特許 6252104 ボックス柱の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6252104

(24)【登録日】2017年12月8日

(45)【発行日】2017年12月27日

(54)【発明の名称】ボックス柱の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/00 20060101AFI20171218BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20171218BHJP

   B23K 35/368 20060101ALI20171218BHJP

   B23K 9/02 20060101ALI20171218BHJP

   B23K 9/23 20060101ALI20171218BHJP

   B23K 33/00 20060101ALI20171218BHJP

   E04C 3/32 20060101ALI20171218BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/00 501B

   B23K35/30 320A

   B23K35/368 B

   B23K9/02 M

   B23K9/23 A

   B23K33/00 Z

   E04C3/32

【請求項の数】3

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2013-222572(P2013-222572)

(22)【出願日】2013年10月25日

(65)【公開番号】特開2015-83316(P2015-83316A)

(43)【公開日】2015年4月30日

【審査請求日】2016年6月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100077517

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(74)【代理人】

【識別番号】100113918

【弁理士】

【氏名又は名称】亀松 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100140121

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 朝幸

(74)【代理人】

【識別番号】100111903

【弁理士】

【氏名又は名称】永坂 友康

(72)【発明者】

【氏名】小山 邦夫

(72)【発明者】

【氏名】中村 修一

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 達也

【審査官】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２１０６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３０８９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０７４６８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２４８１７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／００

Ｂ２３Ｋ ９／０２

Ｂ２３Ｋ ９／２３

Ｂ２３Ｋ ３３／００

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｂ２３Ｋ ３５／３６８

Ｅ０４Ｃ ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周となる４枚のスキンプレートの角部を溶接して形成された角型鋼管の内部にダイヤフラムが溶接固定されたボックス柱の外周の一面は、スキンプレートのダイヤフラムに対向する位置にスリット状の貫通孔が形成されており、該貫通孔と前記ダイヤフラムの端面によって形成された開先が、ガスシールドアーク溶接して形成された溶接金属層によって充填されており、前記溶接金属層は、多層盛溶接により前記スキンプレートの板厚１／３以上で、且つ２層以上の厚みで形成されているボックス柱の前記スキンプレートと前記ダイヤフラムの溶接を、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接により行ってボックス柱を製造する方法であって、
前記フラックス入りワイヤが、前記ワイヤ中に、ワイヤ全質量に対する質量％で、
ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＭｇＦ_２、ＬｉＦのうち１種または２種以上を合計量αとして２．０〜７．０％、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物のうち１種または２種以上を合計量βとして０．３〜１．２％含有し、
かつ、前記合計量βに対する前記合計量αの比が２．０〜２０．０であるように含有し、
ＣａＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３の金属炭酸塩のうち１種または２種以上の合計量を０．６０％未満、ＣａＯの含有量を０．１５％以下とし、
弗化物、金属酸化物、および金属炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１２％、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：１．０〜２．５％、
Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、
Ｎｉ：１．５〜３．５％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ｍｏ：０．３〜１．０％、
Ｔｉ：０〜０．１０、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｃｕ：０〜１．０％、
Ｃｒ：０〜０．６％、
Ｖ：０〜０．２０％、
Ｎｂ：０〜０．１０％、
Ｍｇ：０〜０．７０％、
残部の鉄および不可避的不純物からなり、以下の式ａで定義されるＣｅｑが０．５５〜０．９０％であり、下記の式ｂで定義されるＴＥが２．７〜４．４％であることを特徴とするボックス柱の製造方法。
Ｃeq＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／24＋[Ｍｎ]／6＋[Ｎｉ]／40＋[Ｃｒ]／5＋[Ｍｏ]／4＋[Ｖ]／14
・・・（式ａ）
ＴＥ＝［Ｍｎ］／２＋［Ｎｉ］＋３×［Ｃｒ］ ・・・（式ｂ）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の質量％での含有量を表す。

【請求項2】

外周となる４枚のスキンプレートの角部を溶接して形成された角型鋼管の内部にダイヤフラムが溶接固定されたボックス柱の前記スキンプレートに用いられている鋼板の引張強さが７８０ＭＰａ以上であり、該鋼板の引張強さをＳＰ（ＭＰａ）としたとき、ダイヤフラムに用いられている鋼板の引張強さが、０．６５ＳＰ以上０．９ＳＰ以下であり、さらに、ボックス柱の外周の一面は、スキンプレートのダイヤフラムに対向する位置にスリット状の貫通孔が形成されており、該スキンプレートの貫通孔と前記ダイヤフラムの端面によって形成された開先が、ガスシールドアーク溶接して形成された溶接金属層によって充填されており、前記溶接金属層は、多層盛溶接により該スキンプレートの板厚１／３以上で、且つ２層以上の厚みで形成されているボックス柱の前記スキンプレートと前記ダイヤフラムの溶接を、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接により行ってボックス柱を製造する方法であって、
前記フラックス入りワイヤが、前記ワイヤ中に、ワイヤ全質量に対する質量％で、
ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＭｇＦ_２、ＬｉＦのうち１種または２種以上を合計量αとして２．０〜７．０％、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物のうち１種または２種以上を合計量βとして０．３〜１．２％含有し、
かつ、前記合計量βに対する前記合計量αの比が２．０〜２０．０であるように含有し、
ＣａＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３の金属炭酸塩のうち１種または２種以上の合計量を０．６０％未満、ＣａＯの含有量を０．１５％以下とし、
弗化物、金属酸化物、および金属炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１２％、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：１．０〜２．５％、
Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、
Ｎｉ：１．５〜３．５％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ｍｏ：０．３〜１．０％、
Ｔｉ：０〜０．１０、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｃｕ：０〜１．０％、
Ｃｒ：０〜０．６％、
Ｖ：０〜０．２０％、
Ｎｂ：０〜０．１０％、
Ｍｇ：０〜０．７０％、
残部の鉄および不可避的不純物からなり、以下の式ａで定義されるＣｅｑが０．５５〜０．９０％であり、下記の式ｂで定義されるＴＥが２．７〜４．４％であることを特徴とするボックス柱の製造方法。
Ｃeq＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／24＋[Ｍｎ]／6＋[Ｎｉ]／40＋[Ｃｒ]／5＋[Ｍｏ]／4＋[Ｖ]／14
・・・（式ａ）
ＴＥ＝［Ｍｎ］／２＋［Ｎｉ］＋３×［Ｃｒ］ ・・・（式ｂ）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の質量％での含有量を表す。

【請求項3】

前記合計量αが３．３〜７．０％であり、該合計量αに対する前記ＣａＦ_２の含有量の比が０．９０以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のボックス柱の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高層ビルなどの建築物で使用される内部にダイヤフラムを持つボックス柱（溶接箱型断面柱）をガスシールドアーク溶接にて作製する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ボックス柱は、一般的には、４枚のスキンプレートを角溶接することにより角型鋼管に組み立てられ、内部にダイヤフラムが溶接された構造となっている。
スキンプレートとダイヤフラムとの接合には、一般的には、エレクトロスラグ溶接による１パス溶接方法が用いられる。
エレクトロスラグ溶接法は、１パス溶接により接合部を形成できるため、ガスシールドアーク溶接法のような多層盛り溶接法に比べて大幅な施工効率の向上が図られるという利点がある。

【0003】

しかし、エレクトロスラグ溶接は大入熱溶接法であるため、溶接接合部及び接合部周辺の鋼材への熱影響が大きく、鋼材の軟化による強度低下、あるいは鋼材組織の粗粒化による靭性の低下が大きくなる。
特に、降伏強度ＹＰ６３０ＭＰａ（引張強さＴＳ７８０ＭＰａ）を超える高強度鋼を用いたスキンプレートをエレクトロスラグ溶接のような大入熱溶接を施した場合に、母材の強靱化効果が失われる熱影響部の強度の低下が顕著化し、接合部全体の破壊に対し深刻な問題となる可能性がある。

【0004】

一方、ガスシールドアーク溶接（ＧＭＡＷ）は、多層盛溶接により入熱量の低減が可能になるが、スキンプレートを箱型に組み立ててから、その内部の溶接を行うことは困難であるから、少なくともダイヤフラムの最後の一辺は、ガスシールドアーク溶接によって溶接することができなかった。
これに対し、特許文献１では、１枚のスキンプレートをダイヤフラムの位置で３分割し、ダイヤフラムと分割スキンプレートとの間を外側からガスシールドアーク溶接できるようにして、エレクトロスラグ溶接を用いないでも溶接組立できる技術を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−２２２９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の方法では、スキンプレートを３枚に分割しているので、分割スキンプレートの溶接位置へのセットなどで手間がかかる問題がある。また、分割スキンプレート間に挟まれるダイヤフラムの外辺が、スキンプレートの外表面と同一高さになるようにしているため、ダイヤフラムの端面がボックス柱の表面に出ることになる。そのため、ダイヤフラム表面に出ている部分やその近くには板厚方向の引張応力がかかるようになる。鋼板の板厚方向の特性（強度、伸び、靱性）は、鋼板面に沿った方向よりも低いため、ダイヤフラムとして板厚方向の特性が優れる鋼板が必要になる。

【0007】

さらに、ダイヤフラムの役割は主に座屈防止であり、座屈強度に対する鋼板の強度の影響は小さく、板厚が重要である。そのため、ダイヤフラムの板厚が十分であればスキンプレートよりも強度の低い鋼板を使用することができるが、特許文献１では、スキンプレートの連続性から、ダイヤフラムにはスキンプレートと同程度の強度の鋼板を使用する必要がある。

【0008】

また一方では、建築構造物の高層化の要求が増加しており、それに伴って使用される鋼材も７８０ＭＰａ級やそれ以上の強度の高強度鋼が使用されるようになってきている。そのような高強度鋼のガスシールド溶接では、溶接割れ感受性が高くなり、溶接割れの抑制には予熱作業が必須となるため、溶接施工効率が悪くなるという問題もある。

【0009】

そこで、本発明は、ボックス柱のスキンプレートの連続性を確保するため、スキンプレートを分割することなく、ダイヤフラムとスキンプレートとを外側からガスシールドアーク溶接できるようにした組立構造のボックス柱を、ガスシールドアーク溶接により、予熱作業を省略あるいは簡略化して溶接組立できる製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決する本発明の要旨とするところは以下の通りである。

【0014】

（１） 外周となる４枚のスキンプレートの角部を溶接して形成された角型鋼管の内部にダイヤフラムが溶接固定されたボックス柱の外周の一面は、スキンプレートのダイヤフラムに対向する位置にスリット状の貫通孔が形成されており、該貫通孔と前記ダイヤフラムの端面によって形成された開先が、ガスシールドアーク溶接して形成された溶接金属層によって充填されており、前記溶接金属層は、多層盛溶接により前記スキンプレートの板厚１／３以上で、且つ２層以上の厚みで形成されているボックス柱の前記スキンプレートと前記ダイヤフラムの溶接を、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接により行ってボックス柱を製造する方法であって、
前記フラックス入りワイヤが、前記ワイヤ中に、ワイヤ全質量に対する質量％で、
ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＭｇＦ_２、ＬｉＦのうち１種または２種以上を合計量αとして２．０〜７．０％、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物のうち１種または２種以上を合計量βとして０．３〜１．２％含有し、
かつ、前記合計量βに対する前記合計量αの比が２．０〜２０．０であるように含有し、
ＣａＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３の金属炭酸塩のうち１種または２種以上の合計量を０．６０％未満、ＣａＯの含有量を０．１５％以下とし、
弗化物、金属酸化物、および金属炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｉ：１．５〜３．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｍｏ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０〜０．１０、Ｂ：０〜０．０１％、Ｃｕ：０〜１．０％、Ｃｒ：０〜０．６％、Ｖ：０〜０．２０％、Ｎｂ：０〜０．１０％、Ｍｇ：０〜０．７０％、残部の鉄および不可避的不純物からなり、以下の式ａで定義されるＣｅｑが０．５５〜０．９０％であり、下記の式ｂで定義されるＴＥが２．７〜４．４％であることを特徴とするボックス柱の製造方法。
Ｃeq＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／24＋[Ｍｎ]／6＋[Ｎｉ]／40＋[Ｃｒ]／5＋[Ｍｏ]／4＋[Ｖ]／14
・・・（式ａ）
ＴＥ＝［Ｍｎ］／２＋［Ｎｉ］＋３×［Ｃｒ］ ・・・（式ｂ）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の質量％での含有量を表す。
（２） 外周となる４枚のスキンプレートの角部を溶接して形成された角型鋼管の内部にダイヤフラムが溶接固定されたボックス柱の前記スキンプレートに用いられている鋼板の引張強さが７８０ＭＰａ以上であり、該鋼板の引張強さをＳＰ（ＭＰａ）としたとき、ダイヤフラムに用いられている鋼板の引張強さが、０．６５ＳＰ以上０．９ＳＰ以下であり、さらに、ボックス柱の外周の一面は、スキンプレートのダイヤフラムに対向する位置にスリット状の貫通孔が形成されており、該スキンプレートの貫通孔と前記ダイヤフラムの端面によって形成された開先が、ガスシールドアーク溶接して形成された溶接金属層によって充填されており、前記溶接金属層は、多層盛溶接により該スキンプレートの板厚１／３以上で、且つ２層以上の厚みで形成されているボックス柱の前記スキンプレートと前記ダイヤフラムの溶接を、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接により行ってボックス柱を製造する方法であって、
前記フラックス入りワイヤが、前記ワイヤ中に、ワイヤ全質量に対する質量％で、
ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＭｇＦ_２、ＬｉＦのうち１種または２種以上を合計量αとして２．０〜７．０％、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物のうち１種または２種以上を合計量βとして０．３〜１．２％含有し、
かつ、前記合計量βに対する前記合計量αの比が２．０〜２０．０であるように含有し、
ＣａＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３の金属炭酸塩のうち１種または２種以上の合計量を０．６０％未満、ＣａＯの含有量を０．１５％以下とし、
弗化物、金属酸化物、および金属炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｉ：１．５〜３．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｍｏ：０．３〜１．０％、Ｔｉ：０〜０．１０、Ｂ：０〜０．０１％、Ｃｕ：０〜１．０％、Ｃｒ：０〜０．６％、Ｖ：０〜０．２０％、Ｎｂ：０〜０．１０％、Ｍｇ：０〜０．７０％、残部の鉄および不可避的不純物からなり、以下の式ａで定義されるＣｅｑが０．５５〜０．９０％であり、下記の式ｂで定義されるＴＥが２．７〜４．４％であることを特徴とするボックス柱の製造方法。
Ｃeq＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／24＋[Ｍｎ]／6＋[Ｎｉ]／40＋[Ｃｒ]／5＋[Ｍｏ]／4＋[Ｖ]／14
・・・（式ａ）
ＴＥ＝［Ｍｎ］／２＋［Ｎｉ］＋３×［Ｃｒ］ ・・・（式ｂ）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の質量％での含有量を表す。
（３） 前記合計量αが３．３〜７．０％であり、該合計量αに対する前記ＣａＦ_２の含有量の比が０．９０以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のボックス柱の製造方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、エレクトロスラグ溶接を行わずに溶接組立するボックス柱において、スキンプレートが分割されておらず、かつ、ダイヤフラムの端面がボックス柱の表面に出ないために、スキンプレートの連続性を確保することができ、ダイヤフラムにスキンプレートよりも強度の低い鋼板を使用できるようになり、さらに、そのボックス柱をガスシールドアーク溶接により、予熱作業を省略あるいは簡略化して溶接組立することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施の形態に係るボックス柱の概略を示す図である。

【図2】図１に示すボックス柱の孔開きスキンプレートとダイヤフラムで形成される溶接継手部の断面構造を示す図である。

【図3】図１に示すボックス柱の組立て途中の状態を示す図である。

【図4】図１に示すボックス柱のダイヤフラムと孔開きスキンプレートとの溶接前の状態を示す図である。

【図5】図４の孔開きスキンプレートとダイヤフラムで形成される開先の断面構造を示す図である。

【図6】溶接ワイヤの性能を評価するため試験片の採取位置を示す図である。

【図7】ＢＯＸ柱の実構造物における溶接継手の機械特性を評価するため、図２（ａ）の要領で溶接を実施して作製したＴ字溶接継手試験体を示す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は平面図である。

【図8】ＢＯＸ柱の実構造物における溶接継手の機械特性を評価するため、図２（ｂ）の要領で溶接を実施して作製したＴ字溶接継手試験体を示す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は平面図である。

【図9】（ａ）は、図７のＴ字溶接継手試験体の機械特性を評価するための試験片の採取位置を示す図であり、（ｂ）は試験片の平面図である。

【図10】（ａ）は、図８のＴ字溶接継手試験体の機械特性を評価するための試験片の採取位置を示す図であり、（ｂ）は試験片の平面図である。

【図11】図７のＴ字溶接継手試験体におけるシャルピー試験片の採取位置を示す図である。

【図12】図８のＴ字溶接継手試験体におけるシャルピー試験片の採取位置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
［ボックス柱の組立て構造］
高層建築に用いられるボックス柱は、外周を構成する４枚のスキンプレートの角部を溶接して形成された角型鋼管柱の内部にダイヤフラムが溶接固定された構造を有する。
本発明では、ダイヤフラムとスキンプレートの溶接を、全てガスシールドアーク溶接（ＧＭＡＷ）で行うために、ボックス柱の外周を構成する４面のうち、一面には、ダイヤフラムに対向する位置に貫通孔が形成されたスキンプレート（孔開きスキンプレート）を用い、他の３面には、そのような貫通孔が形成されていないスキンプレートを用いる。

【0018】

そして、先に、貫通孔が形成されていない３枚のスキンプレートと、四角形のダイヤフラムの３箇所の外周端面とを、それぞれの溶接部がボックス柱の内側になるようにＧＭＡＷにより溶接して、断面コの字状に組立てた後、孔開きスキンプレートを残りの１面に配置して外側から貫通孔を通してダイヤフラムとのＧＭＡＷを行って、ボックス柱が溶接組立される。

【0019】

図１は、溶接組立されたボックス柱を示し、スキンプレート１ａ〜１ｃと孔開きスキンプレート２が断面角型に配置されるとともに、内部にダイヤフラム３ａ、３ｂが配置され（図２、３参照）されて、それらが前記のように溶接組立される。
スキンプレート１ａ〜１ｃとダイヤフラム３ａ、３ｂは、図１には示されていないが、ボックス柱の内側でＧＭＡＷを用いて溶接される。孔開きスキンプレート２とダイヤフラム３ａ、３ｂは、孔あきスキンプレート２の貫通孔５の側面とダイヤフラムの上端面によって形成された開先をＧＭＡＷにより溶接され、溶接金属５ａ、５ｂが形成される。
また、各スキンプレート間で形成される角部には、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）やＧＭＡＷなどによって溶接されて、溶接金属４ａ〜４ｄが形成される。

【0020】

孔開きスキンプレート２とダイヤフラム３で形成される溶接継手は、いずれもダイヤフラムの端面が表面に出ない構造とされる。その断面構造を図２（ａ）、（ｂ）に示す。
図２（ａ）に示す継手構造は、ダイヤフラム３の高さをスキンプレート２の下面までとしたもので、スキンプレート２の貫通孔側面７とダイヤフラム３の端面８で形成される開先（図５参照）内をＧＭＡＷによる多層盛溶接によって溶接金属５を形成した例である。

【0021】

また、図２（ｂ）に示す継手構造は、ダイヤフラム３の高さをスキンプレート２の貫通穴の途中までとしたもので、スキンプレート２の貫通孔側面７とダイヤフラム３の端面とで形成される開先内を、ＧＭＡＷによる多層盛溶接によって溶接金属５を形成した例である。

【0022】

孔開きスキンプレート２とダイヤフラム３の間で形成された溶接金属５は、スキンプレートの連続性を確保するために、鋼材の引張強さと同等以上の引張強さを有することが望ましい。また、多層盛溶接で形成される溶接金属の厚みも同様に重要であり、少なくともスキンプレートの板厚の１／３以上の厚みで、且つ２層以上の溶接金属層を必要とする。そうでないとダイヤフラムの板厚方向に対する十分な引張強さを確保することができない。

【0023】

本発明では、ダイヤフラムとスキンプレートの溶接に大入熱のエレクトロスラグ溶接を用いないで溶接組立ができるようになり、溶接部の靭性低下を引き起こすことなく、スキンプレートに７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を用いてボックス柱を構成することができる。
また、本発明の構造のボックス柱では、分割スキンプレートを用いないで、一枚構成のスキンプレートを用いているため、スキンプレートの連続性が確保でき、ダイヤフラムにはスキンプレートよりも強度の低い鋼板が使用できる。
前記スキンプレートに引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板を用いる場合には、ダイヤフラムとしては、スキンプレートに用いる鋼板の引張強さをＳＰ（ＭＰａ）として、０．６５ＳＰ以上０．９ＳＰ以下の引張強さの鋼板を用いても、ボックス柱として必要な強度を確保することができる。

【0024】

好ましい鋼板の強度の組み合わせとしては、スキンプレートに７８０ＭＰａ級の鋼板を使用する場合は、ダイヤフラムとしてはＴＳ６９０ＭＰａ級やＴＳ５４０ＭＰａ級の鋼板が例示でき、スキンプレートにさらに高強度の９５０ＭＰａ級の鋼板を使用する場合は、ダイヤフラムとしては７８０ＭＰａ級や５９０ＭＰａ級の鋼板が例示できる。

【0025】

［ボックス柱の製造方法］
次に、以上の構造を有するボックス柱の製造方法について説明する。
ボックス柱の溶接組立に当たっては、外周の３面を構成するスキンプレート１ａ〜１ｃ及び残り１面を構成する孔開きスキンプレート２と、一辺がボックス柱の外周面に露出しない矩形のダイヤフラム３ａ、３ｂが準備される。孔開きスキンプレート２のダイヤフラムと対向する位置には、ガス切断などの方法によってスリット状の貫通孔６ａ、６ｂが形成される。

【0026】

貫通孔６は、ダイヤフラム端面全体を溶接するために、ダイヤフラム３と同程度の幅と長さを有することが好ましいが、多少のずれは許容される。
例えば、貫通孔６の幅は、（ダイヤフラムの板厚−２ｍｍ）〜（ダイヤフラムの板厚＋１ｍｍ）の範囲で形成され、その長さは、（ダイヤフラムの一辺の長さの７０％）〜（ダイヤフラムの一辺の長さ）に形成されていれば、必要な接合強度は確保することができる。なお、貫通孔は、板面に対して垂直に形成されていてもよいし、外表面に向けて拡がるように形成されていてもよいので、上記の貫通孔の範囲は、ダイヤフラム側の大きさを示している。

【0027】

以上のようなスキンプレートとダイヤフラムを用いたボックス柱の組立ては、次のような手順で行われる。
まず、ボックス柱の外周を構成する３枚のスキンプレート１ａ〜１ｃとボックス柱の内部に固着される２枚のダイヤフラム２ａ〜２ｃの溶接組立が行われる。
この組立てでは、スキンプレート１ａと１ｃ及びスキンプレート１ｂと１ｃが仮溶接され、スキンプレートの中間に、ダイヤフラム２ａ、２ｂが配置されて、３辺でスキンプレート１ａ〜１ｃと本溶接されて、図３に示される断面コの字状に組み付けられる。

【0028】

溶接手順は特に限定されず、ダイヤフラムとスキンプレートの溶接の姿勢も、立向溶接でも横向溶接でもよく、組み付けの進行に従って、順次転回しながら同一姿勢を保持して溶接してもよいし、各溶接姿勢を組み合わせて転回しないで溶接してもよい。
すなわち、水平に置かれたスキンプレート１ｃと縦に置かれたダイヤフラム３の溶接を横向き溶接で行った後、スキンプレート１ａ、１ｂとダイヤフラムの溶接も、順次転回しながら横向溶接で行ってもよい。
また、スキンプレート１ｃとダイヤフラム３の溶接を横向溶接で行った後、転回せずにスキンプレート１ａ、１ｂとダイヤフラム３の溶接を立向溶接で行ってもよい。
ダイヤフラムとスキンプレートの溶接は、全てガスシールドアーク溶接で行われるが、片面溶接でも、両面溶接でもよい。通常、横向溶接では両面溶接で行い、立向溶接では片面溶接で行われる。

【0029】

以上のように、３面のスキンプレートとダイヤフラムの溶接を行った後、孔開きスキンプレート２を用いたダイヤフラムとの最後の１面の溶接が行われる。
孔開きスキンプレート２を、必要に応じて、スキンプレート２ａ、２ｂに仮付けし、貫通孔６を通して、外側から孔開きスキンプレート２とダイヤフラム３の溶接を行う。
孔開きスキンプレート２とダイヤフラム３で形成される溶接継手は、ダイヤフラムの端面８が表面に出ない構造とされる。開先の詳細を図５（ａ）、（ｂ）に示す。

【0030】

図５（ａ）に示す開先は、ダイヤフラム３の高さを孔開きスキンプレート２の下面までとした例であり、先に、ダイヤフラム３の上端部に裏当金１０を仮付けしておき、次いで、孔開きスキンプレートを裏当金１０上にセットして、孔あきスキンプレート２の貫通孔６の側面７とダイヤフラムの上端面８によって開先を形成する。

【0031】

また、図５（ｂ）に示す開先は、ダイヤフラム３の高さを孔開きスキンプレート２の貫通孔６の途中までとしたもので、ダイヤフラム３の上端面８には開先の一部を形成する切欠きが形成され、ダイヤフラム３の切欠きとその両側に位置する貫通孔の側面７との間にもそれぞれ開先が形成される例である。
この例でも、ダイヤフラム３の上端部に裏当金１０を仮付けしておき、次いで、孔開きスキンプレート２を裏当金１０上にセットして同様に開先を形成する。

【0032】

以上により形成された開先内をＧＭＡＷによる多層盛溶接によって、図２に示すように溶接金属５を形成する。また、多層盛溶接に当たっては、前述のように溶接金属表面とダイヤフラムの端面８との間に２層以上の溶接金属層を形成する。
なお、図５（ａ）、（ｂ）では、孔開きスキンプレート２とダイヤフラム３の間に隙間がなく配置された例を示しているが、溶接時に埋めることができる程度の間隔は許容される。また、図５（ａ）では貫通孔６の側面７とダイヤフラム３の端面８の角部が重ならないよう配置された例を示しているが、ダイヤフラムの端部に重なっていても、２ｍｍ以下の範囲であれば、ダイヤフラムの端部まで溶け込ませることができるので特に問題はない。

【0033】

以上のようにして、ダイヤフラム３とスキンプレート１あるいは孔開きスキンプレート２との溶接が行われた後、スキンプレートとスキンプレートが当接する角部の開先９ｃ、９ｄ、及び、スキンプレートと孔開きスキンプレートが当接する角部の開先９ａ、９ｂの溶接を、ＳＡＷあるいはＧＭＡＷで行ってボックス柱が製造される。
なお、角部の溶接を最後にまとめて行う例で説明したが、角部の開先のうち、開先９ｃ、９ｄは、図３のように組み付けした後に先に溶接する手順でもよい。

【0034】

続いて、ボックス柱のスキンプレートとダイヤスラムとのＧＭＡＷに使用するフラックス入りワイヤについて説明する。
ボックス柱の溶接組立をフラックス入りワイヤを用いてＧＭＡＷする場合において、予熱を省略して、あるいは、予熱を簡略化して溶接することが好ましい。スキンプレートにＴＳ７８０ＭＰａ以上の鋼板を使用する場合には、溶接割れを防止するために予熱は必須となる。
そこで、ＴＳ７８０ＭＰａ以上の鋼板を使用した場合でも予熱を省略して、あるいは、予熱を簡略化して溶接することができるフラックス入りワイヤについて検討した結果、フラックス中の金属弗化物量を適正な範囲に管理されたワイヤを使用することが有効であることを見出した。

【0035】

以下、そのようなフラックス入りワイヤを構成する個々の要件の限定理由について説明する。
フラックス入りワイヤは、形態的には、鋼製外皮とその内部に挿入された粉体などよりなるが、成分的には、弗化物、金属酸化物、金属炭酸塩のフラックス成分と、それ以外の合金成分よりなる。
そこで、まず、鋼製外皮の内部に挿入されるフラックス成分について説明する。以下の説明で、％はワイヤ全重量に対する質量％を意味している。

【0036】

（金属弗化物：２．０〜７．０％）
金属弗化物は、合計で２．０〜７．０％ワイヤ中に添加する。金属弗化物として、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＭｇＦ_２、ＬｉＦのうちの１種または２種以上を必要に応じて添加するが、ＣａＦ_２を主成分とするのが好ましい。

【0037】

金属弗化物を上記の範囲で含有させることで、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼の溶接において、溶接金属の拡散性水素量を微量にして、耐低温割れ性を劇的に改善し、そのような引張強さを有する高強度鋼の溶接の際にも、予熱を省略あるいは簡略化して溶接することを可能にする。また、金属弗化物は溶接金属の酸素量を低減させることに有効であり、それによって溶接金属の靭性も向上させることが可能である。

【0038】

これらの効果を得るには、金属弗化物を２．０％以上含有させる必要がある。含有量が２．０％未満では、十分な効果を得ることができず、また、７．０％を超えると、溶接ヒュームが過剰生成することでシールドガスによるシールド効果が低下し、大気が巻き込まれることや、スラグの過剰生成による巻き込みが発生するため、溶接作業性が著しく劣化し、好ましくない。より靱性を向上させるために金属弗化物の下限を３．３％又は３．７％としてもよく、溶接作業性の劣化を抑制するために、上限を５．８％、５．６％又は５．４％としてもよい。

【0039】

金属弗化物が拡散性水素を低減する理由については、金属弗化物が溶接アークにより分解し、生成されたフッ素が水素と結合してＨＦガスとして大気中に散逸したか、あるいは、そのまま溶接金属中に水素がＨＦとして固定されたためと考えられる。

【0040】

なお、金属弗化物として、靭性を向上する効果の面からは、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＭｇＦ_２のいずれでも用いることができるが、溶接作業性の面からＣａＦ_２を主成分として含むことが望ましい。さらに、アーク安定性確保、スパッタ抑制などの溶接作業性を優先する場合には、金属弗化物の合計量αを３．３％以上とし、合計量αに対するＣａＦ_２の含有量［ＣａＦ_２］の比（［ＣａＦ_２］／α）が０．９０以上とするのが好ましい。

【0041】

（金属酸化物：０．３〜１．２％）
スラグ形成剤として、Ｔｉ酸化物（ＴｉＯ_２）、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ_２）、Ｚｒ酸化物（ＺｒＯ_２）、Ｍｇ酸化物（ＭｇＯ）、Ａｌ酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）のうち１種または２種以上からなる金属酸化物を添加する。ここれらは溶接ビード形状を良好に維持するために添加される。その適正な効果を得るためには、０．３％以上添加する必要がある。しかし、金属酸化物の含有量が１．２％を超えて添加されると、溶接金属の酸素量が増加し、靭性を劣化させるため好ましくない。

【0042】

これら金属酸化物の含有量は、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の合計量に加え、フラックスの造粒に使用されるバインダーなどに含まれる金属酸化物も合計した含有量とする。また、金属酸化物の添加による靭性の劣化を極力抑制するために、金属酸化物の含有量の上限を１．０％、０．８％としてもよい。

【0043】

上記の金属弗化物と金属酸化物とのそれぞれの含有量に加え、質量％で表される金属酸化物の合計含有量βに対する金属弗化物の合計含有量αの比（α／β）の値が２．０以上２０．０以下を満たすようにする必要がある。
α／βの値が２．０未満では、拡散性水素を低減させる効果を得ることができず、２０．０を超えると、ビード形状が良好に維持できなくなる。必要に応じて、α／βの下限を３．５又は４．０としてもよく、その上限を１４．０、１３．０又は１２．０としてもよい。

【0044】

（ＣａＯ：０．１５％以下）
また、本発明においては、フラックスにＣａＯは添加しないことが好ましい。しかしながら、フラックスの原料にＣａＯが含有されている場合がある。その場合、ワイヤ全質量に対する質量％で、ＣａＯを０．１５％以下に制限する。０．１５％以下に制限すれば、本発明の効果は得られる。ＣａＯは、大気に触れることで、ＣａＯＨに変化するため、溶接金属の拡散性水素を増加させる。また、ＣａＯは、溶融プールの塩基度を高めることで、溶接金属の酸素を低減する効果があるが、本発明では酸化物を粒内変態の核生成サイトとして利用することで組織を微細化し、靱性を向上させているため、ＣａＯと金属弗化物とを複合添加すると過剰に溶接金属の酸素が低減されることで低温靱性が低下するため好ましくない。

【0045】

（金属炭酸塩の１種または２種以上：０．６０％未満）
アーク安定性作用とアーク集中性を高める目的で、ＣａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＢａＣＯ_３の金属炭酸塩の１種または２種以上を、必要に応じて添加することができる。含有量が多くなるとアークの集中性が強すぎてスパッタ発生量が多くなるので、上限は合計量で０．６０％未満とする。その効果を十分に発揮させるには合計量で０．１〜０．５％含有させるのが好ましい。

【0046】

続いて、弗化物、金属酸化物、金属炭酸塩以外の化学成分について記載する。これらは、鋼製外皮自体に含まれる分と鋼製外皮の内部に挿入されるフラックスに含まれる合金成分を合わせたものである。
（Ｃ：０．０４〜０．１２％）
Ｃは、強度を向上させる元素であり、溶接金属の引張強さを７８０ＭＰａ以上とするためには、０．０４％以上含有させる必要がある。
溶接ワイヤ中のＣ含有量は多いほど溶接金属中のＣ含有量も増加し、溶接金属の強度を高めるので好ましい。しかし、多くなり過ぎると溶接金属の靱性が劣化するとともに、高温割れ、低温割れ共に感受性が高まるので、Ｃ含有量の上限を０．１２％とする。また、安定して靭性を確保するには、Ｃの上限を、０．０９％、０．０８％又は０．０７％としてもよい。

【0047】

（Ｓｉ：０．２〜１．０％）
Ｓｉは、脱酸元素であり、溶接金属のＯ量を低減して清浄度を高めるために、０．２％以上含有させる。ただし、１．０％を超えて含有させると溶接金属の靱性を劣化させるため、これを上限とする。また、溶接金属の靭性を安定して確保するには、Ｓｉの上限は、０．８％、０．７％又は、０．６％としてもよい。

【0048】

（Ｍｎ：１．０〜２．５％）
Ｍｎは、溶接金属の焼入性を確保して強度を高めるために１．０％以上含有させる。一方、２．５％を超えて含有させると、粒界脆化感受性が増加して溶接金属の靱性が劣化するため、これを上限とする。より安定して溶接金属の強度を高めるためには、Ｍｎの下限を１．２％、１．４％又は１．６％としてもよい。

【0049】

（Ｐ：０．０２％以下）
Ｐは不純物元素であり、耐溶接割れ性、及び靱性を劣化させるため極力低減する必要があるが、これら悪影響が許容できる範囲として、Ｐ含有量は０．０２％以下とする。
（Ｓ：０．０２％以下）
Ｓも不純物元素であり、溶接金属中に過大に存在すると靱性と延性とをともに劣化させるため、極力低減することが好ましい。靱性、延性への悪影響が許容できる範囲として、Ｓ含有量は０．０２％以下とする。

【0050】

（Ａｌ：０．００５〜０．０５０％）
Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉと同様、溶接金属中のＯ低減、清浄度向上に効果があり、０．００５％以上含有させる。一方、０．０５０％を超えて含有させると、窒化物や酸化物を形成して、溶接金属の靱性を阻害するため、これを上限とする。また、溶接金属の靭性を向上する効果を十分に得るには、Ａｌの下限を０．００１５％としてもよい。また、溶接金属の靭性を向上する効果を十分に得るにはＡｌの下限を０．００２％又は０．００３％としてもよく、また、粗大酸化物の生成抑制のため、Ａｌの上限を、０．０４５％または０．０４０％としてもよい。

【0051】

（Ｎｉ：１．５〜３．５％）
Ｎｉは固溶靱化（固溶により靭性を高める作用）により組織、成分によらず靱性を向上できる唯一の元素であり、特に、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度の溶接金属で靱性を高めるのに有効な元素である。必要な固溶靱化効果を得るためにはＮｉは１．５％以上含有させる必要がある。
Ｎｉ含有量が多いほど靱性を向上する上で有利であるが、含有量が３．５％を超えると耐溶接割れ性が低下するため、これを上限とする。なお、Ｎｉの効果が確実に靱性向上に寄与するためには、Ｎｉの下限を１．７％または２．０％とするのがよい。

【0052】

（Ｍｏ：０．３〜１．０％）
Ｍｏは、焼入性向上元素であり、かつ微細炭化物を形成して、析出強化による引張強さの確保に有効である。また、Ｍｏは、多層盛溶接で再熱を受けた際の強度低下を抑制し、靱性の劣化も抑制する効果を持つ。ボックス柱の溶接は多層盛溶接で行われるが、多層盛溶接では、後続の溶接パスから、その前のパスで形成された溶接金属が再熱を受けることで溶接金属に軟化が生じるが、７８０ＭＰａ級の強度レベルでは、溶接金属の組織がベイナイト主体となるため、その軟化の程度が大きく、溶接金属の強度を安定的に確保するのが難しい。さらに、その再熱によってセメンタイトが粗大化するため靭性も劣化する。Ｍｏは、多層盛溶接で再熱を受けた際に微細炭化物を形成することによって強度低下を抑制し、さらにセメンタイトの粗大化も抑制するため、靱性の劣化も抑制する効果を持つ。

【0053】

これらの効果を発揮するためには、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮しても最低限０．３％含有させる必要がある。一方、１．０％を超えて含有させると、析出物が粗大化するようになり、溶接金属の靭性が劣化するため、これを上限とする。再熱による強度低下をより抑制することで安定的に強度を確保し、かつ靱性の劣化抑制を両立するためには、Ｍｏの下限を０．４％、０．５％または、０．６％超含有させてもよい。

【0054】

（Ｔｉ：０〜０．１０％）
Ｔｉも、Ａｌと同様に、脱酸元素として有効な元素であり、溶接金属中のＯ量を低減させる効果がある。また、固溶Ｎを固定して、Ｎの靭性への悪影響を緩和するためにも有効である。Ｔｉ含有量の下限は０％とするが、これら効果を発揮させるためには、Ｔｉ含有量の下限を０．０１％としてもよい。ただし、フラックス入りワイヤ中のＴｉ含有量が０．１０％を超えて過剰になると、粗大な酸化物の形成に起因した靭性劣化、及び過度な析出強化による靭性劣化が生じる可能性が大きくなる。このため、Ｔｉを含有させる場合のＴｉ含有量の上限は０．１０％とする。また、Ｔｉによる靭性劣化をより抑制するためにＴｉの上限を０．０８％、０．０６％又は０．０５％としてもよい。

【0055】

（Ｂ：０〜０．０１％）
Ｂは、溶接金属中に適正量含有させると、固溶Ｎと結びついてＢＮを形成して、固溶Ｎの靭性に対する悪影響を減じる効果があり、また、焼入性を高めて強度向上に寄与する効果もある。これらの効果を得るためには０．００１０％以上含有させることが好ましい。一方、含有量が０．０１００％超になると、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮやＦｅ₂₃（Ｃ、Ｂ）₆等のＢ化合物を形成して靭性を逆に劣化させるため、これを上限とする。また、Ｂによる靱性劣化をより抑制するためにはＢの上限を０．００９％、又は０．００８％としてもよい。

【0056】

本発明で用いるワイヤとしては、以上の化学成分を含有させたワイヤとしてもよいが、さらに、溶接する鋼板の強度レベルや求める靭性の程度に応じて、以下に説明するＣｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｇの一種または二種以上を含有させたワイヤとすることもできる。

【0057】

（Ｃｕ：０〜１．０％）
Ｃｕは、ワイヤの外皮表面のめっき、および、フラックスに単体または合金として添加され、溶接金属の強度と靭性を向上させることができる。含有量が１．０％を超えると靭性が低下するため、Ｃｕを含有させる場合は１．０％以下とする。Ｃｕ添加の効果を十分に得るためには、０．１％以上含有させることが好ましい。
なお、Ｃｕの含有量については、外皮自体やフラックス中に含有されている分に加えて、ワイヤ表面に銅めっきされる場合にはその分も含む。

【0058】

（Ｃｒ：０〜０．６％）
Ｃｒは、焼入性を高めることにより高強度化に有効な元素である。含有量が０．６％を超えると、ベイナイト組織を不均一に硬化させ、靱性を劣化させるため、Ｃｒを含有させる場合は０．６％以下とする。Ｃｒ添加の効果を得るためには０．１％以上含有させるのが好ましい。

【0059】

（Ｖ：０〜０．２０％）
Ｖは、焼入性を高めることで高強度化に有効な元素である。含有量が０．２０％を超えると炭化物が析出することで、硬化し、靭性を劣化させるため、Ｖを含有させる場合は、０．２０％以下とする。Ｖ添加の効果を十分に得るためには、０．０１％以上含有させることが好ましい。

【0060】

（Ｎｂ：０〜０．１０％）
Ｎｂは微細炭化物を形成して、析出強化により引張強さ確保に有効である。含有量が０．１％を超えると、溶接金属中に過剰に含有され、粗大な析出物を形成して靭性を劣化させるため、Ｎｂを含有させる場合は０．１０％以下とする。Ｎｂ添加の効果を十分に得るためには、０．０１％以上含有させることが好ましい。

【0061】

（Ｍｇ：０〜０．７０％）
Ｍｇは脱酸元素であり、溶接金属中のＯ低減、清浄度向上に効果がある。一方、０．７０％を超えるとスパッタが大幅に増加するため、Ｍｇを添加する場合は、０．７０％以下とする。Ｍｇ添加の効果を十分に発揮するために０．１０％以上含有させることが好ましい。

【0062】

（Ｃｅｑ：０．５５〜０．９０％）
本発明のフラックス入りワイヤでは、合金成分あるいは金属脱酸成分として以上のように各元素を含有するが、溶接金属の引張強さを確保するために、下記（式ａ）で表される日本溶接協会（ＷＥＳ）で定める炭素当量Ｃｅｑが０．５５〜０．９０％となるように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量をさらに調整する必要がある。
Ｃeq＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／24＋[Ｍｎ]／6＋[Ｎｉ]／40＋[Ｃｒ]／5＋[Ｍｏ]／4＋[Ｖ]／14
・・・（式ａ）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の含有量（質量％）を示す。含有していない元素は０％とする。

【0063】

Ｃｅｑは、その値が高い程、溶接金属が硬化するため引張強さが向上するが、一方で靭性が低下し、また溶接割れ感受性が高くなるため低温割れ抑制の対策が必要となる。このＣｅｑの値が０．５５％未満では、溶接金属において目的とする強度７８０ＭＰａを満たせず、Ｃｅｑの値が０．９０％を超えると、溶接金属の引張強さが過剰となり、溶接金属の靭性が低下する。そのため、Ｃｅｑの範囲は、０．５０〜０．９０％とする。

【0064】

（ＴＥ：２．７〜４．４％）
さらに、溶接金属の靭性を確保するために、（式ｂ）で定義されるＴＥ（Ｃｒを含有しない場合は、Ｃｒを０％として計算する。）が２．７〜４．４％である必要がある。
ＴＥ＝［Ｍｎ］／２＋［Ｎｉ］＋３×［Ｃｒ］ ・・・（式ｂ）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の含有量（質量％）を示す。

【0065】

７８０ＭＰａ級の溶接金属では、組織がベイナイト主体であり、その低温靭性を確保するために、γ粒内の酸化物を変態の核生成サイトとして粒内変態をさせることで微細な組織を得るようにするのが好ましい。Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒは主に固溶した状態で溶接金属中に存在し、粒内変態に最適な焼入性を得ることによって溶接金属の靱性を確保する作用を有する。
その効果を確実に得るには、ＴＥが２．７％以上であることが必要である。２．７％より低いと焼入性が低下することで粗大な粒界フェライトが生成し、靭性が劣化する場合が生じる。一方で、ＴＥが４．４％を超えると焼入性が過度に向上するため、粒内変態が起こらず、粗大なベイナイト組織または粗大なマルテンサイト組織となるため靱性が劣化する。より優れた強度靱性バランスが確保できる範囲として、下限を３．０％又は３．１％、上限を４．２％又は４．０％とするのが好ましい。

【0066】

なお、以上の合金成分あるいは金属脱酸成分として含有される元素の含有量には、それらの元素が弗化物、金属酸化物、金属炭酸塩として含有される場合の含有量は含めない。
また、それらの元素は必ずしも純物質（不可避不純物の含有は可）である必要はなく、Ｃｕ−Ｎｉ等の合金の形態で含有されていても何ら問題はない。また、それらの元素は鋼製外皮中に含有されていても、フラックスとして含有されていても、その効果は同じであるため、鋼製外皮とフラックスの何れでも含有することが可能である。

【0067】

本発明では、以上のような材料構成のフラックス入りワイヤを用いることにより予熱の省略や簡略化ができるようになるが、ワイヤ形態としては、鋼製外皮にスリット状の継目がないシームレスワイヤとするのが好ましい。
溶接時に溶接部に侵入する水素は、溶接金属内及び鋼材側に拡散し、応力集中部に集積して低温割れの発生原因となる。十分に溶接部の清浄性、ガスシールドの条件が管理された溶接の下では、ワイヤ中に主として水分で含有される水素が、溶接継ぎ手の拡散性水素の主要因となる。このため、鋼製外皮をシームレスの管とし、ワイヤ製造後から使用するまでの間、フラックスへの大気中の水素の侵入を抑制することが望ましい。

【0068】

以上説明したボックス柱の溶接組立に当たり、ダイヤフラム３とスキンプレート１あるいは孔開きスキンプレート２との溶接は、ＧＭＡＷによる多層盛溶接によって行われる。
溶接条件としては、使用する鋼板の強度に応じて推奨されている条件を用いることができ、使用するシールドガスの種類も一般的に多用されている、１００ｖｏｌ％の炭酸ガスやＡｒと３〜２０ｖｏｌ％ＣＯ₂の混合ガスを用いることができる。
また、角部の開先の溶接は、ＳＡＷあるいはＧＭＡＷによって行われるが、同様に、使用する鋼板の強度に応じて推奨されている条件を用いることができる。

【0069】

以下に、本発明の態様を実施例により具体的に説明する。これらの実施例は、本発明の効果を確認するための一例であり、本発明を限定するものではない。

【実施例】

【0070】

鋼帯を、長手方向に送りながら成形ロールにより成形してオープン管とし、この成形の途中のオープン管の開口部からオープン管内にフラックスを供給し、次いで成形後の開口部の相対するエッジ面を突合わせシーム溶接してオープン管を継目無し管とし、このように造管することで得られたフラックス入りワイヤを伸線し、この伸線作業の途中でフラックス入りワイヤに焼鈍を加えることにより、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。試作後、フラックス入りワイヤの表面には潤滑剤を塗布した。

【0071】

試作したフラックス入りワイヤの化学成分の分析は以下のように行った。まず、充填されたフラックスをフラックス入りワイヤから取り出し、フラックス入りワイヤを鋼製外皮とフラックスとに分けた。鋼製外皮の化学成分は、化学分析によって各金属成分の含有量を測定することにより求められた。フラックスは、先ずＸ線回折、及び蛍光Ｘ線分析によって構成物および成分についての定量評価が行われた。この後、浮遊選鉱、及び磁力選鉱などの選鉱法を用いてフラックスをスラグ分と合金分とに分離し、それぞれの化学成分を、化学分析、及びガス分析などを行うことで分析した。
試作したフラックス入りワイヤの成分組成を［表１］、及び［表２］に示す。なお、［表２］に記載された化学成分は、弗化物、金属酸化物、および金属炭酸塩の化学成分を含まない。

【0072】

次に、上述したフラックス入りワイヤを用いて溶接を実施した。溶接は、板厚が２０ｍｍの母材１１を、ルートギャップ１６ｍｍ、及び開先角度２０°で突き合わせ、裏当金１２を用いて、［表３］に示す溶接条件で、上述したフラックス入りワイヤを用いて溶接を実施して、図６に示す試験体を作製した。なお、母材１１及び裏当金１２としてはＪＩＳ Ｇ３１０６−２００８に規定されたＳＭ４９０Ａを使用したが、母材の開先面及び裏当金の表面には、試験を行うフラックス入りワイヤを用いて、２層以上、かつ余盛高さ３ｍｍ以上のバタリングを実施した。

【0073】

【表1-1】

【0074】

【表1-2】

【0075】

【表2-1】

【0076】

【表2-2】

【0077】

【表3】

【0078】

得られた溶接金属３から、図６に示すように、ＪＩＳ Ｚ３１１１−２００５（溶着金属の引張及び衝撃試験方法）に準拠したＡ１号引張試験片（丸棒）（径＝１２．５ｍｍ）１５とシャルピー試験片（Ｖノッチ試験片）１４とを採取し、機械特性試験を行って、溶着金属の引張強さ及びシャルピー吸収エネルギーを測定し、次の基準で評価した。
・引張強さ：室温で引張強さ７８０ＭＰａ以上の試料を合格とした。
・靭性：０℃でのシャルピー衝撃試験で、吸収エネルギーが７０Ｊ以上の試料を合格とした。
得られた機械特性の評価結果を［表４］に示す。

【0079】

拡散性水素量の測定は、ＪＩＳ Ｚ３１１８−２００７（鋼溶接部の水素量測定方法）に準拠したガスクロマトグラフ法によって実施した（拡散性水素試験）。
溶接条件を［表３］に、結果を［表４］に示す。測定した拡散性水素量の評価基準は以下の通りとした。
・拡散水素量：１．０ｍｌ／１００ｇ未満（極低水素水準）を合格とした。

【0080】

耐低温割れ性の評価は、ＪＩＳ Ｚ３１５８（ｙ形溶接割れ試験方法）に準拠した方法で試験を行うことにより実施した。ｙ形溶接割れ試験体には、［表５］のスキンプレートに使用するＳ１〜Ｓ３の鋼板を使用した。Ｓ１〜Ｓ３の鋼板をｙ型に開先加工し、ルート間隔が１ｍｍとなるように溶接にて組立てることでｙ形溶接割れ試験体を作製した。次いで、温度０℃かつ湿度６０％の一定雰囲気管理下の溶接場所において、［表３］の溶接条件にて試験溶接を実施して、試験体を得た。この溶接された試験体の断面観察を行って割れ率を測定し、この測定結果に基づいて、フラックス入りワイヤの耐低温割れ性を評価した。耐低温割れ性の評価は以下の通りとした。
・耐低温割れ性：ｙ形溶接割れ試験で、断面割れが溶接部にて生じなかった試料（断面割れ率が０である試料）を合格とした。

【0081】

得られたｙ形溶接割れ試験結果を［表４］に示す。拡散性水素が１．０ｍｌ／ｍｌ未満のものは、非常に低温の条件である０℃にて予熱を行うことなく試験溶接を実施した場合でも、ｙ形溶接割れ試験にて作製された試験体のすべての断面において、断面割れ無し（断面割れが発生していないこと）であり、極めて高い耐低温割れ性が証明された。

【0082】

次にＢＯＸ柱の実構造物における溶接継手の機械特性を評価するため、［表４］の機械特性の評価において、総合判定で合格であったフラックス入りワイヤについて、［表５］の孔空きのスキンプレートとダイヤフラムの鋼板を、図５の（a）、（ｂ）のような開先形状になるようにＴ字型に組立て、図２の（a）、（ｂ）に示す要領で溶接を実施し、図７、８に示すような溶接継手を作製した。継手作製に使用したフラックス入りワイヤ、スキンプレート、ダイヤフラム、溶接条件を［表６］に示す。
また、比較として、［表４］の機械特性の評価において、耐低温割れ性で不合格になったＢ０１、引張強度が不合格となったＢ０７、０℃のシャルピー吸収エネルギーが不合格となったＢ１５のフラックス入りワイヤについて、上記記載要領と同様に溶接継手を作製した。

【0083】

得られた溶接継手から、溶接継手引張試験片を図９、１０に示すように継手引張試験片の中央に溶接部を含み、かつスキンプレートの全厚となるように採取した。またシャルピー試験片（Ｖノッチ試験片）を図１１、１２に示すように、スキンプレートの表層から採取し、ノッチ位置は溶接金属の幅中央とした。これら試験片を用いて機械特性試験を行って、溶接継手の引張強さ、及びシャルピー吸収エネルギーを測定し、次の基準で評価した。
・継手引張強さ：室温で引張強さ７８０ＭＰａ以上の試料を合格とした。
・靭性：０℃でのシャルピー衝撃試験で、吸収エネルギーが７０Ｊ以上の試料を合格とした。
得られた機械特性の評価結果を［表６］に示す。

【0084】

［表６］の試験結果に示されるように、溶接金属層がスキンプレートの板厚の１／３以上であり、かつ２層以上のものについて、継手引張強度とシャルピー吸収エネルギーを満足した。一方、溶接金属層がスキンプレートの板厚の１／３未満または、１層であるものは機械特性を満足しなかった。
また、［表４］のフラックス入りワイヤの機械特性の評価において、拡散性水素が高く、耐低温割れ性で不合格になったＢ０１、引張強度が不合格となったＢ０７、０℃のシャルピー吸収エネルギーが不合格となったＢ１５についても、Ｂ０１は溶接金属内に低温割れが発生し、Ｂ０７は継手引張強度を満足せず、Ｂ１５はシャルピー吸収エネルギーを満足せず、［表４］の機械特性の評価結果と同様に不合格となった。

【0085】

【表4】

【0086】

【表5】

【0087】

【表6-1】

【0088】

【表6-2】

【符号の説明】

【0089】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、 スキンプレート
２ 孔開きスキンプレート
３、３ａ、３ｂ ダイヤフラム
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ スキンプレートの角継手に形成された溶接金属
５、５ａ、５ｂ 孔開きスキンプレートに形成された溶接金属
６、６ａ、６ｂ 孔開きスキンプレートに形成されたスリット状の貫通孔
７ 孔開きスキンプレートに形成された貫通孔の側面
８ ダイヤフラムの端面
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ スキンプレートの角継手に形成された開先
１０ 裏当金
１１ 母材
１２ 裏当金
１３ 溶接金属
１４ ２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片
１５ 丸棒引張り試験片、酸素分析試験片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】