建築構造用 590N/mm2鋼材のCO2ガス
シールドアーク溶接継手性能 下向き溶接
平成２６年６月

近年、溶接施工性を改善した建築構造用高性能
590N/mm 2 TMCP鋼材「HBL440」が開発され、高強度鋼材の施工性向上が期待されている。
本試験では、SA440 および HBL440 を同条件で施工し、それぞれの継手特性および差異について報告する。

＜溶接条件と試験体＞
試験体

No.1

厚さ mm

No.2

No.3

40

鋼種

SA440B

HBL440B

予熱温度 ℃

60なし

溶接材料

KC-60

KC-65

ﾊﾟｽ間温度 ℃

250≧

350≧

入熱 KJ/cm

40≧

Ｎｏ.3の試験体のみ高強度な溶接材料を選定しパス間温度350℃、入熱40KJ/cm以下に緩和して溶接効率を向上させたが溶接金属強度と靱性、溶接継手強度を確保することができた。

建築構造用 590N/mm2 鋼ＣＯ2 ガスシールドアーク溶接継手性能
正会員 ○小泉好成*A
同廣田 実*BSA440
HAZ 靱性590N/mm2
溶接継手特性

TMCP
溶接材料
表２１．はじめに至近、TMCP 技術を駆使し、溶接施工性を改善した建®

制御
圧延(α+γ)２相域

RQ Q'

T(a)従来鋼 (SA440)

図１4040JIS 4JIS 5479
5006286317679

JIS 1A

440～540590～740≦80440～540590～740≦80

HBL44032＜ｔ≦40規格

20＜ｔ≦100

SA44019≦t≦100規格

多段熱処理

JIS 4JIS 5JIS 4(b) TMCP(b)開発鋼 (HBL440)

表３

例も増加している。その場合、工場溶接、現場溶接とも溶接材料に CO2 ガスシールドアーク溶接の適用が一般的な溶接法

ﾊﾟｽ間温度 ℃
入熱 KJ/cm2
開先形状
裏当金として採用される。現状の鋼材種別比率としては、1996
年に旧建築基準法第 38 条の一般認定を取得している二相SA440）が、ほぼ全数である。
本報では，SA440 および HBL440 を同条件で溶接施工し，それぞれの継手特性および差異について報告する。
２．試験用鋼材の母材特性®

溶接施工試験に用いた SA440 と HBL 440 の化学成分を
表 1 に示す。従来の SA440 と比較し、低 C 化、低 PCM 化

PL40

HBL440B規格 t≦40
SA440B規格t≦40No.240No.3PL-40*2 PCM =C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B*3 HBL440B(SA440B), *4 HBL440C(SA440C)

GMAW Welding joint Properties of 590N/mm2 construction steel

300

300
*2A300*1Ceq PCM
Sothers0.003 Cr, Mo, 0.41 0.170.002 Nb,V,T 0.40 0.19≦
≦0.44 ≦0.220.008 必要に応じて添加≦できる ≦0.44 ≦0.280.008*1 Ceq =C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14

Part.2 Flat positon welding

47A

504040≧7050ー衝撃特性を示す。
表１ 鋼材の化学成分

HBL440B
SA440B≧15≧16≧20≧26≧20

SA440 は通常予熱が必要な鋼材であるため、50℃で実施したが、HBL440 は溶接施工指針 1)で定める通り、予熱なしとした。また、590N/mm2 級鋼材の溶接材料は同強度クラスの G59JA1UC3M1T を使用するが、溶接効率向上のために G69A2UCN1M2T をパス間温度 350℃にすることを試みた。なお、裏当金は電炉製 FB SN490B を選定した。
次に試験体形状を図 2 に示す。

が図られている。表 2 に母材の引張特性およびシャルピ

MnP
1.490.013
1.440.008≦*31.60 ≦0.030≦*31.60 ≦0.030

294261

SA440B
HBL440B
60
なし
G59JA1UC3M1T
G69A2UCN1M2T（KC-65 φ1.2)（KC-60 φ1.2)
250≧
350≧
40≧
レ形,角度；35°,RG;7mm
電炉製 FB 9×25mm SN490B

域熱処理実施の建築構造用高性能 590N/mm2 鋼材（以下化学成分 (重量%)2852

板継継手の溶接条件等
No.1

試験体
厚さ mm
鋼種
予熱温度 ℃

的に多いが、一部のトラス部材や弾性梁などへの適用事

Si
0.200.23
≦
0.55
≦
0.55

vE0℃
(J)

３．溶接条件と試験体製作
下向き CO2 ガスシールドアーク溶接により、3 条件の板継継手（厚さ 40mm）を作成した。条件を表 3 に示す。

製造プロセス模式図

C0.060.08≦
0.12≦
0.18

衝撃特性El(%)

加速冷却

590N/mm2 鋼材は、溶接組立箱形断面柱への適用が圧倒

板厚mm

引張特性
YRYSTS22(%)(N/mm ) (N/mm )試験片

19≦t≦32されている。それぞれの製造プロセス概念を図 1 に示す。

鋼材の機械的性質

板厚(mm)
HBL440B
SA440B

築構造用高性能 590N/mm2TMCP 鋼材 1)（以下 HBL 440と記す）が開発され、高強度鋼材の施工性の向上が期待

圧延

同 遠山和裕*A
同 藤沢清二*B

代替タブ300

図２300

試験体形状

試験体幅は 300mm とし、代替タブを使用した。
次に、図３に各試験体の積層記録を示す。溶接効率を上げて、パス間温度を 350℃で管理した試験体 No.3 は待KOIZUMI Yoshinari,et al.

機時間が少なく、その他試験体の半分以下の待機回数となった。
No.2

9107856910616151311151291075864437136510108611W

43

ﾀﾞｲｱﾌｱﾗ側HAZ

219層/15ﾊﾟｽ

129752115113215171416171412

1

10層/17ﾊﾟｽ

W/2W/2

梁ﾌﾗﾝｼﾞ側HAZ
Bond部

10層/17ﾊﾟｽ

40

図３A部

溶接積層記録

４．溶接継手の機械試験結果（１）溶接継手マクロ
各試験体のマクロを写真 1 に示す。パス数は、概ね３試験体とも同じく No.1 が 15 パス、No.2，3 が 17 パスである。有害な欠陥は見られず、充分な溶込が得られた。

No.1No.3No.2

写真１

溶接継手マクロ（２）溶着金属引張試験、継手引張試験結果
溶着金属引張試験結果、継手引張試験結果を表４に示す。各試験体とも母材規格強度下限を上回り、継手引張試験の破断位置はいずれも母材であった。
表４

溶着金属引張試験、継手引張試験結果

試験項目2

溶着金属 YS（N/mm ）引張試験 TS（N/mm2）2継手TS（N/mm ）引張試験 破断位置

No.1610657649
母材HAZ部

101411713No.33740No.1（３）溶接継手衝撃試験
溶接継手衝撃試験位置を図３に試験結果を表５に示す。
目標性能は母材規格下限値（SA440；47J，HBL440;70J）としたが、DEPO，BOND，HAZ 各試験体・各部位において 70J を上回る結果を得た。

No.2585649624
母材

No.3525679607母材

No.2，3 試験体は、鋼材、積層条件が同じで、溶接ワイヤ種、パス間温度を変えた継手であるが、継手強度も破断位置（写真２）も顕著な差異は認められない。

梁フランジ

通しダイアフラム

梁ﾌﾗﾝｼﾞ側Bond

ﾀﾞｲｱﾌﾗﾑ側Bond1mm
梁ﾌﾗﾝｼﾞ側HAZの Vノッチ位置

Depo（溶込み幅中央)

試験部位

ノッチ位置

開先側

HAZ

開先側

BOND

溶接金属

DEPO

ﾀﾞｲｱﾌﾗﾑ側
ﾀﾞｲｱﾌﾗﾑ側

BOND

HAZ

A部詳細図

図３

溶接継手衝撃試験位置

表５

溶接継手衝撃試験結果

No.1
N0.2vE0 ＪvE0 Ｊ個 々 平 均 個 々 平 均
116
285
193
293
245
291
217
303
54181
162239
185
281
248
254
1508487142
14385134916410510515584
199
167
160
135229209
188
195281233
117No.3vE0 Ｊ個 々平 均
219241276229180167153169111978793260267272268237266268294

No.3 試験体はパス間温度 350℃、入熱 40kJ/cm と半自動溶接では最も効率の良い条件としている。通常 590N/mm2鋼材では施工しない条件であるが、優れた靱性を得た。
５．まとめ
供試材 SA440，HBL440 ともに健全な溶接継手性能が得られた。鋼材の製造法による継手性能差はなく、No.2,3 試験体は TMCP タイプの 590N/mm2 鋼材を適用することにより，予熱省略が実現し、施工性が向上した。
また No.3 試験体では高強度な溶接材料を選定し、パス間

No.2

温度 350℃、入熱 40kJ/cm に上げ溶接効率を向上させたが、懸案となる溶接金属強度と靱性、さらに溶接継手強度を確保と、新たな溶接条件を提示することができ、今後の効率的な高強度鋼材の溶接施工の可能性を見出した。

No.3

参考文献

®

1) 建築構造用高性能 590N/mm2 級 TMCP 鋼板 HBL 440 設計・溶接施工指針， 2013

写真２溶接継手破断状況*A 藤木鉄工株式会社*B ＪＦＥスチール株式会社*A Fujiki Corporation*B JFE Steel Corporation.

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