JPH101742A - 溶接継手の疲労強度に優れた高張力溶接構造用鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接ままでＨＡＺのミクロ組織がマルテンサ
イトとなる組成を持つ突き合わせ溶接継手または隅肉溶
接継手の疲労強度の向上を目的とする。 【解決手段】 重量比にて、Ｃ：０．０２〜０．２０
％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０５０％以下、Ｎｂ：０．００５〜０．３０
％、Ｖ：０．００５〜０．３０％、Ｂ：０．０００３〜
０．００２０％、０．４０≦Ｃｅｑ（％）≦０．８０
で、残部Ｆｅ及び不可避成分からなり、さらに、必要に
応じＣｕ：０．１〜２．５％、Ｎｉ：０．１〜１０．０
％、Ｃｒ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜１．５％
を一種あるいは二種以上含有し、ＨＡＺの組織がマルテ
ンサイト６０％以上となる組成を有した溶接継手の疲労
強度に優れた高張力溶接構造用鋼板及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は造船、建設構造物、
海洋構造物、橋梁、などの分野に用いられる溶接継手の
ＨＡＺ組織がマルテンサイト６０％以上となる組成を有
した、溶接部の疲労強度に優れた引張強さ６０〜１００
kgf/mm² 級の高張力溶接構造用鋼板及びその製造方法の
開発に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶接構造物の大型化と環境保全に対する
要求の高まりに伴い、構造物部材は従来にも増した信頼
性が要求されるようになってきている。溶接構造物で想
定される破壊形態としては疲労破壊、脆性破壊、延性破
壊などがあるが、これ等のうち、疲労破壊は実使用環境
下において最も頻繁に発生しやすい破壊形態であり、溶
接構造物の信頼性向上のために最も留意すべき問題であ
る。最近の大型タンカーにおける疲労き裂発生、海洋構
造物における疲労き裂を発端とした倒壊など、疲労破壊
が問題となった事例は少なくない。

【０００３】これまで、疲労破壊強度向上に関する技術
が多数公開されているが、そのほとんどは薄鋼板の母
材、あるいは、スポット溶接部の疲労強度向上に関する
ものである。例えば、特開昭６１−９６０５７号公報に
おいて、ベイナイトの面積率を５〜６０％とすることで
疲労強度向上が図れることが記載されている。

【０００４】溶接熱影響部（ＨＡＺ）の微視組織と疲労
強度の関係はこれまでほとんど明らかにされていない
が、特開平５−３４５９２号公報では、ＨＡＺ組織の疲
労強度は島状マルテンサイトの生成により向上すること
が明らかにされている。すなわち、硬質の島状マルテン
サイトがＨＡＺ組織中に存在すると、一旦発生した微視
疲労き裂は伝播を阻止し遅延され、実質的に疲労強度が
向上することが記載されている。

【０００５】また本発明者等は溶接部の疲労き裂発生・
伝播と、そのミクロ組織依存性に関する系統的な実験を
実施した結果、疲労き裂の発生と伝播を最も効果的に抑
制するＨＡＺミクロ組織はフェライトであることを明ら
かにし、Ｃｅｑ値を限定することによりＨＡＺフェライ
ト組織分率を増加させれば、溶接継手部の疲労強度は向
上することを先に提案した（特開平８−７３９８３号公
報）。

【０００６】さらに本発明者らは、８０kgf/mm² 高張力
鋼のようにＨＡＺ組織がマルテンサイトとなる場合、疲
労き裂発生・伝播の抑制は、高ＢとＴｉ添加、Ｃｅｑと
Ｎ量の制限が有効であることを明らかにし、すなわちＢ
添加はオーステナイト粒界を強化し、Ｃｅｑの限定はマ
ルテンサイトのラス境界を強化すれば、ＨＡＺ組織がマ
ルテンサイトからなる溶接部の疲労強度を向上できるこ
とも提案した（特願平７−０１５４５１号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６１−９６０５
７号公報は、ベイナイト面積率を特定範囲に限定するこ
とにより疲労強度を向上させるものであるが、これは薄
鋼板母材の疲労強度向上に関するものであり、本願が対
象とする厚鋼板の突き合わせ溶接、または隅肉溶接の疲
労強度向上には効果がない。

【０００８】特開平５−３４５９２号公報の発明では、
島状マルテンサイトを生成させるために、溶接後に溶接
部をＡｃ₁ 〜Ａｃ₃ の中間温度域に加熱後冷却する特殊
な溶接後熱処理を施すものであり、溶接ままで疲労強度
を向上させることはできない。

【０００９】特開平８−７３９８３号公報は、Ｃｅｑ値
を限定しＨＡＺフェライト組織分率を増加させることに
より溶接継手部の疲労強度を向上させるものである。図
２は各種鋼材における再現ＨＡＺ材の引張強度と疲労限
度比の関係を示したもので、ＨＡＺ組織をフェライトと
することによりＨＡＺ疲労強度を向上でき、すなわち溶
接継手部とした場合も疲労強度が向上できることを示し
ている。

【００１０】しかしこの方法は、溶接構造用軟鋼鋼板と
引張強さが５０kgf/mm² 高張力鋼板でＨＡＺ組織がフェ
ライトの場合であり、溶接入熱が小さく冷却速度が速い
場合や、６０〜１００kgf/mm² 高張力鋼でＨＡＺのミク
ロ組織がマルテンサイトとなる場合に対して特に改善を
目指したものではない。

【００１１】特願平７−０１５４５１号は、Ｂ添加によ
るＢのオーステナイト粒界偏析で粒界を強化し疲労き裂
発生・伝播を抑制するものであるが、十分な効果を得る
には０．００２０％以上の高Ｂ添加とＴｉ添加及びＮ量
の制限が必要となっており、Ｔｉ添加とＮ量の制限は製
鋼処理のコスト増加や処理の煩雑化は特に考慮していな
い。

【００１２】本発明は、応力集中度の低減や溶接残留応
力の低減を実現するための付加的な溶接施工法による疲
労強度向上ではなく、鋼材成分を制御することにより、
特にどうしても溶接ままではマルテンサイト６０％以上
になってしまう場合に対して、溶接ままで突き合わせ溶
接継手または隅肉溶接継手の疲労強度を向上した、製造
コストの安い、特に引張強さ６０〜１００kgf/mm² 高張
力鋼板およそれらの製造方法を提供することを目的とし
ている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＨＡＺの
組織がマルテンサイトとなる高張力鋼板で、溶接部の疲
労き裂発生・伝播と成分との関係を系統的に調査した結
果、ＨＡＺの組織がマルテンサイト６０％以上になると
疲労強度は極端に低くなり、そのＨＡＺ組織に対する疲
労き裂発生・伝播の抑制は、高Ｎｂ添加とＢ添加、又は
高Ｖ添加とＢ添加、さらにＣｅｑの限定が有効である知
見を得た。

【００１４】すなわち高Ｖ添加又は高Ｎｂ添加は、高Ｂ
添加とＴｉ添加及びＮ量の制限を必要とすることなくオ
ーステナイト粒界を強化し、さらにＣｅｑの限定はマル
テンサイトのラス境界を強化してＨＡＺの組織がマルテ
ンサイト６０％以上となる組成を有した溶接継手部の疲
労強度が向上できることを明らかにした。

【００１５】すなわち、本発明の要旨とするところは次
の通りである。 （１）重量比にて、 Ｃ ：０．０２〜０．２０％、 Ｍｎ：０．５〜２．０％、 Ｐ ：０．０５０％以下、 Ｓ ：０．０５０％以下、 Ｖ ：０．００５〜０．３０％、 Ｎｂ：０．００５〜０．３０％、 Ｂ ：０．０００３〜０．００２０％ を含有し、かつ０．４０≦Ｃｅｑ（％）≦０．８０を満
足し、残部Ｆｅ及び不可避成分からなることを特徴とす
る溶接継手の疲労強度に優れた高張力溶接構造用鋼板。
ただし Ceq(%) ＝ C＋ Mn/6 ＋ (Cu＋Ni)/15＋ (Cr＋Mo＋V)/5
＋ Nb/3

【００１６】（２）前記(1) 記載の成分に加えてさら
に、重量比で、 Ｃｕ：０．１〜２．５％、 Ｎｉ：０．１〜１０．０％、 Ｃｒ：０．１〜３．０％、 Ｍｏ：０．１〜１．５％、 の一種あるいは二種以上含有することを特徴とする前記
(1) 記載の、溶接継手の疲労強度に優れた高張力溶接構
造用鋼板。 （３）前記各項記載の成分に加えてさらに、重量比で、 Ｓｉ：０．１〜２．０％、 Ａｌ：０．０１〜０．０８％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％の一種あるいは二種以上 を含有することを特徴とする前記(1) または (2)記載
の、溶接継手の疲労強度に優れた高張力溶接構造用鋼
板。

【００１７】（４）前記(1) 乃至 (3)のいずれかの項に
記載の鋼と同一成分を含有する鋼塊を、熱間圧延・冷却
後にＡｃ₃ 以上１０００℃以下に再加熱した後、水冷も
しくは空冷し、引き続き４００℃〜Ａｃ₁ の温度範囲で
焼戻し処理することを特徴とする溶接継手の疲労強度に
優れた高張力溶接構造用鋼板の製造方法。 （５）前記(1) 乃至 (3)のいずれかの項に記載の成分を
含有する鋼塊を、Ａｃ₃以上１２００℃以下の温度で熱
間圧延を終了した後、水冷もしくは空冷し、引き続き４
００℃〜Ａｃ₁ の温度範囲で焼戻し処理することを特徴
とする溶接継手の疲労強度に優れた高張力溶接構造用鋼
板の製造方法。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明者らは、まず、溶接継手の
疲労試験片のき裂発生・伝播の状況をミクロ的に詳細に
観察を行った。その結果、ほとんどの疲労き裂は溶接金
属とＨＡＺの境界部、すなわち溶接融合線（ fusion li
ne；溶接金属とＨＡＺ境界）付近から発生し、ＨＡＺ内
を伝播し、さらに、母材部に突入して試験片の全体破壊
に至ることを知見した。溶接融合線付近は溶接止端部に
一致し、この部分で最も応力集中が高くなるためであ
る。このように、疲労き裂は溶接融合線付近から発生
し、ＨＡＺ内を伝播するために、疲労強度はＨＡＺのミ
クロ組織に大きく影響を受けることが明らかとなった。

【００１９】上記のように、疲労き裂の発生部は溶接融
合線近傍であり、さらに、き裂伝播の初期段階ではＨＡ
Ｚ内である。これらの領域は応力集中部に一致してい
る。従って、ＨＡＺミクロ組織と応力集中の両因子を再
現することにより、ＨＡＺミクロ組織が疲労強度に及ぼ
す影響を調査することができる。そこで、溶接再現熱サ
イクルを与えた鋼材から応力集中を設けた試験片を加工
し、疲労試験に供試し、ＨＡＺミクロ組織と疲労強度の
関係を求めた。試験片の外形寸法は１０×１０×５５m
m、切欠深さは２mm、先端半径は０．７５mmで、支点間
距離を４０mmとして３点曲げ繰り返し荷重を与え、疲労
破壊させた。応力集中係数は２．６である。

【００２０】図１及び図２は、次の４種についての疲労
試験を実施した結果で、疲労限度比（疲労限／再現ＨＡ
Ｚ材の引張強さ）を各種鋼材のＣｅｑに対してプロット
したものである。 軟鋼及び引張強さが５０kgf/mm² を有する実験室溶
解鋼を素材として、最高加熱温度１４００℃、８００〜
５００℃の冷却時間を１〜３秒とした溶接再現熱サイク
ルを与えてＨＡＺの組織をマルテンサイト６０％以上と
したもの。 Ｖ及びＢ（図２ではＮｂ及びＢ）を含まない引張強
さが６０〜８０kgf/mm² を有する実験室溶解鋼を素材と
して、最高加熱温度１４００℃、８００〜５００℃の冷
却時間を７秒とした溶接再現熱サイクルを与えて、ＨＡ
Ｚの組織をマルテンサイト６０％以上としたもの。 Ｖ（図２ではＮｂ）を０．１％含んだ引張強さが６
０〜８０kgf/mm² を有する実験室溶解鋼を素材として、
最高加熱温度１４００℃、８００〜５００℃の冷却時間
を７秒とした溶接再現熱サイクルを与えて、ＨＡＺの組
織をマルテンサイト６０％以上としたもの。 Ｖ（図２ではＮｂ）を０．１％、Ｂを０．０００５
％程度含んだ引張強さが６０〜８０kgf/mm² を有する実
験室溶解鋼を素材として、最高加熱温度１４００℃、８
００〜５００℃の冷却時間を７秒とした溶接再現熱サイ
クルを与えて、ＨＡＺの組織をマルテンサイト６０％以
上としたもの。

【００２１】ここで示したＣｅｑは、一般に使用されて
いるＩＩＷの炭素当量式にＮｂの焼入性上昇効果を考慮
した次式によるものである。 Ceq(%) ＝ C＋ Mn/6 ＋ (Cu＋Ni)/15＋ (Cr＋Mo＋V)/5
＋ Nb/3

【００２２】同図から明らかなように、(1) 疲労限度比
は、ＨＡＺの組織をマルテンサイト６０％以上の条件の
もとでは素材成分に依存し、０．１％Ｖ又は０．１％Ｎ
ｂ、０．０００５％Ｂを含んだ６０〜８０kgf/mm² 級
鋼、０．１％Ｖ又は０．１％Ｎｂを含んだ６０〜８０kg
f/mm² 級鋼、Ｖ及びＢ又はＮｂ及びＢを含まない６０〜
８０kgf/mm² 級鋼、５０kgf/mm² 級鋼の順に高いこと、
(2) 疲労限度比はＢ添加の有無にかかわらず、Ｃｅｑが
０．４０％以下になると低いこと、などがわかった。

【００２３】疲労強度が同じマルテンサイト６０％以上
の組織の場合に、Ｖ，Ｎｂ，Ｂ，Ｃｅｑなどの素材成分
に依存する原因は以下の点に起因すると考えられる。 (1) Ｃｅｑが小さい域ではマルテンサイトのラスとラス
界面の強度差は大きく、また粒内と粒界の強度差も大き
いことから、マルテンサイトのラス界面とオーステナイ
ト粒界で疲労き裂が容易に発生する。すなわち、Ｃｅｑ
が高いところではラスとラス界面の強度差が小さくな
り、ラス界面での疲労き裂の発生を遅らせること。

【００２４】(2) Ｖ又はＮｂの添加は、Ｖ及び微細なＶ
（ＣＮ）あるいはＶ₄ （ＣＮ）、Ｎｂ及び微細なＮｂ
（ＣＮ）がオーステナイト粒界及びマルテンサイトのラ
ス界面に偏析及び析出して強化し、粒界及びラス界面か
らの疲労き裂の発生を遅らせること。 (3) Ｂの添加は、Ｂがオーステナイト粒界に偏析するこ
とで粒界を強化して、オーステナイト粒界での疲労き裂
の発生を遅らせること。

【００２５】上記の検討結果から明らかなように、本発
明の骨子はＨＡＺの組織がマルテンサイト６０％以上か
らなる溶接部の疲労強度向上に対してオーステナイト粒
界強化を狙った高Ｖ添加とＢ添加、マルテンサイトのラ
ス界面強化を狙った高Ｖ添加又は高Ｎｂ添加とＣｅｑを
限定することが重要である。

【００２６】ここで、オーステナイト粒界強化を狙った
高Ｖ又はＮｂ添加とＢ添加、マルテンサイトのラス界面
強化を狙った高Ｖ又はＮｂ添加などの効果は、ＨＡＺの
組織がマルテンサイト６０％以上となる高張力溶接構造
用鋼板で特に有力である。

【００２７】以上の基本思想を基に、最初に基本成分を
限定した理由を以下に述べる。Ｃは強度を高めるために
必須の元素であり、０．０２％未満ではＨＡＺの組織が
マルテンサイト６０％以上の組織とならず本発明の対象
からはずれる。一方、０．２０％を超えるとＨＡＺ靭性
が極端に劣化し、さらにマルテンサイトラス界面よりき
裂が容易に発生するため、上限を０．２０％とし、そこ
でその量を０．０２〜０．２０％とした。

【００２８】Ｍｎは強度を高めるために必須の元素であ
るが、０．５％未満ではＨＡＺ組織はマルテンサイト主
体組織とならず本発明の対象からはずれる。一方、２．
０％を超えるとＨＡＺ靭性が極端に劣化し、さらにマル
テンサイトラス界面よりき裂が容易に発生するため、上
限を２．０％とし、そこでその量を０．５〜２．０％と
した。

【００２９】Ｐは偏析率が高く、且つ低融点物質を形成
して凝固割れの原因となるため、極力少ない方がよく、
その量を０．０５０％以下とした。ＳもＰと同じ理由で
その量を０．０５０％以下とする。

【００３０】Ｖ及びＮｂは本発明の成分として最も重要
な元素である。すなわちマルテンサイト組織を示すオー
ステナイト粒界に偏析及び析出してオーステナイト粒界
を強化すると共に、マルテンサイトのラス界面に偏析及
び析出してラス界面を強化し、溶接継手部の疲労強度を
向上できる。このような効果を得るためには０．０５％
を超えて添加する必要がある。また両元素は焼戻し時に
炭・窒化物を生成して析出硬化により強度を上昇させ
る。そのためには夫々０．００５％以上の添加が必要で
ある。しかし、両元素を０．０５％を超えて多量に添加
するとＨＡＺ靭性が低下するので、いずれか一方の元素
は０．０５％以下に制約することが好ましい。一方、夫
々の元素を０．３０％を超えて添加すると、粗大なＶ
（ＣＮ）あるいはＶ₄ （ＣＮ）又はＮｂ（ＣＮ）が析出
し、それが起点となってき裂が発生しやすくなり、疲労
強度が低下する。以上のことから、Ｖ及びＮｂは強度確
保の点から０．００５〜０．３０％添加するのがよく、
また、オーステナイト粒界を強化するためにはＶ或いは
Ｎｂのいずれか一方を０．０５超〜０．３％の範囲とし
て添加するのが好ましい。従って、Ｖ：０．０５％超〜
０．３％、かつＮｂ：０．００５〜０．０５％にする
か、若しくはＶ：０．００５％〜０．０５％、かつＮ
ｂ：０．０５超〜０．３％にすることが最も好ましい。

【００３１】また、Ｎｂ及びＶは、焼戻し時に炭・窒化
物を生成して析出硬化により強度を上昇させる。そのた
め０．００５％以上の添加が必要であるが、Ｎｂ含有量
が０．０５０％を超えた場合で、Ｖ含有量が０．０５％
超になる本発明鋼ではＨＡＺ靭性が低下する。従って、
Ｎｂの添加量はＶが０．０５超〜０．３０％のとき０．
００５〜０．０５０％とし、反対にＮｂが０．０５超〜
０．３０％のときはＶの量を０．００５〜０．０５％に
するのが良い。

【００３２】Ｂはマルテンサイト組織を示すオーステナ
イト粒界に偏析して、オーステナイト粒界を強化して溶
接継手部の疲労強度を向上できる。その効果を得るには
０．０００３％以上必要であり、安定してその効果を得
るには０．００２０％以上が必要であるが、０．００２
０％を超えるとＢＮが析出し、それが疲労き裂の起点と
なって疲労強度を低下させるため、その量を０．０００
３〜０．００２０％とする。

【００３３】以上が本発明における基本成分系である
が、さらに本発明においては上記成分の添加量と溶接熱
影響部の焼入性となる硬化性Ｃｅｑとの間に、０．４０
≦Ｃｅｑ（％）≦０．８０を満足せしめることを重要な
骨子としており、これによってＨＡＺの組織がマルテン
サイトを示すラス境界を強化して溶接部の疲労強度を向
上させるものである。すなわち、０．４０％未満ではマ
ルテンサイトのラスとラス界面の強度差が大きく、ラス
界面で疲労き裂が容易に発生する。従ってＣｅｑは高い
ほどよいことになるが、０．８０％を超えるとＨＡＺ靭
性が極端に劣化する。従って、その範囲を０．４０〜
０．８０％、ＨＡＺ靭性も考慮するならば、好ましくは
０．４０〜０．７０％とした。

【００３４】次に、選択的に添加するＣｕ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｏは、全て焼入性を高めてＣｅｑを高める元素で
あり、基本成分に一種あるいは二種以上含有することが
効果的である。以下に、各元素の強度及びその他の効果
に対する成分限定理由を述べる。

【００３５】Ｃｕは強度を向上させる元素として有効で
あるが、０．１％未満では強度向上の効果は見られず、
一方、２．５％超では溶接時に熱間割れを生じやすくす
るため、その添加量を０．１〜２．５％以下とする。

【００３６】Ｎｉは焼入性を高めて強度を上昇させる。
この効果を得るにはその添加量は０．１％以上必要であ
るが、１０％を超えると溶接硬化性が増し溶接性の低下
を招くことと、経済性を損なう。そこでその添加量を
０．１〜１０％とする。

【００３７】Ｃｒは焼入性を上げ強度を確保する上で
０．１％以上必要である。一方、３．０％を超えると炭
化物が異常に増加し靭性を低下させる。従って、その添
加量を０．１〜３．０％とする。

【００３８】Ｍｏは焼入性の強度を向上させる他、焼戻
し脆性を防止する。また未再結晶温度域を拡大して低温
圧延による細粒化効果を助長する。これ等の効果は０．
１％未満では十分に現れない。また、１．５％を超える
と粗大な炭化物を生成して靭性を低下させる他、ＨＡＺ
を著しく硬化させる。従って、その添加量を０．１〜
１．５％とする。

【００３９】以上が本発明における構成成分であるが、
さらに本発明においてはＳｉ，Ａｌ，Ｔｉを添加すると
効果的である。これらは全て脱酸元素であるため、その
効果を発揮するには一種あるいは二種以上添加すればよ
く、全て添加する必要はない。

【００４０】まず、もともとＳｉは強度確保のほか製鋼
の脱酸元素として必須の元素であり、０．１％未満では
脱酸が不十分となり、介在物が増加し、母材の延性や靭
性を低下させる。従って、最低０．１％は必要である
が、２．０％を超えると鋼材とＨＡＺの靭性が著しく劣
化するため、その量を０．１〜２．０％とした。

【００４１】Ａｌは脱酸元素としても必要であり、また
鋼中の不純物として存在するＮを固定し、溶接熱影響部
の靭性を向上させる。この効果を得るにはsol.Ａｌとし
て０．０１％以上必要であり、またその量が０．０８％
を超えると、鋼中にＡｌ₂ Ｏ₃ 系のクラスターを多く生
じ、溶接時の割れの問題を生じるので、その範囲を０．
０１〜０．０８％とした。

【００４２】Ｔｉは脱酸元素として効果がある他、鋼中
の不純物として存在するＮを固定することによって、Ｔ
ｉＮを生成してＨＡＺのオーステナイト粒の粗大化を抑
制すると共に、固溶Ｎを低下させ溶接部の靭性を向上さ
せる。さらにＢがＢＮとして析出するのを抑える効果も
ある。その量は０．００５％未満では効果がなく、多い
とＴｉＣを生成して、それが疲労き裂の起点となって疲
労強度を低下させるので、その添加範囲は０．００５〜
０．０３０％とした。

【００４３】次に、鋼板の製造条件を限定した理由を述
べる。本発明は、溶接継手のＨＡＺ組織がマルテンサイ
ト６０％以上となる組成を有した溶接部の疲労強度に優
れた高張力溶接構造用鋼板、特に引張強さ６０〜１００
kgf/mm² 高張力溶接構造用鋼板を提供するものである。

【００４４】まず、熱間圧延・冷却後における再加熱処
理の温度をＡｃ₃ 以上１０００℃以下に限定した理由
は、母材組成をマルテンサイト及びベイナイトにし、か
つ母材の強度−靭性バランスを得るための温度範囲であ
る。この温度以下では十分な強度が得られず、これ以上
の再加熱温度ではオーステナイト粒が粗大化し靭性が劣
化するためである。また熱間圧延の上限温度を１２００
℃の高温域までと拡大した理由は、圧延処理による細粒
化効果が期待でき、再加熱処理に比べて靭性の劣化が抑
制されるためである。

【００４５】圧延・冷却に引き続き実施する焼戻し処理
は、回復による母材組織の靭性向上を目的としたもので
あり、加熱温度の上限はＡｃ₁ 以下とする。また、本発
明ではＣｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖの析出元素を含有している
ため、熱処理で微細析出物を生成させることにより母材
強度を向上させることができるので、下限を４００℃と
する。なお、析出硬化を最も有効に作用させるための加
熱温度は、析出硬化元素にも依存するが４００〜６５０
℃の範囲が好ましい。

【００４６】以上が溶接継手の疲労強度に優れた引張強
さ６０〜１００kgf/mm² 高張力溶接構造用鋼板及びその
製造方法の限定理由であるが、溶接継手のＨＡＺ組織が
マルテンサイトとした本発明における好ましい溶接条件
範囲としては、実溶接の小入熱から中入熱に相当する１
５〜４５ＫＪ、８００〜５００℃の冷却時間で５〜４５
秒である。

【００４７】

【実施例】以下に、実施例により本発明の効果を具体的
に示す。表１ (a)及び(b) に示す化学成分の鋼Ａ〜Ｑ及
びＡ′〜Ｑ′を、５０ton 転炉で溶製して得た厚さ２０
０mm×幅１５００mm×長さ３０００mmのスラブを作り、
更に各スラブを、熱間圧延で２０mmにした後空冷した
ものを、Ａｃ₃ 以上１０００℃以下に再加熱後水冷もし
くは空冷し、引き続き４００℃〜Ａｃ₁ の温度範囲で焼
戻し処理したもの（再加熱後・焼戻し処理）、Ａｃ₃
以上１２００℃以下の温度で熱間圧延して２０mmにした
後、水冷もしくは空冷し、引き続き４００℃〜Ａｃ₁ の
温度範囲で焼戻し処理したもの（熱間圧延後・焼戻し処
理）、を供試鋼とした。その製造条件と鋼材の引張特性
を表２ (a)及び(b) に示す。これらの供試鋼を用いて表
３に示す溶接条件でＴ字隅肉溶接継手を作成した。溶接
条件は小入熱とした。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】

【表３】

【００５１】

【表４】

【００５２】

【表５】

【００５３】図４に、Ｔ字隅肉溶接継手から作成した３
点曲げ疲労試験片形状を示す。繰り返し最大荷重と最低
荷重の比が０．１の条件で疲労試験を実施した。表４
(a)及び(b) は疲労試験結果で、１〜６及び２１〜２６
は本発明例で、７〜１７及び２７〜３７は比較例であ
る。溶接継手疲労強度は１０⁶ 回疲労強度及び疲労限を
指標として比較した。同表にはＨＡＺ組織も併せて示
す。これより、ＨＡＺの組織がマルテンサイト６０％以
上となる組成を有した引張強さ６０〜１００kgf/mm² 高
張力の溶接継手の疲労強度の向上を目的とした本発明例
は、比較例に比べて向上することが確認された。

【００５４】

【表６】

【００５５】

【表７】

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明はＨＡＺの
組織がマルテンサイト６０％以上となる組成を有した高
張力鋼板、特に引張強さ６０〜１００kgf/mm² 高張力溶
接構造用鋼板において、疲労き裂発生・伝播の抑制に対
してＮｂ又はＶ添加及びＢ添加とＣｅｑを限定すること
により、付加的溶接による応力集中低減などによらずに
溶接継手の疲労強度を向上することが可能であり、本発
明鋼を用いることにより溶接構造物の疲労破壊に対する
信頼性を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】新たに行った切欠付き再現ＨＡＺ材の疲労試験
における疲労限界比とＣｅｑの関係の調査結果を示す図
表であり、Ｖ単独又はＶ，Ｂの添加と、Ｖ，Ｂ無添加の
例を示す。

【図２】新たに行った切欠付き再現ＨＡＺ材の疲労試験
における疲労限界比とＣｅｑの関係の調査結果を示す図
表であり、Ｎｂ単独又はＮｂ，Ｂの添加と、Ｎｂ，Ｂ無
添加の例を示す。

【図３】過去に本発明者らが行った切欠付き再現ＨＡＺ
材の疲労試験における疲労限界比の引張強度及びミクロ
組織依存性に関する試験結果を示す図表。

【図４】Ｔ字隅肉溶接継手疲労試験片を示す説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粟飯原 周二 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内 (72)発明者 斉藤 直樹 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比にて、 Ｃ ：０．０２〜０．２０％、 Ｍｎ：０．５〜２．０％、 Ｐ ：０．０５０％以下、 Ｓ ：０．０５０％以下、 Ｖ ：０．００５〜０．３０％、 Ｎｂ：０．００５〜０．３０％、 Ｂ ：０．０００３〜０．００２０％を含有し、かつ
   ０．４０≦Ｃｅｑ（％）≦０．８０を満足し、残部Ｆｅ
   及び不可避成分からなることを特徴とする溶接継手の疲
   労強度に優れた高張力溶接構造用鋼板。ただし Ceq(%) ＝ C＋ Mn/6 ＋ (Cu＋Ni)/15＋ (Cr＋Mo＋V)/5
   ＋ Nb/3
2. 【請求項２】 請求項１記載の成分に加えてさらに、重
   量比にて、 Ｃｕ：０．１〜２．５％、 Ｎｉ：０．１〜１０．０％、 Ｃｒ：０．１〜３．０％、 Ｍｏ：０．１〜１．５％、の一種あるいは二種以上含有
   することを特徴とする請求項１に記載の、溶接継手の疲
   労強度に優れた高張力溶接構造用鋼板。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の成分に加えてさ
   らに、重量比にて、 Ｓｉ：０．１〜２．０％、 Ａｌ：０．０１〜０．０８％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％の一種あるいは二種以
   上含有することを特徴とする請求項１または２に記載
   の、溶接継手の疲労強度に優れた高張力溶接構造用鋼
   板。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   成分を含有する鋼塊を、熱間圧延・冷却後にＡｃ₃ 以上
   １０００℃以下に再加熱した後、水冷もしくは空冷し、
   引き続き４００℃〜Ａｃ₁ の温度範囲で焼戻し処理する
   ことを特徴とする溶接継手の疲労強度に優れた高張力溶
   接構造用鋼板の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   成分を含有する鋼塊を、Ａｃ₃ 以上１２００℃以下の温
   度で熱間圧延を終了した後、水冷もしくは空冷し、引き
   続き４００℃〜Ａｃ₁ の温度範囲で焼戻し処理すること
   を特徴とする溶接継手の疲労強度に優れた高張力溶接構
   造用鋼板の製造方法。