[发明专利]板厚方向的抗疲劳特性优异的厚钢板及其制造方法和使用该厚钢板的角焊接头

说明书

技术领域

本发明涉及适合用于船舶（ships）、海洋结构物（marine structure）、桥梁（bridge）、建筑物（construction）、压力容器（pressure vessel）等焊接钢结构物（welded steel structure）的板厚方向的抗疲劳特性（fatigue resistance）优异的厚钢板（steel plate）及其制造方法和使用该厚钢板的角焊接头。

背景技术

作为船舶、海洋结构物、桥梁、建筑物、压力容器等焊接钢结构物中所使用的钢板，当然不仅要有优异的强度（stength）、韧性（toughness）等机械性能（mechanical property）、焊接性（weldability），而且，对于运转时的稳定的循环荷载（steady cyclic load）、因风（wind）、地震（earthquake）等震动引起的不稳定的循环荷载（unsteady cyclic load），还要求钢板具有能确保结构物的结构安全性（structural safety）的特性。尤其是近年来，强烈要求钢板具有优异的抗疲劳特性。

焊接钢结构物中，焊趾部等处存在大量的应力集中部，由于焊趾部容易出现应力集中，且拉伸的残余应力也起作用，因此，在循环荷载产生作用的情况下，容易从焊趾部（weld toe）发生疲劳裂纹（fatigue crack），焊趾部成为疲劳裂纹的发生源的情况较多。

为了防止这种疲劳裂纹的发生，已知的有改善趾部形状、导入压缩残余应力（compressive residual stress）等对策。但是，由于在焊接钢结构物中存在大量的焊趾部，因此，对焊趾部逐一实施上述防止疲劳裂纹发生的对策需要很大的劳力和时间，会导致施工量增加和施工成本上涨。

因此，作为这种防止疲劳裂纹发生的对策的替代方法，设想通过提高所使用的钢板自身的抗疲劳特性来提高焊接钢结构物的抗疲劳特性。通过提高钢板自身的抗疲劳特性，疲劳裂纹的生长受到抑制，可延长焊接钢结构物的疲劳寿命（fatigue life）。

针对这种需要，例如，专利文献1中提出了一种具有沿钢板轧制方向存在的条纹状第二相在母相内以5～50％的面积率分布的微观结构（microstructure），第二相的硬度（hardness）Hv比母相的硬度Hv高30％以上，抗疲劳裂纹扩展特性（fatigue crack propagation properties）良好的钢板。

在专利文献1记载的技术中，使硬度高的第二相分散在母相中，通过疲劳裂纹到达硬的第二相附近时裂纹传播会大幅度延迟这一现象来提高钢板的抗疲劳裂纹传播特性，因此，优选使第二相的长宽比（aspect ratio）在4以上。据专利文献1记载，若将这种钢板用于表面会有疲劳裂纹产生并传播的大型结构物，则不需要特别的思量，就能赋予大型结构物以高的阻止疲劳裂纹传播的特性。

此外，已经知道，在焊接接头中，包角焊接（box arc weld）、十字焊接（cruciform arc weld）、盖板焊接（cover plate weld）、螺柱焊接（stud weld）等角焊接头（fillet welded joint）的疲劳强度（fatigue strength）最低，尤其是被用于最近的大型集装箱船（container vessels）等的极厚钢板（heavy gauge steel）的角焊接头的疲劳强度改善被当作紧急的课题（urgent issue）。使用角焊接头时，焊趾部产生的疲劳裂纹会沿板厚方向扩展，因此，使用板厚方向的抗疲劳特性优异的钢板对提高接头的抗疲劳特性有效。

此外，专利文献2记载了一种按质量计，含有C：0.015～0.20％、Si：0.05～2.0％、Mn：0.1～2.0％、P：0.05％以下、S：0.02％以下，余部由Fe和不可避免的杂质构成，用X射线测得的板厚方向（200）的衍射强度比（diffracted intensity ratio）为2.0～15.0，且回复铁素体粒（recovery ferrite grain）或重结晶铁素体粒（recrystallized ferrite grain）的面积率（area ratio）为15～40％的板厚方向的疲劳裂纹传播速度（fatigre crack growth rate）低的厚钢板。