橋梁用高性能鋼材対応『SBHS鋼用溶接材料について』溶接Q&A 技術情報

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F090橋梁用高性能鋼材対応『SBHS鋼用溶接材料について』

1. はじめに

SBHS（Steels for Bridge High Performance Structure）鋼は、鋼橋の建設コスト低減のために産学連携研究プロジェクトの成果に基づき開発された高性能鋼材です^1）。2008年にJIS鋼材規格（JIS G 3140）に新訂された4規格【SBHS500、SBHS500W、SBHS700、SBHS700W】に、鋼橋で適用実績の多い490MPa級鋼に相当する2規格【SBHS400、SBHS400W】が2011年に追加され、現在6規格制定されています。また、2017年11月に改訂された道路橋示方書（公益社団法人日本道路協会）にもSBHS400（W）及びSBHS500（W）が新たに規定されています2）。なお、各鋼材規格の末尾に表示される「W」は耐候性鋼を意味します。

今回、SBHS鋼に適用される溶接作業性及び機械性能の優れた溶接材料について紹介します。

2. SBHS鋼の特長

SBHS鋼は高強度・加工性・溶接性をTMCP（Thermo Mechanical Control Process）熱加工制御の適用により実現させた高性能鋼材です。降伏強度が従来鋼より高く、板厚によらず降伏強度が一定であり、また高い靭性を有し、かつ圧延直角方向の性能も保証されます。さらに大幅に予熱温度低減が可能となるため、予熱作業及びその付帯作業の軽減あるいは省略ができます。これは耐候性鋼仕様も同様です。

表1 SBHS鋼の機械的性質（JIS G 3140）

種類の記号	降伏点または耐力（MPa）	引張強度（MPa）	シャルピー吸収エネルギー
種類の記号	降伏点または耐力（MPa）	引張強度（MPa）	試験温度（℃）	吸収エネルギー（J）	試験片採取方向
SBHS400 SBHS400W	400以上	490～640	0	100以上	圧延直角方向
SBHS500 SBHS500W	500以上	570～720	－5
SBHS700 SBHS700W	700以上	780～930	－40

3. SBHS鋼用溶接材料

●3-1 SBHS400鋼及びSBHS400W鋼用溶接材料
表2にSBHS400鋼及びSBHS400W鋼用溶接材料の一例を示します。

表2 SBHS400鋼及びSBHS400W鋼用溶接材料の一例

鋼種	溶接方法	銘柄	特長・用途	JIS	該当AWS
SBHS 400	SMAW	L-55	全姿勢用	Z 3211 E4916U	A5.1 E7016
	GMAW	YM-26	CO₂用	Z 3312 YGW11	A5.18 ER70S-G
	FCAW	SF-1 SM-1F	CO₂全姿勢用 CO₂すみ肉用	Z 3313 T49J0T1-1CA-UH5 Z 3313 T49J0T1-0CA-UH5	A5.36 E71T1-C1A0-CS1 A5.36 E70T1-C1A0-CS1
	SAW	NF-1 & Y-D NF-820 & Y-D	突合せ用すみ肉用	Z 3183 S532-H 該当 Z 3183 S532-H 該当	A5.17 F7A4-EH14 A5.17 F7A2-EH14
SBHS 400W	SMAW	CT-16Cr	全姿勢用	Z 3214 E49J16-NCCAU 該当	A5.5 E7016-G
	GMAW	YM-55W	CO₂用	Z 3315 G49JA0UC1-NCCJ 該当	A5.28 ER80S-G
	FCAW	SF-50W SM-50FW	CO₂全姿勢用 CO₂すみ肉用	Z 3320 T49J0T1-1CA-NCC1-UH5 Z 3320 T49J0T1-0CA-NCC1-UH5	A5.36 E71T1-C1A0-G A5.36 E70T1-C1AG-G
	SAW	NF-1 & Y-CNCW NF-820 & Y-CNCW	突合せ用すみ肉用	Z 3183 S50J2-AW1 該当 Z 3183 S50J2-AW1 該当	A5.23 F7A2-EG-G A5.23 F7A0-EG-G

●3-2 SBHS500鋼及びSBHS500W鋼用溶接材料
表3にSBHS500鋼及びSBHS500W鋼用溶接材料の一例を示します。

表3 SBHS500鋼及びSBHS500W鋼用溶接材料の一例

鋼種	溶接方法	銘柄	特長・用途	JIS	該当AWS
SBHS 500	SMAW	L-62CF	全姿勢用	Z 3211 E6216-N1M1	A5.5 E9016-G
	GMAW	YM-60C	CO₂用	Z 3312 G59JA1UC3M1T	A5.28 ER80S-G
	FCAW	SF-60 SM-60F	CO₂全姿勢用 CO₂すみ肉用	Z 3313 T59J1T1-1CA-N2M1-UH5 Z 3313 T57J1T1-0CA-G-UH5	A5.36 E81T1-C1A2-K11 A5.36 E80T1-C1A0-G
	SAW	YF-15B & Y-DM NF-820 & Y-DM	突合せ用すみ肉用	Z 3183 S624-H4 該当 Z 3183 S582-H 該当	A5.23 F9A6-EA3-A3 A5.23 F8A0-EA3-A3
SBHS 500W	SMAW	CT-60Cr	全姿勢用	Z 3214 E57J16-NCC1AU 該当	A5.5 E8016-G
	GMAW	YM-60W	CO₂用	Z 3315 G57JA1UC1-NCCJ 該当	A5.28 ER80S-G
	FCAW	SF-60W SM-60FW	CO₂全姿勢用 CO₂すみ肉用	Z 3320 T57J1T1-1CA-NCC1-UH5 Z 3320 T57J1T1-0CA-NCC1-UH5	A5.36 E81T1-C1A0-W2 A5.36 E80T1-C1A0-W2
	SAW	YF-15B & Y-60W NF-820 & Y-60W	突合せ用すみ肉用	Z 3183 S58J2-AW1 該当 Z 3183 S582-AW1 該当	A5.23 F8A2-EG-G A5.23 F8A0-EG-G

●3-3 SBHS700鋼及びSBHS700W鋼用溶接材料
表4にSBHS700鋼及びSBHS700W鋼用溶接材料の一例を示します。

表4 SBHS700鋼及びSBHS700W鋼用溶接材料の一例

鋼種	溶接方法	銘柄	特長・用途	JIS	該当AWS
SBHS 700	SMAW	L-82	全姿勢用	Z 3211 E78J16-GU 該当	A5.5 E11016-G
	GMAW	YM-82C	CO₂用	Z 3312 G78JA2UCN5M3T	A5.28 ER110S-G
	FCAW	SF-82WL	Ar-CO₂用	Z 3320 T78J2T5-0MA-NCC1J-UH5 該当	─
	SAW	NB-80 & Y-80	突合せ用	Z 3183 S80J4-H4 該当	A5.23 F12A4-EG-G
SBHS 700W	SMAW	CT-80Cr	全姿勢用	Z 3214 E78J16-N9M3AU 該当	A5.5 E11016-G
	GMAW	YM-80W	CO₂用	Z 3315 G78JA2UC1-N5M3T 該当	A5.28 ER110S-G
	FCAW	SF-82WL	Ar-CO₂用	Z 3320 T78J2T5-0MA-NCC1J-UH5 該当	─
	SAW	NB-80 & Y-80W	突合せ用	Z 3183 S80J4-AW3 該当	A5.23 F11A4-EG-G

●3-4 溶着金属機械性能の一例
表5にSBHS鋼用溶接材料の溶着金属機械性能の一例を示します。

表5 SBHS鋼用溶接材料の溶着金属機械性能の一例

鋼種	溶接方法	銘柄	溶着金属機械的性能				溶着金属化学成分（%）
			耐力（MPa）	引張強度（MPa）	衝撃性能		C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr	Mo
			耐力（MPa）	引張強度（MPa）	試験温度（℃）	吸収エネルギー（J）	C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr	Mo
SBHS 400	SMAW	L-55	480	550	0	230	0.07	0.55	0.95	0.011	0.008	─	─	─	─
	GMAW	YM-26	460	560		130	0.07	0.52	1.11	0.016	0.011	─	─	─	─
	FCAW	SF-1 SM-1F	520 510	580 570		100 90	0.06 0.05	0.50 0.53	1.40 1.50	0.015 0.016	0.010 0.011	─ ─	─ ─	─ ─	─ ─
	SAW	NF-1 & Y-D NF-820 & Y-D	490 495	550 560		170 90	0.08 0.05	0.27 0.61	1.30 1.76	0.018 0.017	0.011 0.010	─ ─	─ ─	─ ─	─ ─
SBHS 400W	SMAW	CT-16Cr	520	570	0	160	0.04	0.37	0.62	0.016	0.008	0.35	0.14	0.50	─
	GMAW	YM-55W	580	630		90	0.08	0.48	1.05	0.006	0.008	0.50	0.21	0.61	─
	FCAW	SF-50W SM-50FW	500 510	580 590		100 75	0.04 0.05	0.35 0.32	0.80 1.10	0.015 0.014	0.008 0.005	0.34 0.45	0.44 0.50	0.47 0.48	─ ─
	SAW	NF-1 & Y-CNCW NF-820 & Y-CNCW	520 490	620 570		115 75	0.07 0.05	0.31 0.66	1.19 1.57	0.010 0.011	0.006 0.006	0.34 0.35	0.11 0.14	0.55 0.56	─ ─
SBHS 500	SMAW	L-62CF	590	660	－5	185	0.07	0.45	1.36	0.011	0.008	─	0.70	─	0.35
	GMAW	YM-60C	590	660		120	0.07	0.38	1.38	0.011	0.012	─	─	─	0.35
	FCAW	SF-60 SM-60F	570 600	620 660		100 75	0.05 0.06	0.50 0.56	1.47 1.83	0.011 0.016	0.005 0.008	─ ─	0.53 ─	─ ─	─ ─
	SAW	YF-15B & Y-DM NF-820 & Y-DM	605 600	665 660		85 80	0.09 0.04	0.38 0.75	1.33 1.77	0.014 0.017	0.011 0.009	─ ─	─ ─	─ ─	0.49 0.47
SBHS 500W	SMAW	CT-60Cr	520	610	－5	190	0.07	0.38	0.67	0.017	0.009	0.44	0.62	0.56	─
	GMAW	YM-60W	540	640		110	0.07	0.38	0.83	0.011	0.007	0.58	0.46	0.50	─
	FCAW	SF-60W SM-60FW	630 540	685 620		115 70	0.05 0.04	0.50 0.46	1.18 1.12	0.012 0.017	0.005 0.006	0.42 0.35	0.61 0.45	0.51 0.52	─ ─
	SAW	YF-15B & Y-60W NF-820 & Y-60W	530 540	635 640		85 65	0.08 0.06	0.45 0.60	1.43 1.67	0.018 0.012	0.009 0.008	0.37 0.37	0.10 0.10	0.57 0.56	─ ─
SBHS 700	SMAW	L-82	855	935	－20	140	0.04	0.47	1.46	0.011	0.003	─	4.83	─	0.54
	GMAW	YM-82C	770	895		70	0.08	0.60	1.43	0.005	0.005	─	2.45	─	0.58
	FCAW	SF-82WL	830	895		90	0.08	0.38	1.74	0.012	0.004	0.24	2.61	─	0.80
	SAW	NB-80 & Y-80	790	890		110	0.07	0.20	1.62	0.011	0.002	─	2.13	0.94	0.45
SBHS 700W	SMAW	CT-80Cr	835	930	－20	130	0.04	0.44	1.44	0.012	0.005	─	4.72	─	0.54
	GMAW	YM-80W	750	840		75	0.07	0.51	1.28	0.011	0.007	0.35	2.43	─	0.42
	FCAW	SF-82WL	830	895		90	0.08	0.38	1.74	0.012	0.004	0.24	2.61	─	0.80
	SAW	NB-80 & Y-80W	850	930		140	0.06	0.21	1.69	0.009	0.002	0.35	2.03	0.82	0.46

4. 溶接継手性能

●4-1 SBHS鋼を適用した溶接継手の所要性能
表6にSBHS鋼を適用した溶接継手の所要性能を示します。

表6 SBHS鋼を適用した溶接継手の所要性能^1）

鋼種	継手引張強度（MPa）	シャルピー吸収エネルギー
鋼種	継手引張強度（MPa）	試験温度（℃）	吸収エネルギー（J）
SBHS400 SBHS400W	490以上	0	47以上
SBHS500 SBHS500W	570以上	－5
SBHS700 SBHS700W	780以上	－15

●4-2 SBHS500鋼を適用した溶接継手性能
表7にSBHS500鋼を適用した溶接継手性能の一例を示します。

表7 SBHS500鋼を適用した溶接継手性能の一例

溶接方法	銘柄	溶接金属機械的性質例				溶接金属化学成分例 %
溶接方法	銘柄	入熱【パス間温度】	耐力（MPa）	引張強度（MPa）	vE-5℃ （J）	C	Si	Mn	Ni	Mo
SMAW	L-62CF	35kJ/cm 【200℃以下】	610	681	148	0.07	0.45	1.36	0.70	0.35
GMAW	YM-60C	40kJ/cm 【200℃以下】	517	628	92	0.07	0.38	1.38	0.01	0.35
FCAW	SF-60	40kJ/cm 【200℃以下】	566	632	103	0.08	0.53	1.58	0.52	0.34
SAW	YF-15B & Y-DM	42kJ/cm 【200℃以下】	540	630	65	0.09	0.38	1.33	0.02	0.49

●4-3 溶接継手の断面マクロ写真
図2に溶接継手の断面マクロ写真の一例を示します。

図2 溶接継手の断面マクロ写真の一例

5. 施工上の注意点

1．SBHS鋼は予熱温度低減を目標に開発されていますが、溶接材料の乾燥状態、雰囲気の状態（多湿など）、継手の拘束度などによっては予熱温度が高まる場合もあります。
2．板厚50mm以上については、予熱の検討が必要になる場合があります。
3．パス間温度の標準は200℃以下を設定しています。

その他留意点
・溶接金属に対する衝撃性能は、特別な要求がない限り溶着金属の衝撃特性が適用されます。
・優れた性能を最大限に引き出すためには、設計・施工・管理技術を継続的改善し、素材メーカー、ファブリケータ、コンサルタントとの連携強化が必要と考えます3）。

6. おわりに

今回、SBHS鋼用溶接材料ならびに溶接継手性能一例を紹介しました。現在、SBHS鋼を適用した鋼橋建設が増加傾向にあり、当社の SBHS鋼用溶接材料も多く採用され、継手研究評価報告4）も公開されています。今後のSBHS鋼適用に際しての一助になれば幸いです。

＜参考文献＞
1）一般社団法人日本鉄鋼連盟橋梁用鋼材研究会：高性能鋼の概要（橋梁向け）
2）公益社団法人日本道路協会：道路橋示方書・同解説（Ⅱ 鋼橋・鋼部材編）
3）岡野重雄：橋梁用高性能鋼材とその適用例、溶接学会誌第76巻（2007）第7号
4）上野康雄、藤平正一郎：橋梁用高降伏点鋼板（SBHS700相当鋼）の溶接性評価試験、片山技報No.29（2010）