NIPPON STEEL日鉄溶接工業株式会社

ENGLISH

技術情報溶接Q&A

F056船体用圧延鋼板 EH47鋼用溶接材料

1. はじめに

近年、中国を中心とする東アジアの経済発展の影響を受け、世界の海上輸送は活況を呈しており、その海上輸送の一翼を担うコンテナ船は、輸送効率向上のため大型化が進んでいます。コンテナ船は、船倉へコンテナを積み込むために上甲板が大きく開口しており、その開口部周囲のハッチコーミングと呼ばれる部位や上甲板には、航行中の波浪等により大きな曲げ荷重がかかるため、高強度で厚手の鋼板が使用されています。従来、その鋼種は降伏点390MPa級(以下、YP40鋼)までしか船級では認められておらず、大型化に伴う部材の強度担保は鋼材の厚手化に頼るしかなく、船体の大型化は大幅な船体重量の増加を招いていました。

このような背景から、新日本製鐵株式会社(以下、新日鉄)殿と三菱重工業株式会社(以下、三菱重工)殿は世界に先駆け、船体用圧延鋼板として、降伏点を従来のYP40鋼から約20%向上させた降伏点460MPa級のEH47鋼を共同開発し、鋼板の薄手化による船体重量の低減を可能にしました。当社は、新日鉄殿と三菱重工殿とともに大入熱溶接法(2電極VEGA溶接法)をはじめとする溶接技術の同鋼材への適用性を検討してきました。

以下に、EH47鋼用溶接材料を紹介します。

2. 2電極VEGA溶接用溶接材料[EG-47T]

船台やドックでのハッチコーミング等の立向姿勢の溶接には、溶接部の溶け込みが安定して得られる当社独自の立向1パス溶接法で大入熱エレクトロガスアーク溶接法である2電極VEGA溶接法が適用されています。従来、YP40鋼の溶接においては、溶接中に発生するスラグ量の調整のためにフラックス入りワイヤEG-3TとソリッドワイヤYM-55Hを組み合せていましたが、EH47鋼用溶接ワイヤの開発では、スラグ発生量を適正化して、両電極とも同じフラックス入りワイヤEG-47Tを使用できるようになりました。さらに、鋼板の化学成分にマッチしたワイヤの合金成分の設計を行い、優れた溶接継手特性を得ることができました。

図1 2電極VEGA溶接法の概略図(側面図) 図2 2電極VEGA溶接機外観


EG-47Tの溶接金属特性の例
図3 開先形状の一例 図4 溶接部断面マクロの一例

表1 EG-47Tを用いた2電極VEGA溶接条件の一例
電極 極性 溶接ワイヤ ワイヤ径
(mm)
電流
(A)
電圧
(V)
溶接速度
(cm/min)
溶接入熱
(KJ/cm)
開先表面側 DCEP EG-47T 1.6 390 43 6.25 306
開先裏面側 DCEN EG-47T 1.6 370 42
・溶接姿勢:立向上進、供試鋼板:NK船級KE40M(板厚50mm)
・極間距離:15mm、揺動幅:10mm、シールドガス:CO₂
図5 衝撃試験片採取位置 図6 引張試験片採取位置

表2 溶接金属の化学成分の一例(mass%)
C Si Mn P S Cu Ni Mo
0.06 0.28 1.45 0.010 0.011 0.13 1.37 0.12
表3 溶接金属の機械的性質の一例
溶接
姿勢
引張試験 衝撃試験
0.2% 耐力
(MPa)
引張強さ
(MPa)
伸び
(%)
試験温度
(℃)
位置 吸収エネルギー
(J)
立向
上進
489 634 24 -20 表面 120 117 117 平均118
裏面 125 137 134 平均132
NK船級
要求値
460
以上
570~720 17
以上
-20 表面および
裏面
- - - 平均53以上

3. 炭酸ガスアーク溶接用溶接材料[SF-47E、YM-55H]

EH47鋼用の溶接材料としては、他に炭酸ガスアーク溶接用のフラックス入りワイヤSF-47EおよびソリッドワイヤYM-55Hがあります。SF-47Eは、溶接作業性と溶接金属の靭性を両立した、全姿勢溶接が可能なルチール系フラックス入りワイヤです。一方、YM-55Hは下向姿勢で、より高能率な溶接が必要とされる場合に用います。

SF-47EおよびYM-55Hの溶接金属特性の例
表4 SF-47EおよびYM-55Hの諸元
銘柄 種別 フラックスタイプ
SF-47E シームレス
フラックス入りワイヤ
ルチール系
YM-55H ソリッドワイヤ -

図7 下向継手の開先形状の一例 図8 立向継手の開先形状の一例
図9 下向継手の溶接部断面マクロの一例 (SF-47E) 図10 立向継手の溶接部断面マクロの一例 (SF-47E)

表5 SF-47EおよびYM-55Hの継手溶接条件の例
溶接ワイヤ ワイヤ径 溶接
姿勢
パス数 電流
(A)
電圧(V) 溶接入熱
(KJ/cm)
SF-47E 1.2mm 下向 24 280~340 34~41 17~29
立向
上進
22 210~230 20~23 18~35
YM-55H 1.2mm 下向 22 220~380 27~40 16~40
供試鋼板:NK船級KE40M(下向:板厚60mm、立向上進:板厚50mm)、シールドガス:CO₂

表6 SF-47EおよびYM-55Hの溶接金属特性の例
溶接ワイヤ 溶接
姿勢
引張試験 衝撃試験
0.2% 耐力
(MPa)
引張強さ
(MPa)
伸び
(%)
位置 -20℃の吸収エネルギー
(J)
SF-47E 下向 588 653 27 表面 107 113 105 平均108
116 115 112 平均114
立向
上進
607 667 25 表面 103 106 112 平均107
裏面 91 94 95 平均93
YM-55H 下向 568 630 24 表面 168 168 158 平均165
裏面 143 139 131 平均138
NK船級
要求値
460
以上
570~720 17
以上
表面および
裏面
- 平均46以上
※ 試験片採取位置は図5および図6参照

4. おわりに

EH47鋼用溶接材料として、2電極VEGA溶接用EG-47T、炭酸ガスアーク溶接用SF-47EおよびYM-55Hを開発しました。EH47鋼とこれら溶接材料は、すでに大型コンテナ船に適用され、今後も船体の大型化とともに適用の増加が期待されます。EH47鋼と当社溶接材料により、溶接部品質および作業能率の向上、さらにはトータルコスト低減の一助になれば幸甚です。

 図11 大型コンテナ船への 2電極VEGA溶接機の適用状況