(57)【要約】      （修正有）【課題】大型コンテナ船等の大型船舶に用いられる脆性亀裂伝播停止特性に優れた鋼構造体を提供することを目的とする。【解決手段】船舶用鋼構造体の引張試験における規格降伏強度を３９０Ｎ／ｍｍ２より大きいこととし、かつアレスト性能を示す値Ｋｃａを−１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とし、所定の厚さを有する船舶用鋼構造体であって、破面遷移温度が、Ｋｃａを−１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ１．５の前記厚さを有する鋼板が示す破面遷移温度以下である。【選択図】図６
2006131056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張試験における規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２より大きく、かつ
アレスト性能を示す値Ｋｃａが−１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である、船舶用鋼構造体。
【請求項２】
所定の厚さを有する船舶用鋼構造体であって、
引張試験における規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２より大きく、かつ
破面遷移温度が、アレスト性能を示す値Ｋｃａが−１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ１．５の前記厚さを有する鋼板が示す破面遷移温度以下である、船舶用鋼構造体。
【請求項３】
所定の厚さを有する船舶用鋼構造体であって、
引張試験における規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２より大きくであり、かつ
シャルピー衝撃試験における吸収エネルギー値が、アレスト性能を示す値Ｋｃａが−１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ１．５の前記厚さを有する鋼板が示す破面遷移温度に対応するシャルピー衝撃試験における吸収エネルギー値以上である、船舶用鋼構造体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の鋼構造体を備えた船舶。
【請求項５】
前記鋼構造体を上甲板付近の縦通部材として用いた請求項４記載の船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性亀裂伝播停止特性に優れた船舶用鋼構造体に関するものである。特に本発明は、上甲板付近の船倉開口部が大きいコンテナ船やバルクキャリア等であって、これらの中でも大型の船舶において、上甲板付近の縦通部材として好適に用いられる船舶用鋼構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンテナ船は上甲板付近の船倉開口部が大きいため、船体を一本の梁と考えた時の縦曲げ強度を確保するために、上甲板付近の縦通部材を厚板化する必要がある。
図５及び図６は、コンテナ船の一例を示す図であり、図５はコンテナ船の左舷側を上から見た概略図、図６は図５の位置Ａ上部の縦通部材を示した断面図である。
図中、符号１はコンテナ船、Ｃはコンテナ船の中心線、２は船側外板（アウターシェル）、３はアッパーデッキプレート（上甲板）、４はアッパーデッキプレート付ロンジ、５はロンジバルクヘッド（縦通隔壁）、６はハッチコーミング、６ａはハッチコーミングプレート、６ｂはハッチコーミングプレート付ロンジ、６ｃはハッチコーミングトッププレート、６ｄはハッチコーミングトッププレート付ロンジをそれぞれ示している。
近年、６０００ＴＥＵ（２０フィートコンテナ換算個数；以下同じ）クラスの大型コンテナ船の上甲板３付近の縦通部材には、板厚が６０ｍｍ前後でかつ規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼板が用いられている。また、８０００ＴＥＵ以上の大型コンテナ船では、上甲板３付近の縦通部材に板厚が７０〜８０ｍｍ前後でかつ規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼板が用いられることがあり、上甲板３付近の縦通部材の厚板化が進んでいる。
特に、上甲板３の上方に位置するハッチコーミング６を構成する縦通部材（ハッチコーミングプレート６ａ、ハッチコーミングプレート付ロンジ６ｂ、ハッチコーミングトッププレート６ｃ、ハッチコーミングトッププレート付ロンジ６ｄ）では縦曲げ応力が最大となるため、厚板化が顕著である。
【０００３】
上記縦通部材として用いられる鋼板も含め、船舶の構造部材として用いられる鋼構造体については、脆性亀裂の発生を防止すべく破壊靭性値が船級協会によって規定されている。例えば、船体の長さ方向の中央部付近では船長方向の曲げモーメント(縦曲げモーメント)が大きく，同部の上甲板では、船長方向の応力(縦曲げ応力)が高いため、板厚が３０ｍｍを超える場合は高靭性のＥ級鋼を用いることが規定されている（破壊靭性の等級はアルファベットで表され、破壊靭性値の低い方からアルファベット順で規定されている）。破壊靭性値は、溶接部についても同様に規定されている。
【０００４】
ところで、上述のように、船舶用鋼構造体の脆性亀裂の発生については船級協会によって規定されているが、万一亀裂が発生した際の停止性能（以下、「脆性亀裂伝播停止特性」または「アレスト性」と呼称する）については規定がない。
一方で、一般に厚い鋼板ほど脆性亀裂伝播停止特性の高いものを製造するのが難しいため、船舶の大型化に伴う厚板化は脆性亀裂伝播停止特性の低下を招くおそれがあった。また、鋼板の厚板化は、溶接性の低下を招き、溶接部の溶接品質確保が困難になる問題があった。さらに、上甲板付近の縦通部材を厚板化した場合、船舶の重心が高くなるため、船舶の復元力が低下し、その結果コンテナ等の積載物の積載可能量が低下する問題があった。また、脆性亀裂伝播特性と溶接性を確保する為に大幅な厚板化を避けた場合は、上甲板付近の縦通部材よりも船体梁の中性軸に近く補強効率の悪い縦通部材も厚板化して縦曲げ強度を確保する必要がある為、大幅な重量増加となり、コンテナ等の積載物の積載可能量が大幅に低下する問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３２０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、船舶の大型化に伴う鋼構造体の厚板化には種々の問題点があり、船舶の安全性の確保等の理由から、脆性亀裂伝播停止に必要なアレスト性能を設定し、板厚の上限値を規定する必要がある。板厚を一定の上限値以下に保ったまま船舶の大型化に対処するには、船舶の設計上のディメンションを変更するか、より強度の高い鋼構造体を用いる方策が考えられる。
しかし、船舶の設計上のディメンションを変更した場合には、船舶の使い勝手が悪くなったり、重量の増加を招いたりすることになり、好ましくない。
また、より高強度の鋼構造体を用いるためには、従来の規格降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ２級を超える高強度の鋼構造体を開発する必要がある。しかし、船舶の建造にあたって必要な船舶協会の規定は、規格降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼構造体までしか定めていない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、大型コンテナ船等の大型船舶に用いられる鋼構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の船舶用鋼構造体は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる船舶用鋼構造体は、引張試験における規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２より大きく、かつアレスト性能を示す値Ｋｃａ（以下、「Ｋｃａ値」と呼称する）が−１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である。
この船舶用鋼構造体は、引張試験における規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２より大きいので、船級協会で規定されている３９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼板より高強度であり、板厚を従来よりも薄くすることができる。また、Ｋｃａ値を船舶の使用温度とされている−１０℃において４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とすることにより、船舶用構造部材として必要なアレスト性能を維持しながら十分な強度を発揮するように鋼構造体の板厚の上限値を定めることができる。
【０００９】
また、本発明にかかる船舶用鋼構造体は、所定の厚さを有する船舶用鋼構造体であって、引張試験における規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２より大きく、かつシャルピー衝撃試験における破面遷移温度が、アレスト性能を示す値Ｋｃａが−１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ１．５の前記厚さを有する鋼板が示す破面遷移温度以下であってもよい。
この船舶用鋼構造体は、引張試験における規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２より大きいので、船級協会で規定されている３９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼板より高強度であり、板厚を従来よりも薄くすることができる。また、Ｋｃａ値が船舶の使用温度とされている−１０℃において４０００Ｎ／ｍｍ１．５となる板厚と破面遷移温度との相関関係を予め求めておけば、容易に求めることができる破面遷移温度と板厚とを設定することにより、必要アレスト性能を満足する鋼構造体を簡易的に選択することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる船舶用鋼構造体は、所定の厚さを有する船舶用鋼構造体であって、引張試験における規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２より大きく、かつシャルピー衝撃試験における吸収エネルギー値が、アレスト性能を示す値Ｋｃａが−１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ１．５の前記厚さを有する鋼板が示す破面遷移温度に対応するシャルピー衝撃試験における吸収エネルギー値以上のものであってもよい。
この船舶用鋼構造体は、引張試験における規格降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ２より大きいので、船級協会で規定されている３９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼板より高強度であり、板厚を従来よりも薄くすることができる。また、Ｋｃａ値が船舶の使用温度とされている−１０℃において４０００Ｎ／ｍｍ１．５となる板厚と破面遷移温度との相関関係、並びに破面遷移温度とシャルピー衝撃吸収エネルギー値との相関関係から、板厚とシャルピー衝撃吸収エネルギーの下限値との関係を予め求めておけば、容易に求めることができるシャルピー衝撃吸収エネルギー値と板厚とを設定することにより、必要アレスト性能を満足する鋼構造体を簡易的に選択することができる。
【００１１】
また、本発明の船舶は、前記鋼構造体を備えている。
この船舶は、必要アレスト性能を考慮して高強度鋼構造体の板厚が設定されているので、船舶が大型化しても鋼構造体を大幅に厚板化せずに強度が確保される。
【００１２】
この船舶は、前記鋼構造体を上甲板付近の縦通部材として用いたものとすることができる。
前記鋼構造体を上甲板付近の縦通部材として用いた船舶は、必要アレスト性能を考慮して前記縦通部材の板厚が設定されているので、船舶が大型化しても、縦通部材を大幅に厚板化せずに強度が確保される。従って、船舶の重心が高くなるのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、船舶が大型化しても、その構造部材として好適な強度とアレスト性能を有する鋼構造体を、大幅に厚板化することなく提供することができる。従って、この鋼構造体を用いれば、溶接性を損なうことがないので、船舶を建造する際に溶接部の溶接品質を確保することができる。
また、この鋼構造体を採用した船舶は、強度を維持したまま構造部材が大幅に厚板化するのを防ぐことができる。特にこの鋼構造体をコンテナ船等の船倉開口部が大きい船舶の上甲板付近の縦通部材に採用した場合は、船舶の重心が高くなるのを防ぐことができるので、船舶の復元力を高くすることができ、その結果、本発明の船舶は、上甲板付近の縦通部材を大幅に厚板化して強度を確保した船舶に比べ、コンテナ等の積載物をより多く積載することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の船舶用鋼構造体は、厚板化の可能性がある船舶の構造部材として好適に用いられるものである。特に、本発明の船舶用鋼構造体は、大きい縦曲げ応力がかかるために厚板化される傾向がある、コンテナ船の上甲板付近の縦通部材に好適に用いられる。中でも、積載可能量が８０００ＴＥＵを超えるコンテナ船に最も好適に用いられる。
また、本発明の船舶用鋼構造体は、コンテナ船に限らず、厚板化の可能性の高い船舶（例えば、バルクキャリア、ＬＮＧキャリア等）にも適用可能である。
【００１５】
本発明の鋼構造体の引張試験における規格降伏強度は、船級協会で高強度鋼板として規定されている３９０Ｎ／ｍｍ２級よりも高く、より好ましくは４６０Ｎ／ｍｍ２以上である。
これにより、本発明の鋼構造体は、３９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼板に比べ、厚さを約１０〜２０％低減することが可能である。
【００１６】
本発明の鋼構造体のＫｃａ値は、−１０℃において４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であるが、これは以下のようにして定めた。
アレスト性能を示すＫｃａ値が約２０００〜６００００Ｎ／ｍｍ１．５の種々の鋼板を供試材として用いて、大型混成ＥＳＳＯ試験あるいは大型混成二重引張試験が以下の条件で行われている。（参考文献：  日本造船研究協会第１９３研究部会、日本造船研究協会報告第１００号  １９８５年）
供試材：
船舶用鋼板（ＨＴ５０）
グレード  ＥＨ３６
板厚  ３５ｍｍ
応力：
（０．４〜０．８３）×規定降伏強度
温度：
−６０〜＋４℃
【００１７】
この大型混成ＥＳＳＯ試験の結果を図１に示す。
図１の結果から、大型混成ＥＳＳＯ試験において、供試材のＫｃａ値がその試験温度で４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であれば、長大亀裂の伝播を停止できることが分かった。
船舶の使用温度は−１０℃と規定されているので、本発明の鋼構造体のＫｃａ値は−１０℃で４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とした。
【００１８】
船舶用鋼構造体のＫｃａ値が上述の本発明の範囲を満たすかどうか評価するために、以下に説明するＥＳＳＯ試験によってＫｃａ値を求めることができる。なお，Ｋｃａ値は二重引張試験等他の試験方法でも求められるが，ここではＥＳＳＯ試験を代表に説明する。
（ｉ）試験片形状、寸法
ＥＳＳＯ試験片の形状、寸法を図２に示す。図２（ａ）はＥＳＳＯ試験片の全体形状を示すものであり、図２（ｂ）はＥＳＳＯ試験片の切欠き部形状を示すものである。
（ｉｉ）試験方法
まず、図２に示す試験片の応力をかける両端に溶接によりタブを取り付け、これを大型試験機にセットする。
次に試験片に所定の温度分布を与えるとともに、所定の引張応力を加える。その状態で切欠き部にくさびを打撃して十分な衝撃エネルギーを与え、脆性亀裂を発生させる。発生した脆性亀裂が伝播し、停止した点の温度と脆性亀裂の長さおよび応力を記録する。
【００１９】
（ｉｉｉ）結果の表示
まず、脆性亀裂の長さと応力を次式に代入して、脆性亀裂伝播抵抗値Ｋｃａを算出する。
Ｋｃａ＝σ（２Ｂｔａｎ（πｃ／２Ｂ））１／２
ただし、
σ：伝播部グロス応力
ｃ：伝播部入口から脆性亀裂先端までの長さ
Ｂ：試験片幅
【００２０】
次に本発明者らは、必要アレスト性能、すなわち船舶の使用温度とされている−１０℃において４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上、を確保するために必要な遷移温度と板厚との関係を見出した。さらに、遷移温度とシャルピー衝撃吸収エネルギー値との間にも相関関係があることを見出した。そこで、これら相関関係を組み合わせることにより、所定板厚の鋼構造体が必要アレスト性能を満足するか否かを、シャルピー衝撃吸収エネルギー値を用いて簡易的に判定する方法を検討した。
【００２１】
まず本発明者らは、簡易的に必要アレス性能を検証する方法を検討するために、アレスト性能（Ｋｃａ）と破面遷移温度（ｖＴｒｓ）との関係を調べた。図３は、板厚４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、６５ｍｍ及び７０ｍｍのそれぞれの鋼板について、破面遷移温度（ｖＴｒｓ）（℃）と、Ｋｃａ値が４０００Ｎ／ｍｍ１．５を示す温度（Ｔ（Ｋｃａ＝４０００））（℃）との関係を示すグラフである。
図３のグラフから、船舶の使用温度とされている気温−１０℃において必要アレスト性能（Ｋｃａ）４０００Ｎ／ｍｍ−１．５を確保するために必要な板厚と破面遷移温度（ｖＴｒｓ）との関係が分かる。
従って、鋼板のアレスト性能（Ｋｃａ）が分からない場合でも、容易に得られる破面線温度（ｖＴｒｓ）と板厚から、鋼板のアレスト性能（Ｋｃａ）を判定することができる。
【００２２】
次に、鋼板の破面遷移温度（ｖＴｒｓ）とシャルピー衝撃吸収エネルギー値（ｖＥ）との関係を調べた。図４は鋼板の破面遷移温度（ｖＴｒｓ）（℃）と−４０℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ（−４０℃））（Ｊ）との関係を示すグラフである。
また、図４には、図３のグラフに示した各鋼板の板厚に対応する破面遷移温度（ｖＴｒｓ）（℃）を上向きの矢印で示した。
【００２３】
図４に示した破面遷移温度（ｖＴｒｓ）及びシャルピー衝撃吸収エネルギー値（ｖＥ）の関係を示す線と、各鋼板の板厚に対応する破面遷移温度（ｖＴｒｓ）を示す前述の矢印との交点におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー値（ｖＥ）を読み取ることにより、所定の板厚を有する鋼板が必要アレスト性能（Ｋｃａ）を確保するために要求されるシャルピー衝撃吸収エネルギー値（ｖＥ）を求めることができる。
従って、図３及び頭３のグラフを組み合わせることにより、鋼板のアレスト性能（Ｋｃａ）が分からない場合でも、容易に得られるシャルピー吸収エネルギー値（ｖＥ）と板厚から、鋼板のアレスト性能（Ｋｃａ）を判定することができる。
【００２４】
次に、コンテナ船が大型化した場合の上甲板付近の縦通部材の板厚に関し、（１）コンテナ船の深さ、幅を変更する場合、（２）板厚をあげて対処する場合、（３）高強度材料を開発、採用する（アレスト性能を考慮しない）場合、及び（４）本発明の鋼構造体を採用する場合を、図６を参照しながら比較する。
なお、ここでは、一例として、上甲板付近の縦通部材が以下のグレード及び板厚を有する従来のコンテナ船を大型化する場合を想定する。
船側外板２：  ６０ｍｍ  ＥＨ３６
アッパーデッキプレート３：  ６０ｍｍ  ＥＨ３６
ロンジバルクヘッド５：  ６０ｍｍ  ＥＨ３６
ハッチコーミング６：  ６５ｍｍ  ＥＨ４０
【００２５】
（１）コンテナ船の深さ、幅を変更する場合
縦通部材の材料強度及び厚さを変更せずに、コンテナ船の深さ、幅を変更する場合は、荷役への悪影響が懸念される。また、コンテナの重量の大幅な増加が予想される。
【００２６】
（２）板厚をあげて対処する場合
一例として、上甲板付近の縦通部材のグレード及び板厚を以下のようにすることが想定される。
船側外板２：  ７５ｍｍ  ＥＨ３６
アッパーデッキプレート３：  ７５ｍｍ  ＥＨ３６
ロンジバルクヘッド５：  ７５ｍｍ  ＥＨ３６
ハッチコーミング６：  ８０ｍｍ  ＥＨ４０
この場合、厚板化により、アレスト性能が低下する。また、厚板化により重量が増加する。さらに、コンテナ船の重心が高くなるため、復元力が低下し、その結果コンテナの積載可能量が低下する。
（３）高強度材料を開発、採用する（アレスト性能を考慮しない）場合
一例として、上甲板付近の縦通部材のグレード及び板厚を以下のようにすることが想定される。
船側外板２：  ５５ｍｍ  ＥＨ４０
アッパーデッキプレート３：  ７５ｍｍ  ＥＨ４０
ロンジバルクヘッド５：  ５５ｍｍ  ＥＨ４０
ハッチコーミング６：  ８０ｍｍ  降伏強度４６０Ｎ／ｍｍ２
この場合、上記（２）の材料を高強度化し、比較的縦曲げに対する強度への寄与度の小さい船側外板２及びロンジバルクヘッド５の板を薄くすることで、重量増加を抑えることが想定される。しかし、アレスト性能は考慮されていないので、アッパーデッキプレート３及びハッチコーミング６の板厚は低減されていない。
（４）本発明の鋼構造体を採用する場合
本発明に従ってアレスト性能を考慮して高強度材料を採用する場合の一例として、上甲板付近の縦通部材のグレード及び板厚を以下のようにすることが想定される。
船側外板２：  ６５ｍｍ  ＥＨ４０
アッパーデッキプレート３：  ６５ｍｍ  ＥＨ４０
ロンジバルクヘッド５：  ６５ｍｍ  ＥＨ４０
ハッチコーミング６：  ６５ｍｍ  降伏強度４６０Ｎ／ｍｍ２
この場合、板厚は従来並みに抑えられ、必要アレスト性能が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】各種鋼板について行った大型混成ＥＳＳＯ試験の結果を示す図である。
【図２】ＥＳＳＯ試験片の形状、寸法を示す図である。
【図３】鋼板の破面遷移温度と、Ｋｃａ値が４０００Ｎ／ｍｍ１．５を示す温度との関係を示すグラフである。
【図４】鋼板の破面遷移温度と−４０℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図５】コンテナ船の左舷側を上から見た概略図である。
【図６】図５の位置Ａ上部の縦通部材を示した断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  コンテナ船
２  船側外板
３  アッパーデッキプレート（上甲板）
４  アッパーデッキプレート付ロンジ
５  ロンジバルクヘッド
６  ハッチコーミング
【図１】
2006131056.tif 000003
【図２】
2006131056.tif 000004
【図３】
2006131056.tif 000005
【図４】
2006131056.tif 000006
【図５】
2006131056.tif 000007
【図６】
2006131056.tif 000008