? ? TMCP技術不斷發展和合金設計技術進步促進了船用鋼板的高性能化。TMCP是將控制軋制和控制冷卻結合使用，制造優良力學性能鋼板的生產工藝?？刂栖堉圃趭W氏體（γ）再結晶區對軋材進行軋制，使奧氏體等軸晶粒細化，然后繼續在奧氏體未再結晶區進行軋制，在奧氏體內導入變形帶，變形帶成為鐵素體（α）生核地點，使鐵素體細晶化。在控制軋制的基礎上組合使用快速冷卻，奧氏體被過冷，可靈活獲得更微細化的鐵素體組織和貝氏體、馬氏體等高強度組織的混合組織。利用這種方法可以開發出具有附加高功能的高強度高韌性鋼。

????在強度相同的情況下，與傳統的正火等工藝相比，TMCP鋼的合金元素含量少，所以TMCP鋼焊接前可以省略預熱或降低預熱溫度，TMCP鋼的用量也迅速增加。20世紀80年代，利用TMCP工藝開發、應用高強度高韌性（HT）鋼的工作有了很大發展，大型油輪（O/T）和散裝貨輪（B/C）使用鋼材的高韌性化率迅速提高。20世紀70年代使用的是傳統的YP315鋼，當時的O/T、B/C的高韌性化率只有20%。TMCP型YP315、YP355鋼的實用化，以及80年代后期的YP390鋼的開發成功，O/T、B/C的高韌性化率達到70%。90年代后，提高造船效率和降低船舶生命周期成本（LCC）的要求不斷高漲，在這種情況下，推進了應對這些要求的高韌性鋼的開發。進入2000年以后，大型集裝箱運輸船的出現，促進了厚規格鋼材的應用。由于船體輕量化的要求，開發出YP460鋼。

????以下將以造船用高韌性鋼開發為例，對提高造船效率、降低生命周期成本和應對船舶大型化要求的船用厚鋼板開發情況進行分析。

????提高造船效率的厚鋼板

????高強度大線能量焊接用鋼。以船體部件大型化為契機，造船廠焊接實現了高效率化。例如，過去船體外板立焊使用的是雙面埋弧焊（SAW）的單面一道次焊接、多層堆焊等焊接方法，現在實現了電渣焊（EGW）。這種大線能量焊接方法的采用大大提高了造船效率。但是焊接熱影響區（HAZ）組織粗大化，導致焊接接頭韌性下降。

????大線能量焊接HAZ韌性的主要控制因子是鋼的化學成分。實現低碳當量（Ceq）的TMCP鋼對提高HAZ韌性有很大作用。為了應對更高強度和更厚鋼板的需求，除了低Ceq，還推進了利用精確控制夾雜物、析出物抑制奧氏體晶粒長大和在奧氏體內導入鐵素體轉變有效生核地點等HAZ組織細化技術的開發。

????抑制奧氏體晶粒長大的釘扎粒子有Ti氮化物、REM硫氧化物、Mg/Ca硫氧化物等。開發出使這些釘扎粒子彌散分布的技術，采用這些技術制造的鋼長時間處于高溫下，奧氏體晶粒幾乎不長大，并且HAZ粗晶區寬度大大小于傳統鋼。

????當粗大奧氏體晶粒形成后，如果在隨后的冷卻過程中奧氏體內生成微細的相變核心，使有效組織單元微細化，也可以避免奧氏體晶粒粗化引起的韌性下降。為此，對將彌散粒子作為轉變核心、促進晶內鐵素體生成的技術進行了研究。有報告稱，作為鐵素體有效生核地點的粒子有Ti氮化物、REM硫氧化物、B氮化物、Ca硫氧化物、Ti氧化物等。利用上述技術開發出的大線能量焊接鋼，大大提高了焊接效率。

????變截面鋼板。散裝貨輪的倉隔板承受的應力自上而下越來越大，所以船底部位倉隔板的厚度要大于上甲板部位倉隔板的厚度。過去的倉隔板制造方法是將厚度不同的鋼板焊接起來制作成板厚不同的一個倉隔板部件。如果使一張鋼板具有不同厚度，則可以沒有焊接接頭，從而節省大量的制造工時。變截面鋼板就是應對這種需求開發出的鋼板。在變截面鋼板軋制過程中，軋輥間隙連續變化，所以生產效率高，并且可以軋制出許多形狀和厚度差的變截面鋼板。近來，不僅可以制造厚度在單一方向變化的變截面鋼板，還可以制造中間厚兩端薄的凸形鋼板。變截面鋼板已經有用于上甲板、船底板的實例。此外，還可以制造一張鋼板有3個厚度變化的變截面鋼板，擴大了變截面鋼板的應用范圍，對提高建造效率會起到很大作用。

????加快開發降低生命周期成本的高強度厚鋼板

????耐蝕厚鋼板。油輪海難等船舶事故常常對海洋造成嚴重污染，需要對此進行許多技術措施的研究。大部分船舶損壞是由腐蝕引起的，所以提高船舶用鋼的耐蝕性是保證船舶安全和保護環境的重要手段。耐蝕鋼是復合添加微量耐蝕性元素的低合金鋼，現在已經開發出油輪用耐蝕鋼和壓倉水罐用耐蝕鋼。

????油輪貨油艙（COT）的上甲板里面和貨油艙底板的腐蝕環境和腐蝕狀況有很大差別。貨油艙上甲板里面的空間內充入防爆炸的惰性氣體，這些氣體與原油產生的H2S混合在一起，形成了特殊的腐蝕環境。貨油艙底板上是一層由原油和油泥組成的高絕緣性油膜。但在底板上有幾厘米厚的冷凝水層，水層中含有原油分離出來的高濃度氯化物離子。這些氯化物離子大大降低了油膜的絕緣性，使油膜產生缺陷。油膜缺陷處的底板和沒有缺陷處的底板形成電池，導致底板產生點腐蝕。在鋼中添加微量耐蝕性元素，分別開發出耐貨油艙上甲板里面腐蝕環境和貨油艙底板腐蝕環境的耐蝕鋼。貨油艙上甲板用腐蝕鋼的耐蝕性是傳統鋼的兩倍。貨油艙底板用耐蝕鋼的點腐蝕深度減小了30%—50%，腐蝕速度減小到傳統鋼的1/5。目前，正在推進這些耐蝕鋼的實用化。

????壓倉水罐是為保證空載船舶的航行安全充灌海水的罐體。壓倉水罐進行重防蝕涂裝以耐海水腐蝕。壓倉水罐的上甲板處于太陽熱量和海水飛沫的苛刻腐蝕環境，涂裝劣化部位的腐蝕非常嚴重。壓倉水罐用耐蝕鋼，利用腐蝕產物的保護作用降低了鋼的腐蝕程度，延長了涂裝壽命。壓倉水罐用耐蝕鋼的采用使涂裝壽命由15年延長到25年。在提高船舶安全性的同時，還節約了巨大的再涂裝修補費用。

????耐疲勞鋼。船體結構承受波浪的反復應力作用，在形狀不連續處和焊縫邊界等應力集中部位會產生疲勞裂紋。疲勞裂紋傳播，最終導致裂紋貫穿，使船體斷裂，發生大型事故。疲勞應力模式不同，厚鋼板的疲勞極限也不同，但在鋼板抗拉強度小于1000MPa的情況下，鋼板的疲勞強度隨鋼板的強度升高而升高。但是焊接接頭的疲勞強度低于母材的疲勞強度，并且母材高強度化，不能提高焊接接頭的疲勞強度。原因是焊接處形狀成為應力集中區以及焊接殘余應力的作用和HAZ成為疲勞裂紋起點等。為此開發出可以降低疲勞裂紋傳播速度的耐疲勞鋼。

????過去認為疲勞裂紋的傳播速度對于鋼種和鋼的組織具有不敏感性，很難延遲疲勞裂紋的傳播，因此提高耐疲勞性的措施是改善焊縫邊界形狀。后來由于對鋼組織和疲勞裂紋傳播路徑關系研究的進步，判明軟質鐵素體和硬質珠光體、貝氏體構成的雙相鋼中的各相界面具有延遲和抑制疲勞裂紋傳播的作用。在此研究結果的基礎上，通過TMCP工藝的優化，開發出YP315、YP355級耐疲勞鋼并實現了實用化。耐疲勞鋼疲勞裂紋傳播速度約為傳統鋼的1/2，所以耐疲勞鋼適用于散裝貨輪倉口棱角等疲勞損傷多發部位。

????船體大型化用高強度厚板

????集裝箱船用YP460鋼。為提高集裝箱船裝卸效率，集裝箱船上甲板是大開口結構，航行中產生的彎曲力矩對船舶上弦部位的倉口圍板和加強甲板產生很大的應力。為提高船體的剛度，上述部位采用了大厚度高強度鋼板。近年來，隨著海上運輸的活躍化，集裝箱船不斷向大型化方向發展。使用的YP390鋼板的厚度已經超過80mm。船體重量增加，導致焊接效率下降。為了實現船體輕量化，提高焊接效率，開發出船用YP460鋼。YP460是日本率先開發出的鋼材，充分利用TMCP技術，提高焊接性的低Pcm高強度、高韌性鋼板。使用YP460并采用上述的提高大線能量焊接HAZ韌性技術，提高了造船效率和船舶的安全性。

????高止裂性鋼。集裝箱船大型化促進了高強度特厚鋼板在集裝箱船上的應用。于是，厚鋼板的抑制脆性裂紋傳播性（止裂性）受到關注。厚度小于40mm的鋼板，焊接區產生的脆性裂紋在焊接殘余應力的作用下，向母材一側傳播并停止于母材。但研究報告指出，對于厚度大于50mm的特厚鋼板來說，焊接脆性裂紋不向母材一側傳播，而是在焊接熔合線內傳播，這意味著使用特厚鋼板時，一旦產生脆性裂紋，最壞的情況是船體斷裂、沉沒。

????日本海事協會和日本國內造船企業、鋼鐵企業以及相關單位組成的研究機構開展了關于高強度特厚鋼板止裂性的研究。研究結果表明，為使特厚鋼板具有止裂性，鋼板的脆性裂紋傳播停止韌性應大于6000N/mm，并發布了脆性斷裂止裂性設計指南。同時，進行了高止裂性特厚鋼板的開發。在高止裂性特厚鋼板軋制中，對鋼板內部溫度進行嚴格控制，使鋼板組織微細化，并且使軋制織構組織和相變織構組織最佳化，制造出YP460及以下級別的高止裂性鋼板。高止裂性鋼板的高韌性和織構組織最佳控制，使特厚鋼板具有優良的止裂性。

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