(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚４．５〜３０ｍｍの鋼板を溶接により組み立てたＨ形断面の溶接構造部材であって、この部材のＨ形断面に垂直な方向の圧縮降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする溶接構造部材。
【請求項２】
板厚が４．５〜３０ｍｍの鋼板を溶接により組み立てたＨ形断面の溶接構造部材を８００〜９００℃の温度範囲で焼きなましすることを特徴とするＨ形断面に垂直な方向の圧縮降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２以下である溶接構造部材の製造方法。
【請求項３】
降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２以下で、板厚が４．５〜３０ｍｍの鋼板を溶接により組み立てたＨ形断面の溶接構造部材を８００〜９００℃の温度範囲で焼きなましすることを特徴とするＨ形断面に垂直な方向の圧縮降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２以下である溶接構造部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築用や土木用の溶接構造部材、とくに制振部材として用いて好適な組み立てＨ形鋼等の溶接構造部材とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築、土木用等の耐震構造物には、構造物の一部に低降伏強さの構造部材を用いて、この部位で部分的に降伏を生じさせ、振動を吸収することによって構造物全体の安全性を確保する設計手法が用いられている。
ところで、このような耐震用の構造部材の多くは溶接施工によりＨ形, Ｉ形,□形などの断面形状を持つ所定の部材に組み立てられており、一般には、鋼板を溶断、剪断した後、溶接し、さらに形状矯正する一連の加工工程により製造される。
上述した溶接施工により組み立てられた耐震用の構造部材（以下、単に「溶接構造部材」と略記する）の素材としては、低降伏強さの鋼板が用いられる。鋼板の降伏強さは、従来は２４５Ｎ／ｍｍ２  程度であったが、次第に低下する傾向にあり、最近では１６０Ｎ／ｍｍ２  以下、あるいはさらに１２０Ｎ／ｍｍ２  以下といった低降伏強さのものも採用されるようになってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発明者らが調査したところ、降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２  以下、特に１２０Ｎ／ｍｍ２  以下の低降伏強さの鋼板を使用して製造した溶接構造部材では、これまでの常識と異なり、用いた鋼板の降伏強さよりも溶接構造部材の降伏強さが著しく上昇することがわかった。このような両者間の降伏強さに著しい差異が生じると、鋼板の降伏強さをベースにした従来の耐震設計の基準が適用できなくなり、根底から検討しなおすことが必要となってきた。
【０００４】
上記の現象を図１により説明する。発明者らは、降伏強さが異なる種々の鋼板を用いて、被覆アーク溶接またはＭＩＧ溶接により溶接構造部材としてＨ形部材に組み立てた。この部材について、溶接のままでＨ断面に垂直な方向の圧縮試験を行い、降伏強さを求め、用いた鋼板の降伏強さとの関係をプロットしたのが図１である。
図１から明らかなように、降伏強さが２００Ｎ／ｍｍ２  を超えるような鋼板で作製した溶接構造部材の降伏強さは用いた鋼板の値よりもやや低下する。このような降伏強さの低下は従来も知られていたことであり、溶断や溶接などの加工工程における熱影響によるものであることが考えられる。これに対し、約１００Ｎ／ｍｍ２  という低い降伏強さの鋼板で作製した溶接構造部材の降伏強さは、用いた鋼板の値の1.5 倍程度の極めて高い値まで上昇する。
このような溶接構造部材の溶接のままでの降伏強さの上昇傾向は、用いる鋼板の製造履歴が圧延のままであっても、圧延後焼きなましを行ったものであっても、程度の差こそあれ認められた。また、溶接を含む加工後における降伏強さの上昇程度は、溶接条件等が変われば変化することもわかった。
【０００５】
上述したことから、用いる鋼板の降伏強さが低い場合には、その鋼板の降伏強さを設計強度として採用することはできなくなる。このような場合に、溶接構造部材の個々についてそれぞれ溶接のままでの降伏強さを測定して求めることはできるが、設計に反映させるには、作業負荷が大きく、また生産性を低下させるなどの点から現実的ではない。
【０００６】
そこで、本発明は、低降伏強さの鋼板を使用して溶接構造部材を製造する際における、上述したような問題を解決することにあり、溶接構造部材の降伏強さが用いる鋼板の降伏強さから予測できる程度の変動に抑え、その鋼板の降伏強さが設計強度として十分適用しうるような溶接構造部材とその製造方法を提案することを目的とする。また、本発明は、降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２  以下、好ましくは１２０Ｎ／ｍｍ２  以下である溶接構造部材とその製造方法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、板厚４．５〜３０ｍｍの鋼板を溶接により組み立てたＨ形断面の溶接構造部材であって、この部材のＨ形断面に垂直な方向の圧縮降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする溶接構造部材である。そして、上記発明にかかる降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２以下の溶接構造部材は、板厚が４．５〜３０ｍｍの鋼板を溶接によりＨ形断面部材に組み立てた後、８００〜９００℃の温度範囲で焼きなましすることによって製造する。さらには、上記発明にかかるＨ形断面に垂直な方向の圧縮降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２以下の溶接構造部材は、降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２以下で、板厚が４．５〜３０ｍｍの鋼板を溶接によりＨ形断面部材に組み立てた後、８００〜９００℃の温度範囲で焼きなましすることによって、より好適に製造することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
発明者らは、前述した課題を解決するには、溶接を含む一連の工程で組み立てた溶接構造部材を８００〜９００℃の温度範囲で焼きなましすることが極めて効果的であることを知見した。
溶接構造部材の熱処理として、従来から溶接による残留応力を除去するために応力除去焼鈍が一般的に行われてきたが、この熱処理では降伏応力の低下に効果がなかった。
発明者らは、応力除去焼鈍温度よりもさらに高い８００℃以上の温度で焼きなまし処理すれば、溶接構造部材の降伏強さは、用いた鋼板の降伏強さ近傍まで低下し、目的とする効果が得られることを見いだした。このような現象が生じた理由は必ずしも明らかではないが、従来のような高降伏強さの鋼板を溶接した場合には、通常は溶接熱影響部が軟化するが、低降伏強さの鋼板の場合には、逆に溶接熱影響部の強度が上昇しているものと考えられる。また、本発明に用いた低降伏強さの鋼板の場合、母材に比べ溶接金属の方が降伏強さが高く、その差が大きいことも溶接後の降伏強さ上昇の要因になっていることが考えられる。このような溶接熱影響部の強度上昇を解消するために、焼きなまし温度を８００℃以上の高温にする必要がある。ただし、９００℃を超える温度で焼きなましすると、溶接構造部材が残留応力や自重により変形し、部材としての寸法精度が確保できなくなる。したがって、焼きなましの温度範囲は８００〜９００℃とする。なお、焼きなましの保持時間は降伏強さの低下効果と寸法精度を考慮して４時間以内とするのが好適である。
【０００９】
本発明において溶接構造部材を構成する鋼板の板厚は4.5 〜３０ｍｍの範囲とする。焼きなまし後の降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２  以下となる鋼板は板厚4.5 〜６０ｍｍの範囲で製造可能であるが、板厚が大きくなればなるほど溶接金属部分が占める断面積が増して、強度への溶接金属の影響が大となる。そして板厚が３０ｍｍを超えると、溶接後に焼きなまししたあとであっても、溶接構造部材の降伏強さ１６０Ｎ／ｍｍ２  以下に満足させることが困難となる。よって本発明で用いる鋼板の板厚は4.5 〜３０ｍｍの範囲とする。
鋼板の強度は、溶接構造部材の降伏強さを１６０Ｎ／ｍｍ２  以下、好ましくは１２０Ｎ／ｍｍ２  以下とするために、鋼板そのものを溶接構造部材の焼きなまし条件と同じ条件で焼きなまししたときの降伏強さで１６０Ｎ／ｍｍ２  以下、好ましくは１２０Ｎ／ｍｍ２  以下となるものを用いることが望ましい。なお、圧延のままの鋼板を用いる場合は、圧延のままの降伏強さはこの範囲より高くなるが、これらについても鋼板を溶接構造部材の焼きなまし条件と同じ条件の焼きなましをしたときの降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２  以下、好ましくは１２０Ｎ／ｍｍ２  以下となることが望ましい。
【００１０】
以上説明した方法により、溶接構造部材の焼きなまし条件と同じ条件の焼きなましをした後の降伏強さが１６０Ｎ／ｍｍ２  以下の鋼板を使用すれば、１６０Ｎ／ｍｍ２  以下の溶接構造部材を製造することが可能となる。
本発明に従う溶接構造部材を用いる降伏強度の設計に当たっては、その前提として用いる鋼板の焼きなまし状態での降伏強さ（溶接構造部材の焼きなまし条件と同様、８００〜９００℃で熱処理した後の値）が既知であることが重要である。したがって、圧延のままの鋼板を溶接構造部材に用いる場合は、予め同一の鋼板について前記焼きなましの熱処理を行って、熱処理後の降伏強さを求めておくものとする。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
表１に示す化学組成からなる鋼を6.0 〜30.0ｍｍまで熱間圧延し、一部はその後８５０℃で焼きなましを行い、降伏強さ（ＪＩＳ５号試験片で測定）が異なる種々の鋼板とした。なお、これらの鋼板の圧延のまま、及び圧延後８５０℃で焼きなましした後の降伏強さを表１に併記した。この鋼板を用い、共金心線を用いたＴＩＧ溶接により、図２の（ａ）または（ｂ）の断面を有するＨ形断面の溶接構造部材に組み立てた。その後、この溶接構造部材を、焼きなまししないか、７５０℃または８５０℃で焼きなまし熱処理して、それぞれ溶接構造部材を製造した。これらのＨ形断面の溶接構造部材を断面垂直方向に圧縮して降伏強さを求めた。
得られた結果を表２に示す。表２から、本発明に従えば、圧延のままの鋼板、圧延後焼きなましを施した鋼板のいずれを用いた場合であっても、溶接構造部材の降伏強さの上昇が解消され、その全てが１６０Ｎ／ｍｍ２  を下回り、１２０Ｎ／ｍｍ２  以下となっていることがわかる。また、鋼板（焼きなまし材）の引張試験と溶接構造部材の圧縮試験において得られた応力−歪み曲線の１例として図３に示すように、本発明の溶接構造部材の降伏強さは用いる鋼板の圧延−焼きなまし後の降伏強さにほぼ等しくなっている。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
【表２】
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【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明溶接構造部材はその降伏強さが用いる鋼板の焼きなまし後の降伏強さとほぼ等しく、かつ低降伏強さを確保できるので、設計が容易となるだけでなく、溶接構造物の安全性にも寄与する。また、本発明方法によれば降伏強さ１６０Ｎ／ｍｍ２  以下で安定した溶接構造部材を容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼板と溶接構造部材（溶接のまま）における降伏強さの差異を示すグラフである。
【図２】圧縮試験に用いた溶接構造部材の断面形状を示す図である。
【図３】鋼板及び溶接構造部材の応力−歪み曲線の例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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