長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板およびその製造方法ならびに長大脆性き裂伝播停止性能を評価する方法および試験装置
【課題】長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板およびその製造方法ならびに長大脆性き裂伝播停止性能を評価する方法および試験装置を提供する。
【解決手段】長大脆性き裂停止部の先端形状で、板厚中央部の特定の領域が、鋼板表面から板厚の特定領域に対し、少なくとも板厚分の長さだけ長大脆性き裂の進行方向に対し凹陥部を形成し、板厚中央部で特定領域が特定の集合組織を有する厚鋼板。特定成分の鋼を加熱後、鋼板表面温度１０００〜８５０℃で累積圧下率１０％以上で圧延後、特定の、表面温度と内部温度の状態で、１パス圧下率７％以上、累積圧下率５０％以上で圧延終了時の鋼板表面温度８００〜５５０℃で圧延する。試験片幅２ｍ以上の試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を、試験片長さもしくは試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離を試験片幅の２．８倍以上として評価する。
【解決手段】長大脆性き裂停止部の先端形状で、板厚中央部の特定の領域が、鋼板表面から板厚の特定領域に対し、少なくとも板厚分の長さだけ長大脆性き裂の進行方向に対し凹陥部を形成し、板厚中央部で特定領域が特定の集合組織を有する厚鋼板。特定成分の鋼を加熱後、鋼板表面温度１０００〜８５０℃で累積圧下率１０％以上で圧延後、特定の、表面温度と内部温度の状態で、１パス圧下率７％以上、累積圧下率５０％以上で圧延終了時の鋼板表面温度８００〜５５０℃で圧延する。試験片幅２ｍ以上の試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を、試験片長さもしくは試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離を試験片幅の２．８倍以上として評価する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型コンテナ船やバルクキャリアーなどに用いて好適な脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板およびその製造方法に関する。また、実船相当の長大脆性き裂伝播停止性能を評価する方法ならびに試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンテナ船やバルクキャリアーは、積載能力の向上や荷役効率の向上等のため、上部開口部を大きくとった構造となっている。このため、これらの船では特に船体外板を厚肉化する必要がある。
【０００３】
近年、コンテナ船は大型化し、６、０００〜２０、０００ＴＥＵの大型船では船体外板の板厚は５０ｍｍ以上となり、板厚効果により破壊靱性が低下することに加え、溶接入熱もより大きくなるため、溶接部の破壊靭性が一層低下する傾向にある。なお、ＴＥＵ（Ｔｗｅｎｔｙ ｆｅｅｔ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｕｎｉｔ）は、長さ20フィートのコンテナに換算した個数を表し、コンテナ船の積載能力の指標を示している。
【０００４】
船舶やラインパイプに使用される鋼板の板厚が５０ｍｍ未満の比較的薄手の鋼材に対しては、ＴＭＣＰ法により細粒化を図り、低温靭性を向上させて、優れた脆性き裂伝播停止特性を付与することができる。
【０００５】
合金コストを上昇させることなく、鋼材の表層部の組織を超微細化する技術が、脆性き裂伝播停止特性を向上させる手段として提案されている。例えば、特許文献１では、脆性き裂が伝播する際に、鋼材表層部に発生するシアリップ（塑性変形領域）が脆性き裂伝播停止特性の向上に効果があることに着目し、シアリップ部分の結晶粒を微細化させて、伝播する脆性き裂が有する伝播エネルギーを吸収させる方法が開示されている。
【０００６】
鋼板を熱間圧延後、制御冷却により表層部分をＡｒ３変態点以下に冷却し、その後制御冷却を停止して表層部分を変態点以上に復熱させる工程を１回以上繰り返して行い、この間に鋼材に圧下を加えることにより、繰り返し変態させ又は加工再結晶させて、表層部分に超微細なフェライト組織又はベイナイト組織を生成させるものである。
【０００７】
特許文献２には、フェライト−パーライトを主体のミクロ組織とする鋼材において両表面部を円相当平均粒径：５μｍ以下、アスペクト比：２以上のフェライト粒を有するフェライト組織を５０％以上有する層で構成し、更に仕上げ圧延中の１パス当りの最大圧下率を１２％以下にすることで局所的な再結晶現象を抑制し、フェライト粒径のバラツキを抑えると優れた脆性き裂伝播停止特性向上の得られることが開示されている。
【０００８】
特許文献３には、塑性変形を受けた後の耐脆性き裂伝播特性に優れた鋼材として、以下の（ａ）〜（ｄ）に述べる方法によって製造される結晶粒内にサブグレインを形成させた微細フェライトを主組織とする鋼材が開示されている。
【０００９】
（ａ）微細なフェライト結晶粒を確保する圧延条件、（ｂ）鋼材板厚の５％以上の部分に微細フェライト組織を生成させる圧延条件、（ｃ）微細フェライトに集合組織を発達させるとともに加工（圧延）により導入した転位を熱的エネルギーにより再配置しサブグレインを形成させる圧延条件、（ｄ）形成した微細なフェライト結晶粒と微細なサブグレイン粒の粗大化を抑制する冷却条件、によって、鋼板表層の冷却および復熱などの複雑な温度制御を必要とせずに、塑性変形を受けた後の脆性き裂伝播停止特性を向上させる。
【００１０】
また、特許文献１〜３と異なる技術思想として特許文献４には、集合組織を発達させることにより、鋼材の破壊面上にセパレーションを板厚方向と平行な方向に発生させ、脆性き裂先端の応力を緩和させることにより、耐脆性き裂伝播特性を高める方法において、制御圧延により（１１０）面Ｘ線強度比を２以上とし、かつ円相当径２０μｍ以上の粗大粒を１０％以下とすることが記載されている。
【００１１】
特許文献５では溶接継手部の脆性き裂伝播停止性能の優れた溶接構造用鋼として、板厚内部においての圧延面での（１００）面のＸ線面強度比が１．５以上を有することを特徴とする鋼板が開示され、集合組織発達により、応力負荷方向に垂直な方向に対して、き裂伝播方向を変化させて、脆性き裂を溶接継手部から母材側に誘導し、継手としての脆性き裂伝播停止性能を向上させることが記載されている。
【００１２】
また、特許文献６には、板厚中央部における圧延面での（２１１）面のＸ線強度比が１．３以上、かつ板厚１／４部における圧延面での（１００）面Ｘ線強度比が１．５以上、板表層部における圧延面での（１００）面Ｘ線強度比が１．５以上を有することを特徴とする鋼板が開示され、集合組織発達により、Ｔ継手等を介し鋼板表面から突入する脆性き裂先端近傍にクラックが発生し、そのクラックがき裂伝播抵抗として作用し板厚方向に伝播する脆性き裂に対する脆性き裂伝播停止性能が向上することが記載されている。
【００１３】
一方、船体構造においては、万一溶接部から脆性破壊が発生した場合にも、脆性き裂の伝播を停止させ船体分離を防止することが必要と考えられている。板厚５０ｍｍ未満の造船用鋼板溶接部の脆性き裂伝播挙動については、日本造船研究協会第１４７委員会において、実験的に検討がなされている。
【００１４】
第１４７委員会では、溶接部にて強制的に発生させた脆性き裂の伝播経路、伝播挙動を実験的に調査した結果、溶接部の破壊靱性がある程度確保されていれば、溶接残留応力の影響により脆性き裂は溶接部から母材側に逸れてしまうことが多いが、溶接部に沿って脆性き裂が伝播した例も複数確認された。このことは、脆性破壊が溶接部に沿って直進伝播する可能性が無いとは言い切れないことを示唆している。
【００１５】
しかしながら、第１４７委員会で適用した溶接と同等の溶接を板厚５０ｍｍ未満の鋼板に適用して建造された船舶が何ら問題なく就航しているという多くの実績があることに加え、靱性が良好な鋼板母材（造船Ｅ級鋼など）は脆性き裂を停止する能力が十分にあるとの認識から、造船用鋼材溶接部の脆性き裂伝播停止特性は船級規則等には要求されてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平４−１４１５１７号公報
【特許文献２】特開２００２−２５６３７５号公報
【特許文献３】特許第３４６７７６７号公報
【特許文献４】特許第３５４８３４９号公報
【特許文献５】特開平６−２０７２４１号公報
【特許文献６】特開２００８−２１４６５２号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】山口ら：「超大型コンテナ船の開発―新しい高強度極厚鋼板の実用―」、日本船舶海洋工学会誌、３、（２００５）、Ｐ７０．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、最近の６、０００ＴＥＵを超える大型コンテナ船では鋼板の板厚は５０ｍｍを超え、板厚効果により破壊靱性が低下することに加え、溶接入熱もより大きくなるため、溶接部の破壊靭性が一層低下する傾向にある。
【００１９】
最近、このような厚肉大入熱溶接継手では、溶接部から発生した脆性き裂は母材側に逸れずに直進し長大化し、骨材等の鋼板母材部でも停止しないことが実験的に示され（非特許文献１）、５０ｍｍ以上の板厚の鋼板を適用した船体構造の安全確保の上で大きな問題となっている。また、このような船体の安全性確保を評価する試験として、長大ＥＳＳＯ試験があるが、評価方法の相違や試験装置の制約などにより試験結果が変化し、必ずしも実船に相当する長大脆性き裂伝播停止性能が評価されていないという問題があった。
【００２０】
上述した特許文献１〜６記載の鋼板は長大化した脆性き裂伝播停止特性について記載がなく、非特許文献１で明らかにされた課題を解決することができない。また、実船相当の長大脆性き裂伝播停止特性を評価する方法や試験装置については、特許文献１〜６記載の技術には記載がなく、実船相当の安全性評価という課題を解決することができない。
【００２１】
そこで、本発明は、５０ｍｍ以上の板厚の鋼板およびその溶接部において、脆性破壊が発生した場合でも、大規模破壊に至る前に長大化した脆性き裂を停止させる厚鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。加えて、実船相当の長大脆性き裂伝播停止性能を評価する方法ならびに試験装置を提供することを目的とする。なお、ここでいう長大脆性き裂とは、隣接する他の鋼板から突入する長さ１ｍ以上の脆性き裂のことである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者らは、化学組成および圧延条件を変化させた多くの鋼板について集合組織形態と脆性き裂伝播停止特性（アレスト性能という場合がある）の関係を調査するとともに、長大脆性き裂伝播停止現象に及ぼすアレスト性能（靭性や集合組織に影響される）の板厚方向の分布の影響を調査した。また、タブ板先端間距離もしくは荷重負荷点間距離を変化させた動的ＦＥＭ解析により、実船相当の長大脆性き裂伝播特性を模擬できる長大ＥＳＳＯ試験の評価方法、試験装置について検討した。
【００２３】
その結果、化学組成および圧延条件を制御し、アレスト性能に影響を与える靭性および集合組織の板厚方向の分布を規定した場合、長大脆性き裂伝播停止性能が飛躍的に向上し、これまで停止が困難と考えられてきた厚物鋼板もしくはその溶接部を伝播してきた長大脆性き裂を応力反射の無い実船相当条件下において、鋼板にて停止させうることを知見した。さらに、動的ＦＥＭ解析の結果、タブ板先端間距離および荷重負荷点間距離を所定の値とすることで、応力反射の無い実船に相当する長大ＥＳＳＯ試験の評価方法、試験装置について知見した。なお、厚さ５０ｍｍ未満の厚鋼板は、現行鋼板（例えば造船用Ｅ級鋼など）で長大脆性き裂を停止させることができるため、本発明は厚さ５０ｍｍ以上の厚鋼板を対象とした。
【００２４】
本発明は上記知見を基に更に検討を加えてなされたもので、すなわち本発明は、
（１）板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板であって、板厚方向断面における長大脆性き裂伝播停止部の先端形状において、板厚中央部の板厚（ｔ）の２０％の幅の領域における停止き裂長さが、鋼板表面から板厚（ｔ）の１／４〜１／１０または板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の最大き裂長さに対し、少なくとも板厚（ｔ）の長さだけ前記長大脆性き裂の進行方向に対し短く、凹んだ凹陥部を形成していることを特徴とする長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
（２）前記板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比が１．５以上、前記板厚（ｔ）の１／４〜１／１０となる領域または前記板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上であることを特徴とする、（１）記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
（３）前記板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面Ｘ線強度比Ｘ（２１１）と（１００）面Ｘ線強度比Ｘ（１００）および同部位の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験により得られる破面遷移温度ｖＴｒｓ（℃）が式：ｖＴｒｓ−１２Ｘ（１００）−２２Ｘ（２１１）≦（Ｔ−７５）／０．６４［Ｔは鋼板の供用温度（℃）］を満足し、且つ前記板厚（ｔ）の１／４〜１／１０となる領域または前記板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上であることを特徴とする、（１）または（２）に記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
（４）鋼組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．８０〜１．８０％、Ｓ：０．００１〜０．０５％を含み、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％またはＮｂ：０．００１〜０．１％の内から選んだ少なくとも１種を含み、更に、Ｃｕ：２．０％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：０．６％以下、Ｍｏ：０．６％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｂ：０．００５０％以下、Ｚｒ：０．５％以下の内から選んだ少なくとも１種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
（５）（４）に記載の成分組成を有する鋼素材を、９００〜１３５０℃の温度に加熱し、次いで鋼板表面温度１０００〜８５０℃の温度域において累積圧下率１０％以上圧延した後、鋼板表面温度９００〜６００℃且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より５０〜１５０℃高温となる状態とし、その後、１パス圧下率７％以上、累積圧下率５０％以上で、圧延終了時の鋼板表面温度８００〜５５０℃で熱間圧延することを特徴とする長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板の製造方法。
（６）更に、熱間圧延を終了した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で４００℃まで冷却することを特徴とする（５）記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板の製造方法。
（７）試験片幅２ｍ以上の大型試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を評価・確認する試験において、試験片長さもしくは試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上であることを特徴とする、鋼材もしくは構造物の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
（８）（７）に記載の評価方法において、さらに、試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上であることを特徴とする鋼材もしくは構造物の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
（９）試験片幅２ｍ以上の大型試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を評価・確認する試験装置において、試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上であることを特徴とする、長大脆性き裂伝播停止性能を評価する試験装置。
（１０）（９）に記載の試験装置において、さらに、試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上であることを特徴とする長大脆性き裂伝播停止性能を評価する試験装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板において優れた脆性き裂伝播停止性能を付与することが可能で、これまで困難であった板厚５０ｍｍ以上の厚物材における長大脆性き裂を応力反射の無い実船相当条件下において停止させることができ産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の鋼板の板厚方向断面における長大脆性き裂伝播停止部の先端形状を模式的に示す図。
【図２】長大ＥＳＳＯ試験片の寸法形状を示す図。
【図３】長大脆性き裂伝播停止特性の評価に及ぼす応力反射の影響を調査するための動的ＦＥＭ解析モデルを示し、（ａ）はパラメトリックモデル、（ｂ）は荷重負荷点間距離１０ｍの場合、（ｃ）は荷重負荷点間距離５ｍの場合の動的ＦＥＭ解析モデルを示す。
【図４】図３の動的解析モデルによる解析結果として、動的応力拡大係数に及ぼす試験条件（試験片端部からの距離）の影響を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明では、板厚方向断面における長大脆性き裂伝播停止部の先端形状を規定する。以下に本発明の限定理由について説明する。
【００２８】
図１に本発明に係る板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の鋼板１の板厚方向断面における長大脆性き裂２の伝播停止部の先端形状（長大脆性き裂停止位置３）を模式的に示す。
【００２９】
本発明では、長大脆性き裂伝播停止部の先端形状を、板厚中央部の板厚（ｔ）の２０％の幅の領域における長大脆性き裂停止位置と、鋼板表面から板厚（ｔ）の１／４〜１／１０および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる幅領域の長大脆性き裂停止位置の位置間のうち、最も短い間隔（以下、深さａ）が少なくとも板厚（ｔ）の長さの、深さａだけ長大脆性き裂の進行方向に対し短く、凹んだ略Ｕ字状の凹陥部を有する形状とする。
【００３０】
鋼板全体のアレスト性能を向上させるため鋼板の板厚方向断面の板厚中央部において板厚（ｔ）の少なくとも２０％の幅の領域、ｔａ（板厚（ｔ）の１／２位置を含んだ、その上下１０％以上の幅の領域）のアレスト性能を向上させる。なお、アレスト性能を向上させる領域、ｔａは、圧延負荷の制約から５０％以下とすることが好ましい。
【００３１】
アレスト性能を向上させた板厚中央付近の領域幅、ｔａが板厚の２０％未満となると、板厚（ｔ）の１／４〜１／１０部近傍（板厚（ｔ）の１／４位置と１／１０位置を含み、１／４位置と１／１０位置の間の領域）および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０部近傍（板厚（ｔ）の３／４位置と９／１０位置を含み、３／４位置と９／１０位置の間の領域）の破壊駆動力が十分に下がらず、板厚（ｔ）の１／４〜１／１０部近傍および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０部近傍において、き裂が停止せず伝播してしまうため、少なくとも２０％とする。
【００３２】
板厚方向断面において他の領域よりアレスト性能に優れる領域は長大脆性き裂の停止長さが短くその進行方向に対し、凹んだ凹陥部を形成するので、長大脆性き裂伝播停止部の先端形状を板厚中央部の板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域を長大脆性き裂の進行方向に対して凹んだ略Ｕ字状の凹陥部とする。
【００３３】
また、略Ｕ字状の凹陥部の形状は、板厚（ｔ）の１／４〜１／１０近傍および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０近傍の破壊駆動力の低下には、板厚中央部の板厚の２０％の領域における脆性き裂停止長さが、板厚（ｔ）の１／４〜１／１０および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０の領域における脆性き裂停止長さより、少なくとも板厚（ｔ）の長さだけ短くなることが必要なため、長大脆性き裂の進行方向に対し、凹陥部の深さａが少なくとも板厚（ｔ）の長さと等しい凹んだ形状とする。
【００３４】
深さａは図１中の板厚（ｔ）の１／４〜１／１０および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域での長大脆性き裂停止位置（最大き裂長さとも言う）を示す板厚方向に直角な線と、板厚中央部において板厚の２０％の領域幅を示す板厚方向に平行な線と長大脆性き裂伝播停止位置との交点を通る板厚方向に直角な線との間隔の内、もっとも短い間隔の長さと規定する。
【００３５】
厚さ５０ｍｍ以上の厚鋼板の脆性破壊破面では板厚（ｔ）の１／４〜１／１０または板厚（ｔ）の３／４〜９／１０の領域内に最長き裂伝播部（図１のＡ点およびＡ’点付近）が観察されるため、板厚中央部近傍とこれら領域との比較において長大脆性き裂伝播停止位置が板厚方向に描く形状を本発明では規定する。なお、板厚（ｔ）の１／２位置に対し、上下対称となる鋼板表面から板厚方向に板厚（ｔ）の１／４〜１／１０の領域と板厚（ｔ）の３／４〜９／１０の領域はアレスト性能、長大脆性き裂伝播停止部の先端形状が概略等しい。
【００３６】
上述した長大脆性き裂伝播停止部の先端形状は、図２に示す長大ＥＳＳＯ試験片４の破面で確認することができる。長大ＥＳＳＯ試験片４は、試験板６と助走板５はＣＯ２溶接部８で接合され、助走板５にはＣＯ２溶接部８と直角方向にエレクトロガス溶接部７を設け、機械ノッチ９から発生した脆性き裂（図示しない）がエレクトロガス溶接部７に沿って伝播し、試験板６の荷重負荷方向と直角に試験板６に突入する。荷重負荷方向は図中矢印Ｒ．Ｄ．の圧延方向とする。本発明において長大脆性き裂伝播停止特性とは、試験板６へ突入するまでの脆性き裂の伝播距離が長い長大ＥＳＳＯ試験片４を用いて、実際の船舶と同様応力反射の影響の無いタブ板先端間距離や荷重負荷点間距離の十分長い試験機により評価されるものを指す。
【００３７】
ここでいう応力反射とは、脆性き裂が発生・伝播することにより生じる圧縮応力波の試験機タブ板部等での反射のことである。この応力反射が発生すると、圧縮の応力波が脆性き裂伝播部に戻ってくるため、脆性き裂は停止しやすくなる。実際の船舶等の構造物においては、構造物の大きさが脆性き裂に対して十分に大きいため応力反射は発生しない（あるいはしにくい）。このため、長大脆性き裂の伝播停止特性は、タブ板先端間距離や荷重負荷点間距離の十分長い試験機により評価する必要がある。
【００３８】
本発明に係る鋼板は以下に述べる集合組織を備えることが望ましい。
板厚中央部の板厚の少なくとも２０％の領域における圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比が１．５以上、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔ部または板厚３／４ｔ〜９／１０ｔ部の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上
板厚中央付近における圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比が１．５以上になると、微細なサブクラックが発生し、脆性き裂伝播面の凹凸が大きくなり、き裂伝播抵抗が増し、脆性き裂伝播停止靭性が大きく向上する。Ｘ線強度比が１．５未満ではこの効果は認められない。以上より、板厚中央部の板厚の２０％以上の領域における圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比を１．５以上に限定した。
【００３９】
一方、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔ部の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３未満となると、板厚中央部の板厚の２０％以上の領域における脆性き裂停止長さが、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔの領域における脆性き裂停止長さより、板厚分以上短くならず、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔ部近傍（図１のＡ点およびＡ’点付近の最長き裂伝播部）の破壊駆動力の低下が起こらなくなる。よって、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔ部の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比を１．３以上に限定した。上記規定は板厚３／４ｔ〜９／１０ｔ部も同様とする。
【００４０】
更に、鋼板の供用温度における脆性き裂伝播停止靭性を向上させるため、下式を満足さすることが好ましい。
【００４１】
ｖＴｒｓ−１２Ｘ（１００）−２２Ｘ（２１１）≦（Ｔ−７５）／０．６４
（但し、式においてＸ（２１１）は板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面Ｘ線強度比、Ｘ（１００）は同部位の（１００）面Ｘ線強度比、ｖＴｒｓ（℃）は同部位の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験により得られる破面遷移温度、Ｔは鋼板の供用温度（℃）を示す）
本パラメータ式は、集合組織における対象部位の脆性き裂伝播停止靭性を供用温度にて確保するため、鋼板の靭性を集合組織に応じてｖＴｒｓで規定するもので、供用温度より当該対象部位のシャルピー破面遷移温度ｖＴｒｓを低温とするため、ｖＴｒｓを、上式を満足するように規定する。尚、上述したように脆性き裂伝播停止靭性向上のためには、（２１１）面または（１００）面のＸ線強度比１．５以上を必要とするが、両者のうち、（２１１）面集合組織が脆性き裂伝播停止靭性向上への寄与が大きいため、式においてＸ（１００）に対してＸ（２１１）の係数を大きくしている。
【００４２】
上述した特性を有する鋼板の好ましい成分組成と製造条件は以下のようである。説明において％は質量％とする。
【００４３】
［成分組成］
Ｃ：０．１５％以下
Ｃは強度を確保するために必要である。強度確保の観点から望ましくは下限を０．０２％とする。しかし、Ｃ量が０．１５％を超えると溶接熱影響部（ＨＡＺ）靭性が低下するので、０．１５％以下に限定した。なお、（２１１）面および（１００）面の集合組織をより一層発達させるために好ましい範囲は０．０３％以下である。
【００４４】
Ｓｉ：０．６０％以下
Ｓｉは強度上昇に有効な元素である。その効果を得るためには０．０１％以上含有するのが好ましい。Ｓｉ量が、０．６０％を超えると溶接熱影響部（ＨＡＺ）靭性を著しく劣化させるので、０．６０％以下に限定した。
【００４５】
Ｍｎ：０．８０〜１．８０％
Ｍｎは高強度化に有効な元素であり、強度確保の観点から下限を０．８０％とした。しかし、Ｍｎ量が１．８０％を超えると、母材靭性の劣化が懸念される。このため、Ｍｎは０．８０〜１．８０％の範囲とした。なお、好ましい範囲は１．００〜１．７０％である。
【００４６】
Ｓ：０．００１〜０．０５％以下
本発明においては、脆性き裂前縁にクラック（鋼板表面に平行な割れ）を発生させる必要があるため、Ｓの０．００１％以上の含有が必要である。しかし、Ｓは非金属介在物を形成し延性・靭性を劣化させるため、０．０５％以下に制限した。
【００４７】
Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００１〜０．１％の１種または２種
Ｔｉは、炭化物や窒化物の析出物を形成することにより、鋼板製造時の加熱段階でのオーステナイト粒の成長を抑制して細粒化に寄与するとともに、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の結晶粒粗大化も抑制しＨＡＺ靱性を向上する効果がある。これらの効果を得るには、０．００５％以上の含有が必要である。一方、過度の含有は、靱性を劣化するため、０．０５０％を上限とする。
【００４８】
Ｎｂは析出強化および靱性の向上にも有効である。また、オーステナイトの再結晶を抑制し、後述する圧延条件による効果を促進する。これらの効果を得るためには、０．００１％以上の添加が必要であるが、０．１％を超えて添加すると、焼き入れ組織が針状化して靱性が劣化する傾向にあるため、０．１％を上限とする。
【００４９】
Ｃｕ：２．０％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：０．６％以下、
Ｍｏ：０．６％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｂ：０．００５０％以下、Ｚｒ：０．５％以下の内から選んだ少なくとも１種
Ｃｕ：２．０％以下
Ｃｕは、主として析出強化のために用いることができる。その効果を得るには０．０５％以上添加するのが好ましい。Ｃｕ量が、２．０％をこえて含有すると、析出強化が過多となり靱性が劣化するので、２．０％以下の範囲とすることが好ましい。
【００５０】
Ｖ：０．２％以下
Ｖは固溶強化と析出強化が利用できる成分である。その効果を得るには０．００１％以上の含有が好ましい。しかし、０．２％を超えて含有すると、母材靭性および溶接性を大きく損なうので、０．２％以下の範囲とすることが好ましい。
【００５１】
Ｎｉ：２．０％以下
Ｎｉは、強度および靱性を向上し、またＣｕを添加した場合には圧延時のＣｕ割れを防止するのに有効である。その効果を得るには、０．０５％以上の添加が好ましい。しかし、高価である上、過剰に添加してもその効果が飽和するため、２．０％以下の範囲とすることが好ましい。
【００５２】
Ｃｒ：０．６％以下
Ｃｒは、強度を上昇させる効果を有する。その効果を得るには、０．０１％以上の含有が好ましい。しかし、０．６％を超えて含有すると溶接部靱性が劣化するため、Ｃｒ含有量は０．６％以下の範囲とすることが好ましい。
【００５３】
Ｍｏ：０．６％以下
Ｍｏは、常温および高温での強度を上昇させる効果を有する。その効果を得るためには、０．０１％以上添加するのが好ましい。しかし、０．６％を超えて含有すると、溶接性が劣化するため、含有量は０．６％以下の範囲とするのが好ましい。
【００５４】
Ｗ：０．５％以下
Ｗは、高温強度を上昇させる効果を有している。その効果を得るには、０．０５％以上の含有が好ましい。しかし、０．５％を超えると靱性を劣化させるだけでなく、高価であるので、０．５％以下の範囲で含有するのが好ましい。
【００５５】
Ｂ：０．００５０％以下
Ｂは圧延中にＢＮとして析出し、圧延後のフェライト粒を細かくする。その効果を得るには、０．００１０％以上の含有が好ましい。しかし、０．００５０％を超えると靱性が劣化するので０．００５０％以下に限定した。
【００５６】
Ｚｒ：０．５％以下
Ｚｒは、強度を上昇させるほか、亜鉛めっき材の耐めっき割れ性を向上させる元素である。その効果を得るには、０．０３％以上の含有が好ましい。しかし、０．５％を超えて含有すると溶接部靱性が劣化するので、Ｚｒ含有量は０．５％を上限とするのが好ましい。
本発明に係る鋼は上記成分組成の他は残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、Ｐ：０．０３５％以下、Ａｌ：０．０８％以下、Ｎ：０．０１２％以下、Ｏ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、などが容認できる。
【００５７】
製造条件では、加熱温度、熱間圧延条件、冷却条件を規定することが好ましい。説明において規定がない場合、温度、冷却速度は板厚方向の平均値とする。
【００５８】
［加熱温度］
鋼素材は、９００〜１３５０℃の温度に加熱する。加熱温度を９００℃以上とするのは、材質の均質化と後述する制御圧延を行うために必要な加熱であり１３５０℃以下とするのは、過度に高温になると表面酸化が顕著になるとともに、結晶粒の粗大化が避けられなくなるからである。なお、靱性の向上のためには、上限を１１５０℃とすることが好ましい。
【００５９】
［熱間圧延条件］
鋼板表面温度１０００〜８５０℃の温度域において累積圧下率１０％以上圧延
当該温度域で圧延することによって、オーステナイト粒が部分的に再結晶するため、組織が微細かつ均一になる。
【００６０】
なお、１０００℃を超える温度での圧延は、オーステナイト粒の成長を助長するので、細粒化のためには好ましくない。一方、８５０℃未満では完全にオーステナイト未再結晶域に入るので、結晶粒の均一化のためには好ましくない。
【００６１】
鋼板表面温度９００〜６００℃で且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より５０〜１５０℃高温となる状態とした後に、１パス圧下率７％以上、累積圧下率５０％以上で、圧延終了時の鋼板表面温度８５０〜５５０℃の条件にて熱間圧延する
鋼板表面温度９００〜６００℃で且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より５０〜１５０℃高温となる状態とすることにより、表面近傍がほぼ２相域で且つ鋼板内部がほぼオーステナイト未再結晶域となる。
【００６２】
この条件で１パス圧下率７％以上の圧延を施すと、相対的に強度の低くなっている鋼板内部に優先的に圧延歪が導入され、板厚中央部の少なくとも板厚の２０％の領域に集合組織が導入される。この工程により、オーステナイト粒に集合組織が形成される。
【００６３】
すなわち、脆性き裂先端におけるクラック生成に効果的な変態集合組織の一種である（２１１）面集合組織の基礎が形成される。なお、板厚中央部の少なくとも板厚の２０％の領域に集合組織を導入するために、より好ましくは、１パス圧下率１０％以上とするのがよい。
【００６４】
その後、鋼板表面温度８５０〜５５０℃まで圧延することにより、鋼板内部が２相域で圧延され（１００）面集合組織が形成される。
【００６５】
上記集合組織の集積度を脆性き裂先端におけるクラック生成に効果的なレベル（集積度１．５５以上）にするには、累積圧下率５０％以上が必要となる。
【００６６】
［冷却条件］
熱間圧延を終了した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で４００℃まで冷却する。４００℃までの温度域を５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却すると、（２１１）面が優勢な集合組織のオーステナイト集合組織からの受け継ぎが促進され、脆性き裂伝播停止靱性が向上する。
【００６７】
上記条件で冷却すると、（２１１）面のＸ線面強度がより強くなり、サブクラックの発生がより一層促進され、き裂が停止し易くなる。尚、上記冷却方法においては、より好ましい冷却開始温度は７００℃以上である。
【００６８】
尚、本発明に係る厚鋼板を、鋼板厚さ５０ｍｍ未満とした場合、優れた脆性き裂伝播特性を有することはいうまでもない。
［評価方法、試験装置］
応力反射の無い実船相当条件下にて、長大脆性き裂伝播停止特性を評価するため、動的ＦＥＭ解析により応力反射の影響を評価し、試験機のタブ板先端間距離、荷重負荷点間距離を決定した。長大ＥＳＳＯ試験片サイズは図２に示したものとした。
【００６９】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に動的ＦＥＭ解析モデルを、図４に結果を示す。図３（ａ）は応力反射の無い条件を見極めるためのパラメトリックモデルであり、応力反射に影響する試験機タブ板１１（厚さ２００ｍｍ）間の距離（図３（ａ）の２Ａ）の影響を解析するためのモデルである。図３（ｂ）は使用する試験機の荷重負荷点１０の距離を１０ｍに設定した場合のモデル、図３（ｃ）は使用する試験機の荷重負荷点１０の距離を５ｍに設定した場合のモデルである。
【００７０】
図４にＦＥＭ解析結果を示す。図４は伝播中のき裂の動的応力拡大係数（脆性き裂伝播中の破壊駆動力）Ｋｄの変化を破壊発生から試験板に突入するまでの間で求めたものである。×印で示した結果は、２Ａ＝１００００ｍｍの場合であり、脆性き裂が試験板突入まで応力反射が起こらない実船相当条件での結果である。
【００７１】
２Ａ＝１８００〜４３００ｍｍの条件では、応力反射が発生するため、試験板突入時の動的応力拡大係数Ｋｄが、実船相当条件である２Ａ＝１００００ｍｍの場合に比較して、低くなっていることが確認できる。これは、２Ａ＝１８００〜４３００ｍｍの条件では、実船条件よりも長大脆性き裂が停止しやすくなることを意味する。一方、２Ａ＝６８００ｍｍの条件では、若干の動的応力拡大係数Ｋｄの低下が認められるものの、実船相当条件とそれほど変わらなくなることが確認できる。
【００７２】
よって、２Ａを６８００ｍｍ以上確保すれば、実船相当条件の評価が可能であり、例えば図３（ｂ）に示す荷重負荷点間距離１０ｍの大型引張試験ジグ形状であれば、十分に実船相当条件の評価が可能となる。図４には使用する試験機の荷重負荷点間距離を５ｍと１０ｍに設定した場合のモデルにより得られた解析結果を示しているが、図３（ｂ）に示す荷重負荷点間距離１０ｍモデルの大型引張試験ジグ形状にて長大ＥＳＳＯ試験を実施すれば、応力反射の無い実船相当条件下での評価となることが認められる。
【００７３】
以上のＦＥＭ解析により、応力反射の無い実船相当条件下の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法は、試験片長さもしくは試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上（≒６８００ｍｍ／２４００ｍｍ）、さらに試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上（≒１００００ｍｍ／２４００ｍｍ）とした。
【００７４】
同様に、応力反射の無い実船相当条件下の長大脆性き裂伝播停止性能を評価しうる試験装置として、試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上（≒６８００ｍｍ／２４００ｍｍ）、さらに試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上（≒１００００ｍｍ／２４００ｍｍ）とした。
【実施例】
【００７５】
表１に示す種々の化学組成に調整した鋼スラブを用いて、表２に示す条件にしたがって厚鋼板を製造した。かくして得られた各厚鋼板について、板厚（ｔ）の中央部（高アレスト性能域）の（２１１）面と（１００）面のＸ線強度比の測定を行うとともに、シャルピー破面遷移温度ｖＴｒｓを調査した。また、板厚（ｔ）の１／８部（板厚（ｔ）の１／４〜１／１０の領域の代表部位）の（１１０）面のＸ線強度比の測定を行った。
【００７６】
次に、長大脆性き裂伝播停止特性を評価するため、前記の厚鋼板（板厚（ｔ）の元厚まま）を用いて、図２に示す寸法形状の長大ＥＳＳＯ試験片を作製し、試験に供した。試験は、応力２５７Ｎ／ｍｍ２、温度−１０℃の条件にて実施した。ここで、応力２５７Ｎ／ｍｍ２は、船体に多用されている降伏強度４０ｋｇｆ／ｍｍ２級鋼板の最大許容応力であり、温度−１０℃は船舶の設計温度である。長大ＥＳＳＯ試験は図３（ｂ）に示す大型引張試験ジグにて、タブ板先端間距離６８００ｍｍ、荷重負荷点間距離１００００ｍｍのもと行った。
【００７７】
長大ＥＳＳＯ試験を実施した結果を、表３に示す。本発明例（Ｎｏ２、３、６、８、９、１２、１４）では脆性き裂が隅肉溶接部で停止しており、比較例（Ｎｏ．１、４、５、７、１０、１１、１３、１５、１６）では、脆性き裂が停止しなかった。
【００７８】
【表１】
【００７９】
【表２】
【００８０】
【表３】
【符号の説明】
【００８１】
１鋼板
２長大脆性き裂
３長大脆性き裂停止位置
４長大ＥＳＳＯ試験片
５助走板
６試験板
７エレクトロガス溶接部
８ＣＯ２溶接部
９機械ノッチ
１０荷重負荷点
１１タブ板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型コンテナ船やバルクキャリアーなどに用いて好適な脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板およびその製造方法に関する。また、実船相当の長大脆性き裂伝播停止性能を評価する方法ならびに試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンテナ船やバルクキャリアーは、積載能力の向上や荷役効率の向上等のため、上部開口部を大きくとった構造となっている。このため、これらの船では特に船体外板を厚肉化する必要がある。
【０００３】
近年、コンテナ船は大型化し、６、０００〜２０、０００ＴＥＵの大型船では船体外板の板厚は５０ｍｍ以上となり、板厚効果により破壊靱性が低下することに加え、溶接入熱もより大きくなるため、溶接部の破壊靭性が一層低下する傾向にある。なお、ＴＥＵ（Ｔｗｅｎｔｙ ｆｅｅｔ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｕｎｉｔ）は、長さ20フィートのコンテナに換算した個数を表し、コンテナ船の積載能力の指標を示している。
【０００４】
船舶やラインパイプに使用される鋼板の板厚が５０ｍｍ未満の比較的薄手の鋼材に対しては、ＴＭＣＰ法により細粒化を図り、低温靭性を向上させて、優れた脆性き裂伝播停止特性を付与することができる。
【０００５】
合金コストを上昇させることなく、鋼材の表層部の組織を超微細化する技術が、脆性き裂伝播停止特性を向上させる手段として提案されている。例えば、特許文献１では、脆性き裂が伝播する際に、鋼材表層部に発生するシアリップ（塑性変形領域）が脆性き裂伝播停止特性の向上に効果があることに着目し、シアリップ部分の結晶粒を微細化させて、伝播する脆性き裂が有する伝播エネルギーを吸収させる方法が開示されている。
【０００６】
鋼板を熱間圧延後、制御冷却により表層部分をＡｒ３変態点以下に冷却し、その後制御冷却を停止して表層部分を変態点以上に復熱させる工程を１回以上繰り返して行い、この間に鋼材に圧下を加えることにより、繰り返し変態させ又は加工再結晶させて、表層部分に超微細なフェライト組織又はベイナイト組織を生成させるものである。
【０００７】
特許文献２には、フェライト−パーライトを主体のミクロ組織とする鋼材において両表面部を円相当平均粒径：５μｍ以下、アスペクト比：２以上のフェライト粒を有するフェライト組織を５０％以上有する層で構成し、更に仕上げ圧延中の１パス当りの最大圧下率を１２％以下にすることで局所的な再結晶現象を抑制し、フェライト粒径のバラツキを抑えると優れた脆性き裂伝播停止特性向上の得られることが開示されている。
【０００８】
特許文献３には、塑性変形を受けた後の耐脆性き裂伝播特性に優れた鋼材として、以下の（ａ）〜（ｄ）に述べる方法によって製造される結晶粒内にサブグレインを形成させた微細フェライトを主組織とする鋼材が開示されている。
【０００９】
（ａ）微細なフェライト結晶粒を確保する圧延条件、（ｂ）鋼材板厚の５％以上の部分に微細フェライト組織を生成させる圧延条件、（ｃ）微細フェライトに集合組織を発達させるとともに加工（圧延）により導入した転位を熱的エネルギーにより再配置しサブグレインを形成させる圧延条件、（ｄ）形成した微細なフェライト結晶粒と微細なサブグレイン粒の粗大化を抑制する冷却条件、によって、鋼板表層の冷却および復熱などの複雑な温度制御を必要とせずに、塑性変形を受けた後の脆性き裂伝播停止特性を向上させる。
【００１０】
また、特許文献１〜３と異なる技術思想として特許文献４には、集合組織を発達させることにより、鋼材の破壊面上にセパレーションを板厚方向と平行な方向に発生させ、脆性き裂先端の応力を緩和させることにより、耐脆性き裂伝播特性を高める方法において、制御圧延により（１１０）面Ｘ線強度比を２以上とし、かつ円相当径２０μｍ以上の粗大粒を１０％以下とすることが記載されている。
【００１１】
特許文献５では溶接継手部の脆性き裂伝播停止性能の優れた溶接構造用鋼として、板厚内部においての圧延面での（１００）面のＸ線面強度比が１．５以上を有することを特徴とする鋼板が開示され、集合組織発達により、応力負荷方向に垂直な方向に対して、き裂伝播方向を変化させて、脆性き裂を溶接継手部から母材側に誘導し、継手としての脆性き裂伝播停止性能を向上させることが記載されている。
【００１２】
また、特許文献６には、板厚中央部における圧延面での（２１１）面のＸ線強度比が１．３以上、かつ板厚１／４部における圧延面での（１００）面Ｘ線強度比が１．５以上、板表層部における圧延面での（１００）面Ｘ線強度比が１．５以上を有することを特徴とする鋼板が開示され、集合組織発達により、Ｔ継手等を介し鋼板表面から突入する脆性き裂先端近傍にクラックが発生し、そのクラックがき裂伝播抵抗として作用し板厚方向に伝播する脆性き裂に対する脆性き裂伝播停止性能が向上することが記載されている。
【００１３】
一方、船体構造においては、万一溶接部から脆性破壊が発生した場合にも、脆性き裂の伝播を停止させ船体分離を防止することが必要と考えられている。板厚５０ｍｍ未満の造船用鋼板溶接部の脆性き裂伝播挙動については、日本造船研究協会第１４７委員会において、実験的に検討がなされている。
【００１４】
第１４７委員会では、溶接部にて強制的に発生させた脆性き裂の伝播経路、伝播挙動を実験的に調査した結果、溶接部の破壊靱性がある程度確保されていれば、溶接残留応力の影響により脆性き裂は溶接部から母材側に逸れてしまうことが多いが、溶接部に沿って脆性き裂が伝播した例も複数確認された。このことは、脆性破壊が溶接部に沿って直進伝播する可能性が無いとは言い切れないことを示唆している。
【００１５】
しかしながら、第１４７委員会で適用した溶接と同等の溶接を板厚５０ｍｍ未満の鋼板に適用して建造された船舶が何ら問題なく就航しているという多くの実績があることに加え、靱性が良好な鋼板母材（造船Ｅ級鋼など）は脆性き裂を停止する能力が十分にあるとの認識から、造船用鋼材溶接部の脆性き裂伝播停止特性は船級規則等には要求されてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平４−１４１５１７号公報
【特許文献２】特開２００２−２５６３７５号公報
【特許文献３】特許第３４６７７６７号公報
【特許文献４】特許第３５４８３４９号公報
【特許文献５】特開平６−２０７２４１号公報
【特許文献６】特開２００８−２１４６５２号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】山口ら：「超大型コンテナ船の開発―新しい高強度極厚鋼板の実用―」、日本船舶海洋工学会誌、３、（２００５）、Ｐ７０．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、最近の６、０００ＴＥＵを超える大型コンテナ船では鋼板の板厚は５０ｍｍを超え、板厚効果により破壊靱性が低下することに加え、溶接入熱もより大きくなるため、溶接部の破壊靭性が一層低下する傾向にある。
【００１９】
最近、このような厚肉大入熱溶接継手では、溶接部から発生した脆性き裂は母材側に逸れずに直進し長大化し、骨材等の鋼板母材部でも停止しないことが実験的に示され（非特許文献１）、５０ｍｍ以上の板厚の鋼板を適用した船体構造の安全確保の上で大きな問題となっている。また、このような船体の安全性確保を評価する試験として、長大ＥＳＳＯ試験があるが、評価方法の相違や試験装置の制約などにより試験結果が変化し、必ずしも実船に相当する長大脆性き裂伝播停止性能が評価されていないという問題があった。
【００２０】
上述した特許文献１〜６記載の鋼板は長大化した脆性き裂伝播停止特性について記載がなく、非特許文献１で明らかにされた課題を解決することができない。また、実船相当の長大脆性き裂伝播停止特性を評価する方法や試験装置については、特許文献１〜６記載の技術には記載がなく、実船相当の安全性評価という課題を解決することができない。
【００２１】
そこで、本発明は、５０ｍｍ以上の板厚の鋼板およびその溶接部において、脆性破壊が発生した場合でも、大規模破壊に至る前に長大化した脆性き裂を停止させる厚鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。加えて、実船相当の長大脆性き裂伝播停止性能を評価する方法ならびに試験装置を提供することを目的とする。なお、ここでいう長大脆性き裂とは、隣接する他の鋼板から突入する長さ１ｍ以上の脆性き裂のことである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者らは、化学組成および圧延条件を変化させた多くの鋼板について集合組織形態と脆性き裂伝播停止特性（アレスト性能という場合がある）の関係を調査するとともに、長大脆性き裂伝播停止現象に及ぼすアレスト性能（靭性や集合組織に影響される）の板厚方向の分布の影響を調査した。また、タブ板先端間距離もしくは荷重負荷点間距離を変化させた動的ＦＥＭ解析により、実船相当の長大脆性き裂伝播特性を模擬できる長大ＥＳＳＯ試験の評価方法、試験装置について検討した。
【００２３】
その結果、化学組成および圧延条件を制御し、アレスト性能に影響を与える靭性および集合組織の板厚方向の分布を規定した場合、長大脆性き裂伝播停止性能が飛躍的に向上し、これまで停止が困難と考えられてきた厚物鋼板もしくはその溶接部を伝播してきた長大脆性き裂を応力反射の無い実船相当条件下において、鋼板にて停止させうることを知見した。さらに、動的ＦＥＭ解析の結果、タブ板先端間距離および荷重負荷点間距離を所定の値とすることで、応力反射の無い実船に相当する長大ＥＳＳＯ試験の評価方法、試験装置について知見した。なお、厚さ５０ｍｍ未満の厚鋼板は、現行鋼板（例えば造船用Ｅ級鋼など）で長大脆性き裂を停止させることができるため、本発明は厚さ５０ｍｍ以上の厚鋼板を対象とした。
【００２４】
本発明は上記知見を基に更に検討を加えてなされたもので、すなわち本発明は、
（１）板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板であって、板厚方向断面における長大脆性き裂伝播停止部の先端形状において、板厚中央部の板厚（ｔ）の２０％の幅の領域における停止き裂長さが、鋼板表面から板厚（ｔ）の１／４〜１／１０または板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の最大き裂長さに対し、少なくとも板厚（ｔ）の長さだけ前記長大脆性き裂の進行方向に対し短く、凹んだ凹陥部を形成していることを特徴とする長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
（２）前記板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比が１．５以上、前記板厚（ｔ）の１／４〜１／１０となる領域または前記板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上であることを特徴とする、（１）記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
（３）前記板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面Ｘ線強度比Ｘ（２１１）と（１００）面Ｘ線強度比Ｘ（１００）および同部位の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験により得られる破面遷移温度ｖＴｒｓ（℃）が式：ｖＴｒｓ−１２Ｘ（１００）−２２Ｘ（２１１）≦（Ｔ−７５）／０．６４［Ｔは鋼板の供用温度（℃）］を満足し、且つ前記板厚（ｔ）の１／４〜１／１０となる領域または前記板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上であることを特徴とする、（１）または（２）に記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
（４）鋼組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．８０〜１．８０％、Ｓ：０．００１〜０．０５％を含み、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％またはＮｂ：０．００１〜０．１％の内から選んだ少なくとも１種を含み、更に、Ｃｕ：２．０％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：０．６％以下、Ｍｏ：０．６％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｂ：０．００５０％以下、Ｚｒ：０．５％以下の内から選んだ少なくとも１種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
（５）（４）に記載の成分組成を有する鋼素材を、９００〜１３５０℃の温度に加熱し、次いで鋼板表面温度１０００〜８５０℃の温度域において累積圧下率１０％以上圧延した後、鋼板表面温度９００〜６００℃且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より５０〜１５０℃高温となる状態とし、その後、１パス圧下率７％以上、累積圧下率５０％以上で、圧延終了時の鋼板表面温度８００〜５５０℃で熱間圧延することを特徴とする長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板の製造方法。
（６）更に、熱間圧延を終了した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で４００℃まで冷却することを特徴とする（５）記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板の製造方法。
（７）試験片幅２ｍ以上の大型試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を評価・確認する試験において、試験片長さもしくは試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上であることを特徴とする、鋼材もしくは構造物の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
（８）（７）に記載の評価方法において、さらに、試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上であることを特徴とする鋼材もしくは構造物の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
（９）試験片幅２ｍ以上の大型試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を評価・確認する試験装置において、試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上であることを特徴とする、長大脆性き裂伝播停止性能を評価する試験装置。
（１０）（９）に記載の試験装置において、さらに、試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上であることを特徴とする長大脆性き裂伝播停止性能を評価する試験装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板において優れた脆性き裂伝播停止性能を付与することが可能で、これまで困難であった板厚５０ｍｍ以上の厚物材における長大脆性き裂を応力反射の無い実船相当条件下において停止させることができ産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の鋼板の板厚方向断面における長大脆性き裂伝播停止部の先端形状を模式的に示す図。
【図２】長大ＥＳＳＯ試験片の寸法形状を示す図。
【図３】長大脆性き裂伝播停止特性の評価に及ぼす応力反射の影響を調査するための動的ＦＥＭ解析モデルを示し、（ａ）はパラメトリックモデル、（ｂ）は荷重負荷点間距離１０ｍの場合、（ｃ）は荷重負荷点間距離５ｍの場合の動的ＦＥＭ解析モデルを示す。
【図４】図３の動的解析モデルによる解析結果として、動的応力拡大係数に及ぼす試験条件（試験片端部からの距離）の影響を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明では、板厚方向断面における長大脆性き裂伝播停止部の先端形状を規定する。以下に本発明の限定理由について説明する。
【００２８】
図１に本発明に係る板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の鋼板１の板厚方向断面における長大脆性き裂２の伝播停止部の先端形状（長大脆性き裂停止位置３）を模式的に示す。
【００２９】
本発明では、長大脆性き裂伝播停止部の先端形状を、板厚中央部の板厚（ｔ）の２０％の幅の領域における長大脆性き裂停止位置と、鋼板表面から板厚（ｔ）の１／４〜１／１０および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる幅領域の長大脆性き裂停止位置の位置間のうち、最も短い間隔（以下、深さａ）が少なくとも板厚（ｔ）の長さの、深さａだけ長大脆性き裂の進行方向に対し短く、凹んだ略Ｕ字状の凹陥部を有する形状とする。
【００３０】
鋼板全体のアレスト性能を向上させるため鋼板の板厚方向断面の板厚中央部において板厚（ｔ）の少なくとも２０％の幅の領域、ｔａ（板厚（ｔ）の１／２位置を含んだ、その上下１０％以上の幅の領域）のアレスト性能を向上させる。なお、アレスト性能を向上させる領域、ｔａは、圧延負荷の制約から５０％以下とすることが好ましい。
【００３１】
アレスト性能を向上させた板厚中央付近の領域幅、ｔａが板厚の２０％未満となると、板厚（ｔ）の１／４〜１／１０部近傍（板厚（ｔ）の１／４位置と１／１０位置を含み、１／４位置と１／１０位置の間の領域）および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０部近傍（板厚（ｔ）の３／４位置と９／１０位置を含み、３／４位置と９／１０位置の間の領域）の破壊駆動力が十分に下がらず、板厚（ｔ）の１／４〜１／１０部近傍および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０部近傍において、き裂が停止せず伝播してしまうため、少なくとも２０％とする。
【００３２】
板厚方向断面において他の領域よりアレスト性能に優れる領域は長大脆性き裂の停止長さが短くその進行方向に対し、凹んだ凹陥部を形成するので、長大脆性き裂伝播停止部の先端形状を板厚中央部の板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域を長大脆性き裂の進行方向に対して凹んだ略Ｕ字状の凹陥部とする。
【００３３】
また、略Ｕ字状の凹陥部の形状は、板厚（ｔ）の１／４〜１／１０近傍および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０近傍の破壊駆動力の低下には、板厚中央部の板厚の２０％の領域における脆性き裂停止長さが、板厚（ｔ）の１／４〜１／１０および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０の領域における脆性き裂停止長さより、少なくとも板厚（ｔ）の長さだけ短くなることが必要なため、長大脆性き裂の進行方向に対し、凹陥部の深さａが少なくとも板厚（ｔ）の長さと等しい凹んだ形状とする。
【００３４】
深さａは図１中の板厚（ｔ）の１／４〜１／１０および板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域での長大脆性き裂停止位置（最大き裂長さとも言う）を示す板厚方向に直角な線と、板厚中央部において板厚の２０％の領域幅を示す板厚方向に平行な線と長大脆性き裂伝播停止位置との交点を通る板厚方向に直角な線との間隔の内、もっとも短い間隔の長さと規定する。
【００３５】
厚さ５０ｍｍ以上の厚鋼板の脆性破壊破面では板厚（ｔ）の１／４〜１／１０または板厚（ｔ）の３／４〜９／１０の領域内に最長き裂伝播部（図１のＡ点およびＡ’点付近）が観察されるため、板厚中央部近傍とこれら領域との比較において長大脆性き裂伝播停止位置が板厚方向に描く形状を本発明では規定する。なお、板厚（ｔ）の１／２位置に対し、上下対称となる鋼板表面から板厚方向に板厚（ｔ）の１／４〜１／１０の領域と板厚（ｔ）の３／４〜９／１０の領域はアレスト性能、長大脆性き裂伝播停止部の先端形状が概略等しい。
【００３６】
上述した長大脆性き裂伝播停止部の先端形状は、図２に示す長大ＥＳＳＯ試験片４の破面で確認することができる。長大ＥＳＳＯ試験片４は、試験板６と助走板５はＣＯ２溶接部８で接合され、助走板５にはＣＯ２溶接部８と直角方向にエレクトロガス溶接部７を設け、機械ノッチ９から発生した脆性き裂（図示しない）がエレクトロガス溶接部７に沿って伝播し、試験板６の荷重負荷方向と直角に試験板６に突入する。荷重負荷方向は図中矢印Ｒ．Ｄ．の圧延方向とする。本発明において長大脆性き裂伝播停止特性とは、試験板６へ突入するまでの脆性き裂の伝播距離が長い長大ＥＳＳＯ試験片４を用いて、実際の船舶と同様応力反射の影響の無いタブ板先端間距離や荷重負荷点間距離の十分長い試験機により評価されるものを指す。
【００３７】
ここでいう応力反射とは、脆性き裂が発生・伝播することにより生じる圧縮応力波の試験機タブ板部等での反射のことである。この応力反射が発生すると、圧縮の応力波が脆性き裂伝播部に戻ってくるため、脆性き裂は停止しやすくなる。実際の船舶等の構造物においては、構造物の大きさが脆性き裂に対して十分に大きいため応力反射は発生しない（あるいはしにくい）。このため、長大脆性き裂の伝播停止特性は、タブ板先端間距離や荷重負荷点間距離の十分長い試験機により評価する必要がある。
【００３８】
本発明に係る鋼板は以下に述べる集合組織を備えることが望ましい。
板厚中央部の板厚の少なくとも２０％の領域における圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比が１．５以上、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔ部または板厚３／４ｔ〜９／１０ｔ部の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上
板厚中央付近における圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比が１．５以上になると、微細なサブクラックが発生し、脆性き裂伝播面の凹凸が大きくなり、き裂伝播抵抗が増し、脆性き裂伝播停止靭性が大きく向上する。Ｘ線強度比が１．５未満ではこの効果は認められない。以上より、板厚中央部の板厚の２０％以上の領域における圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比を１．５以上に限定した。
【００３９】
一方、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔ部の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３未満となると、板厚中央部の板厚の２０％以上の領域における脆性き裂停止長さが、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔの領域における脆性き裂停止長さより、板厚分以上短くならず、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔ部近傍（図１のＡ点およびＡ’点付近の最長き裂伝播部）の破壊駆動力の低下が起こらなくなる。よって、板厚１／４ｔ〜１／１０ｔ部の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比を１．３以上に限定した。上記規定は板厚３／４ｔ〜９／１０ｔ部も同様とする。
【００４０】
更に、鋼板の供用温度における脆性き裂伝播停止靭性を向上させるため、下式を満足さすることが好ましい。
【００４１】
ｖＴｒｓ−１２Ｘ（１００）−２２Ｘ（２１１）≦（Ｔ−７５）／０．６４
（但し、式においてＸ（２１１）は板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面Ｘ線強度比、Ｘ（１００）は同部位の（１００）面Ｘ線強度比、ｖＴｒｓ（℃）は同部位の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験により得られる破面遷移温度、Ｔは鋼板の供用温度（℃）を示す）
本パラメータ式は、集合組織における対象部位の脆性き裂伝播停止靭性を供用温度にて確保するため、鋼板の靭性を集合組織に応じてｖＴｒｓで規定するもので、供用温度より当該対象部位のシャルピー破面遷移温度ｖＴｒｓを低温とするため、ｖＴｒｓを、上式を満足するように規定する。尚、上述したように脆性き裂伝播停止靭性向上のためには、（２１１）面または（１００）面のＸ線強度比１．５以上を必要とするが、両者のうち、（２１１）面集合組織が脆性き裂伝播停止靭性向上への寄与が大きいため、式においてＸ（１００）に対してＸ（２１１）の係数を大きくしている。
【００４２】
上述した特性を有する鋼板の好ましい成分組成と製造条件は以下のようである。説明において％は質量％とする。
【００４３】
［成分組成］
Ｃ：０．１５％以下
Ｃは強度を確保するために必要である。強度確保の観点から望ましくは下限を０．０２％とする。しかし、Ｃ量が０．１５％を超えると溶接熱影響部（ＨＡＺ）靭性が低下するので、０．１５％以下に限定した。なお、（２１１）面および（１００）面の集合組織をより一層発達させるために好ましい範囲は０．０３％以下である。
【００４４】
Ｓｉ：０．６０％以下
Ｓｉは強度上昇に有効な元素である。その効果を得るためには０．０１％以上含有するのが好ましい。Ｓｉ量が、０．６０％を超えると溶接熱影響部（ＨＡＺ）靭性を著しく劣化させるので、０．６０％以下に限定した。
【００４５】
Ｍｎ：０．８０〜１．８０％
Ｍｎは高強度化に有効な元素であり、強度確保の観点から下限を０．８０％とした。しかし、Ｍｎ量が１．８０％を超えると、母材靭性の劣化が懸念される。このため、Ｍｎは０．８０〜１．８０％の範囲とした。なお、好ましい範囲は１．００〜１．７０％である。
【００４６】
Ｓ：０．００１〜０．０５％以下
本発明においては、脆性き裂前縁にクラック（鋼板表面に平行な割れ）を発生させる必要があるため、Ｓの０．００１％以上の含有が必要である。しかし、Ｓは非金属介在物を形成し延性・靭性を劣化させるため、０．０５％以下に制限した。
【００４７】
Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００１〜０．１％の１種または２種
Ｔｉは、炭化物や窒化物の析出物を形成することにより、鋼板製造時の加熱段階でのオーステナイト粒の成長を抑制して細粒化に寄与するとともに、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の結晶粒粗大化も抑制しＨＡＺ靱性を向上する効果がある。これらの効果を得るには、０．００５％以上の含有が必要である。一方、過度の含有は、靱性を劣化するため、０．０５０％を上限とする。
【００４８】
Ｎｂは析出強化および靱性の向上にも有効である。また、オーステナイトの再結晶を抑制し、後述する圧延条件による効果を促進する。これらの効果を得るためには、０．００１％以上の添加が必要であるが、０．１％を超えて添加すると、焼き入れ組織が針状化して靱性が劣化する傾向にあるため、０．１％を上限とする。
【００４９】
Ｃｕ：２．０％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：０．６％以下、
Ｍｏ：０．６％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｂ：０．００５０％以下、Ｚｒ：０．５％以下の内から選んだ少なくとも１種
Ｃｕ：２．０％以下
Ｃｕは、主として析出強化のために用いることができる。その効果を得るには０．０５％以上添加するのが好ましい。Ｃｕ量が、２．０％をこえて含有すると、析出強化が過多となり靱性が劣化するので、２．０％以下の範囲とすることが好ましい。
【００５０】
Ｖ：０．２％以下
Ｖは固溶強化と析出強化が利用できる成分である。その効果を得るには０．００１％以上の含有が好ましい。しかし、０．２％を超えて含有すると、母材靭性および溶接性を大きく損なうので、０．２％以下の範囲とすることが好ましい。
【００５１】
Ｎｉ：２．０％以下
Ｎｉは、強度および靱性を向上し、またＣｕを添加した場合には圧延時のＣｕ割れを防止するのに有効である。その効果を得るには、０．０５％以上の添加が好ましい。しかし、高価である上、過剰に添加してもその効果が飽和するため、２．０％以下の範囲とすることが好ましい。
【００５２】
Ｃｒ：０．６％以下
Ｃｒは、強度を上昇させる効果を有する。その効果を得るには、０．０１％以上の含有が好ましい。しかし、０．６％を超えて含有すると溶接部靱性が劣化するため、Ｃｒ含有量は０．６％以下の範囲とすることが好ましい。
【００５３】
Ｍｏ：０．６％以下
Ｍｏは、常温および高温での強度を上昇させる効果を有する。その効果を得るためには、０．０１％以上添加するのが好ましい。しかし、０．６％を超えて含有すると、溶接性が劣化するため、含有量は０．６％以下の範囲とするのが好ましい。
【００５４】
Ｗ：０．５％以下
Ｗは、高温強度を上昇させる効果を有している。その効果を得るには、０．０５％以上の含有が好ましい。しかし、０．５％を超えると靱性を劣化させるだけでなく、高価であるので、０．５％以下の範囲で含有するのが好ましい。
【００５５】
Ｂ：０．００５０％以下
Ｂは圧延中にＢＮとして析出し、圧延後のフェライト粒を細かくする。その効果を得るには、０．００１０％以上の含有が好ましい。しかし、０．００５０％を超えると靱性が劣化するので０．００５０％以下に限定した。
【００５６】
Ｚｒ：０．５％以下
Ｚｒは、強度を上昇させるほか、亜鉛めっき材の耐めっき割れ性を向上させる元素である。その効果を得るには、０．０３％以上の含有が好ましい。しかし、０．５％を超えて含有すると溶接部靱性が劣化するので、Ｚｒ含有量は０．５％を上限とするのが好ましい。
本発明に係る鋼は上記成分組成の他は残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、Ｐ：０．０３５％以下、Ａｌ：０．０８％以下、Ｎ：０．０１２％以下、Ｏ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、などが容認できる。
【００５７】
製造条件では、加熱温度、熱間圧延条件、冷却条件を規定することが好ましい。説明において規定がない場合、温度、冷却速度は板厚方向の平均値とする。
【００５８】
［加熱温度］
鋼素材は、９００〜１３５０℃の温度に加熱する。加熱温度を９００℃以上とするのは、材質の均質化と後述する制御圧延を行うために必要な加熱であり１３５０℃以下とするのは、過度に高温になると表面酸化が顕著になるとともに、結晶粒の粗大化が避けられなくなるからである。なお、靱性の向上のためには、上限を１１５０℃とすることが好ましい。
【００５９】
［熱間圧延条件］
鋼板表面温度１０００〜８５０℃の温度域において累積圧下率１０％以上圧延
当該温度域で圧延することによって、オーステナイト粒が部分的に再結晶するため、組織が微細かつ均一になる。
【００６０】
なお、１０００℃を超える温度での圧延は、オーステナイト粒の成長を助長するので、細粒化のためには好ましくない。一方、８５０℃未満では完全にオーステナイト未再結晶域に入るので、結晶粒の均一化のためには好ましくない。
【００６１】
鋼板表面温度９００〜６００℃で且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より５０〜１５０℃高温となる状態とした後に、１パス圧下率７％以上、累積圧下率５０％以上で、圧延終了時の鋼板表面温度８５０〜５５０℃の条件にて熱間圧延する
鋼板表面温度９００〜６００℃で且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より５０〜１５０℃高温となる状態とすることにより、表面近傍がほぼ２相域で且つ鋼板内部がほぼオーステナイト未再結晶域となる。
【００６２】
この条件で１パス圧下率７％以上の圧延を施すと、相対的に強度の低くなっている鋼板内部に優先的に圧延歪が導入され、板厚中央部の少なくとも板厚の２０％の領域に集合組織が導入される。この工程により、オーステナイト粒に集合組織が形成される。
【００６３】
すなわち、脆性き裂先端におけるクラック生成に効果的な変態集合組織の一種である（２１１）面集合組織の基礎が形成される。なお、板厚中央部の少なくとも板厚の２０％の領域に集合組織を導入するために、より好ましくは、１パス圧下率１０％以上とするのがよい。
【００６４】
その後、鋼板表面温度８５０〜５５０℃まで圧延することにより、鋼板内部が２相域で圧延され（１００）面集合組織が形成される。
【００６５】
上記集合組織の集積度を脆性き裂先端におけるクラック生成に効果的なレベル（集積度１．５５以上）にするには、累積圧下率５０％以上が必要となる。
【００６６】
［冷却条件］
熱間圧延を終了した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で４００℃まで冷却する。４００℃までの温度域を５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却すると、（２１１）面が優勢な集合組織のオーステナイト集合組織からの受け継ぎが促進され、脆性き裂伝播停止靱性が向上する。
【００６７】
上記条件で冷却すると、（２１１）面のＸ線面強度がより強くなり、サブクラックの発生がより一層促進され、き裂が停止し易くなる。尚、上記冷却方法においては、より好ましい冷却開始温度は７００℃以上である。
【００６８】
尚、本発明に係る厚鋼板を、鋼板厚さ５０ｍｍ未満とした場合、優れた脆性き裂伝播特性を有することはいうまでもない。
［評価方法、試験装置］
応力反射の無い実船相当条件下にて、長大脆性き裂伝播停止特性を評価するため、動的ＦＥＭ解析により応力反射の影響を評価し、試験機のタブ板先端間距離、荷重負荷点間距離を決定した。長大ＥＳＳＯ試験片サイズは図２に示したものとした。
【００６９】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に動的ＦＥＭ解析モデルを、図４に結果を示す。図３（ａ）は応力反射の無い条件を見極めるためのパラメトリックモデルであり、応力反射に影響する試験機タブ板１１（厚さ２００ｍｍ）間の距離（図３（ａ）の２Ａ）の影響を解析するためのモデルである。図３（ｂ）は使用する試験機の荷重負荷点１０の距離を１０ｍに設定した場合のモデル、図３（ｃ）は使用する試験機の荷重負荷点１０の距離を５ｍに設定した場合のモデルである。
【００７０】
図４にＦＥＭ解析結果を示す。図４は伝播中のき裂の動的応力拡大係数（脆性き裂伝播中の破壊駆動力）Ｋｄの変化を破壊発生から試験板に突入するまでの間で求めたものである。×印で示した結果は、２Ａ＝１００００ｍｍの場合であり、脆性き裂が試験板突入まで応力反射が起こらない実船相当条件での結果である。
【００７１】
２Ａ＝１８００〜４３００ｍｍの条件では、応力反射が発生するため、試験板突入時の動的応力拡大係数Ｋｄが、実船相当条件である２Ａ＝１００００ｍｍの場合に比較して、低くなっていることが確認できる。これは、２Ａ＝１８００〜４３００ｍｍの条件では、実船条件よりも長大脆性き裂が停止しやすくなることを意味する。一方、２Ａ＝６８００ｍｍの条件では、若干の動的応力拡大係数Ｋｄの低下が認められるものの、実船相当条件とそれほど変わらなくなることが確認できる。
【００７２】
よって、２Ａを６８００ｍｍ以上確保すれば、実船相当条件の評価が可能であり、例えば図３（ｂ）に示す荷重負荷点間距離１０ｍの大型引張試験ジグ形状であれば、十分に実船相当条件の評価が可能となる。図４には使用する試験機の荷重負荷点間距離を５ｍと１０ｍに設定した場合のモデルにより得られた解析結果を示しているが、図３（ｂ）に示す荷重負荷点間距離１０ｍモデルの大型引張試験ジグ形状にて長大ＥＳＳＯ試験を実施すれば、応力反射の無い実船相当条件下での評価となることが認められる。
【００７３】
以上のＦＥＭ解析により、応力反射の無い実船相当条件下の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法は、試験片長さもしくは試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上（≒６８００ｍｍ／２４００ｍｍ）、さらに試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上（≒１００００ｍｍ／２４００ｍｍ）とした。
【００７４】
同様に、応力反射の無い実船相当条件下の長大脆性き裂伝播停止性能を評価しうる試験装置として、試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上（≒６８００ｍｍ／２４００ｍｍ）、さらに試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上（≒１００００ｍｍ／２４００ｍｍ）とした。
【実施例】
【００７５】
表１に示す種々の化学組成に調整した鋼スラブを用いて、表２に示す条件にしたがって厚鋼板を製造した。かくして得られた各厚鋼板について、板厚（ｔ）の中央部（高アレスト性能域）の（２１１）面と（１００）面のＸ線強度比の測定を行うとともに、シャルピー破面遷移温度ｖＴｒｓを調査した。また、板厚（ｔ）の１／８部（板厚（ｔ）の１／４〜１／１０の領域の代表部位）の（１１０）面のＸ線強度比の測定を行った。
【００７６】
次に、長大脆性き裂伝播停止特性を評価するため、前記の厚鋼板（板厚（ｔ）の元厚まま）を用いて、図２に示す寸法形状の長大ＥＳＳＯ試験片を作製し、試験に供した。試験は、応力２５７Ｎ／ｍｍ２、温度−１０℃の条件にて実施した。ここで、応力２５７Ｎ／ｍｍ２は、船体に多用されている降伏強度４０ｋｇｆ／ｍｍ２級鋼板の最大許容応力であり、温度−１０℃は船舶の設計温度である。長大ＥＳＳＯ試験は図３（ｂ）に示す大型引張試験ジグにて、タブ板先端間距離６８００ｍｍ、荷重負荷点間距離１００００ｍｍのもと行った。
【００７７】
長大ＥＳＳＯ試験を実施した結果を、表３に示す。本発明例（Ｎｏ２、３、６、８、９、１２、１４）では脆性き裂が隅肉溶接部で停止しており、比較例（Ｎｏ．１、４、５、７、１０、１１、１３、１５、１６）では、脆性き裂が停止しなかった。
【００７８】
【表１】
【００７９】
【表２】
【００８０】
【表３】
【符号の説明】
【００８１】
１鋼板
２長大脆性き裂
３長大脆性き裂停止位置
４長大ＥＳＳＯ試験片
５助走板
６試験板
７エレクトロガス溶接部
８ＣＯ２溶接部
９機械ノッチ
１０荷重負荷点
１１タブ板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板であって、板厚方向断面における長大脆性き裂伝播停止部の先端形状において、板厚中央部の板厚（ｔ）の２０％の幅の領域における停止き裂長さが、鋼板表面から板厚（ｔ）の１／４〜１／１０または板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の最大き裂長さに対し、少なくとも板厚（ｔ）の長さだけ前記長大脆性き裂の進行方向に対し短く、凹んだ凹陥部を形成していることを特徴とする長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
【請求項２】
前記板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比が１．５以上、前記板厚（ｔ）の１／４〜１／１０となる領域または前記板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上であることを特徴とする、請求項１記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
【請求項３】
前記板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面Ｘ線強度比Ｘ（２１１）と（１００）面Ｘ線強度比Ｘ（１００）および同部位の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験により得られる破面遷移温度ｖＴｒｓ（℃）が式：ｖＴｒｓ−１２Ｘ（１００）−２２Ｘ（２１１）≦（Ｔ−７５）／０．６４［Ｔは鋼板の供用温度（℃）］を満足し、且つ前記板厚（ｔ）の１／４〜１／１０となる領域または前記板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
【請求項４】
鋼組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．８０〜１．８０％、Ｓ：０．００１〜０．０５％を含み、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％またはＮｂ：０．００１〜０．１％の内から選んだ少なくとも１種を含み、更に、Ｃｕ：２．０％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：０．６％以下、Ｍｏ：０．６％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｂ：０．００５０％以下、Ｚｒ：０．５％以下の内から選んだ少なくとも１種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
【請求項５】
請求項４に記載の成分組成を有する鋼素材を、９００〜１３５０℃の温度に加熱し、次いで鋼板表面温度１０００〜８５０℃の温度域において累積圧下率１０％以上圧延した後、鋼板表面温度９００〜６００℃且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より５０〜１５０℃高温となる状態とし、その後、１パス圧下率７％以上、累積圧下率５０％以上で、圧延終了時の鋼板表面温度８００〜５５０℃で熱間圧延することを特徴とする長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板の製造方法。
【請求項６】
更に、熱間圧延を終了した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で４００℃まで冷却することを特徴とする請求項５記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板の製造方法。
【請求項７】
試験片幅２ｍ以上の大型試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を評価・確認する試験において、試験片長さもしくは試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上であることを特徴とする、鋼材もしくは構造物の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
【請求項８】
請求項７に記載の評価方法において、さらに、試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上であることを特徴とする鋼材もしくは構造物の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
【請求項９】
試験片幅２ｍ以上の大型試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を評価・確認する試験装置において、試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上であることを特徴とする、長大脆性き裂伝播停止性能を評価する試験装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の試験装置において、さらに、試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上であることを特徴とする長大脆性き裂伝播停止性能を評価する試験装置。
【請求項１】
板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板であって、板厚方向断面における長大脆性き裂伝播停止部の先端形状において、板厚中央部の板厚（ｔ）の２０％の幅の領域における停止き裂長さが、鋼板表面から板厚（ｔ）の１／４〜１／１０または板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の最大き裂長さに対し、少なくとも板厚（ｔ）の長さだけ前記長大脆性き裂の進行方向に対し短く、凹んだ凹陥部を形成していることを特徴とする長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
【請求項２】
前記板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面もしくは（１００）面のＸ線強度比が１．５以上、前記板厚（ｔ）の１／４〜１／１０となる領域または前記板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上であることを特徴とする、請求項１記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
【請求項３】
前記板厚中央部で板厚（ｔ）の少なくとも２０％の領域における部位の圧延面での（２１１）面Ｘ線強度比Ｘ（２１１）と（１００）面Ｘ線強度比Ｘ（１００）および同部位の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験により得られる破面遷移温度ｖＴｒｓ（℃）が式：ｖＴｒｓ−１２Ｘ（１００）−２２Ｘ（２１１）≦（Ｔ−７５）／０．６４［Ｔは鋼板の供用温度（℃）］を満足し、且つ前記板厚（ｔ）の１／４〜１／１０となる領域または前記板厚（ｔ）の３／４〜９／１０となる領域の圧延面での（１１０）面のＸ線強度比が１．３以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
【請求項４】
鋼組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．８０〜１．８０％、Ｓ：０．００１〜０．０５％を含み、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％またはＮｂ：０．００１〜０．１％の内から選んだ少なくとも１種を含み、更に、Ｃｕ：２．０％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：０．６％以下、Ｍｏ：０．６％以下、Ｗ：０．５％以下、Ｂ：０．００５０％以下、Ｚｒ：０．５％以下の内から選んだ少なくとも１種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板。
【請求項５】
請求項４に記載の成分組成を有する鋼素材を、９００〜１３５０℃の温度に加熱し、次いで鋼板表面温度１０００〜８５０℃の温度域において累積圧下率１０％以上圧延した後、鋼板表面温度９００〜６００℃且つ鋼板内部温度が鋼板表面温度より５０〜１５０℃高温となる状態とし、その後、１パス圧下率７％以上、累積圧下率５０％以上で、圧延終了時の鋼板表面温度８００〜５５０℃で熱間圧延することを特徴とする長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板の製造方法。
【請求項６】
更に、熱間圧延を終了した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で４００℃まで冷却することを特徴とする請求項５記載の長大脆性き裂伝播停止特性に優れる板厚（ｔ）が５０ｍｍ以上の厚鋼板の製造方法。
【請求項７】
試験片幅２ｍ以上の大型試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を評価・確認する試験において、試験片長さもしくは試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上であることを特徴とする、鋼材もしくは構造物の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
【請求項８】
請求項７に記載の評価方法において、さらに、試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上であることを特徴とする鋼材もしくは構造物の長大脆性き裂伝播停止性能の評価方法。
【請求項９】
試験片幅２ｍ以上の大型試験片を用いて、き裂伝播長１ｍ以上の長大脆性き裂に対する伝播停止性能を評価・確認する試験装置において、試験片を取り付ける試験装置のタブ板先端間距離が試験片幅の２．８倍以上であることを特徴とする、長大脆性き裂伝播停止性能を評価する試験装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の試験装置において、さらに、試験装置の荷重負荷点間距離が試験片幅の４．１倍以上であることを特徴とする長大脆性き裂伝播停止性能を評価する試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１８０５９０（Ｐ２０１２−１８０５９０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３９５５（Ｐ２０１２−２３９５５）
【出願日】平成２４年２月７日（２０１２．２．７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月７日（２０１２．２．７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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