JPH09287052A

JPH09287052A - 水中溶接性と靱性に優れた鋼矢板

Info

Publication number: JPH09287052A
Application number: JP10123896A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Yokoyama; 泰康横山; Sadahiro Yamamoto; 定弘山本
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】水中溶接性と靱性に優れた鋼矢板を提供するこ
と。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％を含
有し、０．０５％≦（２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）≦０．２０％
を満たし、さらに炭素当量が０．４４％以下である水中
溶接性と靱性に優れた鋼矢板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木工事、港湾の
護岸工事等に使用され、水中溶接が必要とされる鋼矢板
に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼矢板は、土木工事、港湾の護岸工事等
に欠かせない部材であり、実使用時には電気防食用の電
極、各種アングル、チャンネル類、さらに打設時の鋼矢
板の回転を防止するストッパー等の様々な部品が溶接さ
れる。このような部品の取り付け溶接は、現地で施工注
に実施されることが多いため、水中溶接を含めた苛酷な
環境、厳しい溶接条件となることが一般的である。

【０００３】現在の鋼矢板に関するＪＩＳでは、耐候性
の観点などからＣｕ、不純物抑制の観点からＰ、Ｓが規
定されており、機械的性質としては降伏応力（ＹＳ）、
引張強さ（ＴＳ）、伸び（Ｅｌ）が規定されているが、
靱性は規定されておらず、溶接性については大気中溶
接、水中溶接共に規定されていない。しかし、水中溶接
等の過酷な溶接施工環境においても優れた溶接性を示す
鋼矢板は、公共性の高い護岸の保護につながり極めて重
要である。

【０００４】このような状況において、鋼矢板の材質と
しては特開平５−５１２７号公報、特開平６−２２０５
８２号公報に開示されたものがあるが、これらは主とし
て高強度化、港湾で使用される際の耐食性の付与を目的
としており、いずれも優れた水中溶接性や靱性について
は考慮されておらず、最も過酷な状況と考えられる水中
溶接において優れた溶接性と靱性とを兼備した鋼矢板に
関しては未だ知られていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記特開平
５−５１２７号公報では、高強度化のために、Ｃ、Ｖ、
Ｎを高くして、ＶＮ、ＶＣを用いて高強度化している。
また、特開平６−２２０５８２号公報ではステンレス鋼
と低合金鋼をクラッド化することで耐食性と強度の両立
を図っており、非常に高価な元素を多量に用いている。

【０００６】しかし、特開平５−５１２７号公報に開示
された技術のようにＣ、Ｎ量を多くした鋼矢板は、溶接
性が著しく劣化し、苛酷な水中溶接に限らず、通常の溶
接施工においても熱影響部に割れが生じたり、場合によ
っては靱性が著しく低下して溶接部位を使用できなくな
る。また、ステンレス鋼をクラッド化した鋼矢板は、各
層毎に溶接法を変更する必要があり、作業性が優れたも
のとはいえない。本発明はかかる事情に鑑みてなされた
ものであって、水中溶接性と靱性に優れた鋼矢板を提供
することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
ような苛酷な水中溶接時においても優れた溶接性を示
し、強度は従来の鋼矢板と同等以上となる鋼矢板の成分
および製造方法を検討してきた。その結果得られた結論
は、従来の鋼矢板を基本とする場合、溶接性に関しては
Ｃ量が大きく影響していると考えられれるため、その低
減により水中溶接性を向上させることは可能であるが、
その場合には強度の低下が懸念されるということであ
る。

【０００８】そこで本発明者らは、以上の点を考慮し、
水中溶接性の観点からＣ量を抑制し、他の成分を最適化
することにより、鋼矢板のＪＩＳ規格を十分に満たす強
度を有し、しかも水中溶接性および靭性に優れた鋼矢板
が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は、（１）重量％で、
Ｃ：０．０５〜０．２０％を含有し、０．０５％≦（２
Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）≦０．２０％を満たし、さらに炭素当
量が０．４４％以下であることを特徴とする水中溶接性
と靱性に優れた鋼矢板、および（２）重量％で、Ｃ：
０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、
Ｍｎ：０．６０〜１．６０％、Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．０１〜０．１
５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％を含有し、０．０
５％≦（２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）≦０．２０％を満たし、さ
らに炭素当量が０．４４％以下であることを特徴とする
水中溶接性と靱性に優れた鋼矢板を提供するものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。まず、炭素当量の影響について実験を行った結果
について説明する。表１に示す炭素当量を変化させた組
成を有する鋼を用い、鋼矢板を製造した。このようにし
て製造した鋼矢板について水中溶接による斜めｙ割れ溶
接試験を行った。図１に、この際の炭素当量と溶接試験
における表面割れ率との関係を示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】図１から明らかなように、炭素当量が０．
４４％を超えた場合、水中溶接試験における表面割れ率
が急激に増加し、実用上問題が生じる限界値の割れ率３
０％を超えるようになる。この結果から、水中溶接性に
優れた鋼矢板を得るためには、炭素当量を０．４４％以
下にする必要があることが導かれる。

【００１３】次に、Ｃ量について実験を行った結果につ
いて説明する。表２に示す組成を有する鋼を用い、鋼矢
板を製造した。ここでは、炭素当量０．４４％以下でＣ
量が異なる鋼を用いた。このようにして製造した鋼矢板
について、強度（ＹＳ、ＴＳ）、靭性（ｖＴｓ）を把握
し、水中溶接による斜めｙ割れ溶接試験を行った。図２
に、強度、靭性および溶接試験における表面割れ率に及
ぼすＣ量の影響について示す。

【００１４】

【表２】

【００１５】図２から明らかなように、Ｃ量が０．０５
％未満の場合、強度が鋼矢板の規格値（ＪＩＳのＳＹ２
９５のＹＳ、ＴＳの下限値）を満足しない。また、Ｃ量
が０．２０％を超えた場合、炭素当量が０．４４％以下
にもかかわらず、表面割れ率が３０％を超える。また靭
性もＣ量が０．２０％以下の鋼に比較して著しく低下し
ている。これに対して、Ｃ量が０．０５〜０．２０％の
範囲内の場合には、Ｃ量の増加に伴い割れ率の増加は認
められるが、実用上問題は生じないレベルである。ま
た、強度も鋼矢板の規格を十分に満足する。

【００１６】次に、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの影響について実験
を行った結果について説明する。表３に示す組成を有す
る鋼を用い、鋼矢板を製造した。ここでは、炭素当量
０．４４％で、Ｃ量が０．０５〜０．２０％で、２Ｎｂ
＋Ｖ＋Ｔｉの含有量が異なる鋼を用いた。このようにし
て製造した鋼矢板について、強度（ＹＳ、ＴＳ）、靭性
（ｖＴｓ）、水中溶接部の最高硬さ（Ｈｖ max）を把握
した。図３に、強度、靭性および水中溶接部の最高硬さ
に及ぼす２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉの影響について示す。

【００１７】

【表３】

【００１８】図３から明らかなように、２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔ
ｉの量が０．０５％未満の場合、ＴＳは規格を満たして
いるにもかかわらず、ＹＳが規格の下限値を満たさない
ため、実用上適さない。また、２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉの量が
０．２０％を超える場合には、ＹＳは十分に規格値を満
足するものの、焼入性が上昇し、靭性の低下、水中溶接
部の割れが発生する。したがって、ＹＳを満足し、水中
溶接部の最高硬さが割れの発生しない範囲であるために
は、０．０５％≦（２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）≦０．２０％と
する必要があることが導かれる。

【００１９】ただし、２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉが上記範囲であ
っても、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの単独の添加量が、それぞれ
０．０５％、０．１５％、０．０５％を超えている場合
には、焼入性の上昇により靭性の低下と水中溶接部の割
れが生じる。

【００２０】次に、本発明の主要部分である化学成分に
ついて詳細に説明する。まず、本発明において最も重要
である、Ｃ量、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの複合添加量、および炭
素当量について説明する。

【００２１】Ｃ：０．０５〜０．２０％Ｃは鋼の強度を安定して確保するために有効な元素であ
る。しかし、０．０５％未満では必要とする強度を得る
ことが困難であり、また０．２０％を超えると溶接性
（特に水中溶接性）が劣化し、溶接部の割れが生じる。
したがって、Ｃ量を０．０５〜０．２０％の範囲とす
る。

【００２２】２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ：０．０５〜０．２０％Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは、以下にも述べるように、いずれも強
度の上昇に有効な元素である。これらのうちＮｂは最も
効果的な元素である。しかし、上述したように多量の添
加は水中溶接性を劣化させる。そこでＮｂ、Ｖ、Ｔｉの
添加量のバランスを調整した結果、好ましくはこれら各
元素が後述する範囲を満したうえで、２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ
の量が０．０５〜０．２０％の範囲を満足すれば、強度
と水中溶接性を兼備することができる。

【００２３】炭素当量：０．４４％以下炭素当量（Ｃeq）は従来斜めｙ型ルート割れ試験方法で
ｙ割れの発生しない限界の合金添加量を示した値であ
り、Ｃeq＝Ｃ＋（Ｓｉ／２４）＋（Ｍｎ／６）＋（Ｖ／１
４）で表わされる値であるが、水中溶接試験においても、こ
の値が０．４４％以下であれば割れ等の欠陥が生じ難
い。したがって、炭素当量を０．４４％以下に規定し
た。

【００２４】これらが本発明において重要であるが、本
発明では以下に示す合金元素を含有させることができ、
以下にこれらの合金元素の限定理由について説明する。Ｓｉ：０．０５〜１．００％Ｓｉは脱酸および固溶による強度上昇に有効な元素であ
り、そのためには０．０５％以上の添加が必要である
が、１．００％を超えると溶接性を損なう。したがっ
て、Ｓｉ量を０．０５〜１．００％の範囲とする。

【００２５】Ｍｎ：０．６０〜１．６０％Ｍｎは強度確保のうえで有効な元素であり、特に高強度
化のためには０．６０％以上の添加が必要である。一
方、１．６０％を超えて添加すると溶接性を損なうだけ
でなく、偏析部が著しく硬化し靭性を損なう。したがっ
て、Ｍｎ量を０．６０〜１．６０％の範囲とする。

【００２６】Ｃｕ：０．５０％以下Ｃｕは鋼矢板のＪＩＳ規格においては含有することが必
須の成分であり、耐候性に有効な元素である。しかし、
０．５０％を超えると耐候性向上効果は飽和し、溶接性
を劣化させる。したがって、Ｃｕ量を０．５０％以下と
する。

【００２７】Ｎｂ：０．００５〜０．０５％Ｎｂは微量添加によりＹＳおよびＴＳを著しく上昇さ
せ、しかも溶接性の劣化が少ないため、本発明のような
水中溶接性と強度とが要求される鋼矢板の高強度化には
有効な元素であり、そのためには０．００５％以上の添
加が必要である。しかし０．０５％を超えて添加しても
強度上昇が飽和し、また焼入性が高くなりすぎて溶接部
に影響を与えることから０．０５％以下とすることが必
要である。したがって、Ｎｂ量を０．００５〜０．０５
％とする。

【００２８】Ｖ：０．０１〜０．１５％Ｖは微量添加によりＹＳおよびＴＳの上昇に有効であ
り、とくに本発明のような水中溶接性を要求される鋼矢
板の高強度化には０．０１％以上の添加が必要である。
一方、０．１５％を超えると溶接性が劣化する。したが
って、Ｖ量を０．０１〜０．１５％の範囲とする。

【００２９】Ｔｉ：０．００５〜０．０５％ＴｉはＴｉＮを形成し、加熱時のオーステナイト粒を微
細化する作用を有し、靭性向上に効果がある。この効果
を発揮させるためには０．００５％以上の添加が必要で
あるが、０．０５％を超えると溶接性を劣化させる。し
たがって、Ｔｉ量を０．００５〜０．０５％の範囲とす
る。

【００３０】鋼矢板の製造方法は特に限定されず、通常
の方法を採用することができる。すなわち、所定組成を
有する溶鋼を連続鋳造した後、熱間圧延およびさらに必
要な処理を施して製造することができる。

【００３１】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。（実施例１）表４に示す化学組成を有する供試鋼を用い
て常法にしたがって鋼矢板サンプルを作製した。これら
サンプルについて、強度（ＹＳ、ＴＳ）、靭性（ｖＴ
ｓ）、水中溶接部の最高硬さ（Ｈｖ max）および水中溶
接試験における割れの有無を把握した。その結果を表５
に示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】表５に示すように、炭素当量が０．４４％
を超えているＮｏ．１−１、１−11１−12、１−13、１
−14、１−15は水中溶接部に割れが生じた。また、Ｃ量
が０．２０％ｗｏ超えているＮｏ．１−３は靭性が劣
り、ｖＴｓが室温付近となっている。２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ
が０．２０％を超えているＮｏ．１−５は水中溶接部の
最高硬さが高く、割れの発生も認められた。２Ｎｂ＋Ｖ
＋Ｔｉが０．０５％未満のＮｏ．１−７は基本特性であ
るＹＳが鋼矢板の規格を満足しなかった。

【００３５】これに対して、炭素当量、Ｃ量、２Ｎｂ＋
Ｖ＋Ｔｉ量が本発明の範囲を満足するＮｏ．１−２、１
−４、１−６、１−８、１−９、１−10は、硬度、靭性
および水中溶接性のいずれも優れた値を示した。

【００３６】（実施例２）表６に示す化学組成を有する
供試鋼を用いて常法にしたがって鋼矢板サンプルを作製
した。これらサンプルについて、強度（ＹＳ、ＴＳ）、
靭性（ｖＴｓ）、水中溶接部の最高硬さ（Ｈｖ max）お
よび水中溶接試験における割れの有無を把握した。その
結果を表７に示す。

【００３７】

【表６】

【００３８】

【表７】

【００３９】表７に示すように、Ｓｉ添加量が０．０５
％未満のＮｏ．２−１は製鋼時に脱酸が十分ではなく、
靭性が劣化した。Ｓｉ量が著しく多いＮｏ．２−３は、
水中溶接部に割れが生じた。Ｍｎ量が０．６０％未満の
Ｎｏ．２−５は、強度が不十分であった。一方、Ｍｎ量
が１．６０％を超えるＮｏ．７は偏析により靭性が劣化
した。また、Ｃｕ量が０．５０％を超えるＮｏ．２−９
は溶接性が劣化しており、水中溶接部に割れが生じた。
Ｎｏ．２−11、２−13、２−15は、いずれも、０．０５
％≦（２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）≦０．２０％を満たしている
ものの、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの単独添加量が本発明で規定す
る範囲を超えているため、靭性が劣化し、水中溶接部の
硬化が著しかった。

【００４０】これに対して、炭素当量、Ｃ量、２Ｎｂ＋
Ｖ＋Ｔｉ量、および各成分が本発明の範囲を満足するＮ
ｏ．２−２、２−４、２−６、２−８、２−10、２−1
2、２−14、２−16は、硬度、靭性および水中溶接性の
いずれも優れた値を示した。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
合金成分を適切に組み合わせることにより、水中溶接性
と靭性に優れた鋼矢板が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】水中溶接による斜めｙ割れ溶接試験を行った際
における炭素当量と表面割れ率との関係を示す図。

【図２】強度、靭性および水中溶接試験における表面割
れ率に及ぼすＣ量の影響を示す図。

【図３】強度、靭性および水中溶接部の最高硬さに及ぼ
す２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉの影響について示す図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％を
含有し、０．０５％≦（２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ）≦０．２０
％を満たし、さらに炭素当量が０．４４％以下であるこ
とを特徴とする水中溶接性と靱性に優れた鋼矢板。
【請求項２】重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．６０〜１．６
０％、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．００５〜０．
０５％、Ｖ：０．０１〜０．１５％、Ｔｉ：０．００５
〜０．０５％を含有し、０．０５％≦（２Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔ
ｉ）≦０．２０％を満たし、さらに炭素当量が０．４４
％以下であることを特徴とする水中溶接性と靱性に優れ
た鋼矢板。