(57)【要約】【課題】従来、溶接の中断を余儀なくされた、パス間温度が　３５０℃以上となるような施工条件下であっても、溶接待機なしに、また溶接熱影響部の靱性低下のおそれなしに、多層盛り溶接を実施する。【解決手段】鋼材の成分組成を、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０　％、Ｍｎ：０．１　〜３．０　％、Ａｌ：０．０５〜１．６　％、Ｐ：０．０５０　％以下およびＳ：０．００５０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、しかもＣおよびＡｌ量が、次式（１），　（２）（％Ａｌ）≦　０．８の場合０．１−　０．１２５×（％Ａｌ）≦（％Ｃ）≦０．０９＋０．１３×（％Ａｌ）　−−−　（１）（％Ａｌ）＞　０．８の場合−０．２０＋０．２５×（％Ａｌ）≦（％Ｃ）≦０．０９＋０．１３×（％Ａｌ）　−−−　（２）の関係を満足するように調整する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０５〜１．０　％、
Ｍｎ：０．１　〜３．０　％、
Ａｌ：０．０５〜１．６　％、
Ｐ：０．０５０　％以下および
Ｓ：０．００５０％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、しかもＣおよびＡｌ量が、次式（１），　（２）
（％Ａｌ）≦　０．８の場合
０．１−　０．１２５×（％Ａｌ）≦（％Ｃ）≦０．０９＋０．１３×（％Ａｌ）　−−−　（１）
（％Ａｌ）＞　０．８の場合
−０．２０＋０．２５×（％Ａｌ）≦（％Ｃ）≦０．０９＋０．１３×（％Ａｌ）　−−−　（２）
ここで、（％Ｍ）はＭ元素の含有量（質量％）
の関係を満足する鋼材を、多層盛り溶接するに際し、全パスまたは一部のパスについてパス間温度を　３５０℃以上とすることを特徴とする溶接構造用鋼の多層盛り溶接方法。
【請求項２】
請求項１において、鋼材が、質量％でさらに、
Ｎｂ：０．１　％以下、
Ｖ：０．１　％以下、
Ｔｉ：０．１　％以下、
Ｃｕ：３．０　％以下、
Ｎｉ：５．０　％以下、
Ｃｒ：１．０　％以下、
Ｍｏ：１．０　％以下、
Ｂ：０．００４０％以下、
Ｎ：０．０１０　％以下、
Ｃａ：０．００３０％以下、
ＲＥＭ：０．０２％以下および
Ｍｇ：０．００５　％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とする溶接構造用鋼の多層盛り溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、造船、建築および土木等の各分野に使用される溶接構造用鋼の多層盛り溶接方法に関し、特に従来、パス間温度の低下を待って溶接の実施を余儀なくされていた溶接施工法を有利に解決して、高温パス間温度条件下における溶接施工を可能ならしめ、もって溶接施工能率の有利な向上を達成したものである。
【０００２】
【従来の技術】
造船、建築および土木等の各分野で使用される鋼材は、一般に溶接接合によって所望形状の構造物に仕上げられている。このような構造物においては、安全性の観点から、使用される鋼材の母材靱性は勿論のこと、溶接金属および溶接熱影響部の靱性に優れることが要求される。
【０００３】
溶接方法の中で多層盛り溶接は最も汎用的な施工方法であるが、この溶接施工法においては、溶接金属の強度と靱性を確保するためにパス間温度の上限が定められている。例えば、ＪＩＳ　Ｚ　３３１２に規定される溶接材料では、ＹＧＷ　１１においては２５０　℃、ＹＧＷ　１８では　３５０℃というパス間温度の上限が定められている。
【０００４】
柱にはコラム、ボックスあるいは極厚Ｈ型鋼を用い、一方梁には圧延Ｈ型鋼や溶接Ｈ型鋼を用いる柱通しダイアフラム形式の梁端溶接接合部には、一般的に炭酸ガスアーク溶接による多層盛り溶接が現場では適用される。このような部位に連続溶接を行った場合、パス間温度が高くなり易い。このため、溶接数の増加と共に、パス間温度は上昇し、　３５０℃を超えてしまうようになる。この場合、継手性能を確保するために　３５０℃以下となるまで溶接を中断して、温度が下がってから溶接を再開するというやり方によって溶接施工が行われている。そのため、溶接作業時間が増大し、作業効率が低下するという問題が生じていた。
【０００５】
この点、溶接作業能率の向上の観点から、パス間温度を高温化できるような溶接材料に関する研究が進められており、例えば特開平１０−２３０３８７号公報、特開平１１−２３９８９２号公報および特開２０００−２８８７４３号公報などにその技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記の技術であっても、パス間温度が高い多層盛り溶接を行った場合には、溶接金属ばかりでなく、鋼材の溶接熱影響部の靱性にも悪影響が生じる。しかるに、この点に関する検討は行われていないのが実情であり、かような溶接材料が開発されても、多層盛り溶接時における鋼材の溶接熱影響部の靱性については、依然として課題が残っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、高いパス間温度となっても溶接熱影響部の靱性が確保できるように鋼材の成分組成を調整することにより、溶接施工能率を阻害するパス間温度の上昇に起因する問題を有利に解消して、溶接待機なしに効率よく溶接施工を行うことができる高効率な多層盛り溶接方法を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、多層盛り溶接施工において高パス間温度となった場合の鋼材の溶接熱影響部の靱性を向上させるために、脆化の原因について種々の調査を行った。
その結果、高パス間温度となった場合の問題点は、溶融線近傍に加熱された部分の冷却速度が遅くなり、オーステナイト粒が粗大化するところに原因があることが判明した。
【０００９】
そこで、発明者らは、上記の問題を克服するために鋭意検討を行った結果、鋼の成分を適切に規定することにより、パス間温度が高い場合であっても、溶接待機なしに、また溶接熱影響部の靱性低下のおそれなしに、多層盛り溶接を実施できることの知見を得た。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１０】
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．２０％、
Ｓｉ：０．０５〜１．０　％、
Ｍｎ：０．１　〜３．０　％、
Ａｌ：０．０５〜１．６　％、
Ｐ：０．０５０　％以下および
Ｓ：０．００５０％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、しかもＣおよびＡｌ量が、次式（１），　（２）
（％Ａｌ）≦　０．８の場合
０．１−　０．１２５×（％Ａｌ）≦（％Ｃ）≦０．０９＋０．１３×（％Ａｌ）　−−−　（１）
（％Ａｌ）＞　０．８の場合
−０．２０＋０．２５×（％Ａｌ）≦（％Ｃ）≦０．０９＋０．１３×（％Ａｌ）　−−−　（２）
ここで、（％Ｍ）はＭ元素の含有量（質量％）
の関係を満足する鋼材を、多層盛り溶接するに際し、全パスまたは一部のパスについてパス間温度を　３５０℃以上とすることを特徴とする溶接構造用鋼の多層盛り溶接方法。
【００１１】
２．上記１において、鋼材が、質量％でさらに、
Ｎｂ：０．１　％以下、
Ｖ：０．１　％以下、
Ｔｉ：０．１　％以下、
Ｃｕ：３．０　％以下、
Ｎｉ：５．０　％以下、
Ｃｒ：１．０　％以下、
Ｍｏ：１．０　％以下、
Ｂ：０．００４０％以下、
Ｎ：０．０１０　％以下、
Ｃａ：０．００３０％以下、
ＲＥＭ：０．０２％以下および
Ｍｇ：０．００５　％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とする溶接構造用鋼の多層盛り溶接方法。
【００１２】
以下、この発明を具体的に説明する。
高いパス間温度で、多層盛り溶接を行った場合、溶接熱影響部が高温に長時間曝されるため、オーステナイト粒が粗大化することが問題であり、この粗大化をいかに抑制するかが技術的なポイントである。
このためには、９１０　℃以上の温度域においてオーステナイト相（γ相）とフエライト相（α相）の２相である温度域幅が２５℃以上あり、かつその２相域の低温側にオーステナイト単層である温度域を有するように鋼の成分を調整することが重要であり、かくすることによって、結晶粒の粗大化を効果的に抑制することができる。
【００１３】
そのために必要な鋼材の成分組成は次のとおりである。
なお、成分に関する「％」表示は特に断らない限り質量％を意味するものとする。
Ｃ：０．０１〜０．２０％
Ｃは、構造用鋼として必要な強度を得るのに有用な元素であるが、０．０１％に満たないとその添加効果に乏しく、一方０．２０％を超えると溶接部の靱性を劣化させるので、Ｃは０．０１〜０．２０％の範囲に限定する。
【００１４】
Ｓｉ：０．０５〜１．０　％
Ｓｉは、製鋼上、少なくとも０．０５％を必要とし、一方　１．０％を超えると母材の靱性を劣化させるので、Ｓｉは０．０５〜１．０　％の範囲に限定する。
【００１５】
Ｍｎ：０．１　〜３．０　％
Ｍｎは、母材の強度を確保するために　０．１％以上は必要であるが、３．０　％を超えると溶接部の靱性を著しく劣化させるので、Ｍｎは　０．１〜３．０　％の範囲に限定する。
【００１６】
Ａｌ：０．０５〜１．６　％
Ａｌは、この発明において重要な合金成分であり、０．０５％以上の添加が必要であるが、１．６　％を超えると鋼自体の靱性を劣化させるので、Ａｌは０．０５〜１．６　％の範囲に限定する。好ましくは　０．２〜１．０　％の範囲である。
【００１７】
Ｐ：０．０５０　％以下、Ｓ：０．００５０％以下
Ｐは、含有量が　０．０５０％を超えると溶接部の靱性を劣化させるので、０．０５０　％以下に抑制するものとする。
同じく、Ｓも、０．００５０％を超えて含有されると母材および溶接部の靱性を劣化させるので、０．００５０％以下に抑制するものとする。
【００１８】
以上、基本成分の適正組成範囲について説明したが、この発明では各成分が上記の組成範囲を単に満足しているだけでは不十分で、　９１０℃以上の平衡状態においてオーステナイト相とフェライト相の２相である温度域幅が２５℃以上であり、かつその２相域の低温側にオーステナイト単相である温度域が存在することが必要である。そのためには、次式（１），　（２）
（％Ａｌ）≦　０．８の場合
０．１−　０．１２５×（％Ａｌ）≦（％Ｃ）≦０．０９＋０．１３×（％Ａｌ）　−−−　（１）
（％Ａｌ）＞　０．８の場合
−０．２０＋０．２５×（％Ａｌ）≦（％Ｃ）≦０．０９＋０．１３×（％Ａｌ）　−−−　（２）
ここで、（％Ｍ）はＭ元素の含有量（質量％）
の関係を満足させることが重要である。
【００１９】
以上、基本成分について説明したが、この発明ではその他にも、以下に述べる元素を適宜含有させることができる。
Ｎｂ：０．１　％以下、Ｖ：０．１　％以下、Ｔｉ：０．１　％以下
Ｎｂ，ＶおよびＴｉはいずれも、鋼板の強度を高めるのに有用な元素であるが、含有量が　０．１％を超えると靱性を劣化させるので、いずれも　０．１％以下で含有させるものとする。
【００２０】
Ｃｕ：３．０　％以下、Ｎｉ：５．０　％以下、Ｃｒ：１．０　％以下、Ｍｏ：１．０　％以下
Ｃｕ，Ｎｉ，ＣｒおよびＭｏはいずれも、鋼板の強度向上に有用な元素であるが、Ｃｕは含有量が　３．０％を超えると熱間脆性を生じて鋼板の表面性状を劣化させ、Ｎｉは高価であり、Ｃｒは含有量が　１．０％を超えると溶接熱影響部の靱性を劣化させ、Ｍｏは含有量が　１．０％を超えると靱性に悪影響を及ぼすので、それぞれ上記の範囲で含有させるものとする。
【００２１】
Ｂ：０．００４０％以下、Ｎ：０．０１０　％以下、Ｃａ：０．００３０％以下、　ＲＥＭ：０．０２％以下、Ｍｇ：０．００５　％以下
Ｂは、微量で高強度化に寄与する有用元素であるが、含有量が０．００４０％を超えると溶接熱影響部の靱性を劣化させるので、Ｂは０．００４０％以下で含有させるものとする。
Ｎは、不純物として鋼中に不可避に混入してくる元素であるが、含有量が０．０１０　％を超えると鋼材の靱性を劣化させるので、Ｎは　０．０１０％以下で含有させるものとする。
Ｃａは、Ｓの固定による靱性向上に有用な元素であるが、含有量が０．００３０％を超えるとその効果は飽和するので、Ｃａは０．００３０％以下で含有させるものとする。
ＲＥＭは、靱性の向上に有効に寄与するが、含有量が０．０２％を超えるとその効果は飽和するので、上限を０．０２％とした。
Ｍｇは、結晶粒の細粒化に有用な元素であるが、含有量が　０．００５％を超えるとその効果は飽和に達するので、上限を　０．００５％とした。
【００２２】
なお、この発明の溶接構造用鋼を製造方法は、特に制限されることはなく、従来から公知の方法に従って製造すれば良い。
例えば、上記の好適成分組成に調製した溶鋼を、連続鋳造法でスラブとしたのち、１０００〜１２５０℃に加熱してから、熱間圧延を施せば良い。熱処理としては、公知の焼入れ、焼戻しあるいは２回焼入れ焼戻しが好適に用いられる。
【００２３】
また、この発明における溶接方法としては、ガスシールドアーク溶接、被覆アーク溶接およびサブマージアーク溶接などが考えられるが、この発明は上記したすべての溶接方法に適合する。
さらに、具体的な溶接施工条件についても特に制限はなく、最近、施工能率を向上させるために実施されつつある、入熱量が　１００　ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接に際しても、この発明は有利に適合する。
【００２４】
【実施例】
表１に示す種々の成分組成に調整した鋼スラブを、１１００℃に加熱後、熱間圧延により３５ｍｍの厚鋼板とした。得られた各鋼板の板厚１／４位置から、ＪＩＳ　４　号引張試験片を採取し、引張試験を行って母材の降伏強さ（ＹＰ）および引張強さ（ＴＳ）を求めた。また、同じく各鋼板の板厚１／４　位置から、ＪＩＳ　４　号衝撃試験片を採取し、シャルピー試験を行って母材の０℃における吸収エネルギー（ｖＥ０）を求めた。
【００２５】
また、各鋼板から採取した継手用試験片に、図１に示すような３５°レ開先を付与し、炭酸ガス半自動アーク溶接により、溶接長：１５０　ｍｍ，　１０パスの多層盛り溶接により溶接継手を作製した。溶接条件としては、溶接入熱：４０　ｋＪ／ｃｍの連続溶接を行った。この溶接の際、開先から１０ｍｍ離れた位置での表面温度を計測したところ　５００℃以上であった。
また、比較のため、従来法に従い、表面温度が　３５０℃以下となるのを待って溶接を再開するパス間待ち溶接を行った。
得られたそれぞれの溶接継手の板厚１／４位置から、ノッチ位置をボンド部およびボンド部から１ｍｍ離れた位置とするＪＩＳ　４　号衝撃試験片を採取し、０℃における吸収エネルギー（ｖＥ０）を求めた。
得られた結果を表２に示す。
【００２６】
【表１】
2004035921.tif 000002
【００２７】
【表２】
2004035921.tif 000003
【００２８】
表２に示したとおり、発明例はいずれも、パス間温度が　５００℃以上と高い条件下で多層盛り溶接を行った場合であっても、ボンド部および　ＨＡＺ１ｍｍ部のシャルピー吸収エネルギーが　１００Ｊ以上という優れた溶接熱影響部靱性を、パス間待ち溶接を行った場合と同様に得ることができた。
【００２９】
【発明の効果】
かくして、この発明によれば、従来、溶接の中断を余儀なくされた、パス間温度が　３５０℃以上となるような施工条件下であっても、溶接待機なしに、また溶接熱影響部の靱性低下のおそれなしに、多層盛り溶接を実施できることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】継手用試験片に付与した開先形状を示した図である。
【図１】
2004035921.tif 000004