[发明专利]脆性裂纹传播停止特性优良的结构用高强度厚钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及脆性裂纹传播停止特性(brittle crack arrestability)优良的结构用(for structural use)高强度厚钢板(high-strength thick steel plate)及其制造方法，特别涉及适合用于船舶的板厚50mm以上的高强度厚钢板。

背景技术

对于船舶等大型结构物而言，脆性断裂(brittle fracture)所带来的事故对经济和环境产生的影响很大，因此，通常要求提高安全性，对于所使用的钢材，要求使用温度下的靭性(toughness)、和脆性裂纹传播停止特性。

集装箱船、散装货轮等船舶在其结构上将高强度的厚壁材料用于船体外板(outer plate of ship's hull)。最近，随着船体的大型化，正在进一步发展高强度厚壁化。通常，钢板的脆性裂纹传播停止特性具有越是高强度或越是厚壁材料越变差的倾向，因此，对脆性裂纹传播停止特性的要求也进一步提高。

作为使钢材的脆性裂纹传播停止特性提高的方法，一直以来已知增加Ni含量的方法，在液化天然气(Liquefied Natural Gas)的储罐中，以商业规模使用9％Ni钢。

但是，Ni量的增加不得不使成本大幅上升，因此，难以应用于LNG储罐以外的用途。

另一方面，对于没有达到LNG这样的极低温(ultra low temperature)的、用于船舶或管线的、板厚小于50mm的比较薄的钢材，可以通过所谓的TMCP(Thermo-Mechanical Control Process，热机械控制工艺)法实现细粒化而使低温靭性提高，从而赋予优良的脆性裂纹传播停止特性。

另外，在专利文献1中提出了为了在不使合金成本上升的前提下使脆性裂纹传播停止特性提高而将表层部的组织超微细化(ultra fine crystallization)而成的钢材。

专利文献1记载的脆性裂纹传播停止特性优良的钢材的特征在于，着眼于脆性裂纹传播时在钢材表层部产生的剪切唇(塑性变形区域shear-lips)对脆性裂纹传播停止特性的提高有效，使剪切唇部分的晶粒微细化，从而吸收传播的脆性裂纹所具有的传播能量。

作为制造方法，记载了如下方法：通过热轧后的控制冷却将表层部分冷却至Ar₃相变点(transformation point)以下，然后，停止控制冷却(controlled cooling)，将表层部分再加热(recuperate)至相变点以上，反复进行1次以上上述工序，在此期间对钢材实施轧制，由此使其反复发生相变或加工再结晶，在表层部分生成超微细的铁素体组织(ferrite structure)或贝氏体组织(bainite structure)。

另外，专利文献2中记载了如下内容：在以铁素体-珠光体(pearlite)作为主体显微组织的钢材中，为了使脆性裂纹传播停止特性提高，钢材的两表面部由具有50％以上铁素体组织的层构成，所述铁素体组织具有圆等效粒径(circle-equivalent average grain size)为5μm以下、长径比(aspect ratio of the grains)为2以上的铁素体晶粒，并且重要的是抑制铁素体粒径的偏差，作为抑制偏差的方法，将精轧中的每1个道次的最大轧制率(rolling reduction)设定为12％以下，从而抑制局部的再结晶现象。

但是，专利文献1、2中记载的脆性裂纹传播停止特性优良的钢材是通过仅将钢材表层部先冷却后再进行再加热、并且在再加热中实施加工而得到特定的组织，在实际生产规模下不易控制，特别是对于板厚超过50mm的厚壁材料而言，是对轧制、冷却设备的负荷大的工艺。

另一方面，专利文献3中记载了不仅着眼于铁素体晶粒的微细化、而且着眼于形成在铁素体晶粒内的亚晶粒(subgrain)而使脆性裂纹传播停止特性提高的TMCP延伸技术。

具体而言，在板厚为30～40mm时，无需进行钢板表层的冷却以及再加热等复杂的温度控制，通过下述条件使脆性裂纹传播停止特性提高：(a)确保微细的铁素体晶粒的轧制条件、(b)在钢材板厚的5％以上的部分中生成微细铁素体组织的轧制条件、(c)在微细铁素体中使织构(texture)发达并且利用热能将通过加工(轧制)引入的位错(dislocation)再配置而形成亚晶粒的轧制条件、(d)抑制形成的微细铁素体晶粒和微细亚晶粒粒的粗大化的冷却条件。