厚钢板的脆性断裂传播停止性能的评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在船舶、海洋结构物、低温IC藏箱以及建筑/ 土木结构物等大型结构 物中使用的厚钢板、尤其是板厚为50mm以上的厚钢板的脆性断裂传播停止性能的评价方 法。
【背景技术】
[0002] 在船舶、海洋结构物、低温贮藏箱以及建筑/ 土木结构物等大型结构物中，与脆性 断裂相伴随的事故对经济及环境影响较大，始终期望安全性的提高。并且，对于所使用的钢 材，要求具有使用温度下的韧性及脆性断裂传播停止性能。
[0003] 脆性断裂传播停止性能的评价通常是通过以ESSO试验或双重拉伸试验为代表的 大型试验来进行的。但是，由于这些试验是大型的，因此，为了进行试验而需要较多的天数 及成本，不容易简便地进行试验这一点是个问题。
[0004] 因此，制定了在WES3003-1995中根据V型缺口夏比试验的断面转变温度 (fracture surface transition temperature) vTrs预测脆性断裂传播停止性能的方法。 但是，对于近年来的板厚超过50_的材料来说，处于预测精度差、难以简便地进行评价的 状况。
[0005] 为了解决该问题，替代大型试验，开发出了对试验片形状进行了研究的夏比冲击 试验或落锤试验等比较小型且简易的评价方法。关于落锤试验，在专利文献1中提出了这 样的方法：在沿试验片的板厚方向赋予压缩变形之后，通过冲压缺口制作试验片，以便更稳 定地从脆性断面进行试验。
[0006] 关于夏比冲击试验，作为更高效地从脆性断面进行试验的方法，在专利文献2中 提出了这样的方法：使用在与夏比冲击试验片的缺口相当的部分形成焊道之后，引入深度 为2mm以下的锯槽的试验片来替代夏比冲击试验片来。
[0007] 在非专利文献1中记载有这样的技术：由于韧性根据板厚位置分布，因此，表示脆 性断裂传播停止性能的通过ESSO试验求出的Kca值强烈地受到低韧性区域的影响，对于 将各板厚位置处的韧性值关于该钢板的面积求平均所得到的值，进一步加权板厚中央部的 值，来评价脆性断裂传播停止性能。
[0008] 作为其他的考虑了板厚效果的脆性断裂传播停止性能的简易评价方法，在专利文 献3中提出了这样的方法：根据利用从板厚中心部和表层部选取的试验片进行3点弯曲试 验所得到的结果，来预测Kca值。此外，在专利文献4中提出了使用具有特殊形状的变形夏 比冲击试验片来评价脆性断裂传播停止性能的技术。
[0009] 在专利文献5中公开了使用冲压缺口夏比冲击试验片来评价板厚为50mm以上的 厚钢板的脆性断裂传播停止性能的技术。其中记载了一种厚钢板的脆性断裂传播停止性 能的评价方法，该厚钢板的脆性断裂传播停止性能的评价方法的特征在于，使用从板厚为 50mm以上的厚钢板的板厚的中心部和与表面相距1/4板厚的位置处选取且导入有冲压缺 口的夏比冲击试验片，来进行夏比冲击试验，并根据通过每个试验片的夏比冲击试验所得 到的断面转变温度vTrf来评价脆性断裂传播停止性能。
[0010] 此外，在专利文献6中公开了以高精度求出板厚为50mm以上的厚钢板全体的抑制 性能与使用了从厚钢板选取的小型试验片所得到的试验结果之间的相关关系的方法。这 里，提出了如下技术：沿着板厚方向选取多个小型试验片，并通过与选取位置相对应的最优 的方法进行小型试验，即，对于钢板表层，通过落锤试验来进行小型试验，对于钢板内部，通 过测量脆性断面率或吸收能量的方法来进行小型试验，并适当地组合试验结果，根据组合 结果来推断通过大型试验所得到的Kca值。
[0011] 现有技术文献
[0012] 专利文献
[0013] 专利文献1 :日本特开昭63-67544号公报
[0014] 专利文献2 :日本特开昭62-274258号公报
[0015] 专利文献3 :日本特开2008-46106号公报
[0016] 专利文献4 :日本特开2009-47462号公报
[0017] 专利文献5 :日本特开2011-33457号公报
[0018] 专利文献6 :日本特许4795487号公报
[0019] 非专利文献
[0020] 非专利文献1 :焊接学会全国大会演讲概要（溶接学会全国大会講演概要）第49 集 P. 108(1991)
[0021] 非专利文献2 :脆性裂纹抑制设计指南（脆性g裂7 u只卜設計指針）财团法人 日本海事协会（2009)
【发明内容】
[0022] 发明要解决的课题
[0023] 但是，在专利文献1~3的试验片的选取方法中，由于试验片的大小以及在进行焊 接之后再度进行加工等，试验片的制作较烦杂，难以称得上是简便的方法。在专利文献4的 技术中，由于试验片形状特殊，因此缺乏通用性。此外，在非专利文献1所记载的、根据考虑 了板厚位置的韧性值所求出的Kca值来推断大型试验结果的方法中，确实在两者之间认识 到了某种程度的相关性。但是，整体来说，偏差较大，现状是两者还没有一致到能够采用来 替代大型试验的程度。
[0024] 在专利文献5及专利文献6的技术中，需要从厚钢板的板厚方向的多个位置选取 试验片来进行试验，因此，试验片的选取复杂，难以称得上是简便的方法。
[0025] 因此，本发明的目的在于提供一种通过小型试验来评价厚钢板的脆性断裂传播停 止性能的简易的方法。
[0026] 用于解决课题的手段
[0027] 本发明者使用专利文献5中记载的厚钢板的脆性断裂传播停止性能的评价方法， 对板厚为50mm以上的厚壁材料的基于ESSO试验的脆性断裂传播停止性能、和基于导入 有冲压缺口的冲压缺口夏比试验片或变形夏比试验片（以下称作变形冲压缺口夏比试验 片。）的夏比冲击试验结果的相关性，进行了进一步的研究，重新得到了以下见解。在图4 中示出了研究中使用的板厚为50mm以上的厚壁材料的ESSO试验片的断面的示意图。脆 性裂纹的传播情况在板厚方向截面上不同，板厚中央部的脆性裂纹长度比表面部附近的脆 性裂纹长度短，板厚中央部形成为凹陷的凹陷部。另外，在板厚为50mm以上的厚壁材料的 ESSO试验片的断面上，存在如下情况：如图5所示那样，板厚中央部为凸部，夹着板厚中央 部的上下的区域形成凹部。但是，在本发明中不将它们作为对象。
[0028] 1.即使在脆性裂纹在板厚方向截面上的传播情况不同的情况（在图4中示出的、 表面部的脆性裂纹传播得比板厚中央部长的情况）下，如果板厚中央部的脆性裂纹停止传 播，贝 1J表面部分的动态应力放大系数（Dynamic stress intensity factor)在力学上下降， 成为容易停止传播的状况，因此，板厚中央部的脆性裂纹传播停止性能代表钢板整体的脆 性裂纹传播停止性能。
[0029] 2.在通过从钢板的板厚中央部位置选取的试验片进行的冲压缺口夏比冲击试验 中，吸收能量表现为20J至100J (优选25J至60J)的温度显示出了与该钢板的脆性断裂传 播停止性能的值良好的相关性。特别地，表现为40J的温度（°C)即pT40J显示出了与该钢 板的脆性断裂传播停止性能的值非常良好的相关性。
[0030] 3.冲压缺口夏比吸收能量与脆性断面率相关，在2.中，在冲压缺口夏比吸收能量 表现为20J至100J的情况下，脆性断面率为50 %至90%，冲压缺口夏比吸收能量表现为 25J至60J的情况下，脆性断面率为60 %至90%。尤其是在表现为40J的情况下，脆性断 面率为63%。冲压缺口夏比试验片的脆性断面率表现为50%至90%的温度（°C )与冲压 缺口夏比吸收能量同样地显示出了与脆性断裂传播停止性能的值良好的相关性。特别地， 冲压缺口夏比试验片的脆性断面率表现为63 %的温度（°C)即63% BATT (Brittle area transition temperature)与冲压缺口夏比吸收能量同样地显示出了与脆性断裂传播停止 性能的值非常良好的相关性。
[0031] 4.此外，即使在从厚钢板的板厚中央部选取的、使与长边垂直的方向上的截面积 比通常的试验片大并且超过IOOmm 2的变形冲压缺口夏比试验片中，断面形态从脆性断裂转 移为塑性断裂，脆性裂纹传播停止在试验片内再现。另一方面，在厚钢板的表面附近选取的 变形冲压缺口夏比试验片的断面形态多是从塑性断裂转移为脆性断裂，脆性裂纹传播停止 无法在试验片内再现。
[0032] 并且，即使在同样地通过从钢板的板厚中央部位置选取的试验片进行的变形冲压 缺口夏比冲击试验中，吸收能量表现为20J至225J的温度也显示出了与该钢板的脆性断裂 传播停止性能的值良好的相关性。并且，在变形冲压缺口夏比冲击试验中，在吸收能量表现 为20J至225J的情况下，脆性断面率为50 %至90%。
[0033] 5.在通过从厚钢板的板厚中央部位置选取的、与长边垂直的方向上的截面积（矩 形截面积）超过IOOmm 2的试验片进行的变形冲压缺口夏比冲击试验中，在变形冲压缺口 夏比试验片的与长边垂直的方向上的截面是15mm见方的情况下，吸收能量为100J的温度 (称为 pT1(W)成为 20 ~225J 能量转变温度（energy transition temperature) (°C )，在 变形冲压缺口夏比试验片的与长边垂直的方向上的截面是13mm见方