超大型コンテナ船用極厚鋼板の必要アレスト靭性に関する研 …...Applied stress (MPa) 257 Result Arrest 試験結果（シナリオ1/ HSC UD）-Test 1-1 試験片サイズ:

1

超大型コンテナ船用極厚鋼板の必要アレスト靭性に関する研究開発

2016年9月

一般財団法人日本海事協会一般社団法人日本溶接協会

2/62

内容

1. 緒言、目的

2. 板厚80mm超の要求Kca値(構造モデル試験) 2.1 シナリオ1（HSCUD）のアレスト試験

/ 供試鋼、試験方法、試験結果 2.2 シナリオ２（UDHSC）のアレスト試験

/ 供試鋼、試験方法、試験結果

3. 結論

http://www.jwes.or.jp/

3/62

アレスト要求の位置付け - 溶接構造物の二重の安全性

脆性亀裂発生脆性亀裂アレスト

+

脆性亀裂非発生脆性亀裂非伝播

Weld

defect

Fatigue

crack

Arrest

Brittle crack

BM

破壊靭性要求(溶接部) アレスト靭性要求(母材)

BM

Weld

Weld

Design stress

Design stress

Design

stress

Design

stress


脆性亀裂アレスト設計/ IACS UR

IACS UR-W31

HSC用鋼板溶接線のUT アレスト設計

Grade Thickness (mm)

EH36 85＜t≦100 Required Not applicable

EH40 50＜t≦85 Required Not applicable

85＜t≦100 Required Required

EH47 50＜t≦100 Required Required

HSC

Bond 50-100mmt

~20

00

Arrest

Upper deck

50-100mmt

脆性亀裂アレスト設計 (1)ハッチサイドコーミング（HSC）およびアッパーデッキ（UD)への脆性亀裂アレスト鋼 (BCA)適用.

(2)HSCの溶接線とUDの溶接線のバットシフト. (3)付加対策：アレストホールや挿入板の適用.

4/62


BCA鋼の定義 / IACS UR BCA鋼は IACS UR W31 にKcaまたはCAT要求で定義.

Kca要求・標準ESSO試験(温度勾配)にて測定・試験法は標準化（UR W31 Annex 1およびWES2815）. ・板厚80mm以下要求値 Kca≧6000N/mm3/2 at-10oC ・板厚80mm超は要求値未決定.

CAT要求・ IACS UR W31には二重引張試験が記載されているが、標準化された試験法は無い. ・板厚100mmまで適用可能だが、要求値が明示されていない.

◆ KcaとCATの整合性については未確認.

5/62


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出荷試験

アレスト靭性値の測定

要求Kca

温度勾配ESSO (Kca)試験

等温アレスト試験（CAT)

シャルピー衝撃値 (Vノッチ, Pノッチ)

DWTT試験 (Drop weight tear test)

PN曲げ試験 (Press-notched bend)

NRL落重試験 (Drop weight test)

要求アレスト靭性の決定

corr

ela

tion

脆性亀裂アレスト(BCA)鋼の承認試験および出荷試験のスキーム

構造モデル試験 (W>2m)

大型試験 (W～0.5m)

小型試験 (W

目的

板厚80mm超の要求Kca明確化･BCA鋼(EH47, EH40), t=100mm ･２ケース: シナリオ１ (HSCUD) シナリオ２ (UDHSC) Ref. next PPT

Kca要求値と整合性のあるCATを与えるCAT試験パラメータの決定. ･試験パラメーターの影響調査 EB脆化長さ、試験温度、・・・･その他の試験手順：アレストの定義他

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Hatch side coaming

CO2 weld

EGW or CO2

Upper deck

(Test plate)

Cra

ck

Upper deck Hatch side coaming

(UDHSC)

CO2 weld

SAW or CO2

Hatch side coaming

(Test plate) Crack

Hatch side coaming Upper deck

(HSCUD)

２つのシナリオの仮定

8/62


9/62

内容

1. 緒言、目的




3. 結論


シナリオ１（HSC UD）供試鋼

[Plate ：中型構造モデル試験に使用] Grade: EH40 板厚100mm YP=429MPa, TS=529MPa, EL=37%, vTrs≦-90℃ ESSO試験結果

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シナリオ１（HSC UD）供試鋼

[Plate 2：大型構造モデル試験に使用] Grade: EH40 板厚100mm YP=514MPa, TS=602MPa, EL=32%, vTrs=-86℃ ESSO試験結果

11/62

Kca(-10oC): 9968


構造モデル試験（シナリオ１/ HSC UD ）

50

0

1000 A

A’

20 A-A’

100

100

200 200

20

0

15

0

CO2 weld

Full penetration butt weld

HSC

UD

Dummy

t/3 Partial penetration weld

Fillet weld without groove

2000

200

200

200

16

00

4

00

HSC

UD

Dummy

100

CO2 weld

Full penetration

butt weld

A-A’

100 300 300

20

A

A’

Fillet weld without groove

12/62

中型構造モデル試験大型構造モデル試験


溶接施工（シナリオ１ / HSC UD）

25

30°

5

10

0

・CO2 weld

33

100

40°

5

・CO2 weld ・Groove angle:40° ・Target size:5mm

100

・CO2 weld ・Target fillet size:25mm

25

13/62

完全溶込み開先溶接隅肉溶接

部分溶込み開先溶接


構造モデル試験片（シナリオ１ / HSC UD）

中型構造モデル試験

大型構造モデル試験

25

00

7200

7200 2

40

0

25

00

14/62


計測（シナリオ１/ HSC UD）


500

1000

100

50 p

itch

50 p

itch

100

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

S1

S2

S4

S3

S8

S9

125

30

S4

50

15 60

S5, 6(Both surfaces)

5

50 50

100

e, f(Both surfaces)

a, b(Both surfaces)

c, d(Both surfaces)

C8

C9

C10

S7 S10

50 C11

Timing wire:11points

Strain gauge (Dynamic):14points

Strain gauge (Static):6points

Thermocouple:31points

(open mark is one surface)

50 p

itch

500

35

50 50

40

50 50

50

50 50

100

S11

S12

S13

250

250

S14

S14

15/62


計測（シナリオ１/ HSC UD）大型構造モデル試験

Timing wire:18points

Strain gauge (Dynamic):13points

Strain gauge (Static):6points

Thermocouple:25points

(open mark is one surface)

200

200

200

35

100 115

100

200

150

200

200

100 50

80 80 100 50

100 50

100 2000

200

200 50

50

1600

100 p

itch

80

100

75

100

75

100

100

C3 S1 C4 C5 C6

C7 C8 C9 C10 C11 C12

S2

S3

S4

S5

300

200

200

200

180

30

S11

S7, 8(Both surfaces）

S9, 10(Both surfaces）

SS1, 2(Both surfaces）


50

50 50 100

100

S6

S12

S13


C2 C1

C16 C17

C13 C14 C15

C18

S14

S14

16/62


試験条件（シナリオ１ / HSC UD）

17/62

試験中型構造モデル大型構造モデル

Test # Test 1-1 Test 1-2 Test 1-3

Test plate EH40, t=100mm

Plate 1

EH40, t=100mm

Plate 2

Weld details t/3部分開先溶接

Applied stress 257MPa (EH40設計応力)

Target temperature -23oC -30oC -35oC

Test plate Kca

(N/mm3/2) 6000 7000 6000

試験手順 (1) 温度設定 (2) 試験応力負荷 (3) 打撃による亀裂発生


Test 1-1

Target temp.(℃) -23

Test plate Kca

(N/mm3/2) 6000

Applied stress

(MPa) 257

Result Arrest

試験結果（シナリオ１/ HSC UD）-Test 1-1 試験片サイズ: 中型構造ﾓﾃﾞﾙ試験溶接開先: t/3部分開先継手

試験結果

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

ひずみ変化率

ε/ε

0

時間（μ s）

Cra

ck tip

positio

n

from

im

pact edge(m

m)

Elapsed time from impact (μsec)


Timing wire

Strain gauge Test plate Crack running plate

Str

ain

dro

p r

atio a

t lo

ad h

ole

1688μsec

0.98


Test 1-1 ・σapp=257MPa ・Temp.=-23℃ ・Kca=6000N/mm

3/2

破面（シナリオ１/ HSC UD） -Test 1-1

Crack

Running

plate

Test plate

Dummy

plate

Arrest

19/62


y = 1.1611x - 909.19

y = 1.2256x - 1011.3

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

500 1,000 1,500 2,000 2,500

ノッチ先端からの距離

(mm

)

ピーク時間 (μ s)

歪みゲージ

クラックゲージ

Test 1-2


Test plate Kca

(N/mm3/2) 7000

Applied stress

(MPa) 257

Result Arrest

試験結果（シナリオ１/ HSC UD）-Test 1-2

Cra

ck tip

positio

n

from

im

pact edge(m

m)



Timing wire

Strain gauge

Test plate

Crack running plate

Str

ain

dro

p r

atio a

t lo

ad h

ole

1770μsec

1688μsec

0.98

0.95

0.0

1.0

2.0

500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000

ひずみ変化率

ε/ε

0

時間（μ s）

0.92

20/62

試験片サイズ: 大型構造ﾓﾃﾞﾙ試験溶接開先: t/3部分開先継手

試験結果



3/2


Crack

Running

plate

Test plate

Dummy

plate

Arrest Arrest

21/62


y = 1.3053x - 1282

y = 1.3382x - 1309.8

0

200

400

600

800

1,000

1,200

1,400

500 1,000 1,500 2,000 2,500

ノッチ先端からの距離

(mm

)

破断時間 (μ s)

CDゲージ

歪みゲージ

Test 1-3


Test plate Kca

(N/mm3/2) 6000

Applied stress

(MPa) 257

Result Arrest

試験結果（シナリオ１/ HSC UD）-Test 1-3

Cra

ck tip

positio

n

from

im

pact edge(m

m)



Timing wire

Strain gauge

Test plate

Crack running plate

Str

ain

dro

p r

atio a

t lo

ad h

ole

1891μsec

1688μsec

0.98

0.0

0.5

1.0

1.5

500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000

ひずみ変化率

ε/ε

0

時間（μ s）

0.95

22/62

試験片サイズ: 大型構造ﾓﾃﾞﾙ試験溶接開先: t/3部分開先継手

試験結果


伝播経路（シナリオ１/ HSC UD） -Test 1-3

Crack

Running

plate

Test plate


3/2

Arrest

23/62



Crack

Running

plate

Test plate

Dummy

plate

Arrest Arrest


3/2

24/62


シナリオ１（HSC UD）小括

25/62

試験中型構造モデル大型構造モデル

Test # Test 1-1 Test 1-2 Test 1-3


Plate 1

EH40, t=100mm

Plate 2

Weld details t/3部分開先継手

Applied stress 257MPa (EH40 設計応力)

Target temperature -23oC -30oC -35oC

Target Kca (N/mm3/2) 6000 7000 6000

Test results Arrest Arrest Arrest


26/62

内容

1. 緒言、目的




3. 結論


シナリオ2（ UD HSC ）供試鋼

1000

10000

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

Kca

(N

/mm

3/2

)

1000/Tk(1/K)

0 -20 -40 -80（℃）

Kca=6000N/mm3/2

-60

+15%

-15%

T100A

Kca-10℃=11100N/mm3/2

Tkca=6000=-42℃

-28oC

-34oC

-42oC

-30

8000

7000

6000

Grade： EH47 板厚100mm YP=464MPa, TS=576MPa, EL=25.4%, vTrs=-82oC

ESSO 試験結果

27/62


構造モデル試験（シナリオ2 / UD HSC ）中型構造モデル試験片大型構造モデル試験片

10

0

100

11

00

70

0

200

Crack running plate

Dummy plate

Tack weld

CO2 weld


800

Test 2-1: 隅肉溶接（開先なし）

Test 2-2: 隅肉溶接（開先なし）

Test 2-3: t/3部分開先溶接 t/4部分開先溶接

19

00

18

00

1000

Crack running plate

Dummy plate

CO2 weld


40

0

20

0

10

0

100

300

Test 2-4: t/3部分開先溶接 t/4部分開先溶接

17

00

28/62


溶接施工（シナリオ2 / UD HSC）大型構造モデル試験中型構造モデル試験

10

0

Test 2-1: Fillet weld without groove

Test 2-2: Fillet weld without groove

Test 2-3: t/3 & t/4 partial penetration weld

10

0

50

33

･CO2 weld ･ Target fillet size: 25mm

Test 2-4: t/3 & t/4 partial penetration weld

10

0

50

33

･CO2 weld ・Groove angle: 40o ･ Target size: 5mm

10

0

25

25

40o

5

t/3

or

t/4

･CO2 weld ・Groove angle: 40o

･ Target size: 5mm

･CO2 weld ･ Target fillet size: 25mm

29/62


構造モデル試験片（シナリオ2 / UD HSC）


大型構造モデル試験

12

50

10000

10000

26

00

22

00

30/62


計測（シナリオ2/ UD HSC）中型構造モデル試験

Crack Running plate

Test plate

Test plate

t/2 partial penetration weld


Crack run plate

Test plate

Test plate

Dummy plate

Tack weld

Timing wire (both surfaces)

Strain gauge (Static)

Strain gauge (Dynamic)

Thermo couple (both surfaces)

Thermo couple (one surface)

･Thermocouples: 19 points ･Timing wire: 30 ･Strain gauge: 6 (dynamic) : 16 (static)

31/62


計測（シナリオ2 / UD HSC）大型構造モデル試験

･Thermocouples: 21 points ･Timing wire: 17 ･Strain gauge: 6 (dynamic) : 17 (static)

Test plate Timing wire

Strain gauge (Static)

Strain gauge (Dynamic)

Thermo couple (both surfaces)

Thermo couple (one surface)

200

1200

200

130

70

900

100

475

475

30

Str

ain

gauge:

100m

m p

itch

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11

1

2

3

4

5

11

12

13

100

6

100

700

7, 8 C12

75

C13

C14

100

a, b

50

⑩, ⑬ ⑪, ⑭

⑫, ⑮

t/3 partial

penetration weld

t/2 partial

penetration weld

9, 10 C15

75

C16

100

C17

100

100 c, d

50

⑯, ⑲

⑱, 21 ⑰, ⑳

100 1

00

⑨

e

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

35

115

100

200

200

200

200

150

50

Tim

ing

wire: 100m

m p

itch

f

Test plate

Crack Run plate

Test plate Test plate

Crack Run plate

100

550

550

2600

14

16 17

32/62


試験条件（シナリオ2 / UD HSC）

試験中型構造モデル

大型構造モデル

Test # Test 2-1 Test 2-2 Test 2-3 Test 2-4


Weld details

隅肉溶接

t/3 & t/4部分開先溶接

Applied stress 257MPa (EH40設計応力)

Target temperature -42oC -34oC -34oC -28oC

Test plate Kca

(N/mm3/2) 6000 7000 7000 8000

33/62

50

33


試験結果（シナリオ１/ HSC UD） - Test 2-1 & 2-2 試験片サイズ:中型構造ﾓﾃﾞﾙ試験溶接開先: 隅肉

試験結果

Test 2-1 Test 2-2

Target temp. (oC) -42 -34

Test plate Kca

(N/mm3/2) 6000 7000

Applied stress

(MPa) 257

Result Arrest Arrest

Cra

ck t

ip p

ositio

n

from

im

pa

ct e

dge

(m

m)

Elapsed time from impact (msec)

1600m/sec 500m/sec

↓Crack run plate

↑Test plate / Dummy plate

Timing wire Strain gauge

Timing wire

Strain gauge

Crack run plate

Dummy plate

Test 2 (@-34.6oC)

Str

ain

dro

p r

atio

at

loa

d h

ole


Test 2 (@-34.6oC)

34/62


35/62

伝播経路（シナリオ2 / UDHSC） - Test 2-2

Full penetration weld

Dummy plate

Crack Non weld part

Dummy plate

Test plate

Crack

Fillet weld

Non weld part

Dummy plate

Test plate

Crack run plate

Fillet weld

Test 2-2 ･sapp=257 MPa ･Temp.=-34oC ･Kca =7000 N/mm3/2


36/62

破面（シナリオ２ / UDHSC） - Test 2-2

Test 2-2 ･sapp=257 MPa ･Temperature=-34oC ･Kca=7000 N/mm3/2

Test plate

Dummy plate

Arrest

Arrest

Dummy plate

Test plate

Test plate

Crack run plate

Dummy plate


試験結果（シナリオ2 / UDHSC９ - Test 2-3 試験片サイズ: 中型構造ﾓﾃﾞﾙ試験溶接開先: t/3, t/4部分開先継手

試験結果

Test 2-3

Target temp. (oC) -34

Test plate Kca

(N/mm3/2) 7000

Applied stress

(MPa) 257

Result Propagate

50

33

Cra

ck t

ip p

ositio

n

from

im

pa

ct e

dge

(m

m)


1300m/sec

↓Crack run plate


Test 3 (@-33.6oC)


Timing wire t/4 PPW

Timing wire t/3 PPW

Crack run plate

Test plate 300msec→

Str

ain

dro

p r

atio

at

loa

d h

ole


Test 3 (@-33.6oC)

←300msec

37/62


38/62


Test 2-3 (1) t/4 partial

penetration side

･sapp=257MPa ･Temp.=-34oC ･Kca=7000N/mm3/2

・Propagate

(2) t/3 partial

penetration side

･sapp=257MPa ･Temp.=-34oC ･Kca=7000N/mm3/2

・Propagate

Test plate

Brittle crack


Non weld part

Dummy plate

Test plate t/3 partial

penetration weld

Brittle crack

Dummy plate

Crack run plate


Crack run plate

Crack run plate

Crack run plate

Test plate t/3 partial

penetration weld

Non weld part


39/62

破面（シナリオ２ / UDHSC） - Test 2-3

t/4 partial penetration weld side

Test plate Test plate Test plate

Crack run plate





Test 2-3 (1) t/4 partial penetration side

･sapp=257MPa ･Temperature=-34oC ･Kca=7000N/mm3/2

・Propagate

(2) t/3 partial penetration side


・Propagate


試験結果（シナリオ2 / UDHSC） - Test 2-4 試験片サイズ: 大型構造ﾓﾃﾞﾙ試験溶接開先: t/3, t/4部分開先継手

試験結果

Test 2-4

Target temp. (oC) -28

Test plate Kca

(N/mm3/2) 8000

Applied stress

(MPa) 257

Result Arrest / Arrest

50

33

Cra

ck t

ip p

ositio

n

from

im

pa

ct e

dge

(m

m)


1550m/sec

↓Crack run plate


Test 4 (@-28.5oC)


Crack run plate

←730msec

Str

ain

dro

p r

atio

at

loa

d h

ole


Test 4 (@-28.5oC)

←730msec

40/62


41/62

伝播経路（シナリオ２ / UDHSC） - Test 2-4

Test 2-4 (1) t/4 partial penetration weld side


・Arrest

Brittle crack

Dummy plate

Crack run plate


Crack run plate


Crack run plate

Notch

Notch


42/62

伝播経路（シナリオ２ / UDHSC） - Test 2-4

Test 2-4 (2) t/3 partial penetration weld side

･257MPa ･Temperature=-28oC ･Kca=8000N/mm3/2

・Arrest

Brittle crack

Dummy plate

Crack run plate


Crack run plate


Crack run plate

Notch

Notch


43/62

伝播経路（シナリオ2 / UDHSC） - Test 2-4 Test 2-4

(1) t/4 partial penetration weld side (2) t/3 partial penetration weld side

Test plate

Crack run plate


Dummy plate Brittle crack

Crack run plate


Crack run plate

Crack run plate


Brittle crack

Test plate

Dummy plate Non weld part

Crack run plate

Brittle crack


44/62


Crack run plate


Arrested crack tip

Test plate

Crack run plate


Arrested crack tip

Brittle crack

Crack run plate

t/4 partial penetration weld Test plate

Dummy plate

Non weld part

Crack run plate

Brittle crack


Test 2-4

(1) t/4 partial penetration weld side (2) t/3 partial penetration weld side


45/62

Test 2-4

破面（シナリオ2 / UDHSC） - Test 2-4

Test plate

Crack run plate

Window notch

Test plate

Test plate






Test plate Test plate


構造モデル試験一覧シナリオ1（HSC UD）シナリオ2（UD HSC）

Test plate EH40, t=100mm EH47, t=100mm

Plate 1 Plate 2 Plate 2

Test # Test 1-1 Test 1-2 Test 1-3 Test 2-1 Test 2-2 Test 2-3 Test 2-4

Test scale 中型構造ﾓﾃﾞﾙ

大型構造ﾓﾃﾞﾙ

中型構造ﾓﾃﾞﾙ


Weld

detail

t/3 partial penetration weld Fillet weld t/3 & t/4 partial

penetration

Weld

Test temp. -23oC -30oC -35oC -42oC -34oC -34oC -28oC

Test plate

Kca

6000

N/mm3/2 7000

N/mm3/2

6000 N/mm3/2

6000 N/mm3/2

7000 N/mm3/2

7000 N/mm3/2

8000 N/mm3/2

Applied

stress 257 MPa 257 MPa

Test result Arrest Arrest Arrest Arrest Arrest Propagate Arrest

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構造モデル試験一覧 HSC UD UD HSC

Test plate EH40, t=100mm EH47, t=100mm

Plate 1 Plate 2 Plate 2

Test # Test 1-1 Test 1-2 Test 1-3 Test 2-1 Test 2-2 Test 2-3 Test 2-4

Test scale 中型構造ﾓﾃﾞﾙ


中型構造ﾓﾃﾞﾙ


Weld

detail

t/3 partial penetration weld Fillet weld t/3 & t/4 partial

penetration

Weld

Test temp. -23oC -30oC -35oC -42oC -34oC -34oC -28oC

Test plate

Kca

6000

N/mm3/2 7000

N/mm3/2

6000 N/mm3/2

6000 N/mm3/2

7000 N/mm3/2

7000 N/mm3/2

8000 N/mm3/2

Applied

stress 257 MPa 257 MPa

Test result Arrest Arrest Arrest Arrest Arrest Propagate Arrest

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溶接開先については、実際にHSCとUDの継手に適用される部分開先継手に限定すれば・・・


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内容

1. 緒言、目的




3. 結論


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結論

板厚100mmの脆性亀裂アレスト（BCA)鋼の要求Kca値について検討し、以下の結論を得た。 (1) シナリオ1（HSC UD）に対しては、 Kca値6000N/mm3/2 で脆性亀裂はアレストした. (2) シナリオ2（UD HSC）に対しては、 Kca値8000N/mm3/2 が脆性亀裂のアレストに必要であった.

シナリオ1 （HSC UD)

シナリオ2 （UD HSC）

t=100mm Kca≧6000N/mm3/2 Kca≧8000N/mm3/2

Documents

超大型コンテナ船用極厚鋼板の 必要アレスト靭性に関する研 …...Applied stress (MPa) 257 Result Arrest 試験結果（シナリオ1/ HSC UD）-Test 1-1 試験片サイズ:

超大型コンテナ船用極厚鋼板の必要アレスト靭性に関する研 …...Applied stress (MPa) 257 Result Arrest 試験結果（シナリオ1/ HSC UD）-Test 1-1 試験片サイズ: