船舶の衝突安全性に資する包括的材料ソリューションの開発
市 川 和 利1)

大 川 鉄 平1)

白 幡 浩 幸1)

柳 田 和 寿2)

中 島 清 孝3)小 田 直 樹3)

山 田 安 平1)

戸澤秀2)

紙 田 健 二 船 津 裕 二

加えて，世界の衝突事故による被衝突船の損傷を最小限に

. 緒

言

抑えるためには，衝突船の安全性能も高めることが必要なので，衝突船の球状船首(バルバスバウ)用鋼材と構造に関して重大海難事故の中で船舶の衝突・座礁は最も頻度が高い事も，開発・実用化を行っている．

故である(1)．これらの事故による損傷・沈没は貴重な人命や本論文では，このように，船舶の衝突安全性を向上させ，資源を喪失させ，油漏洩等が生じれば，甚大な海洋環境汚染

海洋環境を保護することを目的として船側部と船首部を包括にも繋がるので，事故が万が一発生した場合の被害軽減策がして材料設計し，確立した材料ソリューションを紹介する．

世界的関心事項である．船体構造への非金属材料(2)(3)の導入や構造変更(4)ではなく，鋼材特性の向上により，船体重量や.

開発思

想

施工・検査の負荷を増加させずに，衝突や座礁による船舶の損傷を軽減し得る手法は経済合理性の観点からも現実的であ

鋼板の衝突エネルギー吸収能を高めるには，その強度と延る．具体的には，伸びに優れた鋼板を被衝突船や衝突船の船性の両方が優れている必要がある．本鋼では従来の船体用圧体構造に適正に配置すれば，鋼板にて衝突エネルギーを吸収延鋼材( ClassNK 規則・検査要領)と同等の強度，靭性を有し，船舶の耐衝突性能を高めることができる．

しつつ，伸びを従来鋼に比べて著しく向上させた．

新日鐵住金株式会社(以降，新日鐵住金)は，今治造船株式会社(以降，今治造船)，国立研究開発法人

一般に鋼材の強度と延性は相反し，それらの両立は難しい

海上・港湾・航が，高強度鋼の一様伸びの向上には，軟質相であるフェライ空技術研究所の海上技術安全研究所(以降，NMRI)，一般財トと硬質第二相からなる複合組織とすることが有効であり，日本海事協会(以降，ClassNK)と連携して，船舶の各相の体積分率を適正化することで特性を高めることができ衝突安全性に対する包括的船体材料ソリューションを提案しる(5)．また，フェライトの細粒化強化は延性に対する悪影響ている．

が比較的小さい強化機構である(6)．さらに局部伸びの向上に団法人

その一環として，新日鐵住金では永年の開発を経て，船体は，板厚方向の硬さ分布の均一化，第二相や介在物の微細分用高延性鋼 NSafeHull(以降，本鋼)を開発した．新日鐵住散 な ど が 有 効 で あ る(7)(8) ． 本 鋼 で は ， 化 学 成 分 適 正 化 と金，今治造船と NMRI との共同研究による衝突シミュレー

TMCP ( Thermo Mechanical Control Process )技術の活用にションで本鋼の効果を検証し，実船に適用した．

より，フェライトと第二相の組織分率を最適化し，かつ第二相を微細分散させるミクロ組織制御を行うことで，高強度と新日鐵住金株式会社1)主幹研究員，2)主査，3)主幹
海上・港湾・航空技術研究所
1)海難事故解析センター 副センター長，2)研究特命主管
今治造船株式会社執行役員
日本海事協会プロジェクトマネージャー
Development of Holistic Solution to Improve Crashworthiness of Ships; Kazutoshi Ichikawa, Teppei Okawa,Hiroyuki Shirahata, Kazuhisa Yanagita, Kiyotaka
Nakashima, Naoki Oda, Yasuhira Yamada, Shigeru
Tozawa, Kenji Kamitaand Yuji Funatsu(Nippon
Steel & Sumitomo Metal Corporation. National Instituteof Maritime, Port and Aviation Technology. Imabari
Shipbuilding CO., LTD.. ClassNK)
2016年10月17日受理[doi:10.2320/materia.56.30]



高延性の両立を可能にした．さらに，S を極力低減するとともに介在物制御により，延性破壊のボイドの起点となり得る粗大介在物を排除し，伸びのばらつきを低減した． TMCP技術の活用により，炭素当量及び溶接割れ感受性組成を低減し，大入熱溶接熱影響部靭性を含む十分な溶接性を確保した．

.

Hull の特性
NSafe

表に本鋼の機械的性質の例を示す．引張試験には NK
U1 号試験片を使用した．本鋼(板厚35 mm)の応力－ひずみ新技術・新製品

表1NSafeHull の機械的性質例．
降伏点(N/mm2) 引張強度(N/mm2) 伸び()鋼

板厚(mm)A

1141051730B1838950833C2638450932D3538150533

図2図3図1

破口限界衝突速度の比較例．

NSafeHull 初適用ばら積み船の進水．

NSafeHull と従来鋼の応力ひずみ曲線の例．

曲線の例を図に示す．このように本鋼は従来鋼(KD36)と同等の強度と著しく優れた延性(従来 ClassNK 規則の約 1.5倍の伸び)を有する．本鋼は既に商業製造技術を確立されており， TMCP の加熱，圧延および冷却条件の厳格管理により，小さな材質ばらつきで強度・延性に優れた鋼板の安定製造が可能である．

.

NSafeHull の耐衝突特性解析と実船適用例

図4

初適用ばら積み船における NSafeHull の適用部材(赤色部分)．

ここでは，ばら積み船に本鋼を適用した場合の被衝突船の吸収エネルギーと破口に至る限界衝突速度に与える効果の例

衝突しても外・内殻の破口は生じない
VLCC が12ノット90°を示す．停止したばら積み船の船側部に対し，大型油タンカことを示している(13)．

ーが速度12ノット，衝突角度90°で衝突するシミュレーショ

本鋼は，今治造船建造のばら積み船に初適用され， 2014ンを非線形有限要素法解析で行った．船側外板の一部の部材

年 8 月に進水した(図)．図に示す部位に本鋼を適用するを ClassNK の規則・検査要領相当の伸びを有する従来鋼とことにより，側面衝突時の破口発生を抑制し，貨物倉内への本鋼を適用した 2 つの場合で破口状況を比較した．なお，浸水防止と貨物保護や沈没の危険性の低減が可能になる．ま海上交通安全法施行規則(昭和 48 年 3 月 27 日運輸省令第 9

た，燃料油タンク部への適用により，衝突時の油流出防止に号)で制定された我が国における航路内の最大速力制限が12も寄与する．

ノットであることや，山田と金湖による解析による「頻度が本研究の一部は，ClassNK「業界要望による共同研究」ス

高い」船舶衝突速度は 10 ～ 11 ノットであること(9) を鑑み，キームの研究支援により実施され，新日鐵住金では既にこの解析条件として，十分に高い衝突速度12ノットを仮定した．

高延性鋼に関し， ClassNK の材料認証「 Particulars of Ap-

解析の結果，船側部材の一部に本鋼を適用した場合を規則proval 」(例えば，従来の規則要求の 1.5 倍の伸びを有する相当の伸びを有する従来鋼を適用した場合と比較すると，船KA32 HD50 など)を得た．また，本鋼を適用した上述のば側外板破口発生までの吸収エネルギーは約 3 倍に向上する

ら積み船に対し，衝突や座礁に対するエネルギー吸収に効果ことがわかった．この吸収エネルギーから求められた，定量のある鋼を適用した船舶に付記される ClassNK の「 Nota-的指標である限界衝突速度(10) を比較すると， 1.75 倍に向上tion」を取得した．

する(図)．実際の船舶の「平均」衝突速度は統計的に4.27ノットであること(11)(12)を考えれば，この図で示した 5 ノッ

.

衝突安全性が高い球状船首の開発と実用化

トを超える限界衝突速度は有意なレベルである．なお，同様にして，VLCC(Very Large Crude oil Carrier)に本鋼を適用

新日鐵住金は極低炭素，高純度化と最新の圧延技術によした場合の効果も検証されており，適用部位最適化により，り ，球 状船 首 向け に特 に変 形能 力 の高 い鋼 材( NS Ship 

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan図5

衝突時の球状船首の変形解析例(海上・港湾・航空技術研究所提供)，(a)衝突前，(b)衝突後．

Safety235 )を開発し，今治造船はこれを活用し， 47000 t プ

文献

ロダクトタンカーに「セーフティーバウ」として採用した(14)．
この鋼は従来鋼の 1.5 ～ 2 倍の伸びを有し，衝突時の球状船首の変形により衝突エネルギーの吸収が大きい．なお，この鋼材開発を発端として，上述の NSafeHull の開発にも繋がっている．また，セーフティーバウは加工硬化が小さいため，衝突時の被衝突船に与える圧迫力が小さいので，万が一，衝突した場合でも被衝突船の損傷が小さい．
NMRI の協力で実施した衝突シミュレーション(例，図)で従来に比べ，被衝突船への圧迫力は 50 程度も低下し，破口も縮小する結果を得た． NS Ship Safety235 の製造および適用も ClassNK 承認を得ている．

. 結言

船体構造に高延性鋼を適切に配置することにより，衝突時の船体の破口を低減することが可能な包括的材料ソリューシ
ョンを提案・実用化した．すなわち，


従来鋼と同等の強度，著しく優れた延性，十分な溶接性を備えた船体用高延性鋼 NSafeHull を開発，実用化した．



球 状 船 首 向 け に 変 形 性 能 の 高 い 鋼 材 NS Ship Safety235 を開発，実用化した．

これらの技術は例えば参考文献(15)(24)に示すように，特許登録査定されている．NSafeHull を採用したばら積み船が既に 6 隻竣工し，現在，さらに 10 隻以上が建造中・適用予定である．今後，特に NSafeHull をタンカーなど幅広い船種に適用することで，安全・確実な海上輸送への貢献が期待される．

( 1 ) 海上保安庁海難の現況と対策について，(2012).
( 2 ) G. Nataro, K. Brinchmann and E. Steen: Collision and Grounding of Ships and Offshore Structures, ed. by J. Amdahl, S.
Ehlers and B. J. Leira, (CRC Press, Taylor & Francis Group,London, UK, 2013), 8592.
( 3 ) M. Sch äottelndreyer, I. Tautz, W. Fricke and E. Lehmann:Collision and Grounding of Ships and Offshore Structures, ed.
by J. Amdahl, S. Ehlers and B. J. Leira, (CRC Press, Taylor &Francis Group, London, UK, 2013), 101108.
( 4 ) S. Rudan, B. A ¾s ¾ci ác and I. Vi ¾si ác: Collision and Grounding ofShips and Offshore Structures, ed. by J. Amdahl, S. Ehlers andB. J. Leira, (CRC Press, Taylor & Francis Group, London, UK,2013), 331337.
( 5 ) 寺田好男，児島明彦，清瀬明人，中島隆雄，土井直己，原卓也，森本 裕，杉山昌章新日鉄技報，第380号，(2004)，
7681.
( 6 ) 辻 伸泰鉄と鋼，88(2002), 359
369.
( 7 ) 内山 郁，角田方衛鉄と鋼，57(1971), 18971911.
( 8 ) 小指軍夫鉄と鋼，61(1975), 29983021.
( 9 ) 山田安平，金湖富士夫日本船舶海洋工学会講演会論文集，第17号，(2013), 175178.
(10) Y. Yamada, H. Endo, P. T. Pedersen: International Journal ofOffshore and Polar Engineering, 18(2008), 19.
(11) A. J. Brown: Marine Structures, 15(2002), 335364.
(12) B. Liu and C. G. Soares: 7th International Conference onCollision and Grounding of Ships and Offshore Structures, ed.
by SR. Cho, H. K. Shin, J. Choung and RT Jung, (TheSociety of Naval Architectures of Korea, 2016), 157164.
(13) Y. Yamada, S. Tozawa, T. Arima, K. Ichikawa, N. Oda, K.
Kamita and H. Suga: 7th International Conference on Collision
and Grounding of Ships and Offshore Structures, ed. by SR.
Cho, H. K. Shin, J. Choung and RT Jung, (The Society ofNaval Architectures of Korea, 2016), 215223.
(14) 例えば，日刊工業新聞，2009年 8 月26日，15.
(15) 特許第5994819号(出願日2014年 5 月30日)．
(16) 特許第6007968号(出願日2014年12月26日)．
(17) 特許第3434444号(出願日1997年12月26日)．
(18) 特許第3434445号(出願日1997年12月26日)．
(19) 特許第3434446号(出願日1997年12月26日)．
(20) 特許第3499125号(出願日1998年 3 月 3 日)．
(21) 特許第3499126号(出願日1998年 3 月 3 日)．
(22) 特許第5893231号(出願日2015年 5 月26日)．
(23) 特許第5167917号(出願日2008年 4 月10日)．
(24) 特許第5167918号(出願日2008年 4 月10日)．

新技術・新製品