NIPPON STEEL日鉄溶接工業株式会社

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技術情報溶接Q&A

F070SBHS用溶接材料について

1. はじめに

近年、橋梁の製作コスト削減など合理化が叫ばれています。その中で、SBHSは鋼橋の建設コスト低減のために開発された高性能高降伏点鋼板です。SBHSは2008年に4規格(SBHS500、SBHS500W、SBHS700、SBHS700W)がJIS鋼材規格に制定され(JIS G 3140)、2011年には鋼橋で採用実績の多い50キロ級鋼に相当する2規格(SBHS400およびSBHS400W)が追加され、東京ゲートブリッジなどに多く採用されています。

今回、SBHSに適用される溶接材料について以下にご紹介いたします。  

2. SBHSの特長

SBHSは従来の溶接構造用鋼材と比較して、高強度・高靭性で、溶接性、加工性に優れた鋼材です。また、降伏強度の向上を、溶接性や加工性を阻害する合金元素の添加ではなく、TMCPにより実現しています。表1にSBHSの機械的性質を示します。

表1 SBHSの機械的性質(JIS G 3140)
種類の記号 降伏点または耐力(N/mm²) 引張強さ(N/mm²) シャルピー吸収エネルギー
試験温度(℃) エネルギー(J) 試験方向
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用溶接材料

●3.1 SBHS400およびSBHS400W用溶接材料
表2にSBHS400用、表3にSBHS400W用溶接材料の一例を示します。

表2 SBHS400用溶接材料の一例
溶接法 種類および銘柄 特長・用途
JIS規格番号 JIS規格種類 銘柄
SMAW Z 3211 E4916U L-55 低水素系全姿勢用
GMAW Z 3312 YGW11 YM-26 炭酸ガス用
YGW15 YM-28S 混合ガス用
FCAW Z 3313 T49J0T1-1CA-UH5 SF-1 炭酸ガス用、全姿勢用
T49J0T1-0CA-UH5 SM-1F 炭酸ガス用、すみ肉用
SAW Z 3183 S50J2-H NF-1×Y-D 突合せ、溶融フラックス
S532-H NF-820×Y-D すみ肉用、溶融フラックス

表3 SBHS400W用溶接材料の一例
溶接法 種類および銘柄 特長・用途
JIS規格番号 JIS規格種類 銘柄
SMAW Z 3214 E49J16-NCCAU CT-16Cr 低水素系全姿勢用
GMAW Z 3315 G49JA0UC1-NCCJ YM-55W 炭酸ガス用
FCAW Z 3320 T49J0T1-1CA-NCC1-UH5 SF-50W 炭酸ガス用、全姿勢用
T49J0T1-0CA-NCC1-UH5 SM-50FW 炭酸ガス用、すみ肉用
SAW Z 3183 S50J2-AW1 NF-1×Y-CNCW 突合せ、溶融フラックス
S50J2-AW1 NB-60×Y-CNCW 突合せ(大入熱)、ボンドフラックス
S50J2-AW1 NF-820×Y-CNCW すみ肉用、溶融フラックス

●3.2 SBHS500およびSBHS500W用溶接材料
表4にSBHS500用、表5にSBHS500W用溶接材料の一例を示します。

表4 SBHS500用溶接材料の一例
溶接法 種類および銘柄 特長・用途
JIS規格番号 JIS規格種類 銘柄
SMAW Z 3211 E6216-N1M1U L-62CF 極低水素系全姿勢用
GMAW Z 3312 G59JA1UC3M1T YM-60C 炭酸ガス用
G59JA1UM3M1T YM-60A 混合ガス用
FCAW Z 3313 T59J1T1-1CA-N2M1-UH5 SF-60 炭酸ガス用、全姿勢用
T57J1T1-0CA-G-UH5 SM-60F 炭酸ガス用、すみ肉用
SAW Z 3183 S624-H4 YF-15B×Y-DM 突合せ、溶融フラックス
S624-H4 NF-1×Y-DM 突合せ、溶融フラックス(大入熱)
S624-H4 NF-320M×Y-DM

表5 SBHS500W用溶接材料の一例
溶接法 種類および銘柄 特長・用途
JIS規格番号 JIS規格種類 銘柄
SMAW Z 3214 E57J16-NCC1AU CT-60Cr 低水素系全姿勢用
GMAW Z 3315 G57JA1UC1-NCCJ YM-60W 炭酸ガス用
FCAW Z 3320 T57J1T1-1CA-NCC1-UH5 SF-60W 炭酸ガス用、全姿勢用
T57J1T1-0CA-NCC1-UH5 SM-60FW 炭酸ガス用、すみ肉用
SAW Z 3183 S58J2-AW1 YF-15B×Y-60W 突合せ、溶融フラックス
S58J2-AW1 NF-320×Y-60W 突合せ、溶融フラックス

●3.3 SBHS700およびSBHS700W用溶接材料
表6にSBHS700用、表7にSBHS700W用溶接材料の一例を示します。

表6 SBHS700用溶接材料の一例
溶接法 種類および銘柄 特長・用途
JIS規格番号 JIS規格種類 銘柄
SMAW Z 3211 E78J16-GU L-82 超低水素系全姿勢用
GMAW Z 3312 G78JA2UCN5M3T YM-82C 炭酸ガス用
G78JA2UMN5C1M3T YM-82A 混合ガス用
FCAW Z 3313 T78J2T1-1CA-N4M1-UH5 近々販売予定
SAW Z 3183 S80J4-H4 NB-80×Y-80 突合せ、ボンドフラックス

表7 SBHS700W用溶接材料の一例
溶接法 種類および銘柄 特長・用途
JIS規格番号 JIS規格種類 銘柄
SMAW Z 3214 E78J16-N9M3AU CT-80Cr 超低水素系全姿勢用
GMAW Z 3315 G78JA2UC1-N5M3T YM-80W 炭酸ガス用
FCAW Z 3320 T78J2T1-1CA-NCC1J-UH5 近々販売予定
SAW Z 3183 S80J4-AW3 NB-80×Y-80W 突合せ、ボンドフラックス
 

4. 継手性能の一例

●4.1 SBHS400W用サブマージアーク溶接材料NB-60×Y-CNCWの継手試験結果
SBHS400W、板厚50mmを使用し、X開先にて、入熱量100kJ/cm以下、パス間温度300℃以下で、大入熱タンデム溶接を行いました。

表8および表9にNB-60×Y-CNCW(4.8Φ)の継手試験結果を示します。NB-60×Y-CNCWは最大入熱量100kJ/cm程度の施工においても十分な継手性能を有して おります。

表8 継手引張試験および型曲げ試験結果
継手引張試験結果 型曲げ試験結果
引張強さ
(MPa)
破断位置 曲げ種類 試験結果
545 Depo 側曲げ 合格

表9 溶接金属の引張試験およびシャルピー衝撃試験結果
試験片の
採取位置
引張試験結果 シャルピー衝撃試験結果
0.2%耐力
(MPa)
引張強さ
(MPa)
伸び
(%)
試験温度
(℃)
吸収エネルギー
(J)
1st側表面から
7mm中心
421 535 34 0 162 153 156
平均 157
2nd側表面から
12.5mm中心
421 562 31 257 207 265
平均 243
参考
(S50J2-AW1)
≧400 ≧490 ≧20 0 ≧47

●4.2 SBHS500用溶接材料の継手試験結果
SBHS500、板厚40mmを使用し、SAW用溶接材料YF-15B×Y-DM(4.8Φ)を用い、X開先・入熱量50kJ/cm以下・パス間温度200℃以下で、GMAW用溶接材料YM-60Cを用い、K開先・入熱量50kJ/cm以下・パス間温度250℃以下で溶接を行いました。

表10および表11に継手試験結果を、写真1に断面マクロの一例を示します。YF-15B×Y-DMおよびYM-60Cは最大入熱量50kJ/cm程度の施工においても十分な継手性能を有しております。

表10 継手引張試験および型曲げ試験結果
銘柄 継手引張試験結果 型曲げ試験結果
引張強さ
(MPa)
破断位置 曲げ種類 試験結果
YF-15B
×Y-DM(4.8Φ)
654 HAZ 側曲げ 合格
YM-60C
(1.2Φ)
640 Depo+HAZ 側曲げ 合格

表11 溶接金属の引張試験およびシャルピー衝撃試験結果
銘柄 引張試験結果 シャルピー衝撃試験結果
0.2%耐力
(MPa)
引張強さ
(MPa)
伸び
(%)
試験温度
(℃)
吸収エネルギー
(J)
YF-15B
×Y-DM(4.8Φ)
421 535 34 -5 162 153 156
平均 157
YM-60C
(1.2Φ)
520 628 27 113 99 95
平均 102
参考
(JIS)
≧500 ≧570 ≧18 -5 ≧47
注)試験片採取位置:2nd側表面t/4より
写真1 断面マクロの一例
写真1 断面マクロの一例

また、SBHS500、板厚40mmを使用し、SAW用溶接材料NF-320M×Y-DM(4.8Φ)を用い、X開先・入熱量100kJ/cm以下・パス間温度200℃以下で、大入熱タンデム溶接を行いました。

表12および表13にNF-320M×Y-DMの継手試験結果を示します。NF-320M×Y-DMは最大入熱量100kJ/cm程度の施工においても十分な継手性能を有しております。

表12 継手引張試験および型曲げ試験結果
銘柄 継手引張試験結果 型曲げ試験結果
引張強さ
(MPa)
破断位置 曲げ種類 試験結果
NF-320M
Y-DM(4.8Φ)
641 HAZ 側曲げ 合格

表13 溶接金属の引張試験およびシャルピー衝撃試験結果
入熱量
(kJ/cm)
パス間温度
(℃)
シャルピー衝撃試験結果
試験温度
(℃)
吸収エネルギー
(J)
100 200 -5 113 101 110
平均 108
 

5. YM-60Cのy形溶接割れ試験結果

SBHS500(板厚40mm)を使用し、JIS Z 3158に準じてy形溶接割れ試験を行いました。
表14に試験結果を示します。予熱なしにおいて、表面および断面割れは発生しませんでした。

表14 y形溶接割れ試験結果(ルートギャップ:1mm)
溶接条件 予熱温度
(℃)
割れ観察結果
表面割れ率(%) 断面割れ率(%)
1 2 3 4 5 平均
280A-30V-30cm/min
(20℃-60%雰囲気)
なし
(室温20℃)
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
*割れ観察:表面割れ観察、PT。断面割れは断面マクロ組織顕微鏡観察
 

6. おわりに

以上、SBHS用溶接材料ならびに継手性能の一例をご紹介しました。今後、SBHS適用に際しての参考として頂ければ幸甚です。