[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，特别是涉及适合用于船舶的板厚为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，由于脆性断裂(brittle fracture)的事故给经济和环境方面所带来的影响较大，因此，通常要求提高安全性，对于所使用的钢材，对使用温度下的韧性(toughness)、脆性裂纹传播停止特性有要求。

集装箱船或散装货船等船舶在其结构上使用高强度的厚壁材料作为船体外板(outer plate of ship’s hull)，但最近随着船体的大型化，高强度厚壁化进一步进展。通常越是高强度或者厚壁材料则钢板的脆性裂纹传播停止特性越有变差的趋势，因此对脆性裂纹传播停止特性的要求也进一步提高。

作为提高钢材的脆性裂纹传播停止特性的方法，一直以来已知有增加Ni含量的方法。对于液化天然气(Liquefied Natural Gas)的贮存罐而言，以商业规模使用9％Ni钢。

但是，Ni量的增加不可避免地会导致成本的大幅提高，因此难以应用于LNG贮存罐以外的用途中。

另一方面，对于不会达到像LNG那样极低温(ultra low temperature)的、用于船舶或管线管的、板厚小于50mm的较薄的钢材，可以通过TMCP(Thermo-Mechanical Control Process，热机械控制工艺)法实现细粒化，使低温韧性提高，赋予优良的脆性裂纹传播停止特性。

另外，在专利文献1中提出了为了不使合金成本提高但提高脆性裂纹传播停止特性而将表层部的组织进行了超微细化(ultra fine crystallization)的钢材。

专利文献1所述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)对提高脆性裂纹传播停止特性有效，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。

作为制造方法，记载了：通过热轧后的控制冷却使表层部分冷却至Ar3相变点(transformation point)以下，然后停止控制冷却(controlled cooling)使表层部分回热(recuperate)至相变点以上，反复进行一次以上上述工序，在此期间对钢材施加轧制，由此使其反复相变或加工再结晶，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：对于形成以铁素体-珠光体(pearlite)为主体的显微组织的钢材而言，为了提高脆性裂纹传播停止特性，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，抑制铁素体粒径的偏差很重要，作为抑制偏差的方法，使精轧中每个道次的最大轧制率(rolling reduction)为12％以下，从而抑制局部的再结晶现象。

但是，专利文献1、2所述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使其回热、并且在回热中施加加工而得到特定的组织，在实际生产规模中不易进行控制，特别是对于板厚大于50mm的厚壁材料而言，其是对轧制、冷却设备的负荷大的工艺。

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

具体而言，对于板厚为30～40mm的钢板，不需要进行钢板表层的冷却和回热等复杂的温度控制，而是通过下述条件来提高脆性裂纹传播停止特性：(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)使织构(texture)在微细铁素体中发达同时通过热能使由加工(轧制)导入的位错(dislocation)再配置而形成亚晶的轧制条件、(d)抑制所形成的微细的铁素体晶粒和微细的亚晶粒的粗大化的冷却条件。