っ
て、十字隅肉溶接継手を製作した。下段は溶接金属の成
分を示す。表中には鋼材および溶接金属の成分以外に、
鋼材の機械的性質を示す。表中のＹＳは鋼材の降伏応力
を、ＴＳは引張強さを、Ｅｌ．は破断伸びを示す。さら
に、溶接入熱（ＨＩ）、ＨＡＺ（上段）および溶接金属
（下段）のフェライト分率（α）、ＨＡＺの平均フェラ
イト粒径（ｄ）も示す。図１に示す試験片形状・寸法の
十字隅肉溶接継手を、室温、大気中で片振り疲労試験
（応力比Ｒ＝０）を行った。その破断寿命が２００万回
となる疲労強度（公称応力範囲）をＦＳとして表中に示
した。比較のため、添加元素含有量、溶接条件等を本発
明の範囲外に変化させた比較溶接継手の例も併せて示し
た。
１のつづき−２）、表４（表１のつづき−３）、表５
（表１のつづき−４）、表６（表１のつづき−５）、表
７（表１のつづき−６）、表８（表１のつづき−７）の
上段に示す成分を有する板厚２０ｍｍの構造用鋼を圧延
まま（空冷）で製造し、炭酸ガスシールド溶接を行っ
て、十字隅肉溶接継手を製作した。下段は溶接金属の成
分を示す。表中には鋼材および溶接金属の成分以外に、
鋼材の機械的性質を示す。表中のＹＳは鋼材の降伏応力
を、ＴＳは引張強さを、Ｅｌ．は破断伸びを示す。さら
に、溶接入熱（ＨＩ）、ＨＡＺ（上段）および溶接金属
（下段）のフェライト分率（α）、ＨＡＺの平均フェラ
イト粒径（ｄ）も示す。図１に示す試験片形状・寸法の
十字隅肉溶接継手を、室温、大気中で片振り疲労試験
（応力比Ｒ＝０）を行った。その破断寿命が２００万回
となる疲労強度（公称応力範囲）をＦＳとして表中に示
した。比較のため、添加元素含有量、溶接条件等を本発
明の範囲外に変化させた比較溶接継手の例も併せて示し
た。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】
【００３２】
【表５】
【００３３】
【表６】
【００３４】
【表７】
【００３５】
【表８】
【００３６】溶接継手疲労強度を比較すると、本発明溶
接継手は、比較溶接継手に比べて疲労強度が向上してい
る。本発明溶接継手１〜５は請求項１の継手または請求
項４の方法による継手、本発明溶接継手６〜１５は請求
項２の継手または請求項４の方法による継手、本発明溶
接継手１６〜２５は請求項３の継手または請求項４の方
法による継手である。本発明溶接継手のＨＡＺおよび溶
接金属は全てフェライト分率が７０％以上であり、その
他は主にベーナイトの混合組織である。十字隅肉溶接継
手において、本発明溶接継手の中で最も疲労強度の低い
継手（Ｎｏ．１）でも、比較溶接継手に比べて約２０％
以上疲労強度が向上している。
接継手は、比較溶接継手に比べて疲労強度が向上してい
る。本発明溶接継手１〜５は請求項１の継手または請求
項４の方法による継手、本発明溶接継手６〜１５は請求
項２の継手または請求項４の方法による継手、本発明溶
接継手１６〜２５は請求項３の継手または請求項４の方
法による継手である。本発明溶接継手のＨＡＺおよび溶
接金属は全てフェライト分率が７０％以上であり、その
他は主にベーナイトの混合組織である。十字隅肉溶接継
手において、本発明溶接継手の中で最も疲労強度の低い
継手（Ｎｏ．１）でも、比較溶接継手に比べて約２０％
以上疲労強度が向上している。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶接継
手、および本発明の溶接方法によって得られる継手は、
継手形式によらず広範囲にわたり溶接継手の疲労特性に
優れている。従って、疲労破壊が問題となる構造物での
使用に際し、設計・施工面で特別な配慮を必要とせず高
い疲労強度を安定して得ることが可能であり、工業的に
その効果は大きい。
手、および本発明の溶接方法によって得られる継手は、
継手形式によらず広範囲にわたり溶接継手の疲労特性に
優れている。従って、疲労破壊が問題となる構造物での
使用に際し、設計・施工面で特別な配慮を必要とせず高
い疲労強度を安定して得ることが可能であり、工業的に
その効果は大きい。
【図１】本発明の実施例における十字隅肉溶接継手の試
験片形状・寸法の説明図であり、（ａ）平面図、（ｂ）
は横断面図を示す。
験片形状・寸法の説明図であり、（ａ）平面図、（ｂ）
は横断面図を示す。
フロントページの続き (72)発明者 小林 順一 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 征矢 勇夫 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内
Claims (4)
- 【請求項１】 重量％で、 ０．００１％≦Ｃ≦０．０１０％、 ０．００３％≦Ｓｉ≦０．０２０％、 ０．１０％≦Ｍｎ≦０．２５％、 Ｓ≦０．０２０％ を含有し、残部がＦｅおよび不可避の元素から成り、Ａ
ｃ1 点以上溶融点未満の温度に加熱された溶接熱影響部
が、体積率でフェライトを７０％以上含み、かつ前記フ
ェライトの平均粒径が３０〜３００μｍであり、残部が
パーライト、ベーナイト、マルテンサイトのうち１種ま
たは２種以上から構成される構造用鋼、および、 重量％で、 ０．０２％≦Ｃ≦０．０８％、 ０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％、 ０．１５％≦Ｍｎ≦０．３０％、 Ｓ≦０．０２０％ を含有し、残部がＦｅおよび不可避の元素から成り、体
積率でフェライトを７０％以上含み、残部がパーライ
ト、ベーナイト、マルテンサイトのうち１種または２種
以上から構成される溶接金属から成ることを特徴とする
疲労強度に優れた溶接継手。 - 【請求項２】 重量％で、 ０．００１％≦Ｃ≦０．０１０％、 ０．００３％≦Ｓｉ≦０．０２０％、 ０．１０％≦Ｍｎ≦０．２５％、 Ｓ≦０．０２０％ を含有し、さらに ０．０２％≦Ｐ≦０．２０％、 ０．０１％≦Ｎｉ≦２．５％、 ０．０１％≦Ｃｒ≦２．５％、 ０．１％≦Ｍｏ≦２．０％、 ０．００５％≦Ｔｉ≦１．０％、 ０．０００１％≦Ｂ≦０．０１％、 ０．００５％≦Ｎｂ≦１．０％、 ０．００５％≦Ｖ≦２．０％、 ０．００１％≦Ａｌ≦０．１％ のうち１種または２種以上を含有する構造用鋼を母材と
することを特徴とする請求項１記載の疲労強度に優れた
溶接継手。 - 【請求項３】 重量％で、 ０．０２％≦Ｃ≦０．０８％、 ０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％、 ０．１５％≦Ｍｎ≦０．３０％、 Ｓ≦０．０２０％ を含有し、さらに ０．０２％≦Ｐ≦０．２０％、 ０．０１％≦Ｎｉ≦２．５％、 ０．０１％≦Ｃｒ≦２．５％、 ０．１％≦Ｍｏ≦２．０％、 ０．００５％≦Ｔｉ≦１．０％、 ０．０００１％≦Ｂ≦０．０１％、 ０．００５％≦Ｎｂ≦１．０％、 ０．００５％≦Ｖ≦２．０％、 ０．００１％≦Ａｌ≦０．１％ のうち１種または２種以上を含有する溶接金属を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の疲労強度に優
れた溶接継手。 - 【請求項４】 請求項１〜３の何れかに記載の溶接継手
を溶接するに際し、３３００〜３００００Ｊ／ｃｍの入
熱で行う被覆アーク溶接またはガスシールドアーク溶接
を用いることを特徴とする疲労強度に優れた溶接継手の
溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3525896A JPH09227987A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 疲労強度に優れた溶接継手およびその溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3525896A JPH09227987A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 疲労強度に優れた溶接継手およびその溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09227987A true JPH09227987A (ja) | 1997-09-02 |
Family
ID=12436796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3525896A Withdrawn JPH09227987A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 疲労強度に優れた溶接継手およびその溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09227987A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001300730A (ja) * | 2000-04-17 | 2001-10-30 | Kawasaki Steel Corp | 油井用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管の接続方法 |
| JP2007290032A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-11-08 | Nippon Steel Corp | 疲労強度に優れた鋼アーク溶接継手、その溶接方法及び鋼構造物 |
| EP2402103A1 (en) | 2010-07-01 | 2012-01-04 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Fillet weld joint and method for gas shielded arc welding |
| US10845084B2 (en) | 2016-03-18 | 2020-11-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Infrared light receiving window for light receiving element |
-
1996
- 1996-02-22 JP JP3525896A patent/JPH09227987A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001300730A (ja) * | 2000-04-17 | 2001-10-30 | Kawasaki Steel Corp | 油井用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管の接続方法 |
| JP4552268B2 (ja) * | 2000-04-17 | 2010-09-29 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 油井用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管の接続方法 |
| JP2007290032A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-11-08 | Nippon Steel Corp | 疲労強度に優れた鋼アーク溶接継手、その溶接方法及び鋼構造物 |
| EP2402103A1 (en) | 2010-07-01 | 2012-01-04 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Fillet weld joint and method for gas shielded arc welding |
| US9457416B2 (en) | 2010-07-01 | 2016-10-04 | Kobe Steel, Ltd. | Fillet weld joint and method for gas shielded arc welding |
| US10845084B2 (en) | 2016-03-18 | 2020-11-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Infrared light receiving window for light receiving element |
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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: 20030506 |