JFE 技報 No.2
(2003 年 11 月 ) p.78–82

橋梁用厚板製品とその利用技術
Steel Plates for Bridge Use and Their Application Technologies

川端文丸

KAWABATA Fumimaru

JFE スチール

厚板セクター部

主任部員（副部長）

松井和幸

MATSUI Kazuyuki

JFE スチール

厚板セクター部

主任部員（副部長）

小日向忠

OBINATA Tadashi

JFE スチール

西日本製鉄所小森務

KOMORI Tsutomu

JFE スチール

スチール研究所

耐食防食研究部主任研究員（課長）竹村誠洋

TAKEMURA Masahiro

JFE スチール

スチール研究所

耐食防食研究部主任研究員（課長）久保高宏

KUBO Takahiro

JFE スチール

スチール研究所

接合強度研究部主任研究員（課長）

商品技術部主任部員（副部長）

要旨
JFE スチールの主要な橋梁用厚板商品および関連技術についてその概要を紹介した。理論限界相当冷却能をもつ Super2

OLAC により，耐候性鋼を含む TS570 N/mm 級高張力鋼の非調質化（納期短縮）と低 PCM 化（溶接施工性向上）を実現した。また，塩分に強い Ni 系高耐候性鋼を飛来塩分に応じて 2 タイプ準備し，経済的な適用を可能とするとともに，耐候性鋼橋梁の景観性を向上するさび安定化処理も目的に応じて促進型と熟成型を開発した。さらに，溶接箇所減少や鋼材重量低減によるコスト削減ニーズに対して，長手方向に板厚が連続的に変化する LP 鋼板を，橋梁の安全性向上と長寿命化のために溶接継手疲労強度を飛躍的に高める低変態温度溶接材料も合わせて開発・商品化している。

Abstract:
Essential steel plates for bridge use of JFE Steel are reviewed together with relevant key-technologies. Owing to Super2

OLAC featured with an ultimate theoretical cooling rate, high performance steels such as a TS 570 N/mm class ones andweathering steels with a low PCM value are materialized by efficient on-line process, which offers a short delivery time andsaving in welding fabrication. As for weathering steel, two kinds of advanced ones of Ni type are lined-up for various airborne
salt environments. Also presented herein are new surface treatment technologies to promote protective rust formation for abetter appearance of a bridge. Furthermore, longitudinally profiled (LP) steel plates are lined-up for welding labor and deadweight reductions and low transformation-temperature welding consumables are developed for remarkable fatigue strength ofwelded joints.の利用技術を開発するなど，橋梁分野で利用される鋼材と1.

緒言

その周辺技術を総合的に開発し，商品展開している。
本稿では，こうした取り組みのなかで，Super-OLAC の
2

橋梁は社会基盤かつ国家資産であり，その架設経済性と機能を最大限に活用した高施工性 570 N/mm 級高性能高ともにライフサイクルコスト（LCC）低減への関心が年々張力鋼を紹介する。また，従来の JIS 耐候性鋼では無塗装強くなっている。JFE スチールでは，理論限界相当冷却能使用できない飛来塩分が 0.05 mdd (mg/dm /day) を超えを有する Super-OLAC を厚板製造プロセスに導入し，橋梁る海岸・海浜地域での適用を可能とする 2 種類の Ni 系高用鋼材の高強度非調質化と溶接施工性向上を推し進める耐候性鋼とともに，熟成型と促進型の 2 種類のさび安定化とともに，LCC を大きく低減する新耐候性鋼，さらにそ処理技術を紹介する。

2の性能を最大限に引き出すさび安定化処理技術をそれぞ

さらに LP 鋼板について，主としてその効果的な適用のれ開発し，商品化している。さらに，圧延形状制御技術を提案と低変態温度を有する溶接材料を用いた溶接継手疲駆使して長手方向の板厚を変化させた LP 鋼板や溶接継手

労強度向上技術について概説する。の疲労強度を飛躍的に向上させる特殊溶接材料およびそ− 78 −

橋梁用厚板製品とその利用技術

2570 N/mm 級鋼の溶接予熱温度と板厚の関係を示したも2.

厚板のである。上部の階段状の実線は，道路橋示方書にある標準 PCM 値を有する鋼板の予熱温度を示す。図中破線で示

2.1 高性能高張力鋼

すように，低 PCM 鋼材（PCM  0.20）の適用により厚肉材

溶接構造物の大型化や製作の高能率化の要望が高まるにおいても鋼材温度が 10℃以上では，予熱の省略が可能

なかで，高強度かつ高靭性で溶接性と経済性にすぐれた高となる。

性能高張力鋼が強く求められてきている。ことに溶接部のTable 1 に TMCP 技術を最大限に活用し，また合金元低温割れを防止するための予熱作業は負荷が大きく，その素の微量添加により焼入れ性を制御し，強度・靭性バラン省略や軽減は，高強度厚肉化に付随する課題となっていスの最適化を図って商品化した 570 N/mm 級鋼の特性例た。このジレンマを解消した「使いやすい高張力鋼」の実を紹介する。鋼 B はさらに耐候性に配慮した鋼である。

現が強く望まれていた。このような要望に応えるため，当いずれも PCM は 0.18 と 0.20 以下の低い値であり，優れた社はこれまで他社に先駆けて制御圧延と加速冷却を組み溶接性を有するとともに，降伏強度は 500 N/mm 以上の合 わ せ た TMCP（thermo-mechanical control process） 技値が得られている。また母材，溶接部ともに高いシャル術を駆使し，制御圧延をベースとした高性能化と炭素当量ピー吸収エネルギー値を示し，米国で実用化されている高の増大を極限に抑えた高張力化を推進してきたが，さらに性能鋼 HPS485 を上回る優れた特性が得られている。

221)

1998 年 以 降， 理 論 限 界 相 当 冷 却 能 を 有 す る 画 期 的 なさらに当社では，炭素含有量を約 0.02 mass％未満としSuper-OLAC を導入し，制御圧延と理想的な加速冷却の組た極低炭素鋼のベイナイト組織の特徴的な変態挙動を利み合わせを実現し，一層の TMCP 技術の高度化を図り，用し，ミクロ組織・材質の冷却速度依存性が非常に小さく，低炭素当量で高降伏強度と優れた溶接性を兼ね備えた高かつ極低炭素化により高強度で溶接硬化性が低いことを張力鋼板を開発･商品化した。

特 徴 と す る， 圧 延 ま ま で よ り 迅 速 に 提 供 可 能 な
2

予熱温度の低減には，化学組成で規定される溶接割れ感

570 N/mm 級 TMCP 型極低炭素ベイナイト厚肉高張力鋼

受性（PCM）の低減が有効である。Fig. 1 は一例として，

板2)2とともに 780 N/mm 級鋼の商品化（C 鋼）を完了している。
150

100
Preheat temperature, Tp (°C)

2.2

Tp1 440/(PCMHGL/60K/40 000)392
HGL1 m /100 g (SAW or GMAW)
K20(Plate thickness)
PCM0.29

Ni 系高耐候性鋼

JIS SMA（溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材）などの従来型耐候性鋼を無塗装使用してよい地域の飛来塩分量はConventional 570 N/mm2class steel3)

0.05 mdd 以下とされ ，海岸海浜地帯などのさびが安定化しにくい 0.05 mdd を超える高飛来塩分環境では適用で50きない。当社はこうした高飛来塩分環境においても無塗装

PCM0.27使用可能な Ni 系高耐候性鋼を開発・商品化している。

PCM0.20

Ni 系高耐候性鋼（JFE-ACL シリーズ）は，Ni とともに0Steel for easy fabrication

添加元素として Mo を利用している。Ni は，(1) さび層の緻密化により透過を抑制する物理的作用と，(2) さび層の20Fig. 1

406080100

pH を高めて塩化物イオンの侵入を抑制する電気化学的作

1204)

Plate thickness (mm)用をもつ 。Mo も (2) の作用を発揮するが，Ni と Mo のRelation between plate thickness and preheat
2temperature for 570 N/mm class steel

複合添加によって経済的に耐塩性を得ることが可能であTable 1る。暴露試験と乾湿繰り返し試験の結果，さらに機械的性

Examples of chemical composition and mechanical properties of steel plate produced by TMCP
Chemical composition (mass%)
Base plateThickness
(mm)

CSi

MnPS

A

75

0.08

0.25

1.42

0.007

0.002

–

B*1

50

0.08

0.20

0.88

0.008

0.002

0.34

C50

0.02

0.23

1.97

0.009

0.002

0.41

0.42

Steel

*1

Mechanical properties

Weathering steel,CuCr

PCM*2––

0.16

0.55
0.49

Ni

626

312

SAW

46

632

620

308

SAW

67

626

151

845

234

GMAW

22832

185

0.18

534

0.18

521

0.21

710

PCMCSi/30Mn/20Cu/20Ni/60Cr/20Mo/15V/105B,− 79 −*3E5*3FL(J)
141V

WeldingmethodTS2(N/mm )*2

Welded joint
HeatTSinput
2(kJ/cm) (N/mm )E5(J)

YS(N/mm2)

V

FL : Fusion line,*4*4E40,v*5v*5E15JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

橋梁用厚板製品とその利用技術

Table 2

Examples of chemical composition and mechanical properties of nickel added weathering steel
Chemical composition (mass%)
Thickness

SteelCSi

Mn

PSCu

Mechanical properties
TSElvv(N/mm2) (N/mm2) (%)(mm)
125075505050

JFE-ACL400 Type 1JFE-ACL490 Type 1
JFE-ACL570 Type 1
JFE-ACL400 Type 2
JFE-ACL490 Type 2
JFE-ACL570 Type 2YS

Mo Ceq*1 PCM*2

Ni

0.04
0.07
0.07
0.02
0.02
0.02

0.30
0.32
0.26
0.27
0.29
0.34

0.57
0.71
0.74
0.32
0.92
0.98

0.032
0.033
0.029
0.011
0.006
0.013

– 1.42 0.30 0.27 0.13
0.003
– 1.45 0.32 0.33 0.16
0.002
– 1.48 0.31 0.32 0.16
0.004
0.003 0.37 2.60 – 0.15 0.10
0.005 0.37 2.68 – 0.26 0.14
0.002 0.39 2.61 – 0.27 0.14291358532355
445523460
515625460
528637343832403932

E0*3,E5(J)373281
270355388390vTs
(°C)
59
43
50
35
80
80

CeqCMn/6Si/24Ni/40Cr/5Mo/4V/14, *2PCMCSi/30Mn/20Cu/2060/NiCr/20Mo/15V/105B,ACL400 Type 1, ACL490 Type 1, ACL400 Type 2, ACL490 Type 2, *4ACL570 Type 1, ACL570 Type 2*1*3

1，Type 2 ともに JIS SMA，JIS SM に比べて腐食減量が小Thickness loss (mm)0.16
JFE-ACL Type 1
JIS SMA
JIS SM0.12

さく，優れた耐候性を示すことがわかる。
適用環境については，「100 年の推定腐食量が 0.5 mm 以0.08下」を無塗装使用の判断の目安としている

0.04

地における橋梁環境模擬暴露試験の結果に基づいた推定が，全国各6)によれば ，乾湿が適切に繰り返される環境において，当0.00
01

2345

社の Ni 系高耐候性鋼は 0.4 〜 0.6 mdd までは無塗装使用

6可能と考えており，環境調査を要するが場合によってはこExposure time (y)(a) Type 1 (Site : Choshi, Chiba, 0.23 mdd)

れを超える地域での適用も可能である。

2.3 新さび安定化処理

0.16
Thickness loss (mm)5)

JFE-ACL Type 2JIS SMAJIS SM

0.12

当社では，新さび安定化処理剤として保護性さびの形成
®

7)

8)

熟成型の「カプテンコート M」 と促進型の「イーラス 」

0.08の 2 種の処理剤を開発・製品化している。

0.04

カプテンコートＭは，600 件以上の実績を有するカプテ

0.00

ンコート（2 層型）の知見を基に開発された，作業性に優
0123456
Exposure time (y)(b) Type 2 (Site : Gushikawa, Okinawa, 0.80 mdd)

れた「熟成型」の単層処理剤である。処理膜に鉄イオンと選択的に反応する物質を添加することにより「流れさびを防止」し，処理膜の水・酸素の透過性を高めることで「処Fig. 2

Exposure test results of various steels at coastal areas

理膜下での適度な乾湿繰り返し」を実現し，「保護性さびを熟成」する。さらに，アニオン性樹脂による電気的な反質，溶接性などの確保も考慮して，有効添加量の範囲を発作用により，「塩素イオン透過抑制機能」を有する（Fig.

Ni：1.0 〜 3 mass％，Mo：0.2 〜 0.6 mass％としている。

3）。

Ni 系高耐候性鋼の化学組成および機械的性質の例をイーラスは，さび形成の際にあらかじめ存在するさびとTable 2 に示す。Type 1（1.5％ Ni-0.3％ Mo 系）では Mo同質のさびが形成されやすい現象を利用しており，水・酸を有効量上限の 0.3％まで添加し，合わせて Ni を添加した。
Type 2（極低 C-2.5％ Ni 系）では Ni を有効量上限近くまで添加し，Type 1 より高飛来塩分量に対応できるように
22

Resin on surface
easily decomposed
by UV lightした。Type 1，Type 2 ともに 400 N/mm , 490 N/mm , 570
2N/mm 鋼 が 開 発 さ れ， 機 械 的 性 質， 溶 接 性 と も に JIS

Porous film
H2O, O2

Rigid functionalgroup of anion typeChalking

SMA と同等以上の性能を有している。

Special additives toprevent rust flowing out(Not containing chromiumand lead compound)Fe2

JFE-ACL490 Type 1 と Type 2 鋼の海岸地帯における暴露試験結果を Fig. 2(a)，(b) にそれぞれ示す。暴露環境は，

Stable rust
SteelType 1 は年間平均飛来塩分量 0.23 mdd の千葉県銚子，また Type 2 は 0.80 mdd の沖縄県具志川岸壁であるが，TypeJFE 技報 No.2（2003 年 11 月）− 80 −ClFig. 3Function of CUPTEN COAT M on weathering steel

橋梁用厚板製品とその利用技術

Reducingsteel weight

Conventional plate
Upper layer
・Preventing outflow of Fe ion
・Tone of protective rust color
・Resistance to chloride ion permeation

ClH2O, O2Designedmoment

LP plate

Artificial ruste-RUS treatment

Fulcrum

Weathering steel
Lower layer (including artificial rust)・Promotion of protective rust formation
・Resistance to chloride ion permeation

Fig. 4

Function of e-RUS on weathering steel

Fig. 5素の透過性が高いブチラール系樹脂を基層とする処理膜

Comparison between an LP plate moment andan isometric plate moment against a designed
moment in a girder of bridgeに，保護性さびの核となる人工微細さびを添加することにより，確実かつ早期に保護性さびを形成する「促進型」のBolt
Filler plate2 層処理剤である。さらに，処理膜中に添加したモリブデン酸塩は，処理膜および形成した保護性さび中で電気的な反発作用により「塩素イオン透過抑制機能」を発揮する（Fig. 4）。

LP plateBolt

カプテンコート M とイーラスは，ともに工場塗装や現場塗装に加えて，出荷前に厚板工場において処理する「プレコート」に対応していることが大きな特徴である。既存

Fig. 6のショッププライマー同様に，薄膜でさび安定化処理がな

Example of omission of filler plate in connected parts

された「プレコート」耐候性鋼材は，保管中の一次防錆作
LP 鋼板の橋梁への効果的適用例

用により簡易な素地調整での最終塗装が可能となり，工数10)を 2 例，Fig. 5，6 に負荷の高い製品ブラスト工程の簡略化を可能とするため，示す。Fig. 5 は，中間支点上の桁フランジに LP 鋼板を適総施工コストを削減する効果がある。

用した例である。LP 鋼板の適用により必要断面力に応じカプテンコート M またはイーラス処理は，前節の耐塩た合理的な板厚変化が可能で，等厚鋼板を適用した場合に分特性に優れる Ni 系高耐候性鋼に施工することにより海比べ鋼材重量および溶接箇所の削減を図ることができる。

浜環境にも適用できる。さらに，処理膜中にクロム化合物

Fig. 6 は LP 鋼板を適用したボルト接合部の例で，等厚鋼などを含有しないなど，環境負荷軽減にも配慮している特板の板厚差解消に必要とされたフィラープレートを省略長をもっている。

でき，同時にボルト数も削減できている。
LP 鋼板の製造は，根幹となる高精度ダイナミック板厚

2.4 橋梁用 LP 鋼板
LP(longitudinally profiled) 鋼板制御と制御冷却技術に加え，高度の矯正技術や寸法検査方
9）は，圧延工程において法などの独自開発技術によっている。たとえば，TMCPロール開度を連続的に変化させて，長手方向に連続的に板鋼において発生する板厚変化による冷却条件の変化は，冷厚を変化させた厚板であり，構造物の溶接箇所の減少や鋼却中の移送制御により解消している。

材重量の低減によるコスト削減を可能とした高性能鋼で3. 溶接継手疲労強度の向上技術ある。
LP 鋼板の形状としては，長手方向一方向に板厚が変化する LP1 型を原型として，LP3 型（凸型），LP5 型（凹型），溶接部の疲労強度は，溶接残留応力の影響によって，通2 段階板厚変化の LP7 型など 8 種あり，それぞれ先尾端に常母材のそれを下回り，母材強度にほとんど依存しない。

等厚部を設けることが可能である。これにより，(1) 必要長年のこの問題は，Fig. 7 に示すように，マルテンサイト断面二次モーメントに応じた合理的な板厚構成（重量低変 態 開 始 温 度 を 通 常 の 溶 接 材 料 よ り 低 下 さ せ た 10 ％減），(2) 等フランジ幅設計などの合理化設計，(3) ボルト

Cr-10％ Ni-Fe 系の低変態温度溶接材料「EXWEL」の開発

接合部のフィラープレート省略，(4) 溶接継手部での板厚により，溶接部に圧縮残留応力を発生させることで解決さ調整作業省略などの効果が期待できる。LP 鋼板は，調質れた。

鋼や TMCP 鋼を始め，道路橋示方書で指定されているすべての JIS 鋼材規格に対応している。

開発した溶接材料を用いた荷重非伝達型十字継手の疲
労強度は，Fig. 8 に示すように母材強度の上昇に比例して− 81 −

JFE 技報 No.2（2003 年 11 月）

橋梁用厚板製品とその利用技術の次世代技術により，鋼製橋梁の安全性を飛躍的に高める

Conventional
welding material(780 MPa class)ことが可能と考えている。

Thermal strain (%)

0.2

Cooling
参考文献
Shrinkage1) High Performance Steel Designers’ Guide. 2nd ed. Federal Highway
Administration, U.S. Department of Transportation, 2002-4.
2) 岡津光浩，林透，天野虔一．川崎製鉄技報，vol.30，no.3，1998，p.131–136.

Developedwelding materialExpansion3) 建設省土木研究所ほか．耐候性鋼材の橋梁への適用に関する研究報0500

告書 (XX)．1993.

1 0004) 塩谷和彦ほか．鋼材さび層に及ぼす環境 Cl 量と鋼中 Ni 量の影響．材Temperature (°C)

料と環境 2002．東京，腐食防食協会，2002-05，p.281–282.
5) 加納勇，渡辺祐一．橋梁用新耐候性鋼．土木学会誌．vol.87，2002-4，
p.5–8．

Relation between thermal strain and temperatureof welding material

6) 国等による環境物質等の調達の推進等に関する法律（平成 12 年法律第 100 号）．
7) 宮田志郎，竹村誠洋，古田彰彦，森田健治，松井和幸．NKK 技報．
no.171，2000-9，p.14–20．
8) 小森務，京野一章，加藤千昭．川崎製鉄技報．vol.35，no.3，2003，p.38
–43．

80

20018016Fatigue strength at 210 cycles (MPa)Fig. 71609) 弓削佳徳，堀紀文，西田俊一．川崎製鉄技報．vol.30，no.3，1998，p.137–141．

Developedwelding material

14010) 工藤純一ほか．橋梁と基礎．2000-4，p.11–14．
11) 森影康ほか．低変態温度溶接材料を用いた溶接継手の疲労強度に及ぼす鋼板強度の影響．溶接学会全国大会講演概要．vol.68，2001，p.144
–145．

120
100

Conventional
welding material

8060
200

400

600

800

1 000

Yield strength of steel plate (MPa)Fig. 8Relation between fatigue strength of welded
joint and yield strength of steel plate

飛躍的に向上する11)。今後の高強度鋼の適用拡大や構造物の疲労安全性の向上などが期待され，本技術の実用化に向けた検討を急いでいる。

4.

川端文丸

松井和幸

小日向小森務

竹村誠洋

久保忠

結言

JFE スチールの橋梁用厚板の開発・商品化の現状について 述 べ た。Super-OLAC を 適 用 し た 高 性 能 高 張 力 鋼，0.05 mdd を超える飛来塩分環境に対応した Ni 系高耐候性鋼および新さび安定化処理，さらには LP 鋼板により，資産価値の高い鋼製橋梁架設に貢献できると確信している。
加えて，低変態温度溶接材料による継手疲労強度向上など− 82 −

高宏