TW202300674A - 熔接結構體 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種脆性龜裂傳播停止性能優異的熔接結構體。所述熔接結構體包括使接合構件的端面對接於板厚50 mm以上的被接合構件的表面並將所述接合構件與所述被接合構件接合的T形接頭，該T形接頭的熔接金屬具有包含以面積%計為80%以上的沃斯田鐵相的組織。所述熔接結構體僅藉由在熔接施工時進行熔接材料的選定或熔接條件的調整，便能夠於達到大規模破壞之前阻止自厚壁的被接合構件產生的脆性龜裂向接合構件的傳播，可提高船體結構的安全性。

Description

熔接結構體
本發明是有關於一種例如大型貨櫃船或散裝貨船等的使用厚鋼板進行熔接施工而成的熔接鋼結構物（熔接結構體）。其中，尤其是有關於一種可使自厚鋼板的母材或熔接接頭部產生的脆性龜裂的傳播於達到結構物的大規模破壞之前停止的、脆性龜裂傳播停止特性優異的熔接結構體。
貨櫃船或散裝貨船為了提高裝載能力或提高裝卸效率等，例如與油輪等不同，具有增大船上部的開口部的結構。因此，於貨櫃船或散裝貨船中，尤其需要使船體外板高強度化或厚壁化。
另外，近年來，貨櫃船大型化，正在建造6,000 TEU～24,000 TEU之類的大型船。再者，TEU（Twenty feet Equivalent Unit，二十英尺貨櫃當量）表示換算成長度為20英尺的貨櫃的個數，表示貨櫃船的裝載能力的指標。伴隨此種船的大型化，船體外板有使用板厚：50 mm以上、屈服強度：390 N/mm 2級以上的厚鋼板的傾向。
關於成為船體外板的鋼板，近年來，就縮短施工期間的觀點而言，例如大多藉由電熱氣體電弧熔接等大入熱量熔接來進行對接熔接。此種大入熱量熔接容易導致熔接熱影響部的韌性大幅降低，成為自熔接接頭部產生脆性龜裂的原因之一。
另一方面，於船體結構中，先前就安全性的觀點而言，認為需要即便於萬一產生了脆性破壞的情況下，亦使脆性龜裂的傳播於達到大規模破壞之前停止，防止船體分離。
承接此種想法，於非專利文獻1中，報告有與板厚小於50 mm的造船用鋼板的熔接部的脆性龜裂傳播行為相關的實驗性研究結果。
於非專利文獻1中，對在熔接部強制性地產生的脆性龜裂的傳播路徑及傳播行為，實驗性地進行了調查。此處記載有如下結果：若熔接部的破壞韌性於某程度上得到確保，則因熔接殘留應力的影響而脆性龜裂大多會自熔接部向母材側逃散；但亦確認到多例脆性龜裂沿著熔接部傳播的例子。該情況暗示出，不能斷言為沒有脆性破壞沿著熔接部直進傳播的可能性。
但是，存在將與非專利文獻1中所使用的熔接同等的熔接應用於板厚小於50 mm的鋼板來建造的船舶沒有任何問題地航行等許多實際成果，除此以外，由於認定韌性良好的鋼板母材（造船E級鋼等）充分保持有使脆性龜裂停止的能力，因而造船用鋼材的熔接部的脆性龜裂傳播停止特性於船級規則等中未被特別要求。
於近年來的超過6,000 TEU的大型貨櫃船中，使用的鋼板的板厚超過50 mm，除了由板厚增大導致的破壞韌性的降低以外，亦採用熔接入熱量更大的大入熱量熔接，從而熔接部的破壞韌性有進一步降低的傾向。關於此種厚壁的大入熱量熔接接頭，例如，非專利文獻2中示出有：自熔接部產生的脆性龜裂有可能不向母材側逃散而直進，且即便於骨材等鋼板母材部亦不會停止。因此，確保應用有板厚50 mm以上的厚壁高強度鋼板的船體結構的安全性成為大問題。另外，於非專利文獻2中，亦指出有，尤其是為了使已產生的脆性龜裂的傳播停止，而需要具有特別的脆性龜裂傳播停止特性的厚鋼板。
針對此種問題，例如，於專利文獻1中，記載有一種熔接結構體，其較佳為於作為板厚50 mm以上的船殼外板的熔接結構體中，以與對接熔接部交叉的方式配置骨材，並藉由填角熔接進行接合而成。於專利文獻1所記載的技術中，記載有：藉由設為將具有規定的顯微組織的鋼板作為增強材料並進行填角熔接而成的結構，即便於對接熔接接頭部產生脆性龜裂，亦可藉由作為增強材料的骨材使脆性破壞停止，可防止如熔接結構體破壞般的致命性的損傷。然而，於專利文獻1所記載的技術中，為了將增強材料設為形成了所期望的組織的鋼板而需要複雜的步驟，結果，存在生產性降低、難以穩定地確保具有所期望的組織的鋼板的問題。
另外，於專利文獻2中，記載有一種熔接結構體，其包括將接合構件填角熔接於被接合構件而成的填角熔接接頭。於專利文獻2所記載的熔接結構體中，記載有：在填角熔接接頭剖面的接合構件與被接合構件的對接面殘存未熔敷部，對該未熔敷部的寬度以與被接合構件的脆性龜裂傳播停止性能Kca滿足特別的關係式的方式進行了調整；藉此，即便將被接合構件（凸緣（flange））設為板厚：50 mm以上的厚物材，亦可使接合構件中產生的脆性龜裂的傳播於填角熔接部的對接面停止，從而阻止脆性龜裂向被接合構件的傳播。然而，於專利文獻2所記載的技術中，接合構件的脆性龜裂傳播停止特性等不充分，因此不可謂是足以使被接合構件中產生的脆性龜裂於接合構件中停止傳播的充分的技術。
另外，於專利文獻3、專利文獻4、專利文獻5中，記載有一種熔接結構體，其是使接合構件的端面對接於被接合構件的表面，並藉由填角熔接將接合構件與被接合構件接合而成。於專利文獻3～專利文獻5所記載的技術中，記載有：製成於使接合構件的端面與被接合構件的表面對接後的面具有未熔敷部、且熔接腳長度或熔敷寬度的至少一者為16 mm以下的填角熔接接頭，之後製成填角熔接金屬的韌性於與被接合構件的板厚之間滿足特定的關係的填角熔接接頭，或者進而將接合構件設為脆性龜裂傳播停止性能優異的鋼板，或製成將對接熔接接頭的熔接金屬設為高韌性的熔接結構體，藉此可利用填角熔接部、或者利用接合構件的母材、或者利用接合構件及/或被接合構件的熔接部阻止自被接合構件熔接部產生的脆性龜裂傳播。
然而，於專利文獻3～專利文獻5所記載的各技術中，需要將熔接腳長度或熔敷寬度限制為16 mm以下，因此，就確保填角熔接部的強度的觀點而言，可應用於接合構件（腹板（web））及被接合構件（凸緣）的板厚最大為80 mm。
針對此種問題，例如，於專利文獻6中，記載有一種熔接結構體，其包括將接合構件的端面對接於板厚50 mm以上的被接合構件的表面、且將接合構件與被接合構件接合的填角熔接接頭。關於專利文獻6所記載的熔接結構體，記載有：填角熔接接頭的熔接腳長度及熔敷寬度超過16 mm，於填角熔接接頭的將接合構件的端面與被接合構件的表面對接後的面，具有於填角熔接接頭的剖面中為該接合構件的板厚tw的95%以上的未熔敷部，進而設為具有如下韌性、即熔接腳長度及熔敷寬度中小的一者的值L與被接合構件的板厚tf之間滿足特定的關係的韌性的填角熔接金屬，藉此即便將接合構件的板厚設為65 mm～120 mm，亦可利用填角熔接金屬阻止被接合構件中產生的脆性龜裂傳播。
另外，於專利文獻7中，記載有一種熔接結構體，其於腹板與凸緣的對接部分包括加倍構件。於專利文獻7所記載的熔接結構體中，將腹板對接且填角熔接於加倍構件，於該對接面殘存未熔敷部，進而將加倍構件重合且填角熔接於凸緣，於該重合面殘存未熔敷部。於專利文獻7所記載的技術中，記載有：若於加倍構件中使用沃斯田鐵（austenite）鋼板，則可利用加倍構件阻止長的大的脆性龜裂的傳播。 [現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2004-232052號公報 專利文獻2：日本專利特開2007-326147號公報 專利文獻3：日本專利第5395985號公報 專利文獻4：日本專利第5365761號公報 專利文獻5：日本專利第5408396號公報 專利文獻6：日本專利第6744274號公報 專利文獻7：日本專利第6615215號公報 [非專利文獻]
非專利文獻1：日本造船研究協會第147研究部會：「與船身用高張力鋼板大入熱量熔接接頭的脆性破壞強度評價相關的研究」，第87號（1978年2月），p. 35～53，日本造船研究協會 非專利文獻2：山口欣彌等：「超大型貨櫃船的開發-新的高強度極厚鋼板的實際應用-」，日本船舶海洋工學會誌，第3號（2005），p. 70～76，2005年11月
[發明所欲解決之課題]
但是，於專利文獻6所記載的技術中，為了限制熔接腳長度或熔敷寬度，必須於熔接時進行嚴格的施工管理，存在熔接施工的生產性降低或施工費用增大的問題。此外，於要求未熔敷部小的部分熔透熔接的結構中，存在無法確保充分的脆性龜裂傳播停止性能的問題。另外，於專利文獻7所記載的技術中，存在因加倍構件加工及熔接而施工成本增加的問題、或於在加倍構件中使用昂貴的沃斯田鐵鋼板的情況下材料費高漲的問題。
本發明的目的在於解決如所述般的現有技術的問題，並提供一種於不需要於熔接時進行嚴格的施工管理的情況下，便可於達到大規模破壞之前對在板厚：50 mm以上的被接合構件（凸緣）中產生的脆性龜裂向接合構件（腹板）的傳播進行阻止的、脆性龜裂傳播停止性能優異的熔接結構體。再者，本發明中設為對象的熔接結構體為具有T形接頭的熔接結構體，所述T形接頭是使接合構件的端面對接於被接合構件的表面、並藉由填角熔接或部分熔透熔接將該些熔接接合而成。 [解決課題之手段]
本發明者等人為了達成所述目的，而對影響T形接頭的脆性龜裂傳播停止韌性的各種主要原因進行了努力研究。結果，想到了若將T形接頭的熔接金屬的組織設為主要包含沃斯田鐵相的組織，則可使熔接金屬為高韌性，例如，即便於熔接金屬的熔接腳長度或熔敷寬度為16 mm以上的情況下、或於接合時使用部分熔透熔接的情況下，亦可製成脆性龜裂傳播停止性能優異的T形接頭。而且，獲得了如下見解：藉此，於不特別考慮接合構件（腹板）中使用的厚鋼板的脆性龜裂傳播停止性能的情況下，亦可利用T形接頭的熔接金屬阻止被接合構件（凸緣）中產生的脆性龜裂向接合構件（腹板）的傳播。
本發明是對所述見解進一步進行研究而完成者。 即，本發明的主旨如下。 [1]一種熔接結構體，包括使接合構件的端面對接於板厚50 mm以上的被接合構件的表面並將所述接合構件與所述被接合構件接合的T形接頭，所述熔接結構體的特徵在於： 所述T形接頭的熔接腳長度或熔敷寬度為16 mm以上，或者進而於所述T形接頭的將所述接合構件的端面與所述被接合構件的表面對接後的面，存在有於該T形接頭的剖面中為所述接合構件的板厚的30%以上的未熔敷部， 所述T形接頭的熔接金屬具有包含以面積%計為80%以上的沃斯田鐵相的組織。 [2]如所述[1]中記載的熔接結構體，其中所述T形接頭的熔接金屬具有以質量%計而含有C：0.02%～0.06%、Si：0.40%～0.80%、Mn：0.80%～1.70%、P：0.020%以下、S：0.010%以下、Ni：7.00%～13.00%、Cr：14.00%～24.00%、N：0.150%以下、O：0.050%以下、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的組成。 [3]如所述[1]或[2]記載的熔接結構體，其中所述被接合構件以與所述接合構件交叉的方式具有對接熔接接頭部。 [4]如所述[3]記載的熔接結構體，其中所述接合構件具有對接熔接接頭部，且以該對接熔接接頭部與所述被熔接構件的對接熔接接頭部交叉的方式配設所述接合構件。 [5]如所述[1]至[4]中任一項所述的熔接結構體，其中所述接合構件具有50 mm以上的板厚。 [6]如所述[1]至[5]中任一項所述的熔接結構體，其中所述未熔敷部於所述接合構件與所述被接合構件的對接面具有10 mm以下的間隙。 [發明的效果]
根據本發明，能夠於達到大規模破壞之前對自板厚50 mm以上的厚壁的被接合構件產生的脆性龜裂向接合構件的傳播進行阻止，尤其是可避免大型的貨櫃船或散裝貨船等的船體分離等大規模的脆性破壞，帶來提高船體結構的安全性的效果，於產業上發揮顯著的效果。另外，根據本發明，亦發揮如下效果：於不使用特殊鋼材、且亦不損害安全性的情況下，僅藉由在熔接施工時進行熔接材料的選定或熔接條件的調整，便可製造脆性龜裂傳播停止性能優異的熔接結構體。
如圖1的（a）～圖1的（d）至圖3的（a）、圖3的（b）中所例示般，本發明的熔接結構體包括使接合構件1的端面對接於被接合構件2的表面並將接合構件1與被熔接構件2接合的T形接頭。本發明的熔接結構體例如能夠應用於船舶的船體外板為被接合構件（凸緣）且隔離壁為接合構件（腹板）的船體結構中、或者甲板為被接合構件（凸緣）且艙口為接合構件（腹板）的船體結構中。
再者，所使用的被接合構件2是將板厚為50 mm以上、較佳為60 mm以上且120 mm以下的厚鋼板設為原材料。另外，接合構件1較佳為將板厚為50 mm以上、較佳為60 mm以上且120 mm以下的厚鋼板設為原材料。
再者，本發明的熔接結構體所包括的T形接頭具有熔接金屬5，且其熔接腳長度3或熔敷寬度13為16 mm以上。另外，於本發明的熔接結構體中，較佳為作為未熔接的結構不連續部的未熔敷部4（未熔敷部的寬度16）以於T形接頭的剖面中為接合構件1的板厚的30%以上的尺寸存在於接合構件1與被接合構件2的對接面。藉由存在未熔敷部4，而被接合構件2中傳播來的脆性龜裂容易於所述對接面中停止。
藉由與熔接線垂直的T形接頭剖面視圖將該狀態的具體例示於圖1的（a）～圖1的（d）中。圖1的（a）示出了接合構件1相對於被接合構件2直立地進行接合的情況，但於本發明中並不限定於此。例如，如圖1的（b）所示，接合構件1亦可相對於被接合構件2傾斜角度θ來進行接合。另外，如圖1的（c）所示，未熔敷部4亦可於接合構件1與被接合構件2之間具有間隙14。進而，如圖1的（d）所示，亦可於間隙14插入間隔件15。另外，就削減熔接時的工時的觀點而言，間隙14較佳為10 mm以下。於本發明中，接合構件與非接合構件的對接面中的「間隙」的大小是於與熔接線垂直的T形接頭剖面視圖中，自被接合構件的上表面的垂線與接合構件的端面相交的最長距離，於插入有間隔件的情況下，包含間隔件厚度。於間隔件與選自接合構件的端面及非接合構件的表面中的任一者或兩者相接的情況下亦相同。
脆性龜裂極少產生於缺陷少的鋼板母材部，大多產生於熔接部。於圖2的（a）、圖2的（b）或圖3的（a）、圖3的（b）所示般的T形接頭中，脆性龜裂是自被接合構件的對接熔接接頭部11產生。為了阻止已產生的脆性龜裂向接合構件1傳播，較佳為使接合構件1與被接合構件2之間存在結構的不連續部。於本發明中，作為結構的不連續部，使未熔敷部4以接合構件1的板厚的30%以上的尺寸存在於T形接頭的被接合構件2與接合構件1的對接面。未熔敷部4的寬度（尺寸）16的上限為接合構件1的板厚的100%，較佳為接合構件1的板厚的40%以上，更佳為50%以上，另外，較佳為99%以下，更佳為98%以下。於本發明中，作為結構的不連續部使未熔敷部存在於所述對接面，此外，亦使T形接頭的熔接金屬的韌性優異，藉此更確實地阻止脆性龜裂的傳播。
於圖2的（a）、圖2的（b）所示的熔接結構體中，為如下T形接頭，所述T形接頭是將被接合構件2設為利用對接熔接接頭11進行接合而成的鋼板並將接合構件1以與該對接熔接接頭11的熔接部交叉的方式進行熔接而成。另外，於圖3的（a）、圖3的（b）所示的熔接結構體中，為如下T形接頭，所述T形接頭是將接合構件1設為利用對接熔接接頭12進行接合而成的鋼板且將被接合構件2設為利用對接熔接接頭11進行接合而成的鋼板並以接合構件1的對接熔接接頭12與被接合構件2的對接熔接接頭11交叉的方式進行熔接而成。
於圖2的（a）、圖2的（b）、圖3的（a）、圖3的（b）中，將接合構件1與對接熔接接頭11以正交的方式配置，但本發明中並不限定於此。當然亦可傾斜地交叉。另外，T形接頭的製造方法無需特別限定，可應用任意的常用的製造方法。例如，亦可將被接合構件用鋼板彼此、接合構件用鋼板彼此對接熔接，並將所獲得的對接熔接接頭熔接來製造T形接頭。另外，亦可將對接熔接前的一組接合構件用鋼板臨時熔接於被接合構件，繼而將接合構件用鋼板彼此對接熔接，並將所獲得的對接熔接接頭正式熔接於被接合構件來製造T形接頭。
於本發明的熔接結構體中，T形接頭的熔接腳長度3或熔敷寬度13是設為16 mm以上。熔接腳長度3及熔敷寬度13小於16 mm時，雖有利於確保脆性龜裂傳播停止性能，但於如構件板厚超過80 mm般的情況下，難以確保熔接部的強度。另外，即便構件板厚為80 mm以下，於熔接腳長度3及熔敷寬度13小於16 mm的情況下，藉由施工時進行修改等，難以確保熔接部的強度的危險性亦變高。再者，熔接腳長度3及熔敷寬度13的上限並無特別限定，就施工效率等觀點而言，較佳為設為30 mm以下。
另外，於本發明的熔接結構體中，將T形接頭的熔接金屬的組織設為包含以面積%計為80%以上、較佳為84%以上、更佳為88%以上的沃斯田鐵相的組織。作為沃斯田鐵相以外的相，可例示以面積%計而為0%～20%的鐵氧體相等。就防止凝固裂紋的觀點而言，重要的是鐵氧體相利用例如舍夫勒（Schaeffler）組織圖等，根據熔接金屬組成來調整熔接金屬中的鐵氧體量。
再者，就確保熔接結構體的強度的觀點而言，具有所述組織的熔接金屬較佳為具有以維氏（Vickers）硬度計而為170 HV～260 HV（以屈服強度計為390 MPa以上，以拉伸強度計為490 MPa以上）的硬度（強度）特性。
藉由將熔接金屬的組織設為包含以面積%計為80%以上的沃斯田鐵相的組織，熔接金屬的韌性提高，即便於T形接頭的熔接腳長度3或熔敷寬度13為16 mm以上的情況下，亦可利用填角熔接接頭的熔接金屬使被接合構件中產生的脆性龜裂的傳播停止，從而阻止脆性龜裂向接合構件的傳播。
另外，具有所述組織的T形接頭的熔接金屬具有以質量%計而含有C：0.02%～0.06%、Si：0.40%～0.80%、Mn：0.80%～1.70%、P：0.020%以下、S：0.010%以下、Ni：7.00%～13.00%、Cr：14.00%～24.00%、N：0.150%以下、O：0.050%以下、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的熔接金屬組成。
接下來，對T形接頭的熔接金屬組成的限定理由進行說明。以下，組成中的質量%僅用%來記載。
C：0.02%～0.06% C為於熔接時作為碳化物析出，導致晶界腐蝕或點蝕的產生而使耐蝕性降低的元素，但亦具有藉由固溶強化而使熔接金屬的強度上升的作用。為了獲得此種效果，需要含有0.02%以上。然而，若含有超過0.06%，則耐蝕性降低。因此，將C限定為0.02%～0.06%的範圍。再者，較佳為0.02%～0.05%。
Si：0.40%～0.80% Si作為脫氧劑發揮作用，同時亦有助於增加熔接金屬的強度。為了獲得此種效果，需要含有0.40%以上。然而，若含有超過0.80%，則於凝固時偏析，並於凝固單元界面生成液相，從而使耐高溫裂紋性降低。進而，韌性降低。因此，將Si限定為0.40%～0.80%的範圍。再者，較佳為0.40%～0.70%。
Mn：0.80%～1.70% Mn為作為脫氧劑發揮作用，同時有助於增加沃斯田鐵相的強度的元素，於本發明中含有0.80%以上。另一方面，含有超過1.70%時導致脆化。因此，將Mn限定為0.80%～1.70%的範圍。再者，較佳為0.90%～1.60%。
P：0.020%以下 P為不可避免地包含的元素，由於在晶界偏析而對耐高溫裂紋性造成不良影響，因此理想的是儘量降低。然而，過度降低會導致精煉成本增大，因此於本發明中將P限定為0.020%以下。若P為0.020%以下，則可確保耐高溫裂紋性優異的熔接金屬。再者，較佳為P為0.010%以下。
S：0.010%以下 S為不可避免地包含的元素，由於在晶界偏析而對耐高溫裂紋性造成不良影響，因此理想的是儘量降低。然而，過度降低會導致精煉成本增大，因此於本發明中將S限定為0.010%以下。再者，較佳為S為0.007%以下。
Ni：7.00%～13.00% Ni為使沃斯田鐵相穩定化的元素，於本發明中需要含有7.00%以上。另一方面，含有超過13.00%時導致材料費高漲。因此，將Ni限定為7.00%～13.00%的範圍。再者，較佳為7.50%～12.50%。
Cr：14.00%～24.00% Cr有提高熔接金屬的強度的效果。於本發明中，若Cr小於14.00%，則無法充分確保所述效果。另一方面，若含有超過24.00%，則熔接金屬的韌性及耐高溫裂紋性降低。因此，將Cr限定為14.00%～24.00%的範圍。再者，較佳為14.50%～23.50%。
N：0.150%以下 N雖為不可避免地含有的元素，但亦為具有於固溶後的狀態下提高熔接金屬的強度的效果的元素，理想的是含有0.003%以上。另一方面，若過剩地含有，則韌性降低。因此，將N限定為0.150%以下的範圍。再者，較佳為0.003%～0.120%。
O：0.050%以下 O（氧）為不可避免地混入的元素，於熔接金屬中，形成Al系氧化物、或Si系氧化物，有助於抑制凝固組織的粗大化。由於此種效果於含有0.003%以上時變得明顯，因此理想的是含有0.003%以上，但若大量含有而超過0.050%，則氧化物的粗大化變得明顯。因此，將O（氧）限定為0.050%以下。再者，較佳為0.003%～0.040%。
所述成分為基本成分，但除了含有該些基本成分以外，亦可出於提高強度的目的選擇含有選自Nb：0.10%以下、Ti：0.10%以下中的一種或兩種以上作為選擇元素。
所述元素以外的剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。
具有所述組成、且具有所述組織的T形接頭的熔接金屬較佳為對熔接材料、熔接條件進行調整並進行多層堆疊熔接來形成，以獲得所述組成、組織。
作為熔接方法，常用的熔接被覆電弧熔接法、氣體金屬電弧熔接法均適宜。另外，作為熔接材料，日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）Z 3221所規定的市售的被覆熔接棒、JIS Z 3321所規定的市售的實心焊線（solid wire）、JIS Z 3323所規定的市售的藥芯焊線（flux cored wire）均適宜。再者，當然亦可利用調整為所期望的組成的實心焊線。
再者，於熔接中，亦可在如圖5所示般的接合構件1賦予具有規定角度（例如40°以下）的坡口。
以下，進一步基於實施例，進而說明本發明。 [實施例]
使用表2所示的板厚tw的屈服強度：355 N/mm 2～460 N/mm 2級厚鋼板作為接合構件1，且使用表2所示的板厚tf的屈服強度：355 N/mm 2～460 N/mm 2級厚鋼板作為被接合構件2，使接合構件1的端面對接於被接合構件2的表面，將該些熔接，製作成為圖4的（a）、圖4的（b）、圖4的（c）所示的形狀的實際結構尺寸的大型熔接接頭9。再者，將被接合構件設為厚鋼板（僅母材）（圖4的（a））或具有對接熔接接頭的厚鋼板（圖4的（b）、圖4的（c）），將接合構件設為厚鋼板（僅母材）（圖4的（a）、圖4的（b））或具有對接熔接接頭的厚鋼板（圖4的（c））。再者，對接熔接接頭是藉由表2所示的熔接入熱量的1道次大入熱量電熱氣體電弧熔接（SEGARC及雙電極SEGARC）或多層堆疊二氧化碳熔接（多層CO 2）來製作。
另外，熔接時，以熔接金屬成為表1所示的組成、表2所示的組織、硬度、以及熔敷寬度或熔接腳長度的方式，使用氣體金屬電弧熔接法（Gas Metal Arc Welding，GMAW），使熔接材料、熔接入熱量及遮護氣體等熔接條件發生變化，從而製作熔接接頭（T形接頭）。熔接材料是設為JIS Z 3323中規定的直徑：1.2 mm的藥芯焊線。再者，於一部分熔接接頭中，在接合構件1與被接合構件2之間設有間隙14。另外，於一部分熔接接頭中，在接合構件1設置如圖5所示般的坡口來進行熔接。
再者，自所獲得的T形接頭的熔接金屬中採集試驗片，使用發光分光分析法等測定熔接金屬組成，藉由基於電子背向散射繞射（Electron Backscattering Diffraction，EBSD）法的相分析測定熔接金屬組織，使用維氏硬度計（載荷0.3 kgf～1.0 kgf）測定熔接金屬硬度。將所獲得的結果示於表2中。
繼而，使用所獲得的大型熔接接頭9，製作圖4的（a）～圖4的（c）所示的超大型結構模型試驗體，實施脆性龜裂傳播停止試驗。超大型結構模型試驗體是藉由臨時熔接8將與被接合構件2相同的板厚的鋼板熔接於大型熔接接頭9的被接合構件2的下方而成。
再者，於圖4的（b）所示的超大型結構模型試驗體中，以與接合構件1正交的方式製作被接合構件2的對接熔接接頭部11，另外，於圖4的（c）所示的超大型結構模型試驗體中，使被接合構件2的對接熔接接頭部11與接合構件1的對接熔接接頭部12交叉。而且，將機械缺口7的前端加工成對接熔接接頭部11的接合部BOND、或熔接金屬WM。
另外，脆性龜裂傳播停止試驗中，對機械缺口7施加打擊而使脆性龜裂產生，並調查已傳播的脆性龜裂是否藉由熔接金屬而停止。所有的試驗均是於應力243 N/mm 2～283 N/mm 2、溫度：-10℃的條件下實施。應力243 N/mm 2是與應用於船體的屈服強度355 N/mm 2級鋼板的最大允許應力相當的值，應力257 N/mm 2是與應用於船體的屈服強度390 N/mm 2級鋼板的最大允許應力相當的值，應力283 N/mm 2是與應用於船體的屈服強度460 N/mm 2級鋼板的最大允許應力相當的值。溫度：-10℃為船舶的設計溫度。
將所獲得的結果示於表3中。
[表1]
[表1]
試驗體 No. 熔接金屬的化學成分（質量%） 備註
C Si Mn P S Ni Cr N O 其他
1 0.04 0.57 1.27 0.017 0.008 10.02 19.24 0.042 0.007 - 適合例
2 0.05 0.32 1.46 0.012 0.007 0.46 0.20 0.010 0.020 - 比較例
3 0.05 0.49 1.51 0.015 0.008 7.92 15.80 0.024 0.012 - 適合例
4 0.05 0.50 1.33 0.008 0.006 8.85 16.35 0.060 0.008 - 適合例
5 0.06 0.30 1.40 0.013 0.002 0.46 0.10 0.121 0.037 - 比較例
6 0.05 0.55 1.35 0.004 0.010 12.34 22.17 0.083 0.025 - 適合例
7 0.04 0.65 1.29 0.008 0.006 11.55 23.02 0.006 0.009 - 適合例
8 0.05 0.49 1.39 0.005 0.006 9.65 19.25 0.020 0.010 Ti：0.01 適合例
9 0.05 0.33 1.38 0.004 0.003 0.40 0.05 0.009 0.015 - 比較例
10 0.03 0.41 1.48 0.008 0.003 8.50 21.62 0.035 0.005 - 適合例
11 0.07 0.47 1.41 0.013 0.008 0.10 0.06 0.102 0.007 - 比較例
12 0.05 0.50 1.25 0.007 0.005 9.95 19.87 0.007 0.021 - 適合例
13 0.05 0.66 1.17 0.008 0.003 10.24 20.53 0.020 0.012 - 適合例
14 0.02 0.52 1.40 0.006 0.006 9.84 19.25 0.050 0.004 - 適合例
15 0.06 0.32 1.44 0.007 0.008 1.50 0.12 0.078 0.008 - 比較例
16 0.04 0.61 1.30 0.014 0.007 11.78 19.36 0.080 0.021 Nb：0.008 適合例
[表1（續）]
試驗體 No. 熔接金屬的化學成分（質量%） 備註
C Si Mn P S Ni Cr N O 其他
17 0.03 0.45 1.39 0.005 0.005 11.20 20.53 0.012 0.007 - 適合例
18 0.07 0.35 1.44 0.011 0.004 0.40 0.20 0.025 0.014 - 比較例
19 0.05 0.45 1.42 0.002 0.004 0.05 0.08 0.090 0.016 - 比較例
20 0.05 0.51 1.48 0.005 0.006 9.50 17.30 0.055 0.009 - 適合例
21 0.05 0.30 1.22 0.008 0.002 0.60 1.50 0.051 0.021 - 比較例
22 0.04 0.42 1.02 0.006 0.006 11.50 18.34 0.095 0.015 - 適合例
23 0.05 0.28 1.30 0.010 0.002 3.20 0.10 0.006 0.011 - 比較例
24 0.03 0.73 1.20 0.007 0.005 12.29 21.31 0.008 0.008 - 適合例
25 0.03 0.44 1.39 0.007 0.002 9.55 18.26 0.010 0.007 - 適合例
26 0.08 0.25 1.38 0.003 0.004 0.52 0.30 0.045 0.013 - 比較例
27 0.05 0.61 1.54 0.004 0.003 11.25 18.50 0.032 0.009 - 適合例
28 0.05 0.56 1.39 0.003 0.002 8.75 18.55 0.080 0.022 - 適合例
29 0.06 0.33 1.30 0.010 0.002 4.02 0.20 0.122 0.035 - 比較例
30 0.04 0.63 1.20 0.008 0.005 12.34 20.86 0.060 0.011 - 適合例
31 0.07 0.32 1.45 0.011 0.008 0.44 0.19 0.085 0.007 - 比較例
32 0.03 0.42 1.39 0.002 0.002 12.03 18.66 0.040 0.015 - 適合例
[表2]
[表2]
試驗體 No. 被接合構件 接合構件 熔接金屬部 備註
種類 板厚tf （mm） 熔接 方法 熔接入熱量 （kJ/cm） 龜裂 傳播部 種類 板厚tw （mm） 屈服強度 （N/mm 2） 熔接 方法 熔接入熱量 （kJ/cm） 熔接 方法 熔接入熱量 （kJ/mm） 坡口 賦予** 間隙 （mm） L（mm） **** 未熔敷部的 寬度B（mm） 未熔敷比率 Y（%）* 熔接金屬組織 （面積%）*** 熔接金屬 硬度HV
1 接頭 60 SEGARC 430 BOND 母材 60 470 - - GMAW 1.0～3.0 - - 16 59 98.3 γ：85.2、α：14.8 180 本發明例
2 接頭 60 SEGARC 430 BOND 母材 60 465 - - GMAW 1.0～3.0 - - 16 59 98.3 γ：0.5、α：99.5 185 比較例
3 接頭 60 SEGARC 430 BOND 接頭 60 385 SEGARC 430 GMAW 1.0～3.0 - - 16 59 98.3 γ：88.6、α：11.4 204 本發明例
4 接頭 60 SEGARC 430 BOND 母材 75 374 - - GMAW 1.0～3.0 有 - 16 25 33.3 γ：90.5、α：9.5 196 本發明例
5 接頭 60 SEGARC 430 BOND 母材 75 372 - - GMAW 1.0～3.0 - - 16 74 98.7 γ：1.0、α：99.0 221 比較例
6 接頭 70 SEGARC 430 BOND 接頭 70 478 SEGARC 430 GMAW 1.0～3.0 - - 16 69 98.6 γ：82.0、α：18.0 203 本發明例
7 接頭 70 SEGARC 430 BOND 母材 75 482 - - GMAW 1.0～3.0 - - 16 74 98.7 γ：83.5、α：16.5 195 本發明例
8 接頭 70 SEGARC 430 BOND 母材 75 400 - - GMAW 1.0～3.0 - - 16 74 98.7 γ：85.5、α：14.5 205 本發明例
9 接頭 70 SEGARC 430 BOND 母材 75 412 - - GMAW 1.0～3.0 - - 16 74 98.7 γ：0.8、α：99.2 216 比較例
10 接頭 70 SEGARC 430 BOND 母材 90 388 - - GMAW 1.0～3.0 - - 19 88 97.8 γ：88.9、α：11.1 219 本發明例
11 接頭 70 SEGARC 430 BOND 母材 90 365 - - GMAW 1.0～3.0 - - 19 88 97.8 γ：0.7、α：99.3 186 比較例
12 接頭 70 SEGARC 430 BOND 母材 90 367 - - GMAW 1.0～3.0 - 10 27 88 97.8 γ：82.3、α：17.7 215 本發明例
13 接頭 75 SEGARC 430 BOND 母材 75 422 - - GMAW 1.0～3.0 有 - 16 25 33.3 γ：86.3、α：13.7 221 本發明例
14 接頭 75 SEGARC 430 BOND 接頭 80 395 雙電極 SEGARC 570 GMAW 1.0～3.0 - - 19 78 97.5 γ：84.2、α：15.8 198 本發明例
15 接頭 75 SEGARC 430 BOND 母材 80 416 - - GMAW 1.0～3.0 - - 19 79 98.8 γ：4.1、α：95.9 184 比較例
16 接頭 75 雙電極 SEGARC 570 BOND 母材 90 400 - - GMAW 1.0～3.0 - - 19 89 98.9 γ：89.0、α：11.0 201 本發明例
*）Y（%）=（B/tw）×100 **）熔接部的坡口的有無：將坡口的形狀示於圖5中 ***）γ：沃斯田鐵相、α：鐵氧體相 ****）L：熔接腳長度或熔接寬度中任一長的一者
[表2（續）]
試驗體 No. 被接合構件 接合構件 熔接金屬部 備註
種類 板厚tf （mm） 熔接 方法 熔接入熱量 （kJ/cm） 龜裂 傳播部 種類 板厚tw （mm） 屈服強度 （N/mm 2） 熔接 方法 熔接入熱量 （kJ/cm） 熔接 方法 熔接入熱量 （kJ/mm） 坡口 賦予** 間隙 （mm） L（mm） **** 未熔敷部的 寬度B（mm） 未熔敷比率 Y（%）* 熔接金屬組織 （面積%）*** 熔接金屬 硬度HV
17 接頭 75 雙電極 SEGARC 570 BOND 母材 90 366 - - GMAW 1.0～3.0 - - 21 88 97.8 γ：91.3、α：8.7 205 本發明例
18 接頭 75 雙電極 SEGARC 570 BOND 母材 90 371 - - GMAW 1.0～3.0 - - 21 89 98.9 γ：0.1、α：99.9 195 比較例
19 接頭 75 雙電極 SEGARC 570 BOND 母材 100 388 - - GMAW 1.0～3.0 - 10 30 98 98.0 γ：0.2、α：99.8 202 比較例
20 接頭 80 雙電極 SEGARC 570 BOND 母材 80 413 - - GMAW 1.0～3.0 - - 19 79 98.8 γ：90.2、α：9.8 208 本發明例
21 接頭 80 雙電極 SEGARC 570 BOND 母材 80 400 - - GMAW 1.0～3.0 - - 19 79 98.8 γ：1.2、α：98.8 188 比較例
22 接頭 80 雙電極 SEGARC 570 BOND 母材 85 428 - - GMAW 1.0～3.0 - - 19 84 98.8 γ：89.2、α：10.8 204 本發明例
23 接頭 85 雙電極 SEGARC 570 BOND 母材 85 411 - - GMAW 1.0～3.0 - - 19 84 98.8 γ：8.2、α：91.8 211 比較例
24 接頭 90 多層CO 2 40 WM 母材 90 415 - - GMAW 1.0～3.0 - - 20 88 97.8 γ：82.3、α：17.7 215 本發明例
25 接頭 90 多層CO 2 40 WM 母材 90 433 - - GMAW 1.0～3.0 - - 20 88 97.8 γ：85.6、α：14.4 195 本發明例
26 接頭 90 多層CO 2 40 WM 母材 90 429 - - GMAW 1.0～3.0 - - 20 88 97.8 γ：1.3、α：98.7 187 比較例
27 接頭 100 多層CO 2 40 WM 接頭 100 423 多層CO 2 40 GMAW 1.0～3.0 - - 20 98 98.0 γ：90.6、α：9.4 204 本發明例
28 接頭 100 多層CO 2 40 WM 母材 100 417 - - GMAW 1.0～3.0 - - 20 98 98.0 γ：88.1、α：11.9 220 本發明例
29 接頭 100 多層CO 2 40 WM 母材 100 399 - - GMAW 1.0～3.0 - - 20 97 97.0 γ：5.5、α：94.5 213 比較例
30 接頭 120 多層CO 2 40 WM 母材 120 411 - - GMAW 1.0～3.0 - - 24 118 98.3 γ：84.8、α：15.2 214 本發明例
31 接頭 120 多層CO 2 40 WM 母材 120 422 - - GMAW 1.0～3.0 - - 24 118 98.3 γ：2.5、α：97.5 200 比較例
32 母材 100 - - BM 母材 100 420 - - GMAW 1.0～3.0 - - 20 97 97.0 γ：89.6、α：10.4 193 本發明例
*）Y（%）=（B/tw）×100 **）熔接部的坡口的有無：將坡口的形狀示於圖5中 ***）γ：沃斯田鐵相、α：鐵氧體相 ****）L：熔接腳長度或熔接寬度中任一長的一者
[表3]
[表3]
試驗體 No. 脆性龜裂傳播停止試驗結果 備註
試驗應力 （N/mm 2） 傳播/停止 停止位置
1 283 停止 WM 本發明例
2 283 傳播 - 比較例
3 243 停止 WM 本發明例
4 243 停止 WM 本發明例
5 243 傳播 - 比較例
6 283 停止 WM 本發明例
7 283 停止 WM 本發明例
8 257 停止 WM 本發明例
9 257 傳播 - 比較例
10 243 停止 WM 本發明例
11 243 傳播 - 比較例
12 243 停止 WM 本發明例
13 257 停止 WM 本發明例
14 257 停止 WM 本發明例
15 257 傳播 - 比較例
16 257 停止 WM 本發明例
17 243 停止 WM 本發明例
18 243 傳播 - 比較例
19 243 傳播 - 比較例
20 257 停止 WM 本發明例
21 257 傳播 - 比較例
22 257 停止 WM 本發明例
23 257 傳播 - 比較例
24 257 停止 WM 本發明例
25 257 停止 WM 本發明例
26 257 傳播 - 比較例
27 257 停止 WM 本發明例
28 257 停止 WM 本發明例
29 257 傳播 - 比較例
30 257 停止 WM 本發明例
31 257 傳播 - 比較例
32 257 停止 WM 本發明例
本發明例均是脆性龜裂於在被接合構件2中傳播後，突入熔接金屬5後停止。另一方面，於比較例中，脆性龜裂均是於在被接合構件2中傳播後並沒有於熔接金屬5停止，而是傳播至接合構件1。即，於比較例中，無法利用熔接金屬5阻止脆性龜裂的傳播。
1:接合構件 2:被接合構件 3:熔接腳長度 4:未熔敷部 5:熔接金屬 7:機械缺口 8:臨時熔接 9:大型熔接接頭 11:被接合構件的對接熔接接頭 12:接合構件的對接熔接接頭 13:熔敷寬度 14:間隙 15:間隔件 16:未熔敷部的尺寸（未熔敷部的寬度） θ:角度
圖1的（a）～圖1的（d）是示意性地表示T形接頭的接頭剖面的結構的一例的說明圖。 圖2的（a）、圖2的（b）是示意性地表示T形接頭的結構的另一例的說明圖；（a）為外觀圖，（b）為剖面圖。 圖3的（a）、圖3的（b）是示意性地表示T形接頭的結構的另一例的說明圖；（a）為外觀圖，（b）為剖面圖。 圖4的（a）～圖4的（c）是示意性地表示大型結構模型試驗體的形狀的說明圖。 圖5是表示T形接頭的坡口形狀的一例的說明圖。
1:接合構件
2:被接合構件
3:熔接腳長度
4:未熔敷部
5:熔接金屬
13:熔敷寬度
14:間隙
15:間隔件
16:未熔敷部的尺寸(未熔敷部的寬度)
θ:角度

Claims (6)

  1. 一種熔接結構體，包括使接合構件的端面對接於板厚50 mm以上的被接合構件的表面並將所述接合構件與所述被接合構件接合的T形接頭，所述熔接結構體的特徵在於： 所述T形接頭的熔接腳長度或熔敷寬度為16 mm以上，或者進而於所述T形接頭的將所述接合構件的端面與所述被接合構件的表面對接後的面，存在有於所述T形接頭的剖面中為所述接合構件的板厚的30%以上的未熔敷部， 所述T形接頭的熔接金屬具有包含以面積%計為80%以上的沃斯田鐵相的組織。
  2. 如請求項1所述的熔接結構體，其中所述T形接頭的熔接金屬具有以質量%計而含有C：0.02%～0.06%、Si：0.40%～0.80%、Mn：0.80%～1.70%、P：0.020%以下、S：0.010%以下、Ni：7.00%～13.00%、Cr：14.00%～24.00%、N：0.150%以下、O：0.050%以下、且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的組成。
  3. 如請求項1或請求項2所述的熔接結構體，其中所述被接合構件以與所述接合構件交叉的方式具有對接熔接接頭部。
  4. 如請求項3所述的熔接結構體，其中所述接合構件具有對接熔接接頭部，且以所述對接熔接接頭部與所述被熔接構件的對接熔接接頭部交叉的方式配設所述接合構件。
  5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的熔接結構體，其中所述接合構件具有50 mm以上的板厚。
  6. 如請求項1至請求項5中任一項所述的熔接結構體，其中所述未熔敷部於所述接合構件與所述被接合構件的對接面具有10 mm以下的間隙。
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