（一）前言

    我国虽然已是世界1#钢铁大国，但由于粗放式经营导致产品中高级产品比重太低，不少还需依赖进口。为了早日由大变强，亟待狠抓科技创新和高级产品的研发。现介绍2006年获日经新闻优秀产品奖的日本新日铁大分厂生产的“47kg级高强度中厚板”的开发应用情况，以供有关参考。

    （二）伴随公用经济发展而扩大的中厚板市场

    中厚板的用途十分广泛，如用于油船、集装箱船和LNG船、大楼和桥梁等建筑、建设和产业机械、以及油气开采用海洋结构和管线等能源输送等社会基础公用设施方面，都得到了广泛的应用。

    新日铁共有大分厂、名古屋厂和君津厂3个厂生产中厚板，年产能力为540万t，2009年将达600万t。产品最大尺寸为：厚560mm、宽5300mm、长30m。该公司有关干部称：中厚板不仅宽度大，同时可保证宽幅、长度，以便用户提高钢材利用率和减少焊接作业而提高施工效率。大分厂可根据用户要求供应宽度为4.5m~5.3m的中厚板。

    近年，由于黄金四国（指巴西、俄罗斯、印度和中国，简称BRICs）经济的快速发展，支持当地基础设施建设用的中厚板的需求日益兴旺，特别是随造船、建筑、产业机械等方面的需求增长更呈快速趋势。还有使中厚板需求加速化的资源能源开发方面，由于原油价格暴涨和减排CO2的环保意识的强化，导致使用能源的多样化，LNG用管线和运输船等的发展也加大了对中厚板的需求。

    （三）支持国际物流的集装箱船向大型化发展

    日本国内中厚板市场中比例最大的是造船用板。由于能源需求的扩大，作为海上运输手段的油船、LNG船和LPG船的需求也在扩大；同时随着经济的公用化，物资运输用集装箱船的需求也在加大。新日铁有关干部认为：“目前世界上运行船的容积为7亿船吨，预计到2010年将达9亿船吨，加上老船更新，新造船量将达3亿船吨，日、中、韩的造船用中厚板的平衡将呈极为紧张的状态。”

    对于集装箱船，为实现运输高效化而采取的大型化和为节油而采取的轻量化是今后的必然方向。最近，为适应长300~400m集装箱船而配备有深水船台和大型起重机的中枢港口的基础设施正在完善中，以为接纳大型船舶创造条件。另在集装箱船的供应方面、韩、日、中3国的造船厂已基本占有大部分世界市场。从造船的数量看，设备比较先进而大型化的韩国船居领先地位，但新日铁通过和日本造船厂多年形成的伙伴关系，提供最先进的高强度钢材以支持世界最先进的造船技术发展和市场扩大，47kg级高强度钢板的开发和应用即为其中的一例。

    （四）深入加工利用领域以确保钢材质量最佳化

    以上述的中厚板市场的活跃为背景，中、韩的中厚板轧机都在扩建，特别是在通用产品方面，中国的供应能力在持续提高。对此，新日铁有关干部认为：“今后的中厚板市场，高级产品和通用产品将走向两极化。即在大荷重、高压和极低温等环境条件下工作的能源部门和造船部门，将要求供应以高强度钢为首的高级产品，日本特别是本公司将可充分发挥自己的优势。”

    新日铁的第一优势在于从炼钢——轧制——冷却的整个生产工序可确保产品质量，并通过自行开发的TMCP（热加工控制法）技术以实施的“CLC”工艺，使钢材的组织微细化而产出高质量的中厚板产品；加上通过和用户的伙伴式关系，深入了解焊接等加工利用技术，以便通过技术开发生产出适合用户施工和使用环境的高性能钢材。新日铁有关干部说明如下：“对明石海峡大桥使用的80kg级“WEL-TEN 780-EX”，便是深入了解加工利用技术的一例，使过去为提高焊接部可靠性的预热工序得以省去，给用户提高施工效率作出了贡献。作为大型船舶的技术，利用1998年获得全国发明奖的钢板表层超细粒化技术及可生产具有制止裂纹扩大性能的“HIAREST钢板”的多年积累技术，进一步开发出新的高强度钢板。”

    另外，为确保提高焊接后高强度产品的附加值，又和日铁、住金焊接工业公司共同进行了优质焊条的开发，以确保结构件中关键的焊接部分的质量而努力。有关干部表示：“今后除适应日益增多的高级钢材需求外，队通用钢材的用户也应做到深入周到的服务。还有在船舶用高级钢材方面已开发成功‘船舶用47kg级高强度中厚板（EH 47）’，但为了提高安全性和轻量化而降低总成本，还应以大型集装箱船用钢材的标准化为目标，尽快提高全行业对此的共识”。

    （五）[EH 47]开发中注重强度和韧性具佳

    为适应海上大型集装箱船舶对高强度钢板的需求，[EH 47]的开发于2000年11月正式立项。在新日铁大分厂和三菱重工业公司长崎造船厂每年一次的“定期技术交流会”上，决定了开发性能远超过从1995年以来使用的“YP 40”（即屈服强度40kg级）的高强度钢板[EH 47]的目标。当时的海运业界以装6000个集装箱的船为主，通过[EH 47]开发由于安全性提高和轻量化的结果，可使集装箱船的装载达到8000~12000个，对提高运输效率的贡献在世界上属首创。

    据此，2001年正式成立了[EH 47]开发组，使这一项目正式启动，首先考虑的是钢材的强度和韧性同时提高，充分利用了加热、轧制、冷却等全过程的严密细微控制而使结晶组织微细化的“TMCP”技术，终于达到了强度和韧性俱佳的性能。

    还考虑船体焊接时，由于钢材热影响部的晶粒粗大化将使韧性下降，特别是用于船体的厚度>50mm的钢板必须采取大热量下一次焊成的“大入热焊接法”，使对钢材韧性的影响更大，因此控制钢材热影响部的韧性下降成为重要的技术课题。以公司钢铁研究所和大分技术研究部为中心的研究组，为解决此课题而采用了独创的“HTUFE技术”，即利用氧化物抑制了热影响部的晶粒粗大化。

    为了保证高水平的强度和韧性俱优，其成分设计按常规方法是难以实现的。对钢材中加入的合金成份条件细微改变后试制的钢样，用和大入热焊接同样的热量重复加热后，反复进行了以撞击测定韧性值的“恰贝冲击试验”。经过约一年的试验和不断改进而探索出目标值，解决了高强度下受焊接热后韧性仍不变的技术难题。终于和三菱重工共同开发成功高强度、高韧性俱优的47kg级船用中厚板[EH 47]。由此，不仅可生产安全性高的大型船舶，还可由于钢板的薄壁化使船体轻量化而节油，并于2006年获得日经新闻的优秀产品奖。

    （六）开发成功可提高焊接部韧性的焊条

    为确保母材强度和韧性俱优，研发组又把目标转向焊条和焊接技术的开发。在焊接方法方面早已决定采用焊接作业效率可大幅度提高的“二电极VEGA焊接法”（由三菱重工、新日铁和日铁住金焊接工业3户共同开发）。由于使用2个电极使焊速比过去的单电极法提高了1倍，同时由于一次焊成并有不易产生缺陷和板厚方向成分均匀等好处。但是在长时间高温下的大入热焊接仍有产生焊接金属晶粒粗大化导致的韧性下降的不利障碍。

    以钢铁研究所为中心对材料成份重复研究后，找出了提高焊接金属强度和韧性的方法，使产品开发取得了很大的进展。但在大分厂对实际焊接试验后的试验进行了接头部开裂机理的试验时，发现接头部的韧性太低。对此，经对母材结晶组织再度解析并多方研究的结果，才查明其原因是母材和焊接金属的硬度差所致，即焊接金属过硬时，接头处即产生脆弱现象。

    这一阶段，“消除硬度”成为开发的重要课题，为了使焊接金属的硬度抑制在一定水平下的同时并保证一定的韧性，经过一年多对多种焊接材料的反复试验，最后终于开发成功硬度消退性优且高韧性的焊条。

    （七）通过改进结构设计以保证钢材的正常性能

    在施加外力下仍可提高薄弱环节焊接部位的强度、韧性方面取得不少成果后，开始进入接近实用化环境的大型试验阶段。开始使用钢铁研究所的“8000t大型结构模拟试验机”进行了万一开裂时，为提高安全性目的而提高钢材的制止开裂扩大为主的试验。

    试验中，对焊接后长度~7m、重~20t的中厚板构件试样上附有裂纹缺陷，然后在张力状态下对开裂处打击以观察其裂纹扩大情况。将大分厂生产的中厚板，由钢铁研究所制成结构件试样，然后在大型试验机上进行试验，由于每次试验需2个月时间，为使试验顺利进行对其长度进行了严密的管理，还有为使试验条件接近使用环境，又应用氮气进行了严密的温度管理。

    于2004年4月完成了第一次试验，对板厚超过50mm的钢板的大型结构试验，在世界上也属首例。按照过去工艺开发中的经验，开裂将在母材处得到制止。但世界上伴随撞击后声响，开裂竟沿焊接处发展使试样断裂，给开发组人员以很大冲击。

    之后，在防止巨大钢材焊接部裂纹扩大的史无前例的巨大试验过程中，采取了对TMCP加工热处理条件的调整以及加上近似船舶实体结构的补强材等多种措施，于约1年后的第5次试验开始解决了这一难题。以后又改变条件进行了共14个试验的试验，这一问题才彻底解决。

    2005年3月开始决定向商船三井公司正式供应[EH 47]钢板，经按实际使用的板厚50mm进行了结构设计的工试，证明了比过去用的钢板减薄且韧性更高，[EH 47]的开发工作于同年6月完成。

    （八）和三菱重工共同开发下造船成功

    在[EH 47]的钢材开发、焊条开发和结构开发过程中，新日铁和三菱重工在适当分工和紧密协作下终于克服了各种困难而取得成功。新日铁重点负责大型集装箱船用最佳钢板的开发，三菱重工则重点研究充分发挥[EH 47]优势的船体结构设计、板厚最佳化以及钢材的合理配置等以有利船体轻量化而节油减污。在上述双轮的驱动下，生产安全性高且节油型船舶的技术开发终于取得成果，而支持这一成果的确是两公司人员“绝对不许失败”的强烈愿望和信心。

    当2005年3月决定用以造船试用时，有关实际造船结构设计的数据由三菱重工提供，并用大型结构模拟试验机，对按其数据制造的试样进行了工试，证明安全性高而可靠。

    还有，对[EH 47]用“二电极VEGA焊接法”焊接时，两公司间对焊接条件下也进行了多次重复的探讨。为此，新日铁和日铁住金焊接工业的技术人员专门访问了三菱重工的长崎造船厂，对焊接操作人员进行了技术支援，有关提高焊接作业性等以及实际船舶生产时可能产生的问题均一起予以解决。

    另外，实际生产钢材的大分厂，从1977年以来不断提高到年产中厚板220万t的能力，而且可按用户的不同要求生产多种定制的中厚板产品。特别是在1995年以来大量生产40kg级高强度船用中厚板的多年经验的基础上，按照研究组的成果，很快便转入了大量生产。2006年供三菱重工造船证实效果良好后，即获得日经新闻优秀产品奖后，其他造船厂也陆续采用。为适应海上运输队大型集装箱船需求的扩大，新日铁于2007年7月25日决定投资200亿日元对大分厂的中厚板生产线进行三十年来的首次大改造，在将年产能力扩大到280万t的同时，将[EH 47]等高级产品的比例也大幅提高。

    （九）长崎造船厂对此成果的评价也很高

    三菱重工长崎造船厂参与[EH 47]开发的技术负责人认为：“我们和大分厂根据集装箱船大型化的需求，于2000年11月决定开发[EH 47]钢板以来，按照确保运输安全和轻量化节油减污的目标，在密切协作下终于开发成功。特别是最后阶段在焊条开发和大型结构模拟试验阶段碰到不少曲折和困难，但在多方协作下终于得到解决并获得成功，在世界造船界起了带头作用。尽后希望继续合作使[EH 47]成为世界标准造船板的同时，还将努力开发出更好更多的造船用中厚板新产品”。