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船殻設計

 事業名 小型造船技術講習
 団体名 日本中小型造船工業会 注目度注目度5


1.3 造船用鋼材
1.3.1 造船用鋼材の種類
 造船用の鋼材は、比較的軟らかくて粘りがあり、折り曲げても折れず、低温になっても脆くならないものがよい。鋼は鉄と炭素との化合物を主とし、これに極少量のシリコン、マンガン、リン、イオウなどが混入している。造船用鋼材は炭素量0.15〜0.25%の低炭素鋼に属し、この中に一般構造用圧延鋼材(板、平鋼、形鋼、棒鋼)、溶接用圧延鋼材(同上)、鋳鋼、鍛鋼の種別がある。
 鋳・鍜鋼材は、普通には造船所から図面によって専門工場に外注される。このように外注のため納期の点などに問題があり、最近では機関台、船尾骨材、船首材、その他が造船所内業による鋼板組立に移行しつつある。
 圧延鋼材はこれとは逆に、製鉄所(製鋼所)から、鋼板、形鋼、平鋼、棒鋼の形状で造船所に納入され、造船所内で所要の形状に切断、曲げ、溶接組立てされ、ブロックとなり、これが船台に搭載されて船体構造となる。
 鋼構造の組み方とは、これら市販形状(マーケットサイズ)の圧延鋼材を、いかに上手に能率よく組み合わせるかということに尽きるのである。
 最近の鋼船はほとんど電気溶接で組立てられるから、溶接を施工したとき溶接欠陥(クラック、ブローホール、材質の劣化など)が生じにくいものがよい。とくにリンおよびイオウの存在は低温脆性(ぜいせい)を起し易いので、厚板ではそれらの含有量を制限する必要がある。
 鋼材を作るには、平炉、純酸素転炉または電気炉の中に銑鉄と屑鉄とを混ぜて入れ、熱い酸素を吹き込み、銑鉄中の炭素(3〜4%入っている)を燃焼させて溶鋼とし、これを容器に注ぎ込んで冷やして鋼塊とする。この場合余分の酸素を除くために、マンガンで脱酸して作るのをリムド鋼、シリコンまたはアルミニウムによって強制脱酸するのをキルド鋼、中間のものをセミキルド鋼という。リムド鋼は内部に不純物が固まり易く、低温脆性を起し易い。キルド鋼は低温脆性を起しにくいので、厚板の溶接構造に用いて安全であるが、しかし構造費が高くつく欠点がある。使用の目安としては、25mm以上の厚板はキルド鋼、13〜25mmはセミキルド鋼、13mm以下はリムド鋼とする。
 軟鋼以上にもっと強度の高い鋼材が要求されることがある。たとえば、小型高速艇または搭載艇のようになるべく板厚を薄くして船体を軽くし、しかも強度を必要とするもの、超大型船のように普通の軟鋼では板厚が極度に厚くなってしまうのを防ぐため、強度の高い板を用いて工作を楽にし、船体を軽くするなどの場合がある。そのために炭素の含有量は増さずに(炭素の含有量を増すと強くはなるが、同時に硬く脆くなり工作上困る)、マンガン、ニッケル、クロム、モリブデンなどの元素を加え、さらに焼入焼戻などの調質によって強度を上げた高張力鋼がある。これをHT(ハイテン)とよび、引張強さによって、50、60、70、80、100キロ級ハイテンがある。
 船体に使用する圧延鋼材の分類は、軟鋼は「MA鋼、MB鋼、MD鋼、ME鋼」とし、高張力鋼は「HA32鋼、HD32鋼、HE32鋼、HA36鋼、HD36鋼、HE36鋼」とすること。
 MA鋼にあっては、日本工業規格G3106「溶接構造用圧延鋼材」SM400Aの規格に適合するもの又はこれと同等以上の効力を有するものであること。
 MB鋼にあっては、同じくSM400Bの規格に適合するもの又はこれと同等以上の効力を有するものであること。
 SM400A及びSM400Bの化学成分は、第1.2表に掲げるものであること。
 MD鋼、ME鋼及び高張力鋼にあっては、化学成分は、第1.3表に掲げる値の範囲内にあること。
 
第1.2表 SM400A、SM400B化学成分
単位:%
種類の記号 C Si Mn P S
SM400A 厚さ 50mm以下 0.23以下 厚さ 50mmを超え 0.25以下 200mm以下 2.5×C以上(1) 0.035以下 0.035以下
SM400B 厚さ 50mm以下 0.20以下 厚さ 50mmを超え 0.22以下 200mm以下 0.35以下 0.60〜1.40 0.035以下 0.035以下
 
 高張力鋼の炭素当量は、次のとおりである。
 
HA32、HD32及びHE32 炭素当量 0.36%以下
HA36、HD36及びHE36 0.38%以下
 
 脱酸形式及び熱処理の方法は、第1.4表に掲げるものであること。また、機械的性質は、第1.5表に掲げる要件に適合するものであること。
 
第1.3表 MD鋼、ME鋼、高張力鋼の化学成分
(拡大画面:20KB)
備考
 
 
 
1
化学成分の含有量は、溶鋼分析値によること。
 
2
軟鋼については、炭素の含有量にマンガンの含有量を6で除した値を加えたものの値が、0.40を超えないこと。
 
3
アルミニウムの含有量は、酸可溶アルミニウムの量とする。ただし、酸可溶アルミニウムの量が不明である場合は、全含有量を用いることができる。この場合において、全含有量は0.02%以上とすること。
 
4
管海官庁の承認を得た場合には、アルミニウムに代えて他の細粒化元素を用いることができる。
 
第1.4表 脱酸形式、熱処理の方法
鋼材の種類 厚さ 脱酸形式 熱処理
MD 25mm以下 キルド又は細粒キルド 圧延のまま、熱加工制御法、温度制御圧延又は焼ならし
25mmを超え35mm以下 細粒キルド
35mmを超え50mm以下 熱加工制御法、温度制御圧延又は焼ならし
ME 50mm以下 細粒キルド 熱加工制御法又は焼ならし
HA32、HA36、HD32及びHD36 12.5mm以下 細粒キルド 圧延のまま、熱加工制御法、温度制御圧延又は焼ならし
  12.5mmを超え50mm以下 熱加工制御法、温度制御圧延又は焼ならし
HE32及びHE36 50mm以下 細粒キルド 熱加工制御法又は焼ならし
備考
HA32、HA36、HD32又はHD36であって厚さが12.5mmを超え20mm以下のものについては、脱酸においてニオブ又はバナジウムを添加しない場合、熱処理を圧延のままとすることができる。
 
第1.5表 機械的性質
鋼材の種類 機械的性質
引張試験
降伏点又は耐力(N/mm2 引張強さ(N/mm2 伸び%
MA 245以上 400以上 510以下 23以上
MB 245以上 400以上 510以下 18以上
MD及びME 235以上 400以上 520以下 22以上
HA32、HD32及びHE32 315以上 440以上 590以下 22以上
HA36、HD36及びHE36 355以上 490以上 620以下 21以上
備考 1kgf/mm2=9.8N/mm2
 
 第1.2表に溶接構造の船体に使用する鋼材の材料規格を、第1.3表にJIS規格材とNK規格材との関係を、第1.4表に両規格材の化学成分を、第1.5表に圧延鋼材の引張試験規格値を示す。







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