為了確保船體的安全性能，日本船廠(chǎng)除了強化設計和工藝管理之外，還嚴格執行日本船級協(xié)會(huì )規格和造船施工法標準，而且必須防止因船舶事故、損壞而造成的環(huán)境污染，故整個(gè)社會(huì )都關(guān)注船體安全性，即要求船體結構比原來(lái)有更高的可靠性。另一方面，如何提高現場(chǎng)的生產(chǎn)率也是大課題，這除了應改善與生產(chǎn)技術(shù)相關(guān)的硬件和軟件條件之外，還需變形少、易加工的鋼材。為此，利用近年煉鋼、軋制技術(shù)的進(jìn)步，日本開(kāi)發(fā)了具有高強度可靠性和良好加工性的高功能性造船用鋼材，并實(shí)現了產(chǎn)業(yè)化。
1龜裂高停止性鋼板
龜裂高停止性鋼板即表面超細晶粒鋼板(簡(jiǎn)稱(chēng)SUF)。在船的碰撞、觸礁等“非常時(shí)刻”，為了避免船體的大規模嚴重損壞，船板須具有高脆性裂紋停止性能，日本海事協(xié)會(huì )將之作為一個(gè)重要指標，將具有該性能的鋼板定義為“高停止性鋼板”
通常船舶航運時(shí)，由于龜裂產(chǎn)生后應力得到緩和、鋼材對龜裂有一定停止性能、以及結構的不連續(如外板和骨架材的交叉)等因素的影響，有可能將焊接缺陷和疲勞龜裂作為起點(diǎn)而發(fā)生傳播的脆性龜裂停止在造成致命損壞之前。然而，從對“非常時(shí)”的滿(mǎn)載油船的碰撞狀態(tài)解析可知，被撞船的側外板上部遭到破壞，還損壞了內部結構材，同時(shí)在裂口附近的鋼材產(chǎn)生了最大約10%的塑性應變。因此，在“非常時(shí)”往往就不能期待鋼材在通常情況下具有的裂紋停止性能。
SUF鋼板是在表層到大約為板厚1/6的范圍內具有1～2μm超細晶粒鐵素體組織的鋼板，當脆性龜裂傳播時(shí)，鋼板兩面的SUF部形成的剪切唇有停止的效果。
日本海事協(xié)會(huì )將船體產(chǎn)生應力的狀態(tài)分類(lèi)為碰撞、觸礁的“非常時(shí)”和正常情況下的“通常航運時(shí)”，要求在脆裂停止材上的脆裂停止特性值(下稱(chēng)Kca)在“通常時(shí)”須Kca≥4000N/mm1.5，在“非常時(shí)”須Kca≥6000N/mm1.5。
從將一般船體用EH級KE36鋼板和SUF鋼板施加5%和10%塑性應變后，再進(jìn)行溫度梯度型ESSO(大型斷裂模型)試驗的結果可知，KE36船板在最低使用溫度-10℃的“非常時(shí)”，即使在產(chǎn)生5%較低塑性應變條件下，其Kca值也降至龜裂停止性能的要求值以下;反之，即使對SUF鋼板施加10%的高塑性應變后，其仍具有充分高的Kca值，即通過(guò)此ESSO試驗，確認SUF鋼板具有在“非常時(shí)”的裂紋停止性能。
SUF鋼板最初用于78000m3低溫式液化石油氣船(LPG)，目標是使其在“非常時(shí)”不發(fā)生大規模斷裂。為此，在覆蓋船載槽罐(Cargotank)整個(gè)區域的船側外板上部配置了SUF鋼板。此后，大量貨運船和運礦船也采用了SUF鋼板，使其用量在增大。另外，SUF鋼板不僅對“非常時(shí)”，且對提高在低溫海域航行船舶以及低溫貨運槽罐周邊船體構造的安全性也能提供有效保障?？梢灶A期，在整個(gè)社會(huì )都關(guān)注船舶安全性的背景下，SUF鋼板的使用范圍將會(huì )不斷擴大。
2高疲勞強度鋼板
高疲勞強度鋼板即疲勞裂紋擴展抑制鋼板(簡(jiǎn)稱(chēng)FCA)。過(guò)去，防止疲勞破壞是遵從在特定部位如何抑制產(chǎn)生的變化應力這一觀(guān)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的。如果焊接部的疲勞裂紋的發(fā)生、擴展特性與鋼材的強度和組織無(wú)關(guān)，則此認識是可以接受的。然而，利用對鋼材的組織控制，卻能開(kāi)發(fā)可抑制疲勞裂紋擴展的鋼板，并獲得更高的疲勞強度可靠性。
FCA鋼板的這種擴展抑制機理是，由適當比例構成的鐵素體+貝氏體復合組織對疲勞裂紋有以下3種抑制效果：①相邊界對裂紋擴展速度的抑制。②交變軟化對裂紋開(kāi)口的抑制。③交變軟化預應變后延性斷裂抗力下降的抑制。
在小型CT試樣上確認了FCA鋼板的龜裂擴展速度為原來(lái)鋼板的大約1/2以下。為了確認實(shí)際鋼結構的疲勞壽命提高的效果，進(jìn)行了模擬船體結構模型疲勞試驗。從結果可知：從使用FCA鋼板模型加強板轉角焊接部產(chǎn)生的疲勞龜裂到表面斷裂的壽命約為原來(lái)鋼板的2倍，這說(shuō)明即使是在結構體上，也有顯著(zhù)的疲勞壽命提高效果。
FCA鋼板最初是用作LPG船的雙層底面材，其目的是為了提高全長(cháng)貫通焊縫部的疲勞壽命。從FCA鋼板和原來(lái)鋼板的疲勞龜裂擴展解析結果可知，使用FCA鋼板的疲勞壽命大約為使用原來(lái)鋼板的2.5倍。防止疲勞斷裂是確保結構安全性的重要技術(shù)，還可因此而降低維修費用，今后FCA類(lèi)高疲勞強度鋼板在造船工程中的重要性將更加凸顯出來(lái)。
3熱變形抑制鋼板
熱變形抑制鋼板即殘余應力控制鋼板。在包括造船的鋼結構制作過(guò)程中，難以避免因切割和焊接輸入熱量而引起的鋼板變形，從而降低了施工效率并增加矯正工時(shí)數，這是與高精度組裝部件以及提高切割(焊接)精度等機械化、自動(dòng)化的現場(chǎng)作業(yè)目標與發(fā)展方向背道而馳的。
造成切割和焊接時(shí)鋼材變形的原因是輸入熱量及其波動(dòng)、鋼材軋后形狀不良以及內部的殘余應力等。特別是因不均勻的殘余應力難以預測，故設法將之降低就更為必要。為此，在原TM-CP(即控軋控冷)工藝技術(shù)的基礎上，開(kāi)發(fā)了系統的鋼材形狀和殘余應力控制技術(shù)。一方面在鋼坯加熱、軋制及軋后快冷過(guò)程中抑制平直度不良和殘余應力的產(chǎn)生，同時(shí)利用在線(xiàn)的殘余應力預測技術(shù)評價(jià)，判定鋼材及其切割后的形狀，從而實(shí)現了高精度殘余應力控制，并將之作為解決軋后鋼材形狀不良和殘余應力不均勻的有效手段。
采用以上技術(shù)生產(chǎn)的殘余應力控制鋼板能用于船殼部位。在組裝船的雙層外殼的平行底座(尺寸為寬12m×長(cháng)20m×高3m)、焊接縱梁及面板時(shí)，檢測了不同鋼板的制作誤差和作業(yè)時(shí)間。結果表明，使用殘余應力控制鋼板的縱梁間隙都控制在允許的誤差范圍以?xún)?反之，使用原來(lái)鋼板誤差常超過(guò)允許范圍。由于前者可以不經(jīng)調整而施工，故較之后者可大幅節省工時(shí)，提高了施工效率。
4提高安全性的課題
為了確保船體的安全性，并隨壽命的延長(cháng)而降低壽命周期費用，如何抑制船體腐蝕是關(guān)鍵。日本造船協(xié)會(huì )實(shí)際調查了船載油罐腐蝕狀況，在查明腐蝕原因及機理的基礎上，所開(kāi)發(fā)的耐蝕船板不僅可抑制底板的點(diǎn)蝕和上甲板內面的倉面腐蝕，且具有與原來(lái)的TMCP型船板同等的焊接性與加工性。這種鋼板正在不斷用于油船的建造中，已經(jīng)開(kāi)始顯示出延遲腐蝕、延長(cháng)壽命和防止損壞事故發(fā)生(而污染海洋環(huán)境)的效果。
另一方面，大型集裝箱的上甲板縱貫梁材采用了厚70～80mm的YP390N/mm2級高強度鋼板。近有研究報告指出，超厚板的脆性龜裂傳播試驗表明，在最低航運溫度(-10℃)和一定應力條件下，無(wú)論是在大熱量輸入焊縫還是母材上，要停止脆性龜裂都是困難的。因此，如何確保超厚鋼板焊縫韌性、母材的脆裂停止性、檢測和排除焊接缺陷，從而確保此超厚板結構的可靠性是重要課題。作為解決這些問(wèn)題之一例，是開(kāi)發(fā)了大熱量輸入焊接用YP460N/mm2級高強度鋼板。