溶融亜鉛めっきを施した部材の疲労強度に及ぼすめっき施工条件と鋼材の影響－溶融亜鉛めっきを施した溶接継手の疲労強度（第3報）

摘要

著者らは，第1報において，溶融亜鉛めっきを施した小型試験体（面外ガセット）による疲労試験結果を報告した．この報告では，溶融亜鉛めっきを行うことにより，溶接部近傍では焼鈍効果や急冷効果で残留応力が低減され，また2次元のFEM解析から亜鉛の被覆により応力の一部がめっきに流れ，溶接止端の局部応力が低減することを報告した．これらは，疲労強度を向上させる因子であり，めっきを施すことによって，鋼構造物の延命化の課題である疲労と腐食の両面で有利となることが考えられた．しかし，先の試験結果では，90MPa未満の低応力範囲（長寿命域）では疲労亀裂は発生しなかったが，100MPaを超える高応力範囲（短寿命域）では，疲労強度は低下する結果となった．また，第2報では，大型I型桁試験体を用いて疲労試験を行った．試験は約100MPaを上限に実施したが，その結果では，めっきを施せば疲労亀裂発生箇所が少なく，76.2MPa以下の応力範囲では亀裂は発生しなかった．また，疲労亀裂が発生した箇所も，その多くがAs-weld状態より疲労強度は高くなった．しかし，第1報と同様，高い応力が作用した箇所のめっき試験体で，As-weld状態より疲労強度が低くなった箇所もあった．疲労強度が低くなった箇所の破面観察を行ったが，疲労亀裂の起点は，合金層，もしくは液体金属脆化による割れから発生したものと考えられた．この合金層のζ層は柱状組織でお互い強固に結合しておらず，この間に種々の微細な割れが発生し易く，脆い組織である．すなわち，これが引き金となって疲労亀裂の発生を促し，疲労強度が低下したものと考えられた．第1報および第2報の試験体に用いた鋼材は，一般のSM490YAおよびSM490YBであり（めっき用鋼材を使用せず），めっきの施工もめっき橋梁を対象とした標準的な1条件で行った．疲労強度に影響すると考えられる合金層の性質は，鋼材の化学成分やめっき施工条件に大きく左右される．鋼材の化学成分の影響としては，特に，めっき焼け（合金層の生成を促進）を起こしやすいSiの影響が大きい．めっき施工条件では，合金層生成温度と浸漬される時間，また，めっき後の冷却状態によっても合金層の成分や厚み，あるいは結晶状態に違いが生じる．このため，めっきを施した部材の疲労強度を明確にするには，鋼材の影響やめっき施工条件の影響も考慮する必要があるものと考えられる．本研究では，第1報，第2報に引き続き，溶融亜鉛めっきを施した溶接継手の疲労強度を明らかにすることを目的とする．そのため，第1報と同様に，鋼橋で用いられる継手の中でも特に疲労強度が低く，疲労損傷の発生が懸念されている面外ガセットすみ肉溶接継手を対象とし，2種類の鋼材を使用した試験体を新たに製作し，それらにいくつかの条件で溶融亜鉛めっきを施した試験体の疲労試験を実施する．また，それらを対象とした残留応力測定と3次元有限要素応力解析を行う．さらに，詳細な亀裂発生位置を調べるため，断面ミクロ組織の観察を行ったので，これらの結果を報告する．