專利名稱：船首構造的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有在碰撞時通過自己變形而能夠防止碰撞的對方側的船的損傷的緩沖效果、由此提高了碰撞安全性的船首構造。本申請基于2009年8月24日在日本提出申請的特愿號來主張優先權，這里引用其內容。
背景技術：
目前的大型船為了即使稍稍減輕航行時的波浪的阻力帶來的能量損失，在船首水線下具備球鼻船首(球狀船首)。為了制造在該球鼻船首中使用的曲率較大的曲板，在其成形過程中，較多地采用通過線狀加熱進行的彎曲加工、即線狀加熱加工。該線狀加熱加工是將鋼板表面使用煤氣燃燒器等以線狀局部加熱以使加熱側表面的最高到達溫度成為6oo°c iioo°c左右的加工方法。在該線狀加熱加工中，利用加熱部分熱膨脹、通過來自其周圍的約束而塑性變形的現象。此外，在該線狀加熱加工中，為了提高作業效率而在剛剛加熱之后一般進行水冷，線狀加熱加工后的鋼板對加熱的部分進行淬火，屈服強度局部地上升。因此，使用這樣的曲板的球鼻船首的沿著表面的強度不均勻，不易變形。在具備這樣的球鼻船首的船碰撞到其其他船上的情況下，例如如圖IOA所示，有可能本船200的船首 200a陷入到其他船201的船腹201a中而將船腹201a破壞、另外破壞部位201b擴大而在船體上開孔(船體破口)。以往，作為提高船的碰撞安全性的機構(構造)，研究了船殼的雙重構造化等，主要從船體構造的方面進行了研究。但是，近年來，研究了采用碰撞時的能量吸收性能良好的鋼材的技術。作為該例子，在下述專利文獻1中，公開了在船側外板等中采用如下鋼材的船體構造與以往的國際船級協會聯合(IACS)的統一規格材料相比使屈服應力oy與均勻伸長￡11的乘積(07\ ε U)增加20%以上的鋼材、或者使在拉伸試驗中達到均勻伸長ε u的能量吸收量增加20%以上的鋼材、或者屈服應力oy為同等以上并且使均勻伸長ε u增加 20%以上的鋼材。在該結構中，雖然是與以往沒有變化的船體構造的原狀，但能夠使在船體上發生破口之前能夠吸收的能量增加。但是，在本船的船首碰撞到其他船的船腹上的情況下，即使其他船使用能量吸收量提高了 50%以上的鋼板，在本船的船首不變形的情況下也有可能將其他船的船腹貫通。 在此情況下，有不能期待上述的吸收能量增加的問題。對于這樣的問題，也研究了設計即使是本船的船首與其他船碰撞的情況、也發揮緩沖效果的船首部的方案。例如，在下述專利文獻2中，公開了使用比在一般的船體建造中使用的鋼鐵材料柔軟的材料建造船首部、具有柔軟構造的船首部。但是，在該專利文獻2中，作為柔軟的材料，僅表示了難以向大型船舶應用的鋁材，關于使用鋼材得到柔軟構造的技術沒有特別公開。此外，在下述專利文獻3中，公開了如下船首構造在球鼻船首的球狀突起(球狀部)的根部的外板上，設有由屈服應力為235MPa以下的低屈服點鋼構成的低強度部。在該構造中，通過使根部的橫方向的彎曲強度下降，船首部在碰撞的反作用力下彎折，防止碰撞船的船首部陷入到其他船的船腹中。在該專利文獻3中，通過在充分確保球鼻船首的鉛直方向的強度的同時、使球鼻船首的水平方向的構造強度下降，如圖IOB所示，在碰撞時球鼻船首300a的根部300b在船體寬度方向上容易變形，使碰撞部300c的接觸面積增大。該構造通過該接觸面積的增大防止碰撞船(本船)300及被碰撞船(其他船)301兩者的破口(孔的產生)。但是，根部300b 的彎折，通過使用低屈服點鋼的部位的局部變形而發生，通過根部300b的彎折，碰撞能量不被充分吸收。此外，通過球鼻船首300a彎折，本船300與其他船301更接近，兩者的距離不伴隨著充分大的能量吸收而變小。結果，如圖IOB所示，有碰撞船300的船頭部分300d接觸在被碰撞船301上而貫入到被碰撞船301的船腹301a中的情況，所以因碰撞事故造成的損傷也有可能進一步增大。因而，需要在球鼻船首300a變形后、在本船300的船頭部分300d與其他船301的船腹接觸之前的期間中，也使碰撞能量的吸收量變大。另外，圖IOB的虛線部分表示碰撞船300碰撞到被碰撞船301之前的球鼻船首 300a的位置。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開號公報專利文獻2 日本特開平7-329881號公報專利文獻3 日本特開號公報

發明內容
發明要解決的技術問題本發明是鑒于上述情況而做出的，目的是在將船首的球鼻船首的部分使用在通常的加熱條件(加熱側的最高加熱溫度6oo iioo°c )下進行線狀加熱加工而賦予規定的曲率的鋼板建造的船舶中，明確在船舶碰撞時，球鼻船首的球狀部盡可能整體均勻地變形， 能夠實現變形時的較大的能量吸收量的船首構造的條件。此外，目的是提供一種不變更船體構造設計、具備在碰撞時能夠有效地防止其他船的損傷的緩沖效果的船首構造。用于解決技術問題的方案為了解決上述技術問題，在本發明的一技術方案中，做成了以下這樣的船首構造。(1)在船首構造中，球鼻船首的外殼部件由如下鋼板形成，該鋼板為，通過在加熱側的最高表面溫度為600°C以上進行線狀加熱加工而賦予曲率，在上述線狀加熱加工前，在室溫時的屈服強度是120MPa 220MPa，在600°C時的屈服強度是在室溫時的屈服強度的 0.6倍以下。(2)在上述(1)所述的船首構造中，也可以是，形成上述球鼻船首的上述外殼部件的上述鋼板是如下鋼板，該鋼板為，在上述加熱側的最高表面溫度為600°C以上進行線狀加熱加工直到彎曲角度成為120度的情況下，將上述線狀加熱部的在室溫時的屈服強度 YP(LHJRT)用非線狀加熱部的在室溫時的屈服強度YP(AR，RT)除而得到的屈服強度的比α 是1. 2以下。(3)在上述(1)或(2)所述的船首構造中，也可以是，關于構成上述球鼻船首的上述外殼部件及內部構造部件，相對于船體長度水平方向具有45度以下的角度的L部件的屈服強度，比相對于船體長度水平方向具有比45度大的角度的W部件的屈服強度低。發明效果根據本發明，在發生了具有球鼻船首的本船的船首碰撞到其他船的船腹上那樣的事態的情況下，通過碰撞船側(本船側)的球鼻船首的球狀部側面更均勻地壓曲變形，能夠較大地吸收碰撞能量。此外，通過一邊吸收碰撞能量，碰撞面一邊壓垮，能夠盡量減輕被碰撞船(其他船)的損傷，由此能夠對預防因被碰撞船的沉沒或油流出造成的海洋污染做出
貝獻。


圖1是表示鋼板的屈服強度與試驗溫度的關系的圖。圖2Α是表示通過線狀加熱進行彎曲加工直到成為彎曲角度120度的鋼板的圖。圖2Β是表示由通過線狀加熱彎曲加工直到成為彎曲角度120度的上述鋼板制作的試驗片的圖。圖3是表示鋼板的600°C下的屈服強度與鋼板在室溫下的屈服強度的比YP(AR， 600°C )/YP(AR, RT)與α的關系的圖。圖4是說明用來調查受到線狀加熱的鋼板的壓曲性的試驗方法的圖。圖5是表示對受到線狀加熱的鋼板附加了載荷的情況下的載荷的大小P與塊的位移Δ的關系的圖。圖6是表示圖4所示的試驗中的EA比(與α是1. 0的情況下的吸收能量的比) 與α的值的關系的圖。圖7是表示船首構造與船側構造的碰撞模擬中的船側的構造模型的圖。圖8是表示當船首構造貫入到船側構造中時、貫入量和由球鼻船首吸收的相對能量吸收能力的推移的圖。圖9是表示α與將鋼板的能量吸收能力用基準例(ο = 1)時的鋼板的能量吸收能力除的能量吸收能力的比的關系的圖。圖IOA是表示在船首構造中不具有緩沖效果的船碰撞的情況下的碰撞船和被碰撞船各自的變形的示意圖。圖IOB是表示在船首構造中具有緩沖效果的船碰撞的情況下的碰撞船和被碰撞船各自的變形的示意圖。圖IOC是表示在船首構造中具有本發明的緩沖效果的船碰撞的情況下的碰撞船和被碰撞船各自的變形的示意圖。圖IlA是表示具有球鼻船首的船首的內部構造的概況的縱剖面圖。圖IlB是表示具有球鼻船首的船首的內部構造的概況的立體圖。
具體實施例方式本發明者們對于發生了具有球鼻船首的船舶的船首碰撞到其他船的船腹上那樣的事故的情況進行了充分研究，如圖IOC所示，得到了只要球鼻船首IOOa的球狀部分IOOb 能夠更均勻地進行壓曲變形、就能夠吸收更多的碰撞能量的認識。如圖IOC所示，通過碰撞船100的球鼻船首IOOa壓曲變形，將碰撞造成的沖擊力緩和。結果，能夠避免被碰撞船101 的船腹IOla的局部的斷裂及破損，能夠防止破口的發生。另外，圖IOC的虛線部分表示碰撞船100碰撞到被碰撞船101之前的球鼻船首IOOa的位置。球鼻船首的球狀部使用如上述那樣線狀加熱加工而賦予了曲率的鋼板構成。通過該線狀加熱加工，在受到鋼板的熱的部分中屈服強度變高。結果，在局部地賦予了熱的部分和沒有賦予的部分上在鋼板的屈服強度中產生不均勻。在使用這樣的鋼板的情況下，在碰撞時，球鼻船首不均勻地變形。因此，擔心使用該鋼板的構造部件的能量吸收能力相比使用屈服強度在鋼板內部中均勻的鋼板的構造部件下降。由此，有可能不能期待為了在碰撞時避免被碰撞船的局部斷裂或破損所足夠量的碰撞能量的吸收量。因此，需要如圖IOB那樣通過彎曲變形來防止彎折。所以，發明者們對球鼻船首 IOOa如圖IOC那樣沿著船體長度水平方向均勻地壓曲的構造進行了研究。為了在碰撞時使球鼻船首變形，沿著作為碰撞方向的船體長度水平方向配置的部件需要由容易變形的鋼材構成。為了球鼻船首均勻地壓曲，將沿著船體長度方向配置的部件的變形通過在相對于船體長度方向交叉的方向配置的部件約束，來防止球鼻船首的彎折是有效的。球鼻船首的形狀及內部構造是各種各樣的，但由具有曲率的外殼部件和內部構造部件構成。進而，該內部構造部件形成球鼻船首的骨骼，一般由縱肋骨和橫肋骨的組合構成。在圖IlA及圖IlB中對球鼻船首的構造的一例表示概況。構成球鼻船首的內部構造部件111以作為船體碰撞方向的船體長度水平方向為基準，由與船體長度水平方向平行或成直角配置的多個部件、和相對于船體長度方向以規定的角度配置的一部分部件構成。具體而言，將構成內部構造部件的多個部件分類為與船體長度水平方向平行配置的部件或成直角配置的部件的某種。即，將構成球鼻船首的內部構造部件111分類為如以下這樣定義的L部件11 Ib和W部件11 la。L部件11 Ib是相對于船體長度水平方向具有45 度以下的角度的部件。此外，W部件Illa是相對于船體長度水平方向具有比45度大的角度的部件。L部件Illb是在碰撞時變形的部件，W部件Illa是約束L部件Illb的變形的部件。為了 L部件Illb變形，在L部件Illb中優選的是使用比W部件Illa的屈服強度低的屈服強度的鋼材。結果，能夠防止W部件Illa相對于L部件Illb容易變形。進而，通過該構造，能夠防止單純彎曲那樣的L部件Illb的局部變形，球鼻船首沿著船體長度水平方向變形。同樣，關于外殼部件110，也能夠分類為L部件和W部件，在L部件中，優選的是使用比W部件的屈服強度低的屈服強度的鋼材。這樣，關于構成球鼻船首的外殼部件及內部構造部件，優選的是進行設計，以使得相對于船體長度水平方向具有45度以下的角度的L 部件的屈服強度比相對于船體長度水平方向具有比45度大的角度的W部件的屈服強度低。進而，為了球鼻船首均勻地壓曲變形，需要構成外殼的外殼部件110以折皺狀壓曲變形。除此以外，外殼部件110需要均勻地變形，所以需要使用在線狀加熱加工后屈服強度也不較大地變化的鋼板。以后，以L部件的屈服強度比W部件低為前提進行說明。在具有球鼻船首的曲率的部位中使用加熱側的最高表面溫度為600°C以上進行線狀加熱加工而賦予曲率的鋼板的情況下，優選的是使用伴隨著線狀加熱加工的線狀加熱部的屈服強度的變化盡可能小的鋼板。結果，能夠由外殼部件110吸收的能量增加，所以球鼻船首能夠吸收充分的量的碰撞能量。為了使伴隨著線狀加熱的線狀加熱部的屈服強度的變化盡可能小，優選的是能夠以盡可能少的熱的施加而加工為規定的曲率的鋼板。所以，為了對通過局部的熱施加帶來的加工的容易度(線狀加熱加工特性)進行研究，調查了高溫下的鋼板的屈服強度。使用雖然是室溫下的屈服強度為同一級別的鋼材、但高溫下的屈服強度不同的兩種鋼A、B制作出作為試料的鋼板。這些鋼板的高溫下的屈服強度的差異是因為在高溫下也穩定的微細析出物的含有量不同。使用這些鋼板，在各種溫度下實施了拉伸試驗。在圖1中表示鋼板的屈服強度與實施了拉伸試驗的試驗溫度的關系。在各試驗溫度下的屈服強度中，使用屈服點或0.2%屈服強度的值。進而，代替鋼板的屈服強度，使用將試驗溫度下的測量值YP (AR，試驗溫度)用室溫下的測量值YP (AR，RT)除的值。如圖1所示，如果試驗溫度變高，則在某個溫度下屈服強度變為零。該溫度定義為力學的熔融溫度。在最高到達溫度為1000°C左右的通常的線狀加熱加工中，可以想到力學的熔融溫度給線狀加熱特性帶來影響。但是，力學的熔融溫度不能容易地測量。由圖1可以確認，鋼A、B都是作為比力學的熔融溫度低的溫度的600°C時的屈服強度的值與力學的熔融溫度相關。因此，作為用來評價線狀加熱的加工性的指標，著眼于 600°C時的屈服強度，進行了以下這樣的實驗。對于以質量％含有C :0. l%,Si 0. 3%, Mn :1.0%,A1 :0. 005%、將作為雜質的 P、 S限制為P 0. 03%以下、S 0. 01%以下的鋼，調整提高高溫強度的Cr、Nb的含有量，制作出使室溫和600°C時的屈服強度變化的各種鋼板1。這些鋼板1是大致正方形狀，其尺寸是一邊為約500mm且厚度為約10mm。另外，在圖1中，也使用通過同樣的方法(鋼板組成及尺寸)制作的鋼板。如圖2A所示，對這些鋼板反復進行線狀加熱加工(加熱側的最高加熱溫度1000°C )，直到彎曲角度成為120度。對彎曲加工后的鋼板1的受到線狀加熱的部位(線狀加熱部)2和沒有受到線狀加熱的部位(非線狀加熱部)3，分別如圖2B所示那樣從進行線狀加熱側的鋼板表面切出包括鋼板表面的試驗片4而加工。通過該加工，制作出作為鋼板1的厚度的一半的板厚5mm 的NKUl號拉伸試驗片(由財團法人日本海事協會(NK ；Nippon Kaiji Kyokai)鋼船規則、 相同檢查要領(K編材料)規定的Ul號試驗片)。對于各試驗片在室溫下實施拉伸試驗，分別求出屈服強度。設室溫時的線狀加熱部的屈服強度為YP(LH，RT)，室溫時的非線狀加熱部的屈服強度為YP(AR，RT)。設其比率α為α =YP(LH，RT)/YP(AR，RT)，評價線狀加熱部與非線狀加熱部的屈服強度的差異。此夕卜，關于非線狀加熱部，也求出了 600°C時的屈服強度YP(AR，600°C )。在圖3中，表示鋼板的線狀加熱部與非線狀加熱部的屈服強度的比α、和鋼板的 600°C時的屈服強度與鋼板的室溫時的屈服強度的比YP(AR，600°C )/YP(AR, RT)的關系。結果，如圖3所示，在600°C時的屈服強度是室溫時的屈服強度的0.6倍以下時，能夠將表示線狀加熱部與非線狀加熱部的屈服強度的差異的α的值抑制為1.2以下。接著，對將鋼板在船首中使用的情況下用于使球鼻船首均勻地壓曲的α的條件進行調查。使用α的值不同的各種鋼板(一邊為約500mm且厚度為約IOmm)，制作出與上述同樣制作的具有120度的彎曲角度的試驗片，如圖4所示那樣一邊將兩端部用塊5約束一邊從一方施加載荷P。測量此時的載荷的大小與塊的位移△的關系。在圖5中表示α的值是1. 0,1. 18、1. 4的3個試驗片的測量例。另外，關于α = 1. 0的鋼板，不采用線狀加熱加工，在機械地進行彎曲加工而成為 120度的彎曲角度后，為了將塑性變形的影響排除，進行屈服強度不變化的程度的回火處理。在α是1. 4的情況下，由于鋼板的線狀加熱部的屈服強度較高，所以應變集中在該區域的緊接著的外側。在該應變集中部發生彎折，所以載荷P不會充分上升，位移Δ變大。因而，如圖5所示，鋼板的能量吸收能力下降。在α是1.18的情況下，鋼板呈現與α是1. 0的情況類似的載荷-位移曲線。因而，如圖5所示，該鋼板的能量吸收能力是充分的。將圖5所示的載荷P和位移△所成的面積(載荷曲線與位移軸所成的面積)定義為吸收能量EA(TP)Jf α為1.0的時的EA(TP)的值設為基準值。并且，將α與EA(TP) 的關系表示在圖6中。根據該圖，如果鋼板的α是1.2以下，則即使通過加熱側的最高表面溫度是600°C以上的線狀加熱加工在鋼板上形成屈服強度不均勻的部分，也能夠期待與屈服強度均勻的鋼板的變形同樣高的能量吸收能力。因而，在進行線狀加熱加工直到加熱側的最高表面溫度為600°C以上、彎曲角度為120度的情況下，α優選的是1.2以下。根據以上的圖3及圖6的結果，在600°C以上的溫度下通過線狀加熱加工制作球鼻船首用的帶有曲率的鋼板(曲板)時，使用600°C時的屈服強度是室溫時的屈服強度的0.6 倍以下的鋼板。如果從這樣的鋼板制作上述α的值為1.2以下那樣的曲板，則該曲板的曲板內的屈服強度的不均勻性變小。可以確認由這樣的曲板構成的球鼻船首在碰撞時能夠均勻地壓曲、能夠發揮較大的碰撞能量吸收能力。以上，對用于使碰撞船側的船首均勻地壓曲變形的鋼板的條件進行了說明。為了碰撞船側的船首壓曲變形，基本上需要使在船首中使用的鋼板的屈服強度比被碰撞船的屈服強度小。但是，在船中使用的鋼板的屈服強度需要滿足國際船級協會聯合(IACS)的統一規格。此外，在以往的具有內骨構造的船首構造中，在鋼板中需要能夠承受波動沖擊的強度。進而，如果使鋼板的強度過低，則不能期待變形時的較大的能量吸收效果。如果考慮以上的點，則鋼板的屈服強度需要是120MPa以上。此外，為了球鼻船首在碰撞時可靠地壓曲變形，鋼板的屈服強度需要是220MPa以下。為了使球鼻船首的壓曲變形更可靠，優選的是不到200MPa。因而，在線狀加熱加工前，在球鼻船首的具有曲率的部位(外殼部件)中使用室溫時的屈服強度是120MPa以上220MPa以下的鋼板。因此，通過線狀加熱加工賦予了曲率的鋼板的沒有受到線狀加熱的部位(非線狀加熱部)的屈服強度也是與上述同樣的屈服強度。實施例以上，對本發明的實施方式進行了說明，通過實施例對本發明的效果具體地說明。作為在船首構造中使用的鋼板，準備具有表1所示的成分組成的一邊為約500mm 且板厚為約IOmm的鋼板。對于各鋼板，實施室溫的拉伸試驗和600°C的拉伸試驗，求出室溫時的屈服強度YP(AR，RT)和600°C時的屈服強度YP(AR，600°C )。進而，在加熱側表面的最高加熱溫度為1000°C的條件下，對各鋼板反復進行線狀加熱加工以使彎曲角度成為120 度。從這些彎曲加工后的鋼板的受到線狀加熱的部位切出與上述同樣的試驗片。即，對于線狀加熱部進行切出加工，以包含進行了線狀加熱的一側的鋼板表面的方式制作出作為鋼板的厚度的一半的板厚5mm的NKUl號拉伸試驗片(由財團法人日本海事協會(NK ；Nippon Kaiji Kyokai)鋼船規則、相同檢查要領(K編材料)規定的Ul號試驗片)。對于這些試驗片實施室溫時的拉伸試驗，分別求出屈服強度YP(LH，RT)。在表2中，對于實施例1 6的鋼板及比較例1 6的鋼板，表示YP (AR，RT)、 YP (LH, RT)、YP (AR, 600 °C )、和它們的比率 α = YP (LH, RT) /YP (AR, RT)及 β = YP (AR， 600 0C ) /YP (AR, RT)的值。在實施例1 6的鋼板中，YP (AR，RT)是120 220MPa，α是1. 2以下，β是0. 6 以下。此外，在比較例1 6中，β是超過0.6。[表 1]
9
權利要求
1.一種船首構造，其特征在于，球鼻船首的外殼部件由如下鋼板形成，該鋼板為，通過在加熱側的最高表面溫度為 600°C以上進行線狀加熱加工而賦予曲率，在上述線狀加熱加工前，在室溫時的屈服強度是 120MPa 220MPa，在600°C時的屈服強度是在室溫時的屈服強度的0. 6倍以下。
2.如權利要求1所述的船首構造，其特征在于，形成上述球鼻船首的上述外殼部件的上述鋼板，在上述加熱側的最高表面溫度為 600°C以上進行線狀加熱加工直到彎曲角度成為120度的情況下，將上述線狀加熱部的在室溫時的屈服強度YP(LH，RT)用非線狀加熱部的在室溫時的屈服強度YP(AR，RT)除而得到的屈服強度的比α是1.2以下。
3.如權利要求1或2所述的船首構造，其特征在于，關于構成上述球鼻船首的上述外殼部件及內部構造部件，相對于船體長度水平方向具有45度以下的角度的L部件的屈服強度，比相對于船體長度水平方向具有比45度大的角度的W部件的屈服強度低。
全文摘要
該船首構造的球鼻船首的外殼部件由如下鋼板形成，該鋼板為，通過在加熱側的最高表面溫度為600℃以上進行線狀加熱加工而賦予曲率，在上述線狀加熱加工前，在室溫時的屈服強度是120MPa～220MPa，在600℃時的屈服強度是在室溫時的屈服強度的0.6倍以下。
文檔編號B63B3/46GK102481969SQ20108003706
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月20日 優先權日2009年8月24日
發明者中島清孝, 石川忠, 船津裕二 申請人:新日本制鐵株式會社