(57)【要約】【課題】溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能な、耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体を提供する。【解決手段】母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで形成されてなり、当該鋼板溶接継手１の少なくとも一部に、該鋼板溶接継手１の溶接線Ｌ上から延在するとともに、鋼板溶接継手１の長手方向に対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜する傾斜ビード３１を具備する耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられている。【選択図】図１
2010162571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで形成される耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手であって、
当該鋼板溶接継手の少なくとも一部に、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在するとともに、前記鋼板溶接継手の長手方向に対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜する傾斜ビードを具備する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項２】
前記耐脆性き裂伝播方向制御部に備えられる前記傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ、前記鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ、及び板厚ｔの各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足すること、を特徴とする請求項１に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
３ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
｛但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す｝
【請求項３】
前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項４】
前記鋼板をなす母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であること、を特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項５】
前記鋼板をなす母材は、前記鋼板溶接継手の長手方向において、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端側よりも外側の部位の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であること、を特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項６】
前記鋼板をなす母材は、前記鋼板溶接継手の長手方向において、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端側よりも外側の部位の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であること、を特徴とする請求項４に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項７】
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板からなるとともに、前記小鋼板同士を突合せ溶接することで小鋼板溶接継手が形成されており、
前記小鋼板溶接継手は、前記鋼板溶接継手の溶接線上から延在する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端側に形成される水平ビードを含むこと、を特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項８】
母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体であって、
該鋼板溶接継手の少なくとも一部に、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接継手に脆性き裂が発生した場合に、脆性き裂の伝搬を制御、抑制する耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体に関する。具体的には、大型コンテナ船やバルクキャリア等の船舶用溶接構造体の他、建築構造物や土木鋼構造物等、厚板を用いて溶接を適用した溶接構造物の溶接継手において発生する可能性がある、脆性き裂の伝播を制御、抑制して安全性を向上させるための耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型コンテナ船やバルクキャリア等の船舶用溶接構造体、建築構造物や土木鋼構造物等に代表される溶接構造物においては、脆性き裂等の破壊に対する高い安全性が求められるようになっている。特に、コンテナ船等は大型化が顕著であり、例えば、６０００ＴＥＵ以上の大型コンテナ船が製造されるようになり、船殻外板の鋼板が厚肉化並びに高強度化し、板厚７０ｍｍ以上で降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼板が用いられるようになっている。ここで、ＴＥＵ（Ｔｗｅｎｔｙ  ｆｅｅｔ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）とは、長さ２０フィートのコンテナに換算した個数を表し、コンテナ船の積載能力の指標を示している。このようなコンテナ船は、積載能力や荷役効率の向上のため、仕切り壁を無くして上部開口部を大きく確保した構造とされており、特に、船殻外板や内板の強度を確保する必要があるため、上記高強度鋼板が好適に用いられる。
【０００３】
上述のような溶接構造物を建造する際、建造コストの低減や建造効率向上を目的として、大入熱溶接（例えば、エレクトロガスアーク溶接等）が広く適用されている。特に、鋼板の板厚が増すほど溶接工数が著しく増加するため、極限まで大入熱で溶接を行なうことが要求される。しかしながら、鋼板の溶接に大入熱溶接を適用した場合、溶接熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の靭性が低下し、ＨＡＺの幅も増大するため、脆性破壊に対する破壊靭性値が低下する傾向にある。
【０００４】
このため、溶接継手において脆性き裂が発生するのを抑制するとともに、脆性き裂の伝播停止（アレスト）を達成することを目的として、耐脆性破壊特性に優れたＴＭＣＰ鋼板（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ：熱加工制御）が提案されている。上記ＴＭＣＰ鋼板を用いることにより、脆性破壊発生に対する抵抗値である破壊靭性値が向上するため、通常の使用環境では脆性破壊する可能性は極めて低くなる。しかしながら、地震や構造物同士の衝突の事故や災害等の際に、万が一、脆性破壊が生じると、脆性き裂がＨＡＺを伝播して大きな破壊が生じる虞がある。
【０００５】
例えば、コンテナ船等に代表される溶接構造体では、板厚５０ｍｍ程度のＴＭＣＰ鋼板等が使用され、万が一、溶接継手で脆性き裂が発生しても、溶接残留応力によって脆性き裂が溶接部から母材側に逸れるので、母材のアレスト性能を確保すれば、脆性き裂を母材で停止できると考えられていた。また、６０００ＴＥＵを超える大型コンテナ船等、さらに大型の溶接構造体においては、より大きな板厚の鋼板が必要となり、さらに、構造を簡素化するうえで鋼板の厚肉化が有効であることから、設計応力が高い高張力鋼の厚鋼板を用いることが求められていた。しかしながら、このような厚鋼板を用いた場合、ＨＡＺの破壊靭性の程度によっては、脆性き裂が母材に逸れること無くＨＡＺに沿って伝播する虞がある。
【０００６】
上記問題を解決するため、突合せ溶接継手の一部に補修溶接を施し、ＨＡＺに沿って伝播する脆性き裂を母材側に逸らせる構成とされた溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、特許文献１の溶接構造体では、母材の破壊靭性が非常に優れている場合には有効であるが、母材の破壊靭性が不充分な場合には、母材側に逸れた脆性き裂が長く伝播し、構造物としての強度が著しく低下する虞がある。また、補修溶接部のボリュームが大きめとなり、工程時間が長くなるとともに、製造コストも増大するという問題がある。
【０００７】
また、溶接継手に発生する脆性き裂の伝播を停止させたい領域に、板状のアレスタ材が溶接線と交差するように貫通して溶接され、アレスタ材として、表面や裏面の板厚比２％以上の厚みの表層域における集合組織が適正化されたものを用いる溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、特許文献２に記載の溶接構造体を大型建造物に適用した場合、例えば、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ材を鋼板に溶接する溶接継手を伝播してアレスタ材に突入し、そのままアレスタ材の内部を伝播した後、再び溶接継手を伝播する虞がある。一方、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ材及び該アレスタ材を鋼板に溶接する溶接継手の位置で母材側に逸れた場合には、上記同様、母材の破壊靭性が不充分だと脆性き裂が長く伝播し、溶接構造物としての強度が著しく低下するという問題も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１３１７０８号公報
【特許文献２】特開２００７−０９８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、例え、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能な、耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、溶接構造体の溶接継手に脆性き裂が発生した場合に、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのを防止するため、鋼板間の溶接継手上に設ける耐脆性き裂伝播方向制御部について鋭意研究した。この結果、耐脆性き裂伝播方向制御部の形状並びに金属特性を適正化することにより、溶接継手及び母材における脆性き裂の伝播を抑制し、複数の鋼板が溶接継手によって接続されてなる溶接構造体に大規模な破壊が発生するのを未然防止できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は、特許請求の範囲に記載した以下の内容に関する。
【００１１】
［１］  母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで形成される耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手であって、当該鋼板溶接継手の少なくとも一部に、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在するとともに、前記鋼板溶接継手の長手方向に対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜する傾斜ビードを具備する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【００１２】
［２］  前記耐脆性き裂伝播方向制御部に備えられる前記傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ、前記鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ、及び板厚ｔの各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足すること、を特徴とする上記［１］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
３ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
｛但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す｝
［３］  前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする上記［１］又は［２］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【００１３】
［４］  前記鋼板をなす母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であること、を特徴とする上記［１］〜［３］の何れか１項に耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
［５］  前記鋼板をなす母材は、前記鋼板溶接継手の長手方向において、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端側よりも外側の部位の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であること、を特徴とする上記［１］〜［４］の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
［６］  前記鋼板をなす母材は、前記鋼板溶接継手の長手方向において、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端側よりも外側の部位の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であること、を特徴とする上記［４］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
［７］  前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板からなるとともに、前記小鋼板同士を突合せ溶接することで小鋼板溶接継手が形成されており、前記小鋼板溶接継手は、前記鋼板溶接継手の溶接線上から延在する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端側に形成される水平ビードを含むこと、を特徴とする上記［１］〜［６］の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【００１４】
［８］  母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体であって、該鋼板溶接継手の少なくとも一部に、上記［１］〜［７］の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
【００１５】
なお、本発明で規定する脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは、当該溶接構造体が使用される温度、あるいは設計温度における数値である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手によれば、母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで形成され、当該鋼板溶接継手の少なくとも一部に、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在するとともに、前記鋼板溶接継手の長手方向に対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜する傾斜ビードを具備する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられてなる構成なので、例え、鋼板溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制できる。従って、本発明の鋼板溶接継手を溶接構造体に適用することにより、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能な溶接構造体を、高い生産効率及び低コストで得ることができる。このような本発明に係る溶接構造体が、大型船舶をはじめ、建築構造物や土木鋼構造物等の各種溶接構造物に使用されることで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々が同時に満たされことから、その産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体の一例を説明する模式図であり、鋼板同士が溶接されて形成された鋼板溶接継手の一部に耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられた状態を示す平面図である。
【図２】本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体の一例を説明する模式図であり、図１に示す鋼板溶接継手及び溶接構造体のき裂伝播特性を説明する要部拡大図である。
【図３】本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体の一例を説明する模式図であり、本発明に係る溶接構造体を船舶用溶接構造体に適用した場合について説明する概略図である。
【図４】本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する模式図である。
【図５】本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する模式図である。
【図６】本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する模式図である。
【図７】本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体の実施例について説明する模式概略図である。
【図８】本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体の実施例について説明する模式概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体の実施の形態について図面を適宜参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００１９】
図１〜図６は、本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手及び溶接構造体（以下、単に鋼板溶接継手又は溶接構造体と略称することがある）を説明する模式図である。図１は本発明の第１の実施形態である鋼板溶接継手１並びにそれが用いられてなる溶接構造体Ａを示す平面図であり、図２は図１に示す鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａのき裂伝播特性を説明する要部拡大図である。また、図３は本発明に係る溶接構造体を船舶用溶接構造体に適用した場合について説明する概略図である。また、図４は本発明の第２の実施形態である鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂ、図５は本発明の第３の実施形態である鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃ、図６は鋼板溶接継手１０Ｂ及び溶接構造体Ｄについて説明する平面図である。なお、以下の説明において参照する図面は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体を説明する図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の鋼板溶接継手や溶接構造体等の寸法関係とは異なる場合がある。
【００２０】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態である溶接構造体Ａについて詳述する。
本実施形態の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）は、図１（図２も参照）に示すように、母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板２同士を突合せ溶接することで鋼板溶接継手１が形成されてなり、当該鋼板溶接継手１の少なくとも一部に、該鋼板溶接継手１の溶接線Ｌ上から延在するとともに、鋼板溶接継手１の長手方向に対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜する傾斜ビード３１を具備する耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられ、概略構成される。また、図１に示す例の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）は、２箇所の鋼板継手１１、１２の間に耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられている。また、図示例の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）は、耐脆性き裂伝播方向制御部３が、鋼板継手１１における溶接線Ｌ上から延在する傾斜ビード３１の後端３１ｂに水平ビード３２の一端３２ａが接続され、水平ビード３２の他端３２ｂが鋼板継手１２に接続されている。
【００２１】
『鋼板』
鋼板２は、母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされる鋼材からなる。本実施形態の溶接構造体Ａでは、図１に示すように、鋼片に対して各種圧延処理等を行なう際の加熱条件等を制御することにより、鋼材１をなす母材が、鋼板溶接継手１の長手方向において、該鋼板溶接継手１の溶接線Ｌ上から延在する耐脆性き裂伝播方向制御部３の、傾斜ビード３１の後端３１ｂ側よりも外側の部位、つまり、水平ビード３２よりも外側の部位である領域２０ａ（図１において縦長方向下側）の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされている。
【００２２】
鋼板２としては、船舶用溶接構造体、建築構造物及び土木鋼構造物等の分野において従来公知の鋼板特性を備えるものを、何ら制限無く用いることができ、その化学成分組成や金属組織等については限定されない。
また、鋼板２としては、以下に説明する化学成分組成とされたものを用いることが、詳細を後述する良好な耐脆性き裂伝播性が得られる点からより好ましい。なお、以下の説明における各元素の「％」は、特に説明が無い限り、「質量％」を表すものとある。
【００２３】
「Ｃ：炭素」（０．０１〜０．１８％）
Ｃは、鋼板の強度向上のために重要かつ最も基本的な元素であり、この効果を得るためには０．０１％以上を添加することが好ましい。しかしながら、０．１８％を超えてＣを添加すると、鋼材の溶接性や靱性の低下を招くので、その上限を０．１８％とした。
【００２４】
「Ｓｉ：ケイ素」（０．０１〜０．５  ％）
Ｓｉは、鋼板の脱酸作用を促進する元素であり、通常０．０１％以上を添加するが、強力な脱酸元素であるＡｌが充分に添加されている場合には不要である。また、０．５％を超えてＳｉを添加すると、溶接による鋼材の熱影響部の靱性を低下させるので０．５％を上限とする。
【００２５】
「Ｍｎ：マンガン」（０．６〜２.５％）
Ｍｎは、経済的に強度を確保するために０．６ ％以上を添加することが好ましい。しかしながら、２.５％を超えてＭｎを添加すると、溶接による鋼材の熱影響部の靱性を著しく阻害するため、その範囲を０．６〜２.５ ％とした。
【００２６】
「Ｐ：リン」（０．０１％以下）
Ｐは、不純物元素であるので、良好な脆性き裂伝播停止特性や大入熱溶接熱影響部の靭性を安定的に確保するためには、その含有量を０．０１％以下に制限することが好ましい。
【００２７】
「Ｓ：硫黄」（０．００１〜０．０２％）
Ｓは、０．０２％を超えて過剰に添加されると粗大な硫化物の生成の原因となり靱性を阻害するため、その含有される上限を０．０２％とした。しかしながら、大入熱溶接熱影響部でのピン止め効果を得るため、Ｓを０．００１ ％以上で添加することが好ましい。
【００２８】
なお、鋼板には、上記元素に加え、さらに、以下に説明するような元素を選択的に添加することにより、鋼板特性をより向上させることが可能となる。また、以下に説明する選択的添加元素においては、その含有量の上限及び下限について特に限定するものではないが、下記範囲で添加することにより、より効果を発揮しやすい。
【００２９】
「Ｂ：ボロン（ホウ素）」（０．０００１〜０．００５％）
Ｂは、Ｍｏとの複合効果によって焼入性を高め、強度を効果的に高める元素であり、このような効果を得るためには０．０００１％以上の添加が好ましい。しかしながら、Ｂの過剰の添加は靱性の低下を招くため、その上限を０．００５％とした。
【００３０】
「Ｍｏ：モリブデン」（０．０１〜１．０％）
Ｍｏは、上述したように、Ｂとの複合効果によって焼入性を高め、強度を効果的に高める元素であり、このような効果を得るためには０．０１％以上の添加が好ましい。しかしながら、１．０％を超えた多量のＭｏの添加は、必要以上の鋼板の強化とともに、靱性の著しい劣化をもたらすため、その範囲を０．０１〜１．０％とした。
【００３１】
「Ａｌ：アルミニウム」（０．００５〜０．１％）
Ａｌは、脱酸を担い、Ｏ（酸素）を低減して鋼の清浄度を高めるために必要な元素である。また、Ａｌ以外のＳｉ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｇ等の元素も脱酸作用があるが、例え、これらの元素が添加される場合でも、安定的にＯを低減するためには、０．００５％以上でＡｌが添加されていることが好ましい。但し、Ａｌの含有量が０．１％を超えると、アルミナ系粗大酸化物がクラスター化する傾向を強め、製鋼設備のノズル詰まりが生じたり、破壊起点としての有害性が顕在化したりする虞があるため、これを上限とすることが好ましい。
【００３２】
「Ｔｉ：チタン」（０．００３〜０．０５％）
Ｔｉは、微量の添加で結晶粒の微細化に有効であり、０．００３％以上添加する。しかしながら、Ｔｉを０．０５％超で添加すると、溶接による鋼板の熱影響部靭性を劣化させるため、上限を０．０５％とした。
【００３３】
「Ｃａ：カルシウム」（０．０００１〜０．００３％）
Ｃａは、鋼中で酸化物を形成しオーステナイト粒の成長を抑制する作用があることから添加するが、０．００３％を超えて添加すると、粗大な酸化物が生成し易くなり、母材、及び、溶接による鋼板の熱影響部靱性の低下をもたらす。しかしながら、０．０００１％未満のＣａの添加では、ピニング粒子として必要な酸化物の生成が充分に期待できなくなるため、その添加範囲を０．０００１〜０．００３％に限定した。
【００３４】
「Ｍｇ：マグネシウム」（０．０００１〜０．００５％）
Ｍｇは、鋼中で複合酸化物を形成し、旧オーステナイト粒の成長を抑制することから添加するが、０．０００１％未満の添加ではピニング粒子として必要な酸化物の生成が十分に期待できなくなるため、下限を０．０００１％とした。また、０．００５％を超えてＭｇを添加すると、粗大な酸化物が生成し易くなり、母材、及び、溶接による鋼板の熱影響部靱性の低下をもたらす。よって、その添加範囲を０．０００１〜０．００４％に限定した。
【００３５】
「Ｖ：バナジウム」（０．００１〜０．１８％）
Ｖは、母材を強化しつつ、大入熱溶接熱影響部の靭性を高める有効な元素である。また、Ｖは、炭化物、窒化物を形成して強度の向上効果がある元素であるが、０．００１％未満の添加ではその効果がなく、０．１８％を超える添加では、逆に靱性の低下を招くため、その範囲を０．００１〜０．１８％とした。
【００３６】
「Ｎｉ：ニッケル」（０．０１〜５．５％）
Ｎｉは、靭性の劣化を抑えて強度を確保するために有効であり、このような効果を得るためには０．０１％以上で添加することが好ましい。しかしながら、Ｎｉはコストが非常に高いという問題があるので、５．５％未満に抑制することが好ましく、また、上記範囲内において、極力低い含有量とすることがより好ましい。
【００３７】
「Ｎｂ：ニオブ」（０．００５〜０．０５％）
Ｎｂは、仕上圧延における未再結晶域圧延を促すために有効であり、このような作用を得るためには０．００５％以上添加することが好ましい。また、０．０５％を超えてＮｂを添加すると靱性の低下を招くため、その範囲を０．００５〜０．０５％とする。
【００３８】
「Ｃｕ：銅」（０．０１〜３．０％）
Ｃｕは、強度を確保するために有効であり、０．０１％以上の添加量で効果を発揮する。一方、Ｃｕは、大入熱溶接熱影響部の靭性を劣化させる作用も持ち合わせ、１．０％を超えると鋼材製造時の加熱時に割れが生じる可能性があることから、その含有量は、３．０％を上限とすることが好ましい。
【００３９】
「Ｃｒ：クロム」（０．０１〜１．０％）
Ｃｒは、強度を確保するために有効であり、０．０１％以上の添加量で効果を発揮する。一方、Ｃｒは、大入熱溶接熱影響部の靭性を劣化させる作用も持ち合わせることから、その含有量は、１．０％を上限とすることが好ましい。
【００４０】
「ＲＥＭ：希土類元素」（０．０００５〜０．０５％）
ＲＥＭは、硫化物を生成することによって伸長ＭｎＳの生成を抑制し、鋼材の板厚方向の特性、特に。耐ラメラティア性を改善する効果がある。このような効果は、０．０００５％未満のＲＥＭの添加では得られないので、これを下限値にする。また、０．０５％を超えてＲＥＭを添加すると、粗大な酸化物個数が増加し、超微細なＭｇ含有酸化物の個数が低下するため、その上限を０．０５％とした。
【００４１】
図１に示すように、本実施形態の鋼板溶接継手１は、上記構成とされた鋼板２同士が突合せ溶接されることによって形成され、図示例では、鋼板２上に形成された２箇所の鋼板継手１１、１２と、耐脆性き裂伝播方向制御部３とから構成される。また、鋼板２の各々は、これら鋼板溶接継手１１、１２によって接合されるとともに、溶接継手からなる耐脆性き裂伝播方向制御部３を構成する傾斜ビード３１及び水平ビード３２によって接合されている。
【００４２】
鋼板２の板厚は、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。鋼板２の板厚がこの範囲であれば、溶接構造体としての鋼板強度を確保することができるとともに、詳細を後述するように、優れた脆性き裂伝播性を得ることが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態では、鋼板２をなす母材の少なくとも一部、図１に示す例では、領域２０ａの脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされているが、６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であることが、耐脆性き裂伝播性がより向上する点から好ましい。
【００４４】
『耐脆性き裂伝播方向制御部』
耐脆性き裂伝播方向制御部３は、鋼板溶接継手１の少なくとも一部に設けられる溶接継手からなるものであり、図１及び図２に示す例では、鋼板溶接継手１をなす２箇所の鋼板継手１１、１２の間に耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられている。また、耐脆性き裂伝播方向制御部３は、鋼板溶接継手１（図示例では鋼板継手１１）の溶接線Ｌ上から延在するとともに、鋼板溶接継手１の長手方向、つまり溶接線Ｌに対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜する傾斜ビード３１を具備してなる。また、図示例の耐脆性き裂伝播方向制御部３は、鋼板継手１１の溶接線Ｌ上から延在する傾斜ビード３１の後端３１ｂに水平ビード３２の一端３２ａが接続され、水平ビード３２の他端３２ｂが鋼板継手１２に接続されている。
本発明に係る鋼板溶接継手並びにそれが用いられてなる溶接構造体は、上述したような耐脆性き裂伝播方向制御部３を備えることにより、仮に、鋼板溶接継手１に脆性き裂が生じた場合でも、この脆性き裂の伝播方向を制御し、鋼板溶接継手１を貫くようにき裂が伝播して互いに溶接された鋼板２同士が分断するのを防止するものである。
【００４５】
耐脆性き裂伝播方向制御部３は、上述のように、鋼板溶接継手１１の溶接線Ｌ上に配された頂部３１ａから延在する傾斜ビード３１が、鋼板溶接継手１（１１、１２）の長手方向に対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜していることが好ましい。傾斜ビード３１の、鋼板溶接継手１の長手方向に対する角度を上記範囲とすることにより、仮に、鋼板溶接継手１１を伝播する脆性き裂が生じた場合でも、このき裂を鋼板２の母材側に安定的に逸らして制御することが可能となる。これにより、詳細を後述するように、脆性き裂を効果的に停止させ、鋼板溶接継手１、ひいては溶接構造体Ａに大規模な破壊が生じるのを防止することができる。
【００４６】
鋼板溶接継手の長手方向に対する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度が１０°未満だと、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂が鋼板の母材側に逸れず、そのまま、耐脆性き裂伝播方向制御部に突入する可能性がある。この場合、耐脆性き裂伝播方向制御部に対して直接的に脆性き裂が突入するため、き裂の伝播が停止せずに耐脆性き裂伝播方向制御部を通過し、再び鋼板溶接継手に突入して伝播する虞がある。
また、脆性き裂伝播方向制御部の高さＨを、以下に説明するような範囲で確保しつつ、鋼板溶接継手の長手方向に対する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度が６０°を超えると、脆性き裂伝播方向制御部の幅Ｗが大きくなりすぎて現実的でないため、この角度を６０°以下に限定した。
【００４７】
本実施形態の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）に用いられる耐脆性き裂伝播方向制御部３に設けられる傾斜ビード３１は、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ、前記鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ、及び板厚ｔの各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足することがより好ましい。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
３ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。
【００４８】
耐脆性き裂伝播方向制御部３に設けられる傾斜ビード３１の各寸法値を上記関係とすることにより、仮に、鋼板溶接継手１にき裂が生じた場合であっても、き裂の伝播方向を鋼板２の母材側へ効果的に逸らすことが可能となる。耐脆性き裂伝播方向制御部の各寸法値の関係が、上記（１）、（２）式で表される関係を満たさない場合、鋼板溶接継手に生じたき裂の状態によっては、このき裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に進入し、鋼板の母材側に逸れずに鋼板溶接継手を伝播してしまう可能性がある。
【００４９】
『脆性き裂の伝播方向の制御』
上記構成とされた本実施形態の鋼板溶接継手１並びに溶接構造体Ａにおいて、仮に、鋼板溶接継手１に脆性き裂が発生した場合の、き裂伝播方向の制御作用について、以下に説明する。
【００５０】
従来、鋼板溶接継手において発生した脆性き裂は、主として、鋼板溶接継手の長手方向を伝播する。このため、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が起点となり、溶接構造体全体に大きな破壊が生じる虞があるという問題があった。
本発明者等は、上述のような脆性き裂の伝播方向を効果的に制御し、溶接構造体においてき裂が伝播するのを抑制するためには、鋼板間の溶接継手上に設ける耐脆性き裂伝播方向制御部の形状並びに鋼材特性を適正化することが重要であることを知見した。そして、まず、鋼板２同士を突合せ溶接することで形成された鋼板溶接継手１の少なくとも一部に、この鋼板溶接継手１の直線性を逸脱させるように耐脆性き裂伝播方向制御部３を設けることで、き裂の伝播を抑制できることを見出した。これに加え、さらに、耐脆性き裂伝播方向制御部３の傾斜ビード３１を、鋼板溶接継手１の長手方向に対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜するように構成することで、鋼板溶接継手１を伝播するき裂を鋼板２の母材側に効果的に逸らし、き裂の伝播を効果的に停止可能なことを見出した。
【００５１】
図２に示すように、鋼板溶接継手１の長手方向の一方側（図２における縦長方向の上側）で発生した脆性き裂は、鋼板溶接継手１における長手方向の他方側（図２における縦長方向の下側）に向かって伝播を開始する（図２中の二点鎖線矢印を参照）。この際、本実施形態の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）では、鋼板溶接継手１、図示例では鋼板継手１１を長手方向で伝播した脆性き裂が傾斜ビード３１に沿って伝播し、その後、図２中の符号Ｆのように、き裂の伝播方向が、傾斜ビード３１の後端３１ｂ付近で鋼板２の母材側に逸れる。そして、鋼板２の母材側に逸れて伝搬するき裂は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされた領域２０ａの位置で停止される。
【００５２】
上記作用により、本実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａは、例え、鋼板溶接継手１において脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を広範囲で伝播するのを抑制できるので、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能となる。このような、本実施形態の鋼板溶接継手１が用いられた溶接構造体Ａを、例えば、大型船舶や建築構造物、土木鋼構造物等の各種溶接構造物に適用することで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々を同時に満たすことが可能となる。
【００５３】
『製造方法』
以下に、上述したような本実施形態の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手１並びにそれが用いられてなる溶接構造体Ａを製造する方法の一例について説明する。
本実施形態の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）を製造する方法としては、母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板２同士を突合せ溶接することで鋼板溶接継手１を形成するにあたり、鋼板溶接継手１の少なくとも一部に、該鋼板溶接継手１の溶接線Ｌ上から延在するとともに、鋼板溶接継手１の長手方向に対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜する傾斜ビード３１を具備する耐脆性き裂伝播方向制御部３を形成する工程を備える方法とすることができる。
【００５４】
本実施形態の鋼板溶接継手１並びに溶接構造体Ａの製造方法では、まず、規定の化学成分組成とされた鋼材からなる鋳塊を製造した後、この鋳塊に各種圧延や熱処理等を施すことにより、所定の厚さ、例えば、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲の鋼板２を製造する。この際、各種熱処理等の条件を制御することにより、母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上となるように、鋼板２を製造する。
【００５５】
次に、図１及び図２の模式図に示すように、上述した耐脆性き裂伝播方向制御部３を形成する工程において、鋼板２同士を溶接し、鋼板溶接継手１を形成して鋼板２間を接合する。
具体的には、鋼板２の溶接端２ａ、２ｂを、図示例のような、互いに嵌め合わせ可能な所定形状に形成する。次いで、この溶接端２ａ、２ｂ間を溶接することにより、鋼板継手１１、鋼板継手１２並びに耐脆性き裂伝播方向制御部３を形成する。これにより、鋼板２同士が、鋼板溶接継手１によって接合された状態となる。この工程における溶接順序については、特に限定さないが、一般的な溶接手順としては、鋼板継手１１及び鋼板継手１２を溶接形成した後に、耐脆性き裂伝播方向制御部３を形成する。
【００５６】
上記工程において用いる溶接方法としては、溶接効率の観点から、鋼板継手１１、１２には、二電極ＶＥＧＡ溶接等の立て向き大入熱溶接を適用し、耐脆性き裂伝播方向制御部３には、半自動炭酸ガス溶接や手溶接を適用することが好ましい。また、溶接施工治具を適宜適性化することにより、耐脆性き裂伝播方向制御部３を形成する際に、二電極ＶＥＧＡ溶接等の溶接方法をそのまま用いても、本発明の効果を発揮することが可能である。
【００５７】
本実施形態においては、上述のように、鋼板２同士を突合せ溶接して鋼板溶接継手１を形成する際の溶接方法及び溶接材料については、特に限定されない。
また、脆性き裂伝播を可能な限り抑制し、さらに、鋼板溶接継手１をなす鋼板継手１１、１２及び耐脆性き裂伝播方向制御部３において新たな疲労き裂や脆性き裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を、溶接欠陥の無いように、溶接金属で完全に充填することが好ましい。
【００５８】
上記手順により、図１に示すような、本実施形態の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手１並びに溶接構造体Ａを製造することができる。
【００５９】
『溶接構造体を適用した船舶構造体の一例』
上述した本実施形態の鋼板溶接継手１が用いられている溶接構造体Ａを適用した船舶構造体の一例を図３の概略図に示す。
図３に示すように、船舶構造体７０は、骨材（補強材）７１、デッキプレート（水平部材）７２、船殻内板（垂直部材）７３、船殻外板７４を備えて概略構成される。また、図示例の船舶構造体７０は、船殻内板７３をなす複数の鋼板２同士を突合せ溶接することで形成される鋼板溶接継手（図３中では図示略）の長手方向の一部に耐き裂制御部４が設けられることで、本実施形態の溶接構造体Ａを具備する構造とされている。
上記構成の船舶構造体７０によれば、本実施形態の溶接構造体Ａの構成を適用することにより、例え、鋼板溶接継手を伝播する脆性き裂が発生した場合であっても、耐脆性き裂伝播方向制御部３により、き裂の伝播方向を効果的に制御できる。これにより、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂を安定的に停止させることができ、船殻内板７３、ひいては船舶構造体７０に大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手１によれば、母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板２同士を突合せ溶接することで形成され、当該鋼板溶接継手１の少なくとも一部に、該鋼板溶接継手１の溶接線Ｌ上から延在するとともに、鋼板溶接継手１の長手方向に対して１０°以上６０°以下の範囲の角度で傾斜する傾斜ビード３１を具備する耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられてなる構成なので、例え、鋼板溶接継手１に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制できる。従って、本発明の鋼板溶接継手１を溶接構造体Ａに適用することにより、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能な溶接構造体Ａを、高い生産効率及び低コストで得ることができる。このような本発明に係る溶接構造体が、大型船舶をはじめ、建築構造物や土木鋼構造物等の各種溶接構造物に使用されることで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々が同時に満たされことから、その産業上の効果は計り知れない。
【００６１】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態である鋼板溶接継手１０及びそれが用いられてなる溶接構造体Ｂについて、主に図４を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上述の第１の実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａと共通する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂは、図４においては詳細な図示を省略するが、鋼板２０の母材全体が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされている点で、第１の実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａとは異なる。
【００６３】
本実施形態の鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂによれば、仮に、鋼板溶接継手１０に脆性き裂が発生した場合であっても、鋼板溶接継手１０を伝播したき裂を、耐脆性き裂伝播方向制御部３に備えられる傾斜ビード３１の頂点３１ａ又は後端３１ｂの位置で鋼板２０の母材側に逸らすことができる（図４中の二点鎖線矢印を参照）。そして、第１の実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａと同様、鋼板２０の母材側に逸れたき裂は、鋼板２０において直ちに停止するので、鋼板溶接継手１０が破断せず、また、溶接構造体Ｂに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂは、鋼板２０をなす母材全体が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされていることがより好ましい。
【００６４】
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態である鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃについて、主に図５を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上述の第１及び第２の実施形態の鋼板溶接継手１、１０、並びに溶接構造体Ａ、Ｂと共通する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃは、図５に示すように、鋼板２０Ａが、鋼板溶接継手１０Ａの長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板（図５中の符号２１〜２４を参照）からなるとともに、この小鋼板同士を突合せ溶接することで小鋼板溶接継手１５、２６が形成されており、この小鋼板溶接継手１５、２６が、鋼板溶接継手１０Ａの溶接線Ｌ上から延在する耐脆性き裂伝播方向制御部３０の、傾斜ビード３１の後端３１ｂ側に形成される水平ビードを含む構成とされている点で、上述の第１及び第２の実施形態の鋼板溶接継手１、１０、並びに溶接構造体Ａ、Ｂとは異なる。また、図５に示す例においては、図示の都合上、小鋼板として４枚の小鋼板２１〜２４を示し、小鋼板２１と小鋼板２２とが小鋼板溶接継手１５で接合され、小鋼板２３と小鋼板２４とが小鋼板溶接継手１６で接合されている。また、図示例の溶接構造体Ｃは、小鋼板溶接継手１５、２６が連なって直線状に形成されている。
【００６６】
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃは、小鋼板２２及び小鋼板２４をなす母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされている一方、小鋼板２１及び小鋼板２３の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは特に規定しない構成とされている。
【００６７】
本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃによれば、上述の溶接構造体Ａ、Ｂと同様、鋼板溶接継手１０Ａに脆性き裂が発生した場合でも、この脆性き裂を傾斜ビード３１に沿うように伝播させ、傾斜ビード３１の後端３１ｂの位置で鋼板２０Ａの母材側に逸らすことができる（図５中の二点鎖線矢印を参照）。図５に示す例では、鋼板溶接継手１０Ａに発生した脆性き裂が、鋼板２０Ａを構成する小鋼板２１側に逸れている。
そして、鋼板２０Ａの母材側に逸れたき裂は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａの高い小鋼板２２において直ちに停止するので、鋼板溶接継手１０Ａが破断せず、また、溶接構造体Ｃに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃは、鋼板２０Ａをなす小鋼板２２、２４の母材が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であることがより好ましい。
【００６８】
［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態である鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄについて、主に図６を参照しながら詳述する。
本実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄは、図６に示すように、鋼板２０Ｂが、鋼板溶接継手１０Ｂの長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板（図６中の符号３１〜３４を参照）からなるとともに、この小鋼板同士を突合せ溶接することで小鋼板溶接継手３５、３６が形成されている点で、第３の実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃと構成が一部共通している。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄは、鋼板２０Ｂをなす全ての小鋼板３１〜３４の母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされている。
【００６９】
溶接構造体Ｄによれば、上述の鋼板溶接継手１、１０、１０Ａ並びに溶接構造体Ａ〜Ｃと同様、鋼板溶接継手１０Ｂに脆性き裂が発生した場合でも、この脆性き裂を傾斜ビード３１の頂点３１Ａの位置で鋼板２０Ｂの母材側に逸らすことができる（図６中の二点鎖線矢印を参照）。また、万が一、傾斜ビード３１に沿って脆性き裂の伝播方向が変わらない場合でも、小鋼板３１の母材に突入したき裂が、小鋼板３１のアレスト性能によって停止できるので、鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄは、鋼板２０Ｂをなす全ての小鋼板３１〜３４の母材が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であることがより好ましい。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手並びに溶接構造体の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００７１】
［溶接構造体の製造］
まず、製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御し、連続鋳造によって下記表１に示す化学成分の鋳塊を作製した。そして、日本海事協会（ＮＫ）規格船体用圧延鋼材ＫＡ３２、ＫＡ３６、ＫＡ４０の規格に準じた製造条件で、前記鋳塊を再加熱して厚板圧延することで、板厚が約５２ｍｍとされた鋼板を製造した。さらに、この鋼板に対して各種熱処理を施すとともに、この際の条件を制御することにより、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ１．５）を、下記表１に示す形態で適宜調整した。なお、製造した鋼板から、試験片のサイズが５００ｍｍ×５００ｍｍ×板厚のＥＳＳＯ試験（脆性き裂伝播停止試験）片を適宜採取し、−１０℃におけるＫｃａ特性を評価・確認した。
【００７２】
次に、図７に示すように、鋼板２の溶接端２ａ、２ｂを、下記表２に示すような互いに嵌め合わせ可能な所定形状に加工し、さらに、適用すべき溶接方法に応じた開先加工を施した。
次に、下記表２に示す溶接方法及び条件を適用して、まず、鋼板２の溶接端２ａ、２ｂ間の一部を溶接することにより、鋼板継手１１を形成した。そして、下記表２に示す溶接方法及び条件を適用して鋼板２の溶接端２ａ、２ｂ間を溶接することで、耐脆性き裂伝播方向制御部３並びに鋼板継手１２を形成することにより、鋼板溶接継手１を形成し、鋼板２同士を接合した。この際、図７に示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部３の後端３１ｂの位置が、鋼板２の下端から１５００ｍｍとなるように調整した。
【００７３】
なお、鋼板継手１１、１２、耐脆性き裂伝播方向制御部３の形成箇所においては、新たなき裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を溶接金属で完全に充填するように溶接処理を行なった。その後、各継手を冷却することにより、図１に示すような鋼板溶接継手及び溶接構造体（本発明例、実験例）を製造した。
また、上記同様に、下記表１及び表２に示す条件で各鋼板を接合することにより、図４〜図６に示すような鋼板溶接継手及び溶接構造体（本発明例、実験例）を製造した。
【００７４】
［評価試験］
上記手順によって製造した鋼板溶接継手及び溶接構造体について、以下のような評価試験を行った。
まず、図８に示すような試験装置９０を準備するとともに、上記手順で作製した溶接構造体のサンプルの各々を適宜調整し、試験装置９０に取り付けた。ここで、図８中に示す鋼板溶接継手１に設けたき裂発生部である窓枠８１は、楔をあてがって所定の応力を印加することで強制的に脆性き裂を発生させるためのものであり、切欠き状の先端部は０．２ｍｍ幅のスリット加工を施したものである。
【００７５】
次いで、鋼板溶接継手１の溶接線Ｌと垂直方向に２６２Ｎ／ｍｍ２の引張応力を付与することにより、鋼板溶接継手１に脆性き裂を発生させた。そして、この脆性き裂を、鋼板溶接継手１（鋼板継手１１）の溶接線Ｌ上で伝播させることにより、溶接構造体の耐脆性き裂伝播性を評価した。この際、脆性き裂発生部は−６０℃以下に冷却したが、脆性き裂伝播部である鋼板溶接継手１の温度は、船舶の一般的な設計温度である−１０℃とした。
【００７６】
そして、鋼板溶接継手１を伝播した脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部３に到達した後、その脆性き裂が伝播する方向及び停止位置を確認し、以下に示す５段階（◎〜××）で評価し、下記表２に示した。
（１）「◎」…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、その後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板において直ちに停止した。
（２）「○」…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の母材へ進入し、鋼板において直ちに停止した。
（３）「△」…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の母材へ進入、伝播し、そのまま鋼板溶接継手に戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した。
（４）「×」…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、そのまま鋼板溶接継手に沿って戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した。
（５）「××」…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部内又は当該制御部に沿って伝播した後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板を伝播した。
【００７７】
本実施例で用いた鋼板の化学成分組成、鋼板製造条件及び母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ１．５）の一覧を表１に示すとともに、鋼板溶接継手１を形成する際の溶接条件、脆性き裂伝播方向制御部３の形状、脆性き裂伝播方向制御部３に隣接する小鋼板溶接継手を形成する際の溶接条件、及び、脆性き裂の伝播の評価結果の一覧を表２に示す。
【００７８】
【表１】
2010162571.tif 000003
【００７９】
【表２】
2010162571.tif 000004
【００８０】
［評価結果］
表２に示す本発明例１〜８は上述した本発明の第２の実施形態の鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂに関する例であり、本発明例９〜１１は本発明の第３の実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃ、本発明例１２、１３は第４の実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ及び溶接構造体Ｄ、本発明例１４は第１の実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａに関する例である。
また、表２に示す実験例１〜４は、図４に示す鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂと同様の構造を有する例であり、実験例５〜７は、図５に示す鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃと同様の構造を有する例である。
【００８１】
表１及び表２に示すように、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体（本発明例１〜１４）は、脆性き裂の伝播の評価結果が、全て「◎」又は「○」の評価となった。これにより、本発明の溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが確認できた。
【００８２】
ここで、本発明例３、８は、耐脆性き裂伝播方向制御部３の傾斜ビード３１の角度が、鋼板溶接継手１の長手方向に対して６０°近かったため、き裂が、耐脆性き裂伝播方向制御部３から鋼板２の母材に突入し、鋼板２にて停止した例である。
また、本発明例３、８以外の本発明例においては、耐脆性き裂伝播方向制御部３に到達した脆性き裂が、当該制御部に沿って伝播した後、鋼板の母材に突入して直ちに停止した例である。
このように、上記本発明例１〜１４の鋼板溶接継手及び溶接構造体は、何れも、所定の耐脆性き裂伝播性を有していることが確認できた。
【００８３】
これに対し、実験例１〜７の溶接構造体は、鋼板の母材特性、耐脆性き裂伝播方向制御部の形状の何れかが本発明の規定を満たしていないため、耐脆性き裂伝播性の評価が何れも「△」〜「××」となった例である。
【００８４】
実験例１の溶接構造体は、耐脆性き裂伝播方向制御部の高さＨが不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部近傍で鋼板母材側に突入した脆性き裂が母材部で停止できず、再び溶接継手に突入して伝播した例であり、耐脆性き裂伝播性の評価が若干低い「△」となった。
また、実験例２は、耐脆性き裂伝播方向制御部の横幅Ｗが不適であるとともに、鋼板溶接継手の長手方向に対する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度が本発明の規定範囲外であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部に沿って伝播方向を変えた脆性き裂が再び鋼板溶接継手を伝播した例であり、耐脆性き裂伝播性の評価が「×」となった。
また、実験例３〜５は、鋼板の母材のアレスト性能が不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部にて脆性き裂の伝播方向を制御できたのにも関わらず、鋼板の母材に突入した脆性き裂がそのまま伝播した例であり、耐脆性き裂伝播性の評価が「×××」となった。
【００８５】
また、実験例６は、耐脆性き裂伝播方向制御部の横幅Ｗが不適であるとともに、鋼板溶接継手の長手方向に対する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度が本発明の規定範囲外であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部に沿って伝播方向を変えた脆性き裂が再び鋼板溶接継手を伝播した例であり、耐脆性き裂伝播性の評価が「×」となった。
また、実験例７は、耐脆性き裂伝播方向制御部の高さＨが不適であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部近傍で鋼板の母材側に突入した脆性き裂が母材部で停止できず、再び鋼板溶接継手に突入して伝播した例であり、耐脆性き裂伝播性の評価が「×」となった。
【００８６】
以上の結果により、本発明の鋼板溶接継手及び溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが明らかである。
【符号の説明】
【００８７】
１、１０、１０Ａ、１０Ｂ…鋼板溶接継手、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…溶接構造体、２、２０、２０Ａ、２０Ｂ…鋼板、２０ａ…領域（鋼板溶接継手の長手方向において、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの後端側よりも外側の部位）、３、３０…耐脆性き裂伝播方向制御部、３１…傾斜ビード、３２…水平ビード、３１ｂ…後端（傾斜ビード）、２５、２６、３５、３６…小鋼板溶接継手１１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４…小鋼板、７０…船舶構造体、Ｌ…溶接線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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