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JP3434431B2 - 衝突エネルギー吸収能に優れた鋼板およびその製造方法 - Google Patents

衝突エネルギー吸収能に優れた鋼板およびその製造方法

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JP3434431B2
JP3434431B2 JP12283997A JP12283997A JP3434431B2 JP 3434431 B2 JP3434431 B2 JP 3434431B2 JP 12283997 A JP12283997 A JP 12283997A JP 12283997 A JP12283997 A JP 12283997A JP 3434431 B2 JP3434431 B2 JP 3434431B2
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忠 石川
浩司 石田
嗣郎 今井
修一 地主
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Nippon Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、造船等の構造物に
使用される鋼材において、タンカーの衝突による油流出
事故に代表されるような船舶の衝突事故が万一起きた場
合でも、その破壊を最小限にくい止めることができる衝
突エネルギー吸収能の高い鋼板およびその製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、造船分野において、タンカーの油
流出事故による海洋汚染が社会的に深刻化し、万一船舶
同士が衝突事故を起こしてもその破壊を最小限にくい止
め、タンカーからの油流出や破損部からの進水等の被害
を最小限にするための造船技術及びそれに用いられる鋼
板が検討されている。
【0003】上記の従来技術として、船殻の二重構造化
及び法制化はその代表例であるが、大型のタンカーで
は、二重構造化しても衝突時のエネルギーが大きく完全
に油流出を抑えることが難しいとの見解もある。
【0004】そこで、近年、船体に使用される鋼材自体
の特性として、衝突時におけるエネルギー吸収能の向上
が望まれている。
【0005】しかしながら、従来、船体衝突時のエネル
ギー吸収能に関する鋼材面からの検討はほとんどされて
なく、鋼材のエネルギー吸収能を向上させるためには、
鋼材の機械特性及び組織と衝突エネルギー吸収能の関係
についての検討が必要である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、船体の衝突
時に破壊を最小限にすることができる衝突エネルギー吸
収能の優れた鋼材およびその製造方法を提供するもので
ある。
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】 (1) 鋼板の成分が重
量%で、 C:0.04〜0.15% Si:0.1〜0.5% Mn:0.5〜1.8% Ti:0.01%以下 Al:0.06%以下 Nb:0.01〜0.03% かつ炭素当量Ceq(=C+Si/24+Mn/6)
(%)が0.4%以下であり、残部がFeおよび不可避
的不純物である成分からなり、かつ、鋼板の組織におい
て、フェライト分率Fが80%以上であり、かつフェラ
イトの硬さHがH≧400−2.6×Fの関係式(ただ
し、式中のHはフェライトのビッカース硬さHv、Fは
フェライト分率%を意味する)を満たすことを特徴とす
る衝突エネルギー吸収能に優れた鋼板。
【0009】() 重量%で、 C:0.04〜0.15% Si:0.1〜0.5% Mn:0.5〜1.8% Ti:0.01%以下 Al:0.06%以下 Nb:0.01〜0.03% かつ炭素当量Ceq(=C+Si/24+Mn/6)
(%)が0.4%以下であり、残部がFeおよび不可避
的不純物からなる鋼を1100℃以上に加熱した後、熱
間圧延に供し、800℃以上で圧延を終了することを特
徴とするフェライト分率Fが80%以上であり、かつフ
ェライトの硬さHがH≧400−2.6×Fの関係式
(ただし、式中のHはフェライトのビッカース硬さH
v、Fはフェライト分率%を意味する)満たす衝突エ
ネルギー吸収能に優れた鋼板の製造方法。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【0011】船体の衝突エネルギー吸収能と鋼材の機械
的特性及び組織の関係を調査するため、図1に示すよう
な衝突エネルギー吸収能の評価試験を行った。
【0012】試験は、大型衝撃試験機を用い、試験片端
部1を前記試験機に固定し、ハンマー2を試験片中央部
3に衝突させる。試験片中央部では試験片幅が小さくな
っており、試験片中央部から破壊する。
【0013】衝突エネルギー吸収能(EA)は、ハンマ
ーの腕長さ:hcm、重量:wkgのハンマーを用いて
試験片中央部を破断させた時のハンマーの振り上げ角θ
と、試験片破断後のハンマーの振り戻り角γからハンマ
ーの位置エネルギーを算出し、この値を試験片中央部の
断面積で除した値とする。
【0014】試験は、鋼材の機械的特性及び組織のそれ
ぞれと衝突エネルギー吸収能(EA)との関係を調査す
るためC:0.04〜0.2%、Si:0.1〜1.0
%、Mn:0.5〜2.0%、Ti:0〜0.02%、
Al:0.06%以下、Nb:0〜0.03%である種
々の成分の鋼材を供試材として、同一形状の試験片を用
いて試験を実施し、その時の衝突エネルギー吸収能(E
A)と機械的特性及び鋼材組織との関係を調査した。
【0015】その結果、衝突エネルギー吸収能(EA)
と鋼材の機械的特性の関係として、鋼材の伸び特性(E
L)と強度特性(YP、TS)の両者が優れていること
が衝突エネルギー吸収能(EA)を向上させるために必
要であることを知見し、次の相関関係を得た。
【0016】 EA=α×EL×(YP+TS)/2・・・・・(1) ここで、ELは全伸び(%)、YPは降伏強度(kgf
/mm2)、TSは引張強度(kgf/mm2)であり、
αは試験片形状等により決まる定数である。
【0017】さらに、鋼材の伸び特性(EL)と組織と
の関係を調査した結果、図2に示すように伸び特性(E
L)は、フェライト分率(F)が80%以上であると良
好であることを知見した。
【0018】一方、強度特性であるYP、TSは、フェ
ライト以外のベイナイト、パーライト等の第二相組織分
率が増大するほど、―般には増加する傾向があるが、伸
び特性(EL)を向上させるためには第二相組織分率を
出来るだけ小さくする必要がある。
【0019】そこで、ELを確保しつつ、YP、TSを
増大させる手段として、フェライト相の硬さ(ビッカー
ス硬さHv)(H)に注目し、同じフェライト分率
(F)の場合に、フェライト硬さHv(H)により衝突
エネルギー吸収能(EA)がどう変化するかを調査し
た。その結果を図3に示す。
【0020】従来、一般に用いられている船殻用鋼材の
衝突エネルギー吸収能(EA)は、10〜11程度であ
る。本発明の目標は、この従来の鋼板の衝突エネルギ―
吸収能(EA)より少なくとも20%程度向上させるこ
と、つまり衝突エネルギー吸収能(EA)が12以上の
鋼板を得ることである。
【0021】図3の試験結果からフェライト分率(F)
が90%の場合、フェライト硬さ(H)がHv170以
上、フェライト分率(F)が95%の時、フェライト硬
さ(H)がHv154以上必要である。
【0022】又、フェライト分率(F)が80%の時に
は、フェライト硬さ(H)がHv192以上必要である
ことがわかる。
【0023】しかしながら、フェライト分率(F)が7
0%の時には、図2に示したように全伸び(EL)が小
さいために、フェライト硬さ(H)をHv195程度に
増大させても衝突エネルギー吸収能(EA)は12以下
であり、本発明の目標値を満足できない。
【0024】これら衝突エネルギー吸収能(EA)とフ
ェライト分率(F)及びフェライト硬さ(H)の関係か
らEA≧12を達成するために必要な限界フェライト分
率(F)と限界フェライト硬さ(H)の関係を求めると
図4に示す通りになる。
【0025】ここで、限界フェライト分率(F)及び限
界フェライト硬さ(H)は、図3においてEA≧12を
満足するために必要なフェライト分率(F)及び限界フ
ェライト硬さ(H)のそれぞれの限界値とする。
【0026】この結果より、衝突エネルギー吸収能(E
A)が12以上を達成するためには、限界要求フェライ
ト分率(F)と限界要求フェライト硬さ(H)との間に
は、H≧400−2.6×F、且つF≧80(%)(た
だし、Hはフェライトのビッカース硬さHvで、Fはフ
ェライト分率%を意味する)
【0027】次に、本発明鋼の成分の限定理由を説明す
る。
【0028】Cは、鋼材の強度を確保するために必要で
あるが、C量が0.15%以上になると、フェライト分
率を80%以上確保することが困難になり、0.04%
以下ではフェライト硬さがHv170以上にならないた
め、0.04%〜0.15%に規定した。
【0029】Siは、鋼の脱酸元素として0.1%以上
必要であるが、1%を超えると溶接性に著しい問題が生
じるので、0.1〜1%に規定した。
【0030】Mnは、鋼の靭性を確保し、かつ強度を向
上させるものであるため、0.5%を下限とし、過度の
添加はフェライト分率の確保に支障となるので、1.8
%を上限とした。
【0031】Tiは、組織を微細化して靭性を確保する
ために、添加することがあるが、Tiは析出物を形成し
やすく、特にフェライトの硬さを増大させるために添加
するNbとTi−Nb複合析出物を生成してしまうの
で、フェライト硬さの増大には有害であるため、上限を
0.01%に規制した。
【0032】Alは、脱酸元素として添加するが、0.
06%を越えると析出物を形成し、母材の靭性を脆化さ
せ、かつ溶接継手の靭性にも有害となるため、上限を
0.06%に規定する。
【0033】Nbは、フェライト地に固溶、あるいは微
細析出物による析出強化のために、0.01%以上添加
するが、過度の添加は溶接継手部の靭性に有害であるの
で、上限を0.03%に規定した。
【0034】また、炭素当量Ceq(=C+Si/24
+Mn/6)(%)が、0.4%以上になると、焼入れ
性が増大し、フェライトの生成が困難になり、フェライ
ト分率の確保が難しくなるため、上限を0.4%と規定
した。
【0035】次に本発明鋼の製造条件の限定理由を説明
する。
【0036】本発明の製造方法において、加熱温度は、
フェライト硬さを増大させるために添加するNbが、圧
延前に完全にオーステナイト相中に固溶させるために1
100℃以上に規定する。
【0037】また、圧延温度は、800℃未満で加工す
るとNbの析出の促進効果を抑制するため800℃以上
と規定する。
【0038】
【実施例】表1に示す化学成分を有する鋼材を用いて、
表2に示す製造条件で、鋼板製造した。また、表2に
は、この条件で得られた鋼板の組織及び機械的特性を併
記した。
【0039】表1において、鋼種1〜鋼種4は、本発明
で規定する範囲の成分を含有する鋼である。一方、鋼種
5〜7は、比較例として、Ti及びNbの含有量が共に
本発明の規定範囲を満たさない例を示す。
【0040】表2において、番号1〜7は、本発明例で
あるが、フェライト分率(F)が80%であり、かつフ
ェライトの硬さ(H)も、400−2.6×F以上を満
たし、鋼板の衝突吸収エネルギー(EA)は本発明の目
標とする12kgf/mm2以上を有している。
【0041】一方、番号8、9は、化学成分は本発明の
範囲内であるが、製造条件において、番号8は、加熱温
度及び圧延終了温度が所定温度より低いため、フェライ
トの硬さ(H)が400−2.6×F未満であり、衝突
吸収エネルギー(EA)が12kgf/mm2未満とな
っている。また、番号9は、圧延終了温度が所定温度よ
り低く、充分な衝突吸収エネルギー(EA)が12kg
f/mm2未満となっている。
【0042】番号10〜12は、化学成分が本発明の範
囲から外れており、番号10は、フェライト硬さ(H)
が所定値に達してなく、番号11はフェライト分率
(F)が所定値を得られてなく、番号12はフェライト
硬さ(H)が所定値に達してないため、衝突吸収エネル
ギー(EA)が12kgf/mm2未満となっている。
【0043】
【表1】
【0044】
【表2】
【0045】
【発明の効果】本発明により、衝突吸収エネルギー(E
A)が12kgf/mm2以上の衝突エネルギー吸収能
の優れた鋼材を提供することが可能であり、本発明鋼材
を船体に使用することにより、万一船体同士の衝突事故
が起こった場合でも、船体の破断面積を従来の鋼材の場
合よりも減少することができる。
【0046】そのため、タンカーの衝突事故時における
油の流出による海洋汚染、又は衝突損傷部からの進水量
を低減できる等、環境保護、安全性の点から計り知れな
い効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】衝突エネルギー吸収能の評価試験方法の概要図
である。
【図2】フェライト分率(F)と全伸び(EL)の関係
を示す図である。
【図3】フェライト硬さ(H)と衝突エネルギー吸収能
(EA)の関係を示す図である。
【図4】限界要求フェライト分率(F)と限界フェライ
ト硬さ(H)との関係を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 地主 修一 大分市大字西ノ洲1番地 新日本製鐵株 式会社 大分製鐵所内 (56)参考文献 特開 平8−3679(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 8/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼板の成分が重量%で、 C:0.04〜0.15% Si:0.1〜0.5% Mn:0.5〜1.8% Ti:0.01%以下 Al:0.06%以下 Nb:0.01〜0.03% かつ炭素当量Ceq(=C+Si/24+Mn/6)
    (%)が0.4%以下であり、残部がFeおよび不可避
    的不純物である成分からなり、かつ、 鋼板の組織におい
    て、フェライト分率Fが80%以上であり、かつフェラ
    イトの硬さHがH≧400−2.6×Fの関係式(ただ
    し、式中のHはフェライトのビッカース硬さHv、Fは
    フェライト分率%を意味する)を満たすことを特徴とす
    る衝突エネルギー吸収能に優れた鋼板。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C:0.04〜0.15% Si:0.1〜0.5% Mn:0.5〜1.8% Ti:0.01%以下 Al:0.06%以下 Nb:0.01〜0.03% かつ炭素当量Ceq(=C+Si/24+Mn/6)
    (%)が0.4%以下であり、残部がFeおよび不可避
    的不純物からなる鋼を1100℃以上に加熱した後、熱
    間圧延に供し、800℃以上で圧延を終了することを特
    徴とするフェライト分率Fが80%以上であり、かつフ
    ェライトの硬さHがH≧400−2.6×Fの関係式
    (ただし、式中のHはフェライトのビッカース硬さH
    v、Fはフェライト分率%を意味する)満たす衝突エ
    ネルギー吸収能に優れた鋼板の製造方法。
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