[发明专利]长脆性裂纹传播停止特性优异的板厚为50mm以上的厚钢板及其制造方法、以及评价长脆性裂纹传播停止性能的方法及试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于大型集装箱船（Mega-container carrier）、散货船（bulk carrier）等的脆性裂纹传播停止特性（brittle crack arrestability）优异的板厚为50mm以上的厚钢板及其制造方法。另外，还涉及一种评价与实船相当的长脆性裂纹（long brittle crack）传播停止性能的方法以及试验装置。

背景技术

为了提高装载能力（carrying capacity）、装卸效率（cargo handling efficiency）等，集装箱船、散货船成为形成大型上部开口部（upper aperture）的结构。因此，为了确保船体的刚性（rigidity）和纵向强度（longitudinal strength），在这些船中，特别是需要使船体外板（outer plate of vessel’s body）形成厚壁。

近年来，集装箱船逐渐大型化，在6000～20000TEU（twenty-foot equivalent unit）的大型船中，船体外板的板厚变为50mm以上，因板厚效应（Thickness effect）而引起破裂韧性（fracture toughness）降低，而且焊接热输入（welding heat input）也进一步增大，所以焊接部（welded part）的破裂韧性存在进一步降低的趋势。应予说明，TEU（Twenty-foot Equivalent Unit）表示换算成长度20英尺的集装箱的个数，为示出集装箱船的装载能力的指标。

对于船舶（ships）、管线钢管（linepipe）所使用的钢板的板厚小于50mm的较薄的钢材，能够利用TMCP法（Thermomechanical controlled processing）来实现晶粒细化，提高低温韧性（low-temperature toughness），赋予优异的脆性裂纹传播停止特性。

作为提高脆性裂纹传播停止特性的方法，提出了在不增加合金成本（alloy cost）的情况下使钢材的表层部（surface part）的组织超微细化的技术。例如，专利文献1中，着眼于在脆性裂纹传播时，在钢材表层部产生的剪切唇（shear-lips）（塑性变形区域（plastic deformation area））对于提高脆性裂纹传播停止特性有效，公开了通过使剪切唇部分的晶粒微细化来吸收传播的脆性裂纹所具有的传播能量（propagation energy）的方法。

对钢板进行热轧后，通过控制冷却（controlled cooling）而使表层部分冷却至Ar₃相变点以下，其后停止控制冷却，使表层部分回热至相变点以上，将该工序反复进行1次以上，其间，通过对钢材进行压下，从而反复使其相变或者加工重结晶（recrystallization due to deformation），使表层部分生成超微细的铁素体组织（ferrite structure）或者贝氏体组织（bainite structure）。

专利文献2中公开了如下内容：在以铁素体-珠光体（pearlite）为主体的显微组织（microstructure）的钢材中，如果用具有50%以上的铁素体组织的层来构成两表面部，所述铁素体组织具有圆当量平均粒径为5μm以下、纵横比（aspect ratio）为2以上的铁素体粒，进而，使精轧中的每道次的最大压下率（maximum rolling reduction）为12%以下，从而抑制局部的重结晶现象（recrystallization phenomenon），并抑制铁素体粒径的波动，则可获得优异的脆性裂纹传播停止特性提高的效果。

专利文献3中，作为承受塑性变形（plastic deformation）后的耐脆性裂纹传播特性优异的钢材，公开了由以下的（a）～（d）所述的方法制造的以晶粒内形成有亚晶（sub-grain）的微细铁素体为主要组织的钢材。

利用如下条件（a）～（d），不需要钢板表层的冷却和回热等复杂的温度控制（temperature control），就可提高承受塑性变形后的脆性裂纹传播停止特性，即，（a）确保微细铁素体晶粒的轧制条件；（b）使钢材板厚的5%以上的部分生成微细铁素体组织的轧制条件；（c）使微细铁素体发展集合组织，并且利用热能（thermal energy）使由加工（轧制）而导入的位错（dislocation）再配置，形成亚晶的轧制条件；（d）抑制所形成的微细铁素体晶粒和微细亚晶粒的粗大化的冷却条件。