JP5005178B2 - 溶接性及び耐衝撃性に優れた鋳鋼製柱梁接合金物 - Google Patents
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鉄骨建築物の柱と梁の仕口部は、前述の圧延材からなる鋼材を加工して製作することが一般的であり、手間と技量を必要とされると共に、コスト高になる問題があった。
従って、柱と梁との仕口部が複雑な形状となる場合には、比較的安価に大量生産することが出来る鋳鋼製が使用されることもあった。
しかしながら、建築物の構造部材に使用される鋳鋼には、建築構造用として適した機械的性質を加味した鋳鋼の規格が定められておらず、JIS規格に溶接構造用鋳鋼としてSCW材が規格化されているのみである。
この溶接構造用鋳鋼で柱梁接合金物に使われるSCW材の例としてSCW480の機械的性質および化学成分の規格値を表1に示す。
炭素(C):強度を高めるのに非常に有効だが、延性や衝撃特性を低下させる。また、強度確保を炭素(C)に頼ると溶接性が損なわれる。
ケイ素(Si):強度を高めるのに有効だが、延性や衝撃特性を低下させる。添加による効果は少ないが、多量に添加すると溶接性を低下させる。
マンガン(Mn):強度確保と延性や衝撃特性改善に有効な元素だが、多量に添加すると延性や衝撃特性を低下させる。
リン(P):不純物元素で、含有量は低い方がいいが脱リンにコストがかかる。溶接性・冷間加工性、衝撃特性を劣化させる。
硫黄(S):リンとともに不純物元素であり、鋼中に硫黄系介在物を形成し、鋼材の異方性、特に板厚方向特性に影響を及ぼす。
ニッケル(Ni):低温における衝撃特性を増加させる。また耐食性を向上させる働きがあるが高価である。
クロム(Cr):耐摩擦性、耐食性を増加させる。また、焼入れ性を改善し、強度を高めるが、溶接熱影響部を硬化させ、溶接低温割れを起しやすくする。
炭素当量(Ceq)は含まれる化学成分の重量比を用いてCeq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14で求めれられるが、この指標は、炭素量が0.20%を超えるような高炭素で、合金元素の重量比の合計が8%以下の低合金鋼に適しているとされる。
一方、本出願人は、先に特開2001−336215号で下記表2に示すような化学成分を有する建築構造用鋳鋼を提案し、これによれば降伏点、引張強さ、降伏比、伸び、耐衝撃性に優れ、溶接不良の発生を抑えられることを報告している。
本発明は溶接性と機械的強度を大きく確保しつつ、外力に対する耐衝撃性に優れた鋳鋼製柱梁接合金物を提案することを課題とする。
さらに、該鋳鋼に含まれる化学成分の内、重量比で銅(Cu)を0.20%以下、ニッケル(Ni)を0.10%以下、クロム(Cr)を0.25%以下、モリブデン(Mo)を0.10%以下、バナジウム(V)を0.01%以下、ボロン(B)を0.0003%以下とすれば、安定して耐衝撃性の向上を図れることを発明した。即ち、
本発明は以下の通りである。
(2)鋳鋼製柱梁接合金物を構成する鋳鋼に含まれる化学成分の内、重量比で銅(Cu)を0.20%以下、ニッケル(Ni)を0.10%以下、クロム(Cr)を0.25%以下、モリブデン(Mo)を0.10%以下、バナジウム(V)を0.01%以下、ボロン(B)を0.0003%以下としたことを特徴とする(1)記載の鋳鋼製柱梁接合金物。
本発明の鋳鋼製柱梁接合金物は上記の通りであるが、建築構造用としては低炭素鋼が望ましいとされることから炭素量を0.18%以下とし、衝撃特性を低下させるSiを0.55%以下とし、強度確保と延性や衝撃特性からMnの量は1.60以下とする。溶接性を考慮し、溶接割れ感受性組成(PCM)=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bは0.29以下となるようにする。
また、不純物元素であり溶接性、衝撃特性を劣化させるリン(P)と、鋼材の異方性、方向特性に影響を及ぼす硫黄(S)は、除去にコストがかかるため、建築構造用としてその影響を最小限にとどめることが出来るとされるそれぞれ0.020%以下、0.008%以下とする。
本発明の請求項1に示す化学成分の重量比内とした図1に示すような角形中空断面の角型柱状体からなる鋳鋼製柱梁接合金物を鋳造により15ロット製作した。その際、焼ならし910℃を3時間、焼戻し630℃を3時間の熱処理を加えた。表3に含まれる化学成分の重量比における最大値と最小値および平均値を示す。溶接割れ感受性組成(PCM)の平均値は0.24である。PCME=Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bの平均値は0.013である。
製作した鋳鋼製柱梁接合金物から JIS Z 2201及びJIS Z 2202に基づき試験片を切り出し、JIS Z 2241及びJIS Z 2242に定められた引張試験及び衝撃試験方法に基づき、機械的性質、シャルピー衝撃エネルギーを測定した。その結果を表6に示す。
実施例1と比べて溶接割れ感受性組成(PCM)を同等に、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、ボロン(B)の添加を増やし、同様にして鋳鋼製柱梁接合金物を鋳造により13ロット製作した。その際、同様に焼ならし910℃を3時間、焼戻し630℃を3時間の熱処理を加えた。表4に含まれる化学成分の重量比における最大値と最小値および平均値を示す。溶接割れ感受性組成(PCM)の平均値は0.24である。PCME=Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bの平均値は0.024である。
同様に機械的性質、シャルピー衝撃エネルギーを測定した。その結果を表6に示す。
実施例1と比べて溶接割れ感受性組成(PCM)を同等に、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、ボロン(B)を添加して重量比を増やし、同様にして鋳鋼製柱梁接合金物を鋳造により1ロット製作した。その際、同様に焼ならし910℃を3時間、焼戻し630℃を3時間の熱処理を加えた。表5に含まれる化学成分値を示す。溶接割れ感受性組成(PCM)の値は0.25である。PCME=Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5Bの値は0.045である。
同様に機械的性質、シャルピー衝撃エネルギーを測定した。その結果を表6に示す。
2、鉄骨梁
3、柱梁接合金物
Claims (2)
- 鉄骨柱と鉄骨梁を接合する鋳鋼製柱梁接合金物において、該鋳鋼製柱梁接合金物を構成し、炭素(C)、ケイ素(Si)、マンガン(Mn)、リン(P)、硫黄(S)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、ボロン(B)、残部Fe及び不可避的不純物よりなる鋳鋼が、その含まれる化学成分の内、重量比で炭素(C)を0.18%以下、ケイ素(Si)を0.55%以下、マンガン(Mn)を1.60%以下、リン(P)を0.020%以下、硫黄(S)を0.008%以下とし、且つ溶接割れ感受性組成(PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B)が0.29以下を満足すると共に、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、ボロン(B)の重量比で表されるPCME=Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5BがPCME≦0.028を満たすことを特徴とする鋳鋼製柱梁接合金物。
- 鋳鋼製柱梁接合金物を構成する鋳鋼に含まれる化学成分の内、重量比で銅(Cu)を0.20%以下、ニッケル(Ni)を0.10%以下、クロム(Cr)を0.25%以下、モリブデン(Mo)を0.10%以下、バナジウム(V)を0.01%以下、ボロン(B)を0.0003%以下としたことを特徴とする請求項1記載の鋳鋼製柱梁接合金物。
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