高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法

【課題】高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定において、小型試験法およびその評価方法を大幅に改善し、ＥＳＳＯ試験や二重引張試験の大型試験を行うことなく、板厚５０ｍｍ以上の高強度厚鋼板のアレスト性能を簡便な手法で推定して、高強度厚鋼板の性能を検査する。
【解決手段】本発明の複合小型試験は：表層小型試験片を用いて落重試験を行う工程と；内部小型試験片を用いて脆性破面率または吸収エネルギーを測定する小型試験を行う工程と；を含む。この複合小型試験は、表層小型試験片と内部小型試験片に対してそれぞれ異なる方法で小型試験を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性き裂の伝播で起きる大規模な損傷や損壊を防止する必要がある構造物の建造に使用する高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能を簡便でかつ合理的な手法で推定して、高強度厚鋼板の性能を検査する方法に関する。
本願は、２００９年３月４日に、日本に出願された特願２００９－０５０９８３号、２００９年３月４日に、日本に出願された特願２００９－０５１００５号、及び、２００９年３月４日に、日本に出願された特願２００９－０５０９９１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
溶接構造体であるコンテナ船やバルクキャリアーは、タンカーと異なり、船倉内の仕切り壁が少なく、船の上部が大きく開口している。逆に、タンカーは、油槽により内部が細かく仕切られていて、内部壁や上甲板も船殻強度を担う構造となっている。
【０００３】
これに対し、コンテナ船は、積載能力の向上や荷役効率の向上のため、上部を大きく開口した船殻構造となっている。このため、コンテナ船では、船殻構造の強度を確保するため、特に、船体外板として高強度鋼板を使用する必要がある。
【０００４】
近年、コンテナ船は大型化し、６０００～２００００ＴＥＵ（ＴｗｅｎｔｙｆｅｅｔＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＵｎｉｔ）の大型コンテナ船が建造され、また、計画されている。これに伴い、船体外板用の鋼板は、厚肉化するとともに、高強度化し、板厚５０ｍｍ～１００ｍｍで、降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ^２級、４７０Ｎ／ｍｍ^２級の厚肉の鋼板（厚鋼板）が用いられるようになってきた。
【０００５】
なお、ＴＥＵは、コンテナ船の積載能力を示す指標で、長さ２０フィートのコンテナに換算した場合のコンテナの個数で表示する。
【０００６】
上記のように船舶等に用いられる厚鋼板において、脆性き裂伝播停止性能（以下「アレスト性能」ということがある）は、厚鋼板の安全性を評価する上で非常に重要な特性となる。
【０００７】
このアレスト性能の向上を図るため、様々な成分組成や、製造工程を伴う鋼材、あるいは、種々の大型溶接構造体等が開発され、製造されている。これら新規に開発された鋼材のアレスト性能を定量的に評価するには、ＥＳＳＯ試験（脆性き裂伝播停止試験：試験片に脆性き裂を人為的に発生させ、脆性き裂を停止させる性能を評価する試験）や、二重引張試験等の大型試験などが実施される。例えば、ＥＳＳＯ試験の場合、寸法が５００ｍｍ×５００ｍｍ×板厚程度の大型試験片を作製し、この試験片の端部にＶ切欠を形成する。試験片には温度勾配を付与し、Ｖ切欠に、楔を介して衝撃荷重を負荷していき、脆性き裂を人為的に発生させる。試験体に付加された応力と、脆性き裂の伝播が停止した位置での温度と、き裂の長さに基づいてＫｃａ値（破壊靭性値）を算出する。
【０００８】
温度勾配条件及び負荷荷重条件を変えて試験を行い、き裂停止温度とＫ値の関係を求め、任意温度におけるアレスト性能をＫｃａ値で評価する。また、アレスト性能の指標として、所定のＫｃａを確保し得る限界温度（最低温度）を目標Ｋｃａ限界温度と呼び、ＴＫｃａと表記する。具体的には、例えば、目標とするＫｃａ値が６０００Ｎ／ｍｍ^１．５である場合の目標Ｋｃａ限界温度は、ＴＫｃａ６０００と表記される。
鋼板をコンテナ船などの鋼構造物に使用する場合には、その鋼構造物の設計温度又は最低使用温度が定められている。所定の鋼板について測定または推算したＴＫｃａ６０００がその設計温度以下の温度であれば、この設計温度において、上記の鋼板は、十分なアレスト性能を確保することができると評価する。
【０００９】
しかし、Ｋｃａ値を実測するには、大型試験片と大型試験機を必要とし、試験結果を得るまで、多くの手数と時間が必要である。特に、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板の大型試験には、１０００トン以上の引張荷重を付加することが可能な大型試験機が必要とされていた。そこで、従来の鋼板の性能検査または品質管理では、厚鋼板全体のアレスト性能と、厚鋼板から採取した小型試験片を用いた簡易な小型試験結果と、の相関関係を予め求めておく必要があった（例えば、特許文献１および非特許文献１から３を参照）。そして、その事前の検討結果を用いて、必要なアレスト性能から算出される小型試験の要求値を元に、製鐵所などで製造される鋼板に小型試験を行い、その試験結果が小型試験の要求値を満たしているか否かを判定する方法で、鋼板の性能検査または品質管理が行われてきた。
【００１０】
非特許文献１には、板厚１６ｍｍ程度の低温用鋼のアレスト性能と小型試験の相関関係が記載されている。非特許文献２には、鋼板表層部に特殊な超細粒組織を有する複層構造の鋼板のアレスト性能の簡易評価法が記載されている。非特許文献３には、極厚高強度７９０Ｎ／ｍｍ^２級鋼板で板厚の中心部、１／４と表面下２ｍｍのシャルピー衝撃試験で求められた破面遷移温度からアレスト性能を簡易評価する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７－３０２９９３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】鉄鋼協会講演概要、ＣＡＭＰ－ＩＳＩＪＶｏｌ．４（１９９１）－９１８、「Ｋｃａと小型アレスト試験法との相関とアレスト性能支配因子」（鋼板のアレスト性能の検討（５））
【非特許文献２】西部造船会会報第１０６号（平成１５年８月）、Ｐ２７５－２８０、「表層超細粒鋼板のアレスト性能簡易評価法（その１）－アレスト性能推定式の確立－」
【非特許文献３】溶接学会全国大会講演概要、第４９集（１９９１年８月２５日発行）、Ｐ１０８～１０９、「極厚ＨＴ７９０のアレスト性に及ぼす板厚と板圧方向靱性分布の影響」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
大型コンテナ船の安全性確保のため、使用される板厚５０ｍｍ～１００ｍｍで、降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ^２級、４７０Ｎ／ｍｍ^２級の厚肉の鋼板（厚鋼板）には、－１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ^１．５から６０００Ｎ／ｍｍ^１．５程度のアレスト性能が非常に重要なことが判ってきた。このアレスト性要求に応えるために、高アレスト性能を有する鋼板が開発されてきたが、全ての鋼板に対して４０００Ｎ／ｍｍ^１．５から６０００Ｎ／ｍｍ^１．５程度のアレスト性能を具備させることは容易でなかった。このため、製鐵所で鋼板の出荷試験などでアレスト性能を確認することが求められるようになってきた。しかしながら、前記のように、全ての鋼板に対しＥＳＳＯ試験などの大型試験を行うことは困難である。また、上記大型試験でのアレスト性能と小型試験結果の相関には大きなバラツキがあり、バラツキを考慮すると、製鐵所で安定して製造できないような非常に厳しい小型試験要求値とならざるを得なかった。このため、板厚５０ｍｍ～１００ｍｍで、降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ^２級、４７０Ｎ／ｍｍ^２級の厚肉の鋼板に対して、高精度でアレスト性能を小型試験を用いて簡易評価する方法が求められてきた。
そこで、本発明者らは、厚鋼板全体のアレスト性能と、厚鋼板から採取した小型試験片を用いた簡易な小型試験結果と、の相関関係をこれまでよりも格段に高精度で求める方法を検討した。
【００１４】
本発明者らは、まず、複数の組成・製法で高強度厚鋼板を製造し、非特許文献１及び２に開示されている手法により、ＥＳＳＯ試験で高強度厚鋼板のＫｃａ値を求めた。また、上記の厚鋼板から小型試験片を採取し、これに対して、各種の小型試験（Ｖノッチシャルピー衝撃試験、落重試験等）を行って小型試験片の特性値を求めた。その上で、得られた大型試験の結果であるＫｃａ値と、小型試験片の特性値との対応関係を調査した。上述したように、板厚２０ｍｍ程度の鋼板に係る相関関係を求める既存の手法で、小型試験で求めた特性値とアレスト性能を関係付けた場合、十分な精度での相関関係が得られないことが判明した。
【００１５】
そこで、本発明は、小型試験法およびその評価方法を大幅に改善し、ＥＳＳＯ試験や二重引張試験の大型試験を行うことなく、板厚５０ｍｍ以上の高強度厚鋼板のアレスト性能を簡便な手法で推定して、高強度厚鋼板の性能を検査する方法を提供することを一つの課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、小型試験の結果とアレスト性能を関係付ける従来手法を、板厚５０ｍｍ以上の高強度厚鋼板のアレスト性能と小型試験の結果の関係付けに適用できない理由について鋭意検討した。特に、広範囲の鋼種・製法の鋼材において適用可能な方法について検討を行った。その結果、「脆性き裂が発生する板厚方向の位置によって、脆性き裂の伝播挙動が異なり、この伝播挙動の相違が、鋼板全体のアレスト性能に大きく影響する」という知見を得るに至った。
【００１７】
本発明者らは、上記知見を踏まえ、板厚５０ｍｍ以上の高強度厚鋼板における脆性き裂伝播挙動を詳細に調査した。その結果、き裂伝播挙動の板厚方向における相違が、アレスト性能の評価に反映されるように、小型試験片を、板厚方向に沿って複数個採取し、採取位置に応じて最適な方法で小型試験を行い、試験結果を適切に組み合せることによって、組合せ結果が、大型試験で得たＫｃａ値と高い精度で対応関係を得られることが判明した。
【００１８】
また、更なる詳細な調査の結果、き裂伝播挙動の板厚方向における相違が、アレスト性能の評価に反映するように、小型試験片を、少なくとも鋼板表層と鋼板中央部（板厚１／２）から採取して、それぞれの採取位置に適した方法で行った複合小型試験の結果が、大型試験で得たＫ値（破壊靭性値）と、極めて良い相関関係にあることを、本発明者らは見出した。
【００１９】
また、高強度厚鋼板のアレスト性能の推定に重要な要素である、鋼板表層の小型試験片についての特性評価方法を検討した結果、最適な方法が落重試験であることを見出した。また、鋼板内部から採取した小型試験片については、落重試験は好ましくなく、脆性破面率または吸収エネルギーを測定する小型試験が最適であることを見出した。つまり、表層の小型試験片と、内部の小型試験片には異なった方法の小型試験を用いることが望ましい。
【００２０】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００２１】
（１）本発明の一態様にかかる高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能を判別する方法は、標準鋼を用いて大型試験及び複合小型試験を行う工程と；前記標準鋼を用いた前記大型試験の結果と前記複合小型試験の結果との相関モデルを算出する工程と；サンプル鋼を用いて前記複合小型試験を行う工程と；前記サンプル鋼を用いた前記複合小型試験の結果を前記相関モデルに代入して前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を推算する工程と；を含み、前記複合小型試験は：（ａ）鋼板表層部を含む表層小型試験片を採取する工程と；（ｂ）鋼板表層部を含まない一箇所又は二箇所以上の内部領域からそれぞれ内部小型試験片を採取する工程と；（ｃ）前記表層小型試験片を用いて落重試験を行う工程と；（ｄ）前記内部小型試験片を用いて脆性破面率または吸収エネルギーを測定する小型試験を行う工程と；を含み、前記複合小型試験は、前記表層小型試験片と前記内部小型試験片に対してそれぞれ異なる方法で小型試験を行う。
【００２２】
（２）上記（１）の方法において、Ｙを前記表層小型試験片の前記落重試験の結果であるＮＤＴ温度、Ｘ１を前記内部小型試験片を用いた小型試験の結果である破面遷移温度または吸収エネルギー遷移温度、ａ，ｂ，ｄを係数、目標Ｋｃａ限界温度をＴＫｃａとすると、前記相関モデルが、ａ・Ｙ＋ｂ・Ｘ１＋ｄ＝ＴＫｃａであってもよい。
【００２３】
（３）上記（２）の方法において、前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を推算する工程では、前記サンプル鋼を用いた前記複合小型試験の結果であるＹ’及びＸ１’を前記相関モデルに代入することによって前記サンプル鋼の目標Ｋｃａ限界温度の推算値であるＴＫｃａ’を算出する工程と；前記ＴＫｃａ’と前記標準鋼の実測された目標Ｋｃａ限界温度であるＴＫｃａとを比較し、ＴＫｃａ’≦ＴＫｃａであったときに、前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を良好と判定する工程と；をさらに含んでもよい。
【００２４】
（４）上記（１）の方法において、Ｙを前記表層小型試験片の前記落重試験の結果であるＮＤＴ温度、Ｘ１を第１の内部領域から採取した前記内部小型試験片を用いた小型試験の結果である破面遷移温度、Ｘ２を第２の内部領域から採取した前記内部小型試験片を用いた小型試験の結果である破面遷移温度、ａ，ｂ，ｃ，ｄを係数、目標Ｋｃａ限界温度をＴＫｃａとすると、前記相関モデルが、ａ・Ｙ＋ｂ・Ｘ１＋ｃ・Ｘ２＋ｄ＝ＴＫｃａであってもよい。
【００２５】
（５）上記（４）の方法は、前記前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を推算する工程では、前記サンプル鋼を用いた前記複合小型試験の結果であるＹ’、Ｘ１’、及びＸ２’を前記相関モデルに代入することによって前記サンプル鋼の目標Ｋｃａ限界温度の推算値であるＴＫｃａ’を算出する工程と；前記ＴＫｃａ’と前記標準鋼の実測された目標Ｋｃａ限界温度であるＴＫｃａとを比較し、ＴＫｃａ’≦ＴＫｃａであったときに、前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を良好と判定する工程と；をさらに含んでもよい。
【００２６】
（６）上記（１）～（５）のいずれか一項の方法において、前記内部小型試験片が、シェブロンノッチシャルピー衝撃試験片、Ｖノッチシャルピー衝撃試験片、シャープノッチシャルピー衝撃試験片、プレスノッチシャルピー衝撃試験片、プレクラックシャルピー衝撃試験片、３面シャープノッチシャルピー衝撃試験片、及び、Ｕノッチシャルピー衝撃試験片のうちのいずれかであってもよい。
【００２７】
（７）上記（１）～（５）のいずれか一項の方法において、前記内部領域が、板厚中心部を含まず、かつ板厚中心部から５ｍｍ以内の位置を含む領域であってもよい。
【００２８】
（８）上記（１）～（５）のいずれか一項の方法において、前記内部領域が、板厚１／４の位置を含む領域であってもよい。
【００２９】
（９）上記（１）～（５）のいずれか一項の方法において、前記高強度厚鋼板の降伏強度が、２４０～６００Ｎ／ｍｍ^２であってもよい。
【００３０】
（１０）上記（１）～（５）のいずれか一項の方法において、前記表層小型試験片及び前記内部小型試験片の厚さが、１０～２５ｍｍであってもよい。
【００３１】
（１１）上記（１）～（５）のいずれか一項の方法において、前記高強度厚鋼板が、大型船体用鋼板であってもよい。
【００３２】
（１２）上記（１）～（５）のいずれか一項の方法において、前記高強度厚鋼板の板厚が、５０ｍｍ以上であってもよい。
【００３３】
（１３）上記（１）～（５）のいずれか一項の方法において、前記落重試験において、前記表層小型試験片の表面のうち、前記サンプル鋼の表層側に対応する面にクラック開始ウェルドを設け、前記内部小型試験片の表面のうち、前記サンプル鋼の厚さ方向に沿ってノッチを設けてもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、大型溶接構造物に使用する高強度厚鋼板のアレスト性能を評価するに際して、製造される各ロットの鋼片ごとにＥＳＳＯ試験用の試験片のような大型試験片や、１０００トン以上の大型破壊試験機を用いる必要がない。予め標準標本鋼に対して一度の大型試験を行い、同じ標準標本鋼から採取した小型試験片に対して小型試験を行うことで、大型試験結果と小型試験結果との間の相関関係を求めることができる。この後で、複数の製造ロットの試験鋼に対して、小型試験片の採取と小型試験を行う。これらの小型試験結果に、予め求めた上記相関関係を適用することで、通常なら大型試験でのみ得られる各試験鋼のアレスト性能を、簡便に推定できる。なお、試験鋼表層部から採取した小型試験片については、落重試験を用いる。一方、試験鋼内部から採取した試験片については、脆性破面率または吸収エネルギーを測定する試験を用いる。これによって、アレスト性能推定の精度を向上し、ロットごとの大型試験を省略できる。この結果、各ロットの高強度厚鋼板が大型溶接構造体を破壊するような致命的大規模損傷や損壊を防止し得るかどうかを、簡便な手法で、迅速、適確に評価することができる。従って、本発明の方法は、例えば大型溶接構造物に使用する高強度厚鋼板の生産時の品質管理に、有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】鋼板中を伝播する脆性き裂の伝播挙動を模式的に示す図である。板厚Ｔ５が５０ｍｍ以上の厚鋼板における脆性き裂の伝播挙動を示す。
【図１Ｂ】鋼板中を伝播する脆性き裂の伝播挙動を模式的に示す図である。板厚Ｔ２が２０ｍｍ程度の鋼板における脆性き裂の伝播挙動を示す。
【図２Ａ】厚鋼板から小型試験片を採取する位置を示す図である。
【図２Ｂ】厚鋼板から小型試験片を採取する位置を示す図である。
【図３】厚鋼板から試験片を採取する位置および向きを示す図である。
【図４Ａ】落重試験の試験機および小型試験片の配置を示す該略図である。
【図４Ｂ】落重試験の試験結果の判定方法を示す該略図である。
【図５Ａ】小型試験片の形状を示す図であり、落重試験片を示す。図中の数値は寸法（単位：ｍｍ）を示す。
【図５Ｂ】小型試験片の形状を示す図であり、Ｖノッチシャルピー衝撃試験片を示す、概略側面および正面図である。
【図５Ｃ】小型試験片の形状を示す図であり、１面シャープノッチシャルピー衝撃試験片を示す。
【図５Ｄ】小型試験片の形状を示す図であり、３面シャープノッチシャルピー衝撃試験片を示す。図中の数値は寸法（単位：ｍｍ）を示す。
【図５Ｅ】小型試験片の形状を示す図であり、シェブロンノッチシャルピー衝撃試験片の形状を示す。
【図６Ａ】図６Ａ～図６Ｅは比較例を示し、Ｖノッチシャルピー衝撃試験のみを用いた複合小型試験と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。小型試験には様々な位置から採取した試験片を用いた。図６Ａは、図２Ｂに示す小型試験片１０ａまたは小型試験片１１のいずれか一方を用いた場合の相関図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図２Ｂに示す小型試験片８ａを用いた場合の相関図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図２Ｂに示す小型試験片９ａを用いた場合の相関図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図２Ｂに示す小型試験片１０ａと９ａとを両方用い、得られた小型試験結果を加重平均した場合の相関図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、図２Ｂに示す小型試験片１０ａと８ａとを両方用い、得られた小型試験結果を加重平均した場合の相関図である。
【図７Ａ】図７Ａ～図７Ｅは比較例を示し、シェブロンノッチシャルピー衝撃試験のみを用いた複合小型試験と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。小型試験には様々な位置から採取した試験片を用いた。図７Ａは、図２Ｂに示す小型試験片１０ａまたは小型試験片１１のいずれか一方を用いた場合の相関図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２Ｂに示す小型試験片８ａを用いた場合の相関図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図２Ｂに示す小型試験片９ａを用いた場合の相関図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、図２Ｂに示す小型試験片１０ａと９ａとを両方用い、得られた小型試験結果を加重平均した場合の相関図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、図２Ｂに示す小型試験片１０ａと８ａとを両方用い、得られた小型試験結果を加重平均した場合の相関図である。
【図８Ａ】本発明の第１の実施形態にかかる方法を用いた複合小型試験結果と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。表層小型試験に落重試験を、内部小型試験にシェブロンノッチシャルピー衝撃試験を行い、これらの結果を加重平均して用いた。
【図８Ｂ】図８Ｂは、比較例にかかる方法を用いた複合小型試験結果と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。表層小型試験として落重試験を、内部小型試験としても落重試験を行い、これらの結果を加重平均して用いた。
【図８Ｃ】本発明の第２の実施形態にかかる方法を用いた複合小型試験結果と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。内部小型試験片は２箇所から採取した。表層小型試験として落重試験を、内部小型試験としてシェブロンノッチシャルピー衝撃試験を行い、これら３つの結果を加重平均して用いた。
【図８Ｄ】本発明の第１の実施形態にかかる方法を用いた複合小型試験結果と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。図８Ａとの差異は、内部小型試験に、シェブロンノッチシャルピー衝撃試験の代わりにＶノッチシャルピー衝撃試験を行った点である。
【図９Ａ】図９Ａ，９Ｂは、小型試験の結果からサンプル鋼のアレスト性能を推算するための係数決定の工程を示すフローチャートである。図９Ａは２点計測の場合の工程を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは３点計測の場合に追加される係数の決定工程を示す。
【図１０Ａ】表層超細粒鋼の落重試験の破面の模式図である。
【図１０Ｂ】一般鋼の落重試験の破面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の第１の実施形態に係る高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法を、図面に基づいて説明する。
本明細書において小型試験とは、上記のように用意された試験材から、その一部を切り出して小型試験片を採取し、この小型試験片を用いて行う試験を指す。後に詳しく述べるように、各種の小型試験片の採取は、試験材中の一箇所から行っても良いし、複数の箇所から行ってもよい。小型試験は、部分試験と呼ぶこともできる。
本実施形態は、高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能を、小型試験の結果に基づいて推定する際に、小型試験に供する小型試験片を、高強度厚鋼板の板厚方向において区分した複数の領域のうち、表面の１つの領域、及び内部の少なくとも１つの領域からそれぞれ採取することを特徴とする。
【００３７】
図１Ａは、厚鋼板７の厚さ方向に沿った断面模式図であり、鋼板中を矢印方向に伝播する脆性き裂の伝播挙動を模式的に示す。紙面上下方向が厚鋼板７の厚さ方向であり、上端及び下端が表裏の鋼板表面を示す。き裂は紙面左端の鋼板端部において発生し、矢印方向に伝播している。
図１Ａは、板厚Ｔ５が５０ｍｍ以上の厚鋼板７における脆性き裂の伝播挙動を示し、図１Ｂは、板厚Ｔ２が２０ｍｍ程度の鋼板における脆性き裂の伝播挙動を示す。
【００３８】
まず、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板における脆性き裂の伝播挙動と、板厚２０ｍｍ程度の鋼板における脆性き裂の伝播挙動の相違について説明する。
【００３９】
これまで、板厚２０ｍｍ程度の鋼板を対象に、脆性き裂伝播特性と小型試験の結果との相関が検討され、その結果、脆性き裂の伝播機構は、次のように考えられている。
【００４０】
図１Ｂに示すように、板厚２０ｍｍ程度の鋼板６では、脆性き裂伝播面Ｚｄのき裂先端ｄ（鋼板６の板厚方向に形成され、表面に達している）が矢印方向に移動して、脆性き裂が伝播する。脆性き裂伝播面Ｚｄは、鋼板６の板厚方向に沿う連続面であるので、小型試験の結果は、小型試験片の採取位置（鋼板表層部、鋼板中央部）に大きく影響されず、ほほ一定値となり、この値が、板厚２０ｍｍ程度の鋼板の脆性き裂伝播特性を代表することになる。
【００４１】
しかし、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板では、図１Ａに示すように、厚鋼板７の板厚方向に、複数の脆性き裂伝播面（図中、Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ）が形成される。脆性き裂伝播面（Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ）のそれぞれは、厚鋼板７の板厚方向に沿う連続面である。一方、脆性き裂伝播面同士は、厚鋼板７の板厚方向に沿って不連続に存在する。つまり、一般的には脆性き裂伝播面（Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ）はそれぞれ、板厚方向に略平行で互いに重ならない別々の平面上に含まれている。そしてき裂先端ａ、ｂ、ｃが、それぞれ独立して矢印方向に移動して、脆性き裂が進行する。
【００４２】
即ち、図１Ａの右図に示すように、脆性き裂伝播面（Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ）の間に段差（点線で囲まれた位置を参照）が存在する場合がある。それ故、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板から小型試験片を採取して小型試験を行う場合、試験結果は、小型試験片の採取位置の影響を受けて大きく分散する。結局、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板から任意に採取した小型試験片に係る試験結果は、単一の試験のみでは板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板の脆性き裂伝播特性を代表するには不十分である。
【００４３】
このように、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板における脆性き裂伝播挙動は、板厚方向の各位置における脆性き裂伝播特性の違いに大きく影響を受けるのであり、板厚方向において一様でない。
【００４４】
ここで、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板における板厚中心部のき裂伝播挙動と、鋼板表層部近傍のき裂伝播挙動が相違する理由について説明する。
【００４５】
板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板の板厚方向において、脆性き裂伝播挙動が異なる原因は、き裂先端が、板厚内部では平面歪状態にあり、表面近傍では、平面応力状態にあることに関係する。即ち、厚鋼板の板厚内部では、き裂先端が平面歪状態にあるので、き裂先端に形成される塑性域の寸法は、板厚表面近傍に存在するき裂先端の塑性域に比べて小さく、その結果、き裂の伝播に対する抵抗が小さくなり、脆性き裂が進展し易くなっている。
【００４６】
一方、厚鋼板の表面近傍（表層部）では、き裂先端は、平面応力状態にあるので、き裂先端に形成される塑性域の寸法は、板厚内部に存在するき裂先端の塑性域の寸法より大きく、その結果、脆性き裂は、板厚内部に比べ、伝播し難くなっている。このため、表層部近傍にシアリップが形成され、脆性き裂伝播停止性能の向上に大きく寄与することは広く知られている。このように、鋼板の表層部では板厚内部と全く異なる現象が起きている。本発明者らは、表層部での最適試験方法について検討した結果、表面の脆性き裂の伝播をそのまま評価できる落重試験が最もよい方法であることを見出した。
【００４７】
このように、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板においては、脆性き裂を伝播させる駆動力となるき裂先端の応力－歪場や、き裂先端の塑性域の広がりが、板厚方向で異なるので、脆性き裂伝播挙動が板厚方向において異なる。
【００４８】
さらに，板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板では、製造時に、板厚方向の温度履歴が異なるうえ、圧延時に、鋼板内部に作用する歪も板厚方向で異なることがある。このため、鋼板組織の結晶粒径や集合組織が、板厚方向で大きく異なる場合が多い。
【００４９】
それ故、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板から、任意の位置で小型試験片を採取して小型試験を行った場合、試験結果は、小型試験片の採取位置の影響を受けて大きく分散し、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板全体の脆性き裂伝播特性を代表しない。
【００５０】
本実施形態においては、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板の脆性き裂伝播挙動が、板厚方向において異なることを踏まえ、小型試験に供する小型試験片を、高強度厚鋼板の板厚方向において区分した複数の領域から採取する。
【００５１】
以降の記載において、厚鋼板の表面、または表面下２ｍｍ程度までの位置を少なくとも含むように採取した試験片を表層小型試験片と呼ぶ。本実施形態では表層小型試験片に加えて、厚鋼板の厚み方向内部から少なくとも１箇所、更に好ましくは２箇所以上の位置から試験片を採取する。以降の記載において、このような、厚鋼板の表面部分を含まず、厚鋼板の厚み方向で表面下１０ｍｍ以上の内部から採取された試験片を、内部小型試験片と呼ぶ。
【００５２】
内部小型試験片を採取する場合、採取位置は、厚鋼板の板厚中心部（中心偏析部）を避けるのが好ましい場合がある。図２Ａに示すように、厚鋼板７の板厚中心部から小型試験片８を採取すれば、試験結果は、板厚中心部の脆性き裂伝播挙動を示すと通常は考えられる。ところが、連続鋳造プロセスで製造した鋼板には、板厚中心部に、中心偏析部と呼ばれる合金元素濃化域が存在することが多く、中心偏析が顕著な場合は、この中心偏析部が、脆性き裂の伝播に大きく影響すると考えられる。
【００５３】
そこで、本発明者らは、脆性き裂伝播挙動に及ぼす中心偏析部の影響を実験的に検討した。その結果、脆性き裂伝播挙動に対する局所的な中心偏析部の直接の影響は小さいことが判明した。
【００５４】
一方、別の実験の結果、中心偏析部は、脆性き裂発生特性を著しく低下させる原因となっていることが判明した。小型試験結果は、脆性き裂発生特性と脆性き裂伝播特性が重畳した結果である。したがって、脆性き裂伝播性能が同じでも、中心偏析部が、脆性き裂発生特性に大きく影響すると、小型試験の結果に大差が生じ、脆性き裂伝播特性を適確に推定できないという問題が生じる。
【００５５】
そこで、本発明者らは、厚鋼板内部において、中心偏析が顕著な場合は、図２Ａに示すように、小型試験片を、脆性き裂伝播面が中心偏析部を含まない領域（９）で採取することが好ましいことを知見した。なお、厚鋼板内部において、中心偏析が顕著でない場合は、板厚中心部を含む小型試験片を採取してもよい。
【００５６】
厚鋼板の板厚中心部近傍で、板厚中心部を含まない小型試験片を採取する場合、板厚中心部から厚さ方向に０．１ｍｍ以上離れた（更に好ましくは１ｍｍ以上離れた）領域を採取することが好ましく、かつ、板厚中心部から５ｍｍ以内の位置を含む領域を採取することが好ましい。厚鋼板の板厚中心部を含まず、板厚中心部から５ｍｍ以内の位置を含むように採取した小型試験片に係る試験結果は、中心偏析部の影響が排除されているので、板厚中心部の脆性き裂伝播特性を適確に示すものとなる。
【００５７】
図２Ａに示すように、き裂先端が平面応力状態にあり、脆性き裂が伝播し難い鋼板表面近傍（表層部）から小型試験片１０を採取する場合、鋼板表面を含む試験片（表層小型試験片）を採取することが最も好ましい。鋼板の製造後、鋼板表面にスケール、脱炭部分等、鋼板内部と比較して大きく特性の異なる層が存在する場合は、これらの層をなるべく薄く切削して排除してから試験片を採取してもよい。表面を切削する場合でも、鋼板表面から２ｍｍを超えて大きく切削すると、鋼板表面のき裂伝播特性を代表する試験片が得られない虞がある。スケール、脱炭部分等の影響を避けるためなどの理由により、鋼板表面を切削する場合でも、鋼板表面２ｍｍ以内とする必要がある。
【００５８】
また、厚鋼板の表面から、板厚１／４の深さ位置を含む小型試験片を採取してもよい。厚鋼板の板厚１／４の位置を含む領域は、図１Ａに示す脆性き裂伝播面Ｚａ、Ｚｃを含む領域の脆性き裂伝播挙動を代表できる領域なので、小型試験片を採取する領域として好ましい領域である。
【００５９】
図２Ｂに、小型試験片の採取の態様を示す。小型試験片９ａは、板厚中心部から５ｍｍ以内の位置を含む小型試験片である。小型試験片１０ａは、鋼板表面下２ｍｍの位置を含む小型試験片である。小型試験片１１は、厚鋼板の板厚１／４の位置を含む小型試験片を採取する態様である。小型試験片８ａは、板厚中心部を含む小型試験片である。小型試験片１２は、鋼板表面下２ｍｍの位置および鋼板表面を含む。
【００６０】
そして、内部小型試験は、シアリップの影響をさけるため、鋼板表面から１０ｍｍ以上離れるよう採取する必要がある。内部小型試験片としては、板厚中心部を含む試験片、又は、板厚中心部から５ｍｍ以内の位置を含むように採取した試験片、厚鋼板の板厚１／４の位置を含むように採取した小型試験片等を用いることができる。
【００６１】
内部小型試験片の厚鋼板の板厚方向に沿った寸法は、脆性き裂伝播面の幅におおよそ対応させて、１０～２０ｍｍにすることが好ましい。板厚が５０ｍｍ以上の厚鋼板の場合、板厚方向で、脆性き裂伝播挙動が異なるので、板厚方向に沿って、複数の小型試験片を採取するのがより好ましい。
【００６２】
このように、小型試験片を採取して小型試験をすることにより、板厚方向で異なる脆性き裂伝播挙動に対応する試験結果を得ることができる。この試験結果に基づいて、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板のアレスト性能を推定することができる。この推定の方法については後述する。
【００６３】
き裂厚鋼板の表層部分以外の領域から採取した小型試験片（内部小型試験片）を用いて行う小型試験は、脆性破面率または吸収エネルギーを測定する小型試験であれば、特定の試験に限定されない。このような試験の場合、小型試験片の内部をき裂が進行する際の挙動を十分に評価できる。
例えば各種のシャルピータイプ衝撃試験片、具体的には、Ｖノッチシャルピー衝撃試験片、シャープノッチシャルピー衝撃試験片、プレスノッチシャルピー衝撃試験片、プレクラックシャルピー衝撃試験片、３面シャープノッチシャルピー衝撃試験片、シェブロンノッチシャルピー衝撃試験片及び、Ｕノッチシャルピー衝撃試験片を用いることができる。いずれの試験片においても、衝撃試験時の吸収エネルギーを測定できる。また、破断面の延性破面率又は脆性破面率を測定できる。特定の鋼材の小型試験における延性破面率と吸収エネルギーとの間には通常正の相関関係がある。脆性破面率と吸収エネルギーとの測定では、いずれも、小型試験片の表面部分のみでなく、試験片内部を含み、試験片の断面全体に対して応力が作用した結果が積分的に蓄積されて十分に試験結果に反映される。このために、内部小型試験片の評価方法として、脆性破面率(又は延性破面率)または吸収エネルギーの測定を行うことによって、厚鋼板内部における脆性き裂伝達特性を高精度に評価できるものと考えられる。なお、延性破面率と脆性破面率を合計すると１００％になるため、脆性破面率の代わりに、延性破面率を用いてもよい。
これに対して、内部小型試験として落重試験を用いると、内部小型試験片を作成する際に恣意的に形成された表面に、脆化溶接ビード（クラック開始ウェルド）を配置することになる。このため、厚鋼材に本来存在する表面とは異なる、恣意的な試験片表面におけるき裂伝播特性に直接依存する試験結果が得られる。この場合、本来の厚鋼材の脆性き裂伝播特性を必ずしも正確に評価できない。
【００６４】
Ｖノッチシャルピー衝撃試験や落重試験は、ＡＳＴＭ規格やＪＩＳ規格に準拠した試験法を用いて行ってよい。シェブロンノッチシャルピー衝撃試験やシャープノッチシャルピー衝撃試験は、脆性き裂が発生し易いように、ノッチ形状を工夫し、脆性き裂伝播特性の寄与を大きく抽出できるよう、試験片の形状を調整することが望ましい。好ましい試験片の形状については、実施例で説明する。
【００６５】
図５Ａから図５Ｅに、好適な小型試験片の形状を示す。図５Ａは落重試験片、図５ＢはＶノッチシャルピー衝撃試験片、図５Ｃは（１面）シャープノッチシャルピー衝撃試験片、図５Ｄは３面シャープノッチシャルピー衝撃試験片、図５Ｅはシェブロンノッチシャルピー衝撃試験片の代表的な形状をそれぞれ示す。
【００６６】
本実施形態の方法に従って表層小型試験として落重試験を用いた場合、厚鋼板の最表面部分の脆性き裂伝播特性を直接的に評価することができる。このため、表層小型試験をＶノッチシャルピー衝撃試験等、他の方法で試験した場合に比較して、高い精度で厚鋼板のアレスト性能を評価できる。
【００６７】
また、Ｖノッチシャルピー衝撃試験は、脆性き裂が比較的発生しにくい条件となるため、その試験結果では脆性き裂発生特性が支配的となる場合がある。この逆に、小型試験において、脆性き裂が発生し易い小型試験片を用いれば、小型試験結果に、脆性き裂伝播特性を大きく反映できる場合がある。
【００６８】
それ故、脆性き裂が発生し易く工夫した小型試験片を用いる試験法を採用することがより望ましい。例えば、切欠部をスリット状に加工し、かつ、切欠形状を、シェブロン型に形成した試験片を用いるシェブロンノッチシャルピー衝撃試験がより望ましい。
【００６９】
シェブロンノッチシャルピー衝撃試験片（図５Ｅ、参照）の寸法について、板厚方向に採取した寸法が１０ｍｍ程度で、本実施形態の条件内にあれば、脆性き裂伝播領域の面積を増大したほうが、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能を試験する大型試験との相関をみるうえで望ましい。図５Ｅにおいて、Ｒ１で示すノッチ谷部分のなす角度は６０度より小さく、ノッチの谷底部分底部の曲率半径は０．１～０．２ｍｍであるのが望ましい。ノッチは試験片の幅方向に延在し、正面視点（試験片の長手方向に沿った視点）において山形に折れ曲がる形状に加工される。山形の頂点部分（図５ＥのＲ２）は、試験中にき裂の発生点となる。頂点部分Ｒ２におけるノッチの折れ曲がりの曲率半径は０．１～０．２ｍｍであるのが望ましい。Ｒ２部分の試験片底部からの高さは１３ｍｍとするのが望ましい。
【００７０】
落重試験では、図５Ａに示すように、試験片の表面に溶接部（溶接ビード，図３の１０１ｂ）を形成し、溶接部に切欠（クラック開始ウェルド，スリット加工）を形成する。落重試験片１０１は、図３に示すように厚鋼板の表層部を含むように採取される。つまり、落重試験片１０１の片方の表面１０１ａが厚鋼板の表面に対応するように採取される。図３に模式的に示すように、溶接ビード１０１ｂは、この表面１０１ａに形成する。
【００７１】
取得した試験片１０１を用い、ＡＳＴＭ（ＳｔａｎｄａｒｄｓｏｆＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ；米国材料試験協会規格）のＥ２０８－０６に規定されたＮＲＬ（ＮａｖａｌＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂｏｒａｔｏｒｙ）落重試験を行う。試験片１０１の片方の表面１０１ａに、上記規定に従った溶接材料で、長手方向に６４ｍｍ程度の溶接ビード１０１ｂを付設する（図５Ａ）。このビードがクラック開始ウェルド（Ｃｒａｃｋｓｔａｒｔｅｒｗｅｌｄ）として作用する。さらにこの溶接ビード１０１ｂに、幅１．５ｍｍ以下のスリットを形成する。
次に、図４Ａに示すように、落重試験機２００の試験片設置台２００ｂに落重試験片１０１を設置する。このとき、溶接ビード１０１ｂの形成された表面１０１ａが下向きになるように設置される。落重試験では、規定の形状・重量をもつ錘２００ａが試験片１０１上に落下する。試験片１０１の鋼材の靭性が低いと、試験温度等の条件によって、溶接ビードの切欠から発生した脆性き裂が、試験片１０１内部へ伝播する。
切欠から始まったクラックが試験片の表面１０１ａを試験片１０１の幅方向に伝播してその端部まで進行した場合、（図４Ｂの状態）試験結果はＢｒｅａｋ（き裂伝播あり）と判定される。幅方向の端部にき裂が達しなかった場合は試験結果はＮｏＢｒｅａｋ（き裂伝播なし）と判定される。上記試験操作を、試験片温度を５℃刻みで変化させながら２個づつの試験片で反復して行い、２個の試験片ともにｎｏｂｒｅａｋが得られた最も低い温度から５℃低い温度を、ＮＤＴ温度とする。
き裂は試験片を貫通して溶接ビード設置面１０１ａと半対側の面に進行する場合もあるが、本実施形態で採用する落重試験では、この貫通の有無を評価に含めない。
【００７２】
落重試験でのＮＤＴ温度をアレスト靭性値Ｋｃａの簡易評価に用いた例として、表層超細粒鋼という特殊な鋼板の破壊評価に用いた例がある（非特許文献２）。表層超細粒鋼では、表層部に、ほぼ均一の超細粒組織で脆性破壊し難い層が存在する。上記文献では表層超細粒鋼の評価に落重試験が用いられている。ただし、この文献では、落重試験で発生させた脆性き裂が、表層超細粒鋼を貫通して裏面に到達するか否かを主な評価基準とするよう、試験条件、相関式等が最適化されている。このため、ＡＳＴＭ規格の落重試験の一般的な運用法とは、試験全体の用法および結果の解釈、相関式等が大きく異なる。すなわち、この先行技術では、表層超細粒層の特性評価専用の特殊な相関式が得られるものの、当該相関式等の試験条件を一般鋼材に用いることは困難である。また、上記文献の試験では、ビード設置面に沿った態様のき裂の伝播は、試験結果に直接決定的影響を必ずしも与えない。これは、表層超細粒鋼では、き裂が表層超細粒部分を垂直方向に貫通し、その後表層超細粒部分の内側（下側）をき裂が伝播するという、特殊な伝播態様が生じるためである。図１０Ａにこの表層超細粒鋼の落重試験の破面の様子を、図１０Ｂに一般鋼材の落重試験の破面の様子を示す。表層超細粒鋼の落重試験では、この超細粒組織からなる表層部を脆性き裂が貫通し、図１０Ａの領域Ｐに達すれば試験片は全破断する。領域Ｐまでき裂が貫通しない場合は停止となる。つまり、実質超細粒域の境界まで亀裂が到達すれば、Go（伝播）と判定される。すなわち、表層超細粒鋼の落重試験では、超細粒組織からなる表層部のみの評価をしていることに等しい。一方、一般鋼材の落重試験では、脆性き裂は板厚方向、試験片幅方向の両方向（図１０Ｂの矢印）に伝播し、幅方向の貫通によりＢｒｅａｋ（き裂伝播あり）と判定される。このように、一般鋼材の落重試験では、板表面近傍の板表面に平行な脆性き裂の伝播特性を評価するものである点が表層超細粒鋼の落重試験とは大きく異なる。このため、上記文献の試験方法は、表層超細粒鋼にのみ適用できる条件に設定されており、一般鋼の試験には適用できない。
また、上記文献では、板厚内部も落重試験で評価している。板厚内部がアレスト性に寄与する主なメカニズムは、脆性き裂伝播抵抗のエネルギーであり、シアリップ形成のエネルギーではない。このため、内部試験片を落重試験で評価することは、試験鋼の製造バッチ別、製造法別に生じる鋼性状の偏差に起因する評価誤差の原因となると考えられる。当該鋼板では、表層超細粒域のアレスト特性に対する寄与があまりにも大きいため、このような誤差が大きくならず、実用化されている。このため、当該評価式は一般鋼材には適用できない。
一方、一般の鋼材の板厚表層の評価に関しては、最表面の評価と、内部の評価に別々の最適な方法を使い分けることが重要となる。本発明者らは幅広い加工条件・組成の厚鋼板において、最表面の評価としてＡＳＴＭ規格に規定されている落重試験のＮＤＴ温度が適していることを発見した。本実施形態で仕様する落重試験では、試験片の裏層にき裂が達しているかどうかは評価に含まない。この落重試験は、表層側の寄与が最も大きく裏面側の寄与が小さい試験法であり、鋼材表層のシアリップ効果の評価に適している。
【００７３】
本実施形態は、厚鋼板のアレスト性能に関する性能検査方法に関するものである。従って、前述した手法に従って、板厚方向における総体的な性能であるアレスト性能を推定して性能保証をする方法は、全て、本実施形態の技術思想の範囲に含まれる可能性がある。なお、本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定められる。
【００７４】
本実施形態は、小型試験の結果に基づいて、厚鋼板のアレスト性能を推定することを基本思想とするものであり、成分組成に基づく特性は試験結果に現れる。このため、広い成分組成の厚鋼板に対して本実施形態の方法を適用することができる。本実施形態で用いる厚鋼板は、公知の成分組成の溶接用構造用鋼から製造したものでよい。即ち、本実施形態で用いる厚鋼板は、公知の成分組成の厚鋼板でよい。
【００７５】
なお、溶接用構造用鋼としては、例えば、質量％で、Ｃ：０．０２～０．２０％、Ｓｉ：０．０１～１．０％、Ｍｎ：０．３～２．０％、Ａｌ：０．００１～０．２０％、Ｎ：０．０２％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下を基本成分とし、母材強度や継手靭性の向上等、要求される特性に応じて、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、ＲＥＭ、Ｙ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｂの１種又は２種以上を含有した厚鋼板を用いてもよい。
【実施例】
【００７６】
次に、本実施形態の実施例について説明する。実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した条件の例であり、本発明の適用範囲は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００７７】
本実施例で用いた鋼板の成分組成を表１に示す。各鋼板製造時の主な圧延条件、冷却条件、熱処理条件、板厚、および降伏強度ＹＳ等を、表２に示す。これらの板厚７０ｍｍの厚鋼板から、図２Ｂに示す採取態様で、小型試験片を採取した。表３に、小型試験の種類と採取位置を示す。
【００７８】
【表１】

【００７９】
【表２】

【００８０】
Ｖノッチシャルピー衝撃試験の結果は、延性脆性破面遷移温度と称される５０％脆性破面率を示す温度：ｖＴｒｓで示す。シェブロンノッチシャルピー衝撃試験の結果は、７０Ｊの吸収エネルギーを確保できる遷移温度で示す。シャープノッチシャルピー衝撃試験の結果は、４０Ｊの吸収エネルギーを確保できる遷移温度で示す。
【００８１】
次に、小型試験結果と、各鋼材に対して実施した大型試験で測定したアレスト性能Ｋｃａとの相関について説明する。小型試験は、本実施形態に係る方法、および比較例に係る方法を用いて行った。
【００８２】
図６Ａ～図６Ｅは比較例に係る結果を示し、Ｖノッチシャルピー衝撃試験のみを用いた小型試験と、大型試験で測定したアレスト性能と、の相関例を示す図である。小型試験には様々な位置から採取した試験片を用いた。
Ｖノッチシャルピー衝撃試験片（試験片厚み：１０ｍｍ）は、ＪＩＳに規定されている標準試験片である（図５Ｂ、参照）。
図６Ａは、図２Ｂに示す小型試験片１０ａまたは小型試験片１１のいずれか一方を用いた場合の相関図である。
図６Ｂは、図２Ｂに示す小型試験片８ａを用いた場合の相関図である。
図６Ｃは、図２Ｂに示す小型試験片９ａを用いた場合の相関図である。
図６Ｄは、図２Ｂに示す小型試験片１０ａと９ａとを両方用い、得られた小型試験結果を加重平均した場合の相関図である。
図６Ｅは、図２Ｂに示す小型試験片１０ａと８ａとを両方用い、得られた小型試験結果を加重平均した場合の相関図である。
なお、加重平均は、表層試験結果に０．４、内部試験結果に０．６を乗じて加算することで行った。この加重係数を求める手順は後述する。
【００８３】
図６Ａ、図６Ｂ、及び、図６Ｃに示す相関例では、大きくばらついていた相関関係が、図６Ｄでは、やや改善されている。また、中心偏析の影響を受けた試験片８ａを用いた図６Ｅでは、図６Ｄよりも相関のばらつきが大きい。しかし、小型試験のみを出荷試験に用いてアレスト特性を保証するためには、図６Ｄの相関を更に向上することがより好ましい。
【００８４】
図７Ａ～７Ｅに、板厚７０ｍｍの厚鋼板１０種から、小型試験片としてシェブロンノッチシャルピー衝撃試験片のみを採取して行った小型試験の結果と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す。
シェブロンノッチシャルピー衝撃試験片（試験片厚み：１０ｍｍ）については、図５Ｅに、具体的な形状、寸法（単位：ｍｍ）を示す。
小型試験片の形状と小型試験方法が異なる以外、小型試験片の採取位置、及び、結果の整理方法は、図６Ａ～６Ｅの場合と同じである。
【００８５】
シェブロンノッチシャルピー衝撃試験を採用した結果，脆性き裂発生特性の寄与が小さくなったので、図７Ｄに示す相関関係は、図６Ｄに示す相関関係に比べ、やや相関度が改善されている。
【００８６】
図７Ｅに、図２Ｂに示す試験片８ａを用いた場合における相関関係を示す。中心偏析を含む小型試験片８ａを用いていることが原因で、シェブロンノッチシャルピー衝撃試験片であっても、図７Ｄに示す相関関係に比べ、相関度は良好でない。
【００８７】
なお、詳細な結果は記述しないが、シェブロンノッチシャルピー衝撃試験片と同様，シャープノッチシャルピー衝撃試験片でも、脆性き裂発生特性の寄与が小さく抑制されているので，Ｖノッチシャルピー衝撃試験片を用いるよりも相関度が良好になる傾向が見られる。
【００８８】
一面シャープノッチシャルピー衝撃試験片（試験片厚み：１０ｍｍ）については、図５Ｃに、具体的な形状、寸法（単位：ｍｍ）を示す。試験材の３面にシャープノッチを形成した３面シャープノッチシャルピー衝撃試験片（図５Ｄ）を用いることもできる。
【００８９】
上述した図６Ａ～６Ｅ及び図７Ａ～７Ｅに示す比較例の小型試験片の試験結果と、大型試験で測定したＫｃａ値が６０００Ｎ／ｍｍ^１．５を示す温度：ＴＫｃａ６０００（℃）との相関関係から、厚鋼板のＫｃａ値を推定した。推定結果を表３に示す。表３には、実際に、大型試験で測定したＴｋｃａ６０００を、併せて示す。
【００９０】
【表３】

【００９１】
表３中、ＶＮＣは、Ｖノッチシャルピー衝撃試験片、ＣＮＣは、シェブロンノッチシャルピー衝撃試験片、ＮＤＴは、ＡＳＴＭで規定されている落重試験片を示す。図５Ａに、具体的な形状、寸法（単位：ｍｍ）を示す。
比較例ＶＮＣでは、表層小型試験、内部小型試験の双方にＶノッチシャルピー衝撃試験を用いた。
比較例ＣＮＣでは、表層小型試験、内部小型試験の双方にシェブロンノッチシャルピー衝撃試験を用いた。
比較例ＮＤＴでは、表層小型試験、内部小型試験の双方に落重試験を用いた。
比較例８ａでは、表層小型試験にも、内部小型試験にも、Ｖノッチシャルピー衝撃試験を用いた。他の例では内部小型試験の試験片を位置９ａから採取しているのに対し、比較例８ａでは内部小型試験の試験片を位置８ａから採取している。
発明例では、表層小型試験に落重試験を用い、内部小型試験にシェブロンノッチシャルピー衝撃試験片を用いた。
【００９２】
比較例ＶＮＣ、ＣＮＣでは小型試験と大型試験の差異が鋼種によって大きく異なり、十分な精度の推定値が得られない鋼種が有る。
比較例８ａは中心偏析部を含む８ａ採取位置の小型試験結果を用いたものであるが、推定誤差が大きくなっている。比較例ＮＤＴでは非特許文献２にある表層超細粒鋼と関連する評価方法を適用したが、一般鋼材では、中央部試験片に落重試験を用いた評価方法は精度が低いことが明らかになった。発明例では、小型試験より推定した値と、大型試験で測定した値の差異は、上記比較例に比べて小さく、小型試験の結果で、大型試験の結果を、工業的に精度よく推定することができることが解る。
【００９３】
発明例ＶＮＣでは、表面の落重試験と板厚内部のＶノッチシャルピー衝撃試験を用いて相関を求めた。前記発明例に比較してやや精度が下がるものの、比較例に比べて精度が良く、推定可能であることが解る。
【００９４】
発明の実施例では誤差が比較的小さいが、誤差はデータ数により強く影響を受けるため、本特許に含まれる実施例よりデータ数が多い場合は誤差が大きくなる傾向がある。本実施例の誤差はＮ＝１０の場合のデータであり、Ｎ＞１０の場合には誤差はさらに大きくなる。すなわち実際の鋼材評価試験としてNが数十～数百となる場合には、本実施例より大きな誤差となると予想される。そのような場合でも本発明は十分有用な精度良い簡易判定手法を提供するものである。
【００９５】
図８Ａは、本発明の第１の実施形態にかかる方法を用いた複合小型試験結果と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。表層小型試験片に落重試験を、内部小型試験片にシェブロンノッチシャルピー衝撃試験を行い、これらの結果を加重平均して用いた。比較例に対して、非常に高い相関が現れている。
【００９６】
図８Ｂは、比較例ＮＤＴにかかる方法を用いた複合小型試験結果と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。
【００９７】
なお、鋼３、鋼５、鋼７、鋼１０では、本発明の第１の実施形態にかかる発明例の方法においても推定精度の誤差が４℃以上であった。このため、小型試験を追加し，３位置での小型試験による推定を試みた。表４に発明例２として示す。発明例２では誤差がさらに小さくなり、小型試験結果から大型試験の結果が、高精度で推定できることが解る。
【００９８】
図８Ｃは、本発明の第２の実施形態にかかる方法を用いた複合小型試験結果と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。ここで表層小型試験片は図２Ｂに示す位置１２から採取し、内部小型試験片は図２Ｂに示す９ａと１１の２箇所から採取した。表層小型試験片に落重試験（ＮＤＴ、小型試験１）を、２箇所の内部小型試験片にシェブロンノッチシャルピー衝撃試験（ＣＮＣ、小型試験２、３）を行い、これら３つの小型試験結果を加重平均して用いた。本試験中最も高い相関が得られている。
【００９９】
図８Ｄは、図８Ａと同じく、本発明の第１の実施形態にかかる方法を用いた複合小型試験結果と、大型試験で測定したアレスト性能との相関例を示す図である。表層小型試験片に落重試験を、内部小型試験片にＶノッチシャルピー衝撃試験を行い、これらの結果を加重平均して用いた。図８Ａの試験と、図８Ｄの試験との差異は、内部小型試験片がシェブロンノッチシャルピー衝撃試験片（図８Ａ）か、Ｖノッチシャルピー衝撃試験片（図８Ｄ）か、の違いである。図８Ｄの結果でも、比較例に対して、十分に高い相関が現れている。
【０１００】
【表４】

第２の実施形態にかかる発明例２の方法では、鋼３、鋼５、鋼７、鋼１０においても、実測Ｔｋｃａ６０００を高精度で推定することができている。
【０１０１】
図９Ａ、９Ｂに、推定式の係数を算出する方法のフローチャートを示す。まず、合否判定基準から、線形での傾きすなわちａとｂの比を求め、求めた比を用いてＹ＋ａＸ／ｂとＴＫｃａを比較して相関式を決定する。その際精度が不十分であれば、第３位置での小型試験を用いａ：ｂを変化させて、上記の手順を行い誤差を最小化する。
【０１０２】
上記で説明した第１および第２の実施例において、発明例では、小型試験より推定した値と、大型試験で測定した値の差異は、比較例に比べて小さく、小型試験の結果で、大型試験の結果を、工業的に精度よく推定することができる。
即ち、本発明によれば、小型試験の結果に基づいて推定したアレスト性能Ｋｃａと、実際の大型試験で得たアレスト性能Ｋが、広い鋼種、工法にわたって、非常に精度よく一致することが解る。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の方法によると、ＥＳＳＯ試験のように、大型試験装置を必要し、高コストの大型試験を省略することが可能となる。つまり、各バッチの製品鋼材からサンプル鋼材を選出し、このサンプル鋼材から切り出した小型試験片を用いて小型試験を行い、大型試験と同様の高い精度で実製品のアレスト性能を推定できる。本発明の方法を用いると、成分・工程レベルの品質保証に替わって、小型試験に基づいた各バッチの製品鋼材レベルの品質保証を提供できる。
【符号の説明】
【０１０４】
Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄ脆性き裂伝播面
ａ、ｂ、ｃ、ｄき裂先端
７厚鋼板
８、８ａ、９、９ａ、１０、１０ａ、１１、１２小型試験片
１０１落重試験片
１０１ａ片方の表面
１０１ｂ溶接ビード
１０２小型試験片
１０３小型試験片
Ｎノッチ
２００落重試験機
２００ｂ試験片設置台
２００ａ錘

【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能を判別する方法であって：
標準鋼を用いて大型試験及び複合小型試験を行う工程と；
前記標準鋼を用いた前記大型試験の結果と前記複合小型試験の結果との相関モデルを算出する工程と；
サンプル鋼を用いて前記複合小型試験を行う工程と；
前記サンプル鋼を用いた前記複合小型試験の結果を前記相関モデルに代入して前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を推算する工程と；
を含み、
前記複合小型試験は：
（ａ）鋼板表層部を含む表層小型試験片を採取する工程と；
（ｂ）鋼板表層部を含まない一箇所又は二箇所以上の内部領域からそれぞれ内部小型試験片を採取する工程と；
（ｃ）前記表層小型試験片を用いて落重試験を行う工程と；
（ｄ）前記内部小型試験片を用いて脆性破面率または吸収エネルギーを測定する小型試験を行う工程と；
を含み、
前記複合小型試験は、前記表層小型試験片と前記内部小型試験片に対してそれぞれ異なる方法で小型試験を行う、
ことを特徴とする、高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項２】
Ｙを前記表層小型試験片の前記落重試験の結果であるＮＤＴ温度、
Ｘ１を前記内部小型試験片を用いた小型試験の結果である破面遷移温度または吸収エネルギー遷移温度、
ａ，ｂ，ｄを係数、
目標Ｋｃａ限界温度をＴＫｃａとすると、
前記相関モデルが、
ａ・Ｙ＋ｂ・Ｘ１＋ｄ＝ＴＫｃａ
であることを特徴とする、請求項１に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項３】
前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を推算する工程では、前記サンプル鋼を用いた前記複合小型試験の結果であるＹ’及びＸ１’を前記相関モデルに代入することによって前記サンプル鋼の目標Ｋｃａ限界温度の推算値であるＴＫｃａ’を算出する工程と；
前記ＴＫｃａ’と前記標準鋼の実測された目標Ｋｃａ限界温度であるＴＫｃａとを比較し、
ＴＫｃａ’≦ＴＫｃａ
であったときに、前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を良好と判定する工程と；
をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項４】
Ｙを前記表層小型試験片の前記落重試験の結果であるＮＤＴ温度、
Ｘ１を第１の内部領域から採取した前記内部小型試験片を用いた小型試験の結果である破面遷移温度、
Ｘ２を第２の内部領域から採取した前記内部小型試験片を用いた小型試験の結果である破面遷移温度、
ａ，ｂ，ｃ，ｄを係数、
目標Ｋｃａ限界温度をＴＫｃａとすると、
前記相関モデルが、
ａ・Ｙ＋ｂ・Ｘ１＋ｃ・Ｘ２＋ｄ＝ＴＫｃａ
であることを特徴とする、請求項１に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項５】
前記前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を推算する工程では、前記サンプル鋼を用いた前記複合小型試験の結果であるＹ’、Ｘ１’、及びＸ２’を前記相関モデルに代入することによって前記サンプル鋼の目標Ｋｃａ限界温度の推算値であるＴＫｃａ’を算出する工程と；
前記ＴＫｃａ’と前記標準鋼の実測された目標Ｋｃａ限界温度であるＴＫｃａとを比較し、
ＴＫｃａ’≦ＴＫｃａ
であったときに、前記サンプル鋼の脆性き裂伝播停止性能を良好と判定する工程と；
をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項６】
前記内部小型試験片が、シェブロンノッチシャルピー衝撃試験片、Ｖノッチシャルピー衝撃試験片、シャープノッチシャルピー衝撃試験片、プレスノッチシャルピー衝撃試験片、プレクラックシャルピー衝撃試験片、３面シャープノッチシャルピー衝撃試験片、及び、Ｕノッチシャルピー衝撃試験片のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項７】
前記内部領域が、板厚中心部を含まず、かつ板厚中心部から５ｍｍ以内の位置を含む領域であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項８】
前記内部領域が、板厚１／４の位置を含む領域であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項９】
前記高強度厚鋼板の降伏強度が、２４０～６００Ｎ／ｍｍ^２であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項１０】
前記表層小型試験片及び前記内部小型試験片の厚さが、１０～２５ｍｍであることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項１１】
前記高強度厚鋼板が、大型船体用鋼板であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項１２】
前記高強度厚鋼板の板厚が、５０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。
【請求項１３】
前記落重試験において、前記表層小型試験片の表面のうち、前記サンプル鋼の表層側に対応する面にクラック開始ウェルドを設け、
前記内部小型試験片の表面のうち、前記サンプル鋼の厚さ方向に沿ってノッチを設ける、
ことを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の高強度厚鋼板の脆性き裂伝播停止性能の判定方法。

【図１Ａ】

【図１Ｂ】

【図２Ａ】

【図２Ｂ】

【図３】

【図４Ａ】

【図４Ｂ】

【図５Ａ】

【図５Ｂ】

【図５Ｃ】

【図５Ｄ】

【図５Ｅ】

【図６Ａ】

【図６Ｂ】

【図６Ｃ】

【図６Ｄ】

【図６Ｅ】

【図７Ａ】

【図７Ｂ】

【図７Ｃ】

【図７Ｄ】

【図７Ｅ】

【図８Ａ】

【図８Ｂ】

【図８Ｃ】

【図８Ｄ】

【図９Ａ】

【図９Ｂ】

【図１０Ａ】

【図１０Ｂ】