为了确保船体的安全性能，日本船厂除了强化设计和工艺管理之外，还严格执行日本船级协会规格和造船施工法标准，而且必须防止因船舶事故、损坏而造成的环境污染，故整个社会都关注船体安全性，即要求船体结构比原来有更高的可靠性。另一方面，如何提高现场的生产率也是大课题，这除了应改善与生产技术相关的硬件和软件条件之外，还需变形少、易加工的钢材。为此，利用近年炼钢、轧制技术的进步，日本开发了具有高强度可靠性和良好加工性的高功能性造船用钢材，并实现了产业化。

　　1龟裂高停止性钢板

　　龟裂高停止性钢板即表面超细晶粒钢板(简称SUF)。在船的碰撞、触礁等“非常时刻”，为了避免船体的大规模严重损坏，船板须具有高脆性裂纹停止性能，日本海事协会将之作为一个重要指标，将具有该性能的钢板定义为“高停止性钢板”

　　通常船舶航运时，由于龟裂产生后应力得到缓和、钢材对龟裂有一定停止性能、以及结构的不连续(如外板和骨架材的交叉)等因素的影响，有可能将焊接缺陷和疲劳龟裂作为起点而发生传播的脆性龟裂停止在造成致命损坏之前。然而，从对“非常时”的满载油船的碰撞状态解析可知，被撞船的侧外板上部遭到破坏，还损坏了内部结构材，同时在裂口附近的钢材产生了最大约10%的塑性应变。因此，在“非常时”往往就不能期待钢材在通常情况下具有的裂纹停止性能。

　　SUF钢板是在表层到大约为板厚1/6的范围内具有1～2μm超细晶粒铁素体组织的钢板，当脆性龟裂传播时，钢板两面的SUF部形成的剪切唇有停止的效果。

　　日本海事协会将船体产生应力的状态分类为碰撞、触礁的“非常时”和正常情况下的“通常航运时”，要求在脆裂停止材上的脆裂停止特性值(下称Kca)在“通常时”须Kca≥4000N/mm1.5，在“非常时”须Kca≥6000N/mm1.5。

　　从将一般船体用EH级KE36钢板和SUF钢板施加5%和10%塑性应变后，再进行温度梯度型ESSO(大型断裂模型)试验的结果可知，KE36船板在最低使用温度-10℃的“非常时”，即使在产生5%较低塑性应变条件下，其Kca值也降至龟裂停止性能的要求值以下;反之，即使对SUF钢板施加10%的高塑性应变后，其仍具有充分高的Kca值，即通过此ESSO试验，确认SUF钢板具有在“非常时”的裂纹停止性能。

　　SUF钢板最初用于78000m3低温式液化石油气船(LPG)，目标是使其在“非常时”不发生大规模断裂。为此，在覆盖船载槽罐(Cargotank)整个区域的船侧外板上部配置了SUF钢板。此后，大量货运船和运矿船也采用了SUF钢板，使其用量在增大。另外，SUF钢板不仅对“非常时”，且对提高在低温海域航行船舶以及低温货运槽罐周边船体构造的安全性也能提供有效保障。可以预期，在整个社会都关注船舶安全性的背景下，SUF钢板的使用范围将会不断扩大。

　　2高疲劳强度钢板

　　高疲劳强度钢板即疲劳裂纹扩展抑制钢板(简称FCA)。过去，防止疲劳破坏是遵从在特定部位如何抑制产生的变化应力这一观点来进行的。如果焊接部的疲劳裂纹的发生、扩展特性与钢材的强度和组织无关，则此认识是可以接受的。然而，利用对钢材的组织控制，却能开发可抑制疲劳裂纹扩展的钢板，并获得更高的疲劳强度可靠性。

　　FCA钢板的这种扩展抑制机理是，由适当比例构成的铁素体+贝氏体复合组织对疲劳裂纹有以下3种抑制效果：①相边界对裂纹扩展速度的抑制。②交变软化对裂纹开口的抑制。③交变软化预应变后延性断裂抗力下降的抑制。

　　在小型CT试样上确认了FCA钢板的龟裂扩展速度为原来钢板的大约1/2以下。为了确认实际钢结构的疲劳寿命提高的效果，进行了模拟船体结构模型疲劳试验。从结果可知：从使用FCA钢板模型加强板转角焊接部产生的疲劳龟裂到表面断裂的寿命约为原来钢板的2倍，这说明即使是在结构体上，也有显著的疲劳寿命提高效果。

　　FCA钢板最初是用作LPG船的双层底面材，其目的是为了提高全长贯通焊缝部的疲劳寿命。从FCA钢板和原来钢板的疲劳龟裂扩展解析结果可知，使用FCA钢板的疲劳寿命大约为使用原来钢板的2.5倍。防止疲劳断裂是确保结构安全性的重要技术，还可因此而降低维修费用，今后FCA类高疲劳强度钢板在造船工程中的重要性将更加凸显出来。

　　3热变形抑制钢板

　　热变形抑制钢板即残余应力控制钢板。在包括造船的钢结构制作过程中，难以避免因切割和焊接输入热量而引起的钢板变形，从而降低了施工效率并增加矫正工时数，这是与高精度组装部件以及提高切割(焊接)精度等机械化、自动化的现场作业目标与发展方向背道而驰的。

　　造成切割和焊接时钢材变形的原因是输入热量及其波动、钢材轧后形状不良以及内部的残余应力等。特别是因不均匀的残余应力难以预测，故设法将之降低就更为必要。为此，在原TM-CP(即控轧控冷)工艺技术的基础上，开发了系统的钢材形状和残余应力控制技术。一方面在钢坯加热、轧制及轧后快冷过程中抑制平直度不良和残余应力的产生，同时利用在线的残余应力预测技术评价，判定钢材及其切割后的形状，从而实现了高精度残余应力控制，并将之作为解决轧后钢材形状不良和残余应力不均匀的有效手段。

　　采用以上技术生产的残余应力控制钢板能用于船壳部位。在组装船的双层外壳的平行底座(尺寸为宽12m×长20m×高3m)、焊接纵梁及面板时，检测了不同钢板的制作误差和作业时间。结果表明，使用残余应力控制钢板的纵梁间隙都控制在允许的误差范围以内;反之，使用原来钢板误差常超过允许范围。由于前者可以不经调整而施工，故较之后者可大幅节省工时，提高了施工效率。

　　4提高安全性的课题

　　为了确保船体的安全性，并随寿命的延长而降低寿命周期费用，如何抑制船体腐蚀是关键。日本造船协会实际调查了船载油罐腐蚀状况，在查明腐蚀原因及机理的基础上，所开发的耐蚀船板不仅可抑制底板的点蚀和上甲板内面的仓面腐蚀，且具有与原来的TMCP型船板同等的焊接性与加工性。这种钢板正在不断用于油船的建造中，已经开始显示出延迟腐蚀、延长寿命和防止损坏事故发生(而污染海洋环境)的效果。

　　另一方面，大型集装箱的上甲板纵贯梁材采用了厚70～80mm的YP390N/mm2级高强度钢板。近有研究报告指出，超厚板的脆性龟裂传播试验表明，在最低航运温度(-10℃)和一定应力条件下，无论是在大热量输入焊缝还是母材上，要停止脆性龟裂都是困难的。因此，如何确保超厚钢板焊缝韧性、母材的脆裂停止性、检测和排除焊接缺陷，从而确保此超厚板结构的可靠性是重要课题。作为解决这些问题之一例，是开发了大热量输入焊接用YP460N/mm2级高强度钢板。

　　(来源：钢铁产业)