船舶, 橋梁その他の構造物において, 強度を低下する ことなく重量を軽減

145
第7巻 第7号
HT 52高張力鋼の熔i接
安 藤 良 夫
1． まえがき
と熔接性が悪くなるので上限は60kg／mm2に抑えた．
／
それらの供試高張力鋼は川崎製鉄，日本製鋼所，日本鋼
ことなく重量を軽減しようとする努力は絶えず続けられ
管，八幡製鉄の4社で試作した8チャージで，化学成分
中のSi量は特に指定したものである．熔接接手試験で
ている．構造法が鋲接から熔接となり，鍋材を軽合金で
は板厚20mmと12 mmのボトム材を使用したが，そ
船舶，橋梁その他の構造物において，強度を低下する
置換えるようになったのはいずれもこのあらわれといえ
の化学成分（レードル分析）を第1表に示す．これらの
る．さらにこの努力の一つとして高張力鋼の使用が挙げ
熔解は日本鋼管と八幡製鉄では塩基性平炉，川崎製鉄と
られる．
一般構造物における高張力鋼の使用はかなり古く，
日本製鋼所では電気炉で行われた．
第1表 供試高張力鋼の化学成分（レードル）
Ducol Stee1， High Tensile Steelなどを用いて鋲構造が
化 学
製鋼所名
記号
造られている．しかし，多くの研究が行われたにもかか
わらず，これらの材料はそのままの成分では強度を失う
川崎製鉄
ことなく完全に熔接することは不可能であった．その後
熔接可能な高張力鋼を使って構造物の重量を2つの面か
ら節約しようとする傾向は世界的のものとなり，各国と
室．蘭
日本鋼管
もこの方面の研究と実用化を極めて盛んに行っている．
特に船舶におい℃は，重量の節約は各種の性能を大い
．八 幡
KK
MM
0．19
0．46
1．38
1，27
0．020 0．006
0．013 0．005
0．10
0．06
0．03
0．15 0．58
1．16
1．30
0．021
0．019
0．010
0．008
0．26
0．21
0．25 0．31
0．16 0・27
0．60
0．29
1．16
1．32
0．024 0．015
0．019 0．OL6
0。09
0．02
O． 03
0．13
0．15
0．65
1，14
1，49
0。016 0．019
0．021 0．021
W
0．16
0．21
0．19
0．14
63
0．17 0．37
NN
0．19
63
’0．ユ7
YY
0．12
0，17
震U4
成 分
・1・・1M・1・1・い・1・rl・・
0． 53
0．16
0．18
tr．
tr．
゜・
に向上するもので，わが国においても今次大戦の末期に
各製鋼所においては試作鋼についてJISに準じた引
旧海軍が研究を行い，高速潜水艦の内殼を高張力鋼の熔
張り試験，曲げ試験が行われ，あわせてレードル分析，
接構造で造るなど相当の成果を挙げているが，当時は鋼
および製品分析オーステナイト粒度およびフェライト粒
材の切欠脆性に対して全く考えてなく，その他疑問の点
度が求められた．供試高張力鋼のボトム材の機械的試験
も少なくない．
昭和28年より日本造船研究協会第6研究部会ではこ
と粒度測定結果は第2表に示した通りで，機械虻性質は
始あに指定した目標範囲に入っている．
れらの資料を基礎とし，米英独等の高張力鋼の規格を参
第2衷 供試高張力鋼の機械的性質および結最粒度（ボトム）
照して鋼材を試作し，その熔接性試験を行い，
降伏点≧32kg／mm2
引張り強さ 52∼60 kg／mm2
結 晶 粒 度
機 械 的 性 質
記 号
板謡雌瀟・・雛訓伸び 駕農1㌫鰹凌
7Q9
，4−5
29。0
26，0
700
2， 4，6
25．5
24．0
80q
39．1
39．8
60，1
25．0
61． 8
23， O
34。7
88．2
52．4
55．2
43．0
44．0
57．5
60．5
釜 ll：1
60．2
60．5
21 02
K 1
3∼4
伸 び ≧ 20 ％
02
の機械的性質を有し，かつ切欠脆性を含めた熔接性の良
好な高張力鋼を求める研究を始めた．これは最低強度が
52k91mm2であるところから， HT 52高張力鋼と称し
ている．この研究には製鋼，熔接棒，造船関係の多数の
会社が協力参加したほか，熔接性試験は運研，鉄研，東
大，阪大，名大など研究機関が分担して行ったが，研究
の概要を述べつつ当研究室で行った熔接接手試験につい
て述べる．
2．供試高張力鋼の化学成分と機械的性質
K 4
M・
M 3
・・
N 3
P18
Pil
18111：1
21
0ウ一
Y 6
21 02
Y 4
39．3
38．2
32．6
37．3
㌔2
51
O1
00
3， 4
だ07
∼∼
6，7，8
6，7，8
78
6，7，8
6，7，8
59．9
60．0
21。0
25．0
54．2
55．4
27， 0
7A．・8
6，7，8
27．5
7∼8
7∼8
52．2
52。2
20．5 6∼7 37．4 59．4
35．6 59．7
1凱茗8 6il7
26．5 7｛r8 ll：l l
6∼7
6−−v 7
76
本研究に使用された高張力鋼は比較的安価に製造でき
るものとして，合金成分はCのほかSi， Mnのみを添
3． 熔接性試験の概要
加したものとした．この種鋼材であまり高い強度を望む
1
146
＼
生 産 研 究
熔接性に関しては多数の試験方法があり，その相関性
ば圧延のままで十分使用できる鋼材が得られる．しかし
を確立する研究も別に行われているが，当時の段階では
熔接性の向上ばかりに目を奪われず，焼準によって強度
まだ不十分であったので多数あ試験が行われた．
の下ることに注意しなければならない．
母材の切欠脆性を主として求める試験としては標準シ
HT 52高張力鋼用の熔接棒としては各種試験の結果
ャルピー試験，簡易脆性試験，シュナット試験，母材の
十分使用できる熔接棒の製造が可能であることがわかっ
iJ・一一ハイ試験が行われた．これらの諸試験の遷移温度は
た．熔接棒は低水素系のものがよいが，使用者の立場か
fracture transitionにおいても， ductility transitionに
らすれば作業性のよいものがほしいわけで，この点一層
挙ヤ・ても相関性が早られ，今後の試験においては最も簡
の研究が望ましい．
学でしかも標準と考．kられるシャルピー試験を行い，
供試高張力鋼の熔接接手試験は一連の試験の一環をな
fracture轟移温度を示すと考えられる勇断破面率遷移温
すものであるが，当所で行ったので次節に少し詳細に述
度と，ductility㌻ransitionに近いものを示すと考えられ
べる．
・る．15 ft−1 b遷移温度を比較すれば十分であると認めら
れた．
4・ 熔接接手試験
Si量と母材の切欠脆性の関係は，他の化学成分の影
熔接接手試験では実際の使用状態に近い状態で突合せ
響を除くと・SiがO」 3∼0・6％の範囲では遷移温度はほ
熔接接手を造ワて，静的な引張り，曲げ試験および疲労
ぼ一定で，0．6％以上からその上昇が見られるようで，
試験を行った．
この種高張力鋼のSi量はo．55以下が望ましい．後で
述べる，ように硬化性，亀裂性の点からC，Mn量は増加
板厚20mmに対する試験板を第1図に示す．これよ
できないので，所要の強度をうるためにはSiをそんな
り出して試験を行ったが，それらの試験片形状はそれぞ
に少なくすることはできない．
り横引張り試験片，側曲げ試験片，自由曲げ試験片を切
厚梅？ol m
，供試高張力鋼の切欠脆性を現用の造船用軟鋼と比較す
ると，全体としてキルド鋼よりやや劣る程度で，リムド
鋼の上位に相当し，板厚20mm以下ならば十分使用で
・280
超
一
o
示した通りである．
■
板厚12mmに対す
@ 斜〆Sl
oo
C側曲け福
自由曲映
強度の低下は免れない．
引 張
メレル試験（オーストリヤ試験），熔接したリーハイ試
れ第2，3，4図に
写
T！
引 張
きる．焼準処理を行えば切欠靱性は著しく向上するが，
熔接部の切欠脆性を主として求める試験としては，コ
出
臼 需
る試験板は第5図の
呂め契
ooo
T2 N めS2
､曲けも
り試験片，縦引張り
幽．
Q起
験，欠陥のある接手試験，脆化領域試験，大型衝撃試験
約500
が行われた．母材の切欠靱性が良好でも，熔接による硬
どの式脇るが・本磯ではC・q−C＋去M・＋ムSiが
曲げ）を切り出し
期鵬，。R 5DR轡朧
誼
ドー一一140
@ 280一
カース以下であって，実用上差支えないと考えられた．
切欠のないコメレル試験の曲げ角度が靱性の差を良くあ
250
補強盛は平に仕上5
板
墜自隙庁番号
杯
譜E三萱≡ヨ
禰強盛は平にイ
最高硬度が350ヴィッカv一スを超えなければよいことが
認められた．T型試験は高温亀裂を求あるものである
が，低温亀裂に対すると同様にP，siを特に少なくする
必要のあることが結論された．
諸外国では多くの高張力鋼が焼準によって材質向上を
はかっているが，本供試鋼材では板厚20mml以下なら
2
試験片番号
（例）N51SI
第3図 側曲げ試験片
型亀裂試験，り 一一ハイ型亀裂試験，T型亀裂試験が行わ
行い，低温亀裂を試験する方法で，ここでも熱影響部の
は60°V型の開
先加工を行い，
高張力鋼のように軟鋼に比して硬化性の大きい材料では
れた．はじめの2つは適当に拘束を与えて突合せ熔接を
熔接条件は第
りで，手熔接に
第2図 引張り試験片
熔接部の硬化性と切欠脆性は密接な関係があり，供試
熔接部の亀裂性を求める試験としては鉄研式スリット
た．
3表に示した通
大体0．55以下ならば熱影響部の最高硬度は350ヴィッ
らわしている．
試験片，型曲げ試験
片（表曲げおよび裏
第1図
をあらわす等価炭素量としてはVoldrich， Tremlettな
それぞれ第6，7，
8図に示した横引張
F2 需
自由曲序
化が大きいと熔接部の延性が減少する．熔接部の硬化性
通りで，これからは
90
90
@ 90
1
♂㌧
轟ノ
！
’騰 、
’
ｭ凝㌶
、
ﾟ登シ
第4図 自由曲げ試験片
せて使用した．
低水素系の熔接
捧4種を使用し
た．ユニオソメ
ルト熔接にはX
型，Y型の開先
を使用し，心線
Oxweld＃ 36，
＃40，＃40 Aとフ
ラヅクスGrade
20，50，70，80，85，
90を適当に組合
147
第7巻 第7号
強さを憬材弱「張り強
ロ遡向
ヰ鼠厚 12mm 胸2BO
さについて描いプニ礼の
肖II 脈
裂、。
である．たとえば，板
干窒」i2：2
横引張
7 ヨ
委
留
の横縁に使用する場含
㎏／¶㎡
双聖酬ア
「日
裸5 〒艮
丁 ‘
≒
には熔着金属ゆ強度は
55
高くなけ尋しばならない
禔@B
?ｱ．曲㍗
ので高張力鋼用熔接葎
▼．
印1 誹 ．
δ
卿び％
･150
障一
ゴじus H
”自＾
、200ー一「一欝20〕一や一陶1ゴ0−一周
o川
．，6D㍉
［Nzr
20
第 5 図
第3表 熔 接 条 件
熔
T0
5㌔榊弓附雲口ketm「f
を使用するのか望まし
L、カ：，
縦弓1張りをう｝＋
る縦縁に使用する場禽
第9図母材の引張り強aに
ぼむしろ伸びの方ガ重
対する縦引張り試．験片の
要で，伸びの大ぎい軟
伸びおよび引張り強さ
鋼用の熔接陣を用いれ
20mm
12mm
熔接捧径
5mm
4mm
x｛筆二電：
130−150A
lO5−115乱
ば，ほとんど強度を損ずることなく母材と同等O延性を
有することを示している．供試高張力鋼の引張ウ．強さと
板 厚
手
j、 e’。S
22e−26eA
155−195A
アーク電圧
23−28V
20＿30V
伸びの積はほぼ一定であワたが，第9図から明かなよう
開 先
60°V型
600V型
に，縦弓1張ウ試験の引張り強さとr申びについても「ζ巖で
接
・・
o嚢
鹸→接
寵 電逮
R摯蜘飢施
13−14
a＿9
あることがわかる．
2
1−2
各試験片について硬度試験を行ったカ．一般に熱影響
LAv傾鯉
B，P，
F．P，
炉・P・
3！1fiin
31i61n
3／16iu
820A
750A
700A
31V
33V
3旦V
16in／min
21 in／min
20in／皿in
7s°Y型
部の硬化の大きいものは縦引張ウ試験の伸びが少なかワ
た．また熔接極を十分乾燥して使用したにもかかわら
ず，一部の熔着鋼に銀点〔fish eye）が現われて伸びO
減じたものがあ一、た．最近では熔接捧も改善されたよう
であるが，低水素系の熔接樺は湿気に対して滋感で島る
から，使用者は十分乾燥した鋒，ユ時聞以内に使用すな
ただし．F．P．：Fin■shing Pass、 B、 P．：Backing Pass
ことカ§望まLい．
誼
横引張り試験
胸28D
閃，．．．
o
｢
@ 罫
50
犀0
50R
第6図 横引張り試験片
甜
第7図 縦引張i）試．験片
詳
曲げ試験は各種型曲げ，自由曲；と，le． −Su R好な成績
の緕果でば，適
であった．一部に不含格のal diM：あ v ＃1：，二の原因は
当なHT52高張
供試高張力鋼の側よりもむしろ熔捜曄の側、こあると考之
力鋼用の低水素
られた，この当時の熔接極は実験する高張力鋼もない時
系．熔接棒を使用
代に造った試作品で十分満足とは1．・えなか，たガ，．現在
すれば，いずれ
では優秀な亀の
の供試高張力銅
ttt製造ざれ．cい
についても100
る、第10図ぱ
％の接手効率が
HT52高張ヵ鋼
得られることが
用低承素系聡接
確認された．一
樺を用いた自由
脚喰着金属の
F
強度，特に降伏
で，下の6本は
点が母材よりも
猶
第8図 型曲げ試験片
曲げ試．験の例
両端P密着する
大きくなる熔接
まで曲け．屯亀
構を使用するの
裂を生ぜず，†
艸
が普通で，軟鋼
用の熔接捧でも52 kg！mm2 Ll上の強蔓うこでるが，6Dkgt
Mrn2に近い母防に使用した場含は熔接郭で破断し・接
手効率は93NIOO％であワた，
縦引張り試．験の結果の一部をまとめたのが第9図であ
る．これは軟鋼用の熔接棒を用いた場合の伸びと引張り
分な延性を有し
NeLTI8
ていたが，上の
第10図 自由曲げ試験の例
供試高張力鋼N3， N6
熔接棒FL76． LB了b
2本はこの曲げ
角度で熔着部に
亀裂を生じた．
L＝＝オソ刃レト熔接試験の結果は糎めて優秀で，
接手
3
148
生 産 研 究
試験のみの縦’果から見るならば手熔接よりも良く，十分
格する場合に限．，て，炉接性試験を追加して下衷右側に
実用てきる，小型船のように平面の直線熔接の少ない場
示した成分範囲まで制限を緩和することとなった．
合はあまり使用できないガ，橋梁，桁材，鋼管，大型船
化学成分〔レードル分析）
なビ応用範囲は広いと考えられる．第11図は板厚12mm
に対する＝tソ刃しト熔接接手の横引張り試験結果の
一部で，いずれも母材部で破断し，接手効率100％であ
C
M翫PS
n
Cu
メルト熔接接手の
横引張り試験片は
．顯鮮
撒興。噌■
第11図 ユニオンtノレト熔接の横
引D（ tJ試験の例 供試高張力鎌
N3， N6板厚12 mm，心線径
Cr
救済案
≦0．20％
≦1，25％
≦0．55％
≦1．35％
≦0．60％
≦ 0．03096
≦ 0，03596
≦O，030％
≦0，035％
≦0，30％
≦0．25％
≦0．030％
1≦0．10％
≦0，10％
≦0，25％
炬着部や熱影響部
追加すべき貯接性試験の条件は次の通りてある．
で破断することな
（a、 Vノ．ソチシャ」tピー画撃試験にお汁る
く，すぺて母材部
十20・：．C−）es撃値 ≧ 6．3 kg−m！cm2
で破断した．
−20c．Cの画撃値 ≧ 1，8 kg−mtcmt
疲労試験は中央
（b） ビードをおいた試験片断面における熱影響部の
に突合せ接手を有
最高硬度
する200×20×20
Hmax ≦350ヴィッヵ一ス
皿mの棒状試験片
本研究の結果，熔接性と化学成分の閻には一連の関係
磯F宇e
廓難鐡磯姻
Ni
規格案
≦0．ユ8％
を造り，当所第3
か認められたが，熔接性はたとえば製鋼条件，圧延条件，
部沢井教綬が造ら
粒度など化学成分以外の要因の影響を強く受けるので，
れた共振型曲げ疲
化学成分のみで鋼材の品質を正確に示す二とば不可能
労試験機を使用し
で，暦接性試験が承認試験に取入れられたわけである，
より各2本ずっ（＃36，G90）（齢6，
て行ったガ，手熔
今回の結果ではMnを主体とした米英系の高張力鋼
G85．＃36， G90， P40A， G50／
接接手の場含も，
3！16in，心線熔剤の組合せは上
よりも，ドイツ系のSトMn銅の方が引張ウ強さおよび
s＝tソ刃レト熔接接手の場合も10T回の繰返しに対し
降伏点が増加しても熔接による硬化が少なく，しかも切
て30 kgfmm2以上び）疲労強度があり，実用上心配はな
欠脆性があまり低下せずに有利なことが確認ざれた．
いと考えられた，
6． あとがき
熔接可能なHT 52高張力鋼が本研究ψノ結果わ pa’一
5． 結 論
も実用される段階に入．たが，諸外国で［＿．bに強力な
各製銅所において試作した高張力鋼について広汎な熔
熔接用高張力鋼が使用され｛いる．日本造船研究協会第
接性試験を行．．た結果，引張り強さ52−60kglmm2の
21部会てもこの問題がとり上げられ，引張ト）強さ60∼
熔接船舶用Si−Mn系低合金高張力鋼に適当な化学成分
70kg，lmrn2のHT 60高張力鋼の研究が庁われている
と機械的性質について次の暫定規格案を決定した．具備
が，二れについてはまたの機会に報告する．
すべき機械的性質は引張り試験において
今回のHT 52高張力鋼の研究に当．、ては各製鋼所，
降 伏 点
引張り強さ
≧32kg／mm2
熔接棒製造所の協力を博たほか，当所の研究については
52−・60kg／mm2
工学部木原博教授のご指導を頂き，日本鋼管鶴見造船
伸 び
≧ 20％
所，大阪変圧器の各社の協力を俘，また研究費について
とし，轄接性試験ては
は日本造船研究協会の援助を得たことに対し厚く御礼申
Vノッチシャ）Lピー衝撃試験Lおける
L1
O°Cの衝撃値 ≧ 3．5kg−m！cm2
上げる． k1955．5．23
121 コメレn試．験における
表紙写真
最大曲り角度≧ ユ20：・
右下は自由曲げ，左下は側曲げ，右上手前から2
‘ただし，板厚≧18mmの場合について，試
本は横引張e，俵は縦引ffrりの各試験．熔接部は充
験温度20°C以下で行う）
分な延性を有し，100％の接手効率のある．二とを示
と定めた．化学成分としては下表左側に示す成分範囲と
している
規宅したが，上述の機械的性質を有し，熔接性試験に合
4