溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材の製造方法
【課題】入熱量が５０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接を行なった場合であってもＨＡＺ靱性に優れた鋼材の製造方法を提供する。
【解決手段】Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０５０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％、Ｎ：０．０１０％以下、Ｏ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材を製造する方法であって、Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整し、その後にＺｒを添加するにあたり、前記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが下記式（１）を満足する量のＺｒを添加する。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【解決手段】Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０５０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％、Ｎ：０．０１０％以下、Ｏ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材を製造する方法であって、Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整し、その後にＺｒを添加するにあたり、前記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが下記式（１）を満足する量のＺｒを添加する。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁や高層建造物、船舶などに使用される鋼材に関し、特に、溶接したときに熱影響を受ける部位（以下、「溶接熱影響部」または「ＨＡＺ」と呼ぶことがある。）の靱性に優れた鋼材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁や高層建造物、船舶などに使用される鋼材に要求される特性は、近年益々厳しくなっており、とりわけ良好な靱性が求められている。これらの鋼材は、一般的に溶接して接合されることが多いが、溶接継手部のうち、特にＨＡＺは溶接時に熱影響を受けて靱性が劣化しやすいという問題がある。この靱性劣化は溶接時の入熱量が大きくなるほど顕著に現れ、その原因は溶接時の入熱量が大きくなるとＨＡＺの冷却速度が遅くなり、焼入性が低下して粗大な島状マルテンサイトを生成することにあると考えられている。従ってＨＡＺ靱性を改善するには、溶接時の入熱量を極力抑えればよいと考えられる。しかしその一方で、溶接作業効率を高めるうえでは、例えばエレクトロガス溶接、エレクトロスラグ溶接、サブマージ溶接などの溶接入熱量が５０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接法の採用が望まれる。
【０００３】
そこで本出願人は、大入熱溶接法を採用した場合のＨＡＺ靱性劣化を抑制する鋼材を特許文献１〜３に提案している。これらの鋼材は、粒内フェライト変態の核となる酸化物としてＲＥＭの酸化物および／またはＣａＯと、ＺｒＯ2を含有しているところに特徴がある。上記酸化物は、溶鋼中では液状で存在するため鋼中に微細分散する。また、上記酸化物は熱的に安定であり、例えば１４００℃レベルの高温に長時間曝されても固溶して消失しないため、ＨＡＺ靱性の向上に大きく寄与する。
【０００４】
鋼中に微細な酸化物を均一分散させる方法としては、例えば、特許文献４の技術が知られている。この技術では、溶存酸素量を２０〜６０ｐｐｍ（０．００２〜０．００６％）の範囲とした溶鋼に、Ｚｒを添加し、その後、酸素源物質を酸素濃度換算で５０〜２００ｐｐｍ（０．００５〜０．０２％）添加し、冷却することによって２次脱酸生成物を晶出させている。しかしＺｒを添加した後に更に酸素を富化すると、粗大なＺｒ酸化物（ＺｒＯ2）が生成すると考えられる。
【０００５】
一方、巨大介在物やクラスター状介在物を生成させることなく溶鋼を脱酸し、介在物に起因する欠陥の発生を防止する技術としては、特許文献５、６が提案されている。しかしこれらの公報では、酸化物の大きさとＨＡＺ靱性の関係について着目されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１００２１３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７００４号公報
【特許文献３】特開２００７−２４７００５号公報
【特許文献４】特開平３−２８７７１１号公報
【特許文献５】特開平９−２８７０１５号公報
【特許文献６】特開２００３−１３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、特に入熱量が５０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接を行なった場合であってもＨＡＺ靱性に優れた鋼材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決することのできる本発明に係る製造方法は、Ｃ：０．０２〜０．１５％（質量％の意味。以下成分について同じ。）、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：２．５％以下（０％を含まない）、Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０５０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％、Ｎ：０．０１０％以下（０％を含まない）、Ｏ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材を製造する方法であって、Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整し、その後にＺｒを添加するにあたり、前記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが下記式（１）を満足する量のＺｒを添加するところに要旨を有する。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【０００９】
上記鋼材は、更に他の元素として、
［１］Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：３．５％以下（０％を含まない）、
［２］Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：１％以下（０％を含まない）、
［３］Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）および／またはＶ：０．１％以下（０％を含まない）、
［４］Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）、
等を含有してもよい。
【００１０】
上記製造方法で得られた本発明の鋼材は、
（ａ）前記鋼材は、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを含有する酸化物を含み、
（ｂ）前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、平均組成で、ＺｒＯ2：５〜５０％、ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ2Ｏ3）：５〜５０％、ＣａＯ：５０％以下（０％を含まない）を満足し、且つ、
（ｃ）前記鋼材に含まれる全酸化物のうち、円相当直径で０．１〜２μｍの酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり１２０個以上、円相当直径で３μｍ超の酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり５．０個以下
であることが好ましい。
【００１１】
前記円相当直径で３μｍ超の酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超える酸化物は、観察視野面積１ｍｍ2あたり３．０個以下であることが好ましい。
【００１２】
前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物の個数割合が９０％を超えているか、または、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物の個数割合が８０％を超えていることが好ましい。
また、前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物の個数割合が９０％を超えており、且つ、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物の個数割合が８０％を超えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法によれば、粒内フェライト変態の核となる酸化物（Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを含有する酸化物）が所定量生成していると共に、鋼材中に存在する酸化物の大きさと個数（粒度分布）が適切に制御された鋼材を製造できる。この鋼材は、大入熱溶接しても良好なＨＡＺ靱性を示すものである。
【００１４】
本発明の製造方法で得られる鋼材は、ＨＡＺ靱性向上に有用な円相当直径が０．１〜２μｍの微細な酸化物が所定量以上存在するだけでなく、ＨＡＺ靱性向上に悪影響を及ぼすことが明らかになった円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物の個数が有意に抑制されているため、上記特許文献１の実施例に開示されたＨＡＺ靱性評価方法よりも大きな入熱量で溶接を行なってもＨＡＺ靱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明で規定する式（１）の左辺の値（Ｚ値）と円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数と−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数と−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）との関係を示すグラフであり、上記図２に示したデータの一部を抜粋して示したグラフである。
【図４】図４は、実施例で用いた鋼材（表４のＮｏ．２）に含まれる個々の酸化物の成分組成を示したグラフである。
【図５】図５は、実施例で用いた鋼材（表４のＮｏ．６）に含まれる個々の酸化物の成分組成を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、上記特許文献１に開示された粒内フェライト変態技術を改良し、より大きな入熱量で溶接を行なってもＨＡＺ靱性が劣化しない鋼材を製造するための技術に関するものである。
【００１７】
本発明に到達した経緯は以下の通りである。即ち、本発明者らは、上記特許文献１を開示した後も、一層高いレベルの大入熱溶接時のＨＡＺ靱性に優れた鋼材を提供するための研究を重ねており、その結果、特願２００８−３９３３５号に記載の発明を先に提案した（以下、先願発明１と呼ぶ。）。先願発明１では、鋼材中の全酸化物（粒内フェライト変態の核となる上記酸化物に限定されず、全ての酸化物を対象とする。）の大きさと個数がＨＡＺ靱性の向上に深く関与しており、特に、円相当直径で５．０μｍ超の粗大な酸化物を５個以下に低減すれば、入熱量が概ね５０ｋＪ／ｍｍ程度の大入熱溶接を行なってもＨＡＺ靱性に優れた鋼材が得られることを開示している。このように先願発明１によれば、粗大な酸化物の個数が著しく抑えられているため、上記特許文献１の実施例に開示されたＨＡＺ靱性評価方法よりも大きな入熱量で溶接を行なってもＨＡＺ靱性を高めることができた。つまり上記特許文献１では、１４００℃の加熱温度で５秒間保持した後８００℃から５００℃までの温度を３００秒で冷却する熱サイクル（入熱条件：１４００℃×５秒、冷却時間Ｔｃ＝３００秒）を与え、−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）を測定したが、先願発明１では、１４００℃の保持時間を３０秒間と長くした熱サイクル（入熱条件：１４００℃×３０秒、冷却時間Ｔｃ＝３００秒）を与えたときの吸収エネルギーを上記と同様にして測定しており、この場合でも良好なＨＡＺ靱性が得られることを確認している。
【００１８】
本発明者らは、上記先願発明１を提案した後も、更に一層高いレベルの大入熱溶接時のＨＡＺ靱性に優れた鋼材を提供するため研究を進めてきた。その結果、先願発明１よりも更に大入熱量の条件である「１４５０℃の加熱温度で５秒間保持した後８００℃から５００℃までの温度を４００秒で冷却する熱サイクル」（入熱条件：１４５０℃×５秒、冷却時間Ｔｃ＝４００秒）を与えた場合でもＨＡＺ靱性に優れた鋼材を提供するには、先願発明１のように円相当直径で５．０μｍ超の酸化物を５個以下に低減するだけでは不充分であり、先願発明１を含め従来は全く着目されていなかった３μｍ超の酸化物の個数を低減することが極めて重要であることを明らかにした。そしてこの技術を特願２００９−１６７２５５号に提案した（以下、先願発明２と呼ぶ。）。
【００１９】
上記先願発明２では、ＨＡＺ靱性向上に悪影響を及ぼすことが初めて明らかになった円相当直径３μｍ超の酸化物の個数を低減させる（５．０個／ｍｍ2以下）ために、ＲＥＭ添加前の溶鋼中の溶存酸素量に応じてＲＥＭの添加量を適切に制御することが重要であることを開示した。詳細には、ＲＥＭ添加前の溶鋼中の溶存酸素量に応じて、下記式（α）を満足する量のＲＥＭを添加する。これにより所望とするＨＡＺ靱性の実現にあたって悪影響を及ぼす粒径が大きいＲＥＭ系酸化物の生成を抑制できる。
２ｌｏｇＱREM＋３ｌｏｇＱOf≦−１２．００ ・・・（α）
【００２０】
本発明者らは、上記先願発明２を提案した後も円相当直径が３μｍを超える酸化物の個数を低減可能な他の方法を提供するため検討を重ねてきた。その結果、ＲＥＭ添加前の溶鋼中の溶存酸素量に応じてＲＥＭの添加量を適切に制御する上記先願発明２の方法以外に、Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量に応じてＺｒの添加量を適切に制御する方法を採用しても上記先願発明２で規定する要件を満足する鋼材を製造できることを見出し、本発明を完成した。即ち、本発明に係る製造方法は、Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整し、その後にＺｒを添加するにあたり、前記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが下記式（１）を満足するようにＺｒを添加するところに特徴がある。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【００２１】
そしてこの製造方法によって得られる鋼材は、基本的には、上記先願発明２で規定した下記の要件を満足するものである。
（ア）ＨＡＺ靱性向上に有用な円相当直径０．１〜２μｍの微細な酸化物の個数を増大させる（１２０個／ｍｍ2以上）と共に、
（イ）円相当直径３μｍ超の酸化物の個数を低減させる（５．０個／ｍｍ2以下）。
【００２２】
このように酸化物の形態を制御することによって、上記先願発明１よりも一層大きな入熱量で溶接を行なってもＨＡＺ靱性を改善できる。
また、上記製造方法によって得られる鋼材は、上記円相当直径が３μｍ超の酸化物について、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超える酸化物の個数が低減（３．０個／ｍｍ2以下）されているものとなる。
【００２３】
また、上記製造方法によって得られる鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物（以下、酸化物Ｉということがある。）の個数割合が９０％を超えているか、および／または、（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物（以下、酸化物ＩＩということがある。）の個数割合が８０％を超えていることが好ましく、これによりＨＡＺ靱性が一層高められるようになる。
【００２４】
本明細書では、粒内フェライト変態の核となる酸化物、即ち、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを含有する酸化物と、鋼材中に含まれるすべての酸化物を区別するため、説明の便宜上、前者を特に「Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物」と呼び、後者を特に「全酸化物」と呼ぶ場合がある。なお、酸化物には、酸化物以外の介在物（例えば、硫化物や窒化物、炭化物、或いはこれらの複合化合物）が複合している複合酸化物も含む意味である。
【００２５】
また、上記のＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物を構成する必須成分（Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａ）を、特に「粒内フェライト変態核生成元素」と呼ぶ場合がある。
【００２６】
また、本発明の鋼材には、上記の酸化物以外に硫化物や窒化物、炭化物、或いはこれらの複合化合物等も含まれるが、本明細書では、鋼材中に含まれる酸化物、硫化物、窒化物、炭化物、或いはこれらの複合化合物等を総称して「全介在物」と呼ぶ。
【００２７】
また、本明細書では、鋼材に含まれる全酸化物のうち、円相当直径が０．１〜２μｍの酸化物を「微細な酸化物」、円相当直径が３μｍ超の酸化物を「粗大な酸化物」、と夫々呼び、これらを区別する場合がある。なお、上記先願発明１では、円相当直径で５μｍ超の酸化物を「粗大な酸化物」と定義していたが、本明細書では、円相当直径で３μｍ超の酸化物を「粗大な酸化物」としている。
【００２８】
本明細書において「大入熱溶接のＨＡＺ靱性に優れた鋼材」とは、鋼材に対し、１４５０℃で５秒間保持した後、８００℃から５００℃までの温度を４００秒で冷却する熱サイクル（熱履歴）を与えたとき、−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）が１００Ｊ以上を満足するものを意味する。上記の熱サイクルを特に「大入熱熱履歴」と呼ぶ場合がある。この熱サイクルによる入熱量は、先願発明１や特許文献１に記載の熱サイクルによる入熱量に比べて高いものであり、その意味で、本発明の「大入熱溶接」と、先願発明１や特許文献１に記載の「大入熱溶接」の入熱レベルが相違するものである。
【００２９】
本発明において、熱サイクルの温度を１４５０℃に設定したのは、先願発明１に記載の熱サイクル温度（１４００℃）では、ＨＡＺのうち特に溶接金属に近接した部位（ボンド部と呼ばれることもある。）の熱温度は１４００℃を超えて概ね１４５０℃程度になることを考慮したものである。
【００３０】
まず、本発明の鋼材を製造する方法について説明する。本発明の製造方法は、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整した溶鋼中にＺｒを添加するにあたり、前記溶鋼中の溶存酸素量ＱOf（質量％）とＺｒ添加量ＱZr（質量％）が下記式（１）を満足する量のＺｒを添加するところに特徴がある。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【００３１】
上記式（１）は、本発明で規定する所望のＨＡＺ靱性を確保するために設定されたものであり、上記式（１）に基づき、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfに応じてＺｒ添加量ＱZrを適切に添加すれば所望のＨＡＺ靱性を確保できる（後記する実施例を参照）。なお、上記式（１）の左辺の値をＺ値と呼ぶことがある。また、上記式（１）の左辺の係数は、下記式（２）で示される溶鋼中でのＺｒ酸化物生成反応式に基づく値である。
Ｚｒ＋２Ｏ＝ＺｒＯ2 ・・・（２）
【００３２】
即ち、上記式（１）は、溶鋼にＺｒを添加する際のＺｒ過飽和度に着眼して設計されたものであり、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが上記式（１）を満足するということは、Ｚｒ酸化物の生成に関与するＺｒ添加量ＱZrを少なく設定したことを意味する。その結果、生成するＺｒ酸化物の個数も少なくなるため、結果的に、粗大な酸化物の個数が本発明の範囲内に低減されることになり、所望のＨＡＺ靱性が確保されるものと思料される。つまりＺｒＯ2は、ＲＥＭの酸化物（例えば、Ｃｅ2Ｏ3）やＴｉＯ2と比べると凝集しやすく、合体して粗大な酸化物を形成しやすいため、他の脱酸生成物よりも特に注意して制御する必要がある。そこで本発明では、溶鋼にＺｒを添加する際のＺｒ過飽和度に着目し、上記式（１）を設計した。
【００３３】
上記Ｚ値が−７．５０を超えると、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrのバランスが悪くなり、Ｚｒ添加量が多くなって粗大なＺｒ酸化物が生成する。その結果、ＨＡＺ靱性が低下する。従って上記Ｚ値を−７．５０以下とする。Ｚ値は、好ましくは−７．７以下、より好ましくは−８．０以下である。Ｚ値の下限は特に限定されないが、鋼中のＺｒ量などを考慮すると、おおむね、−９．０程度である。
【００３４】
なお、上記先願発明１では、上記式（１）について全く留意していない。そのため、式（１）の関係を満足せず、式（１）の左辺の値（Ｚ値）が−７．５０を超えてＺｒを多く添加している場合があった。
【００３５】
次に、上記式（１）を構成するＺｒ添加量ＱZrと溶鋼中の溶存酸素量ＱOfについて説明する。
【００３６】
まず、上記Ｚｒ添加量ＱZrは、上記の通り、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfに応じて適宜添加すれば良い。なお、上記Ｚｒ添加量ＱZrは、本発明鋼材中に含まれるＺｒ量に比べて多く設定している。これは鋳造前に添加したＺｒ量は、鋳造過程などで揮発したり、スラグ中に分散するなどし、鋼材中に含まれるＺｒ量が少なくなるからである。
【００３７】
また、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfは０．０００５〜０．０１質量％の範囲とする。溶存酸素とは、酸化物を形成しておらず、溶鋼中に存在するフリーな状態の酸素を意味する。即ち、本発明の鋼材を製造するには、まず前提条件として、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整する。溶鋼中の溶存酸素量ＱOfが０．０００５質量％未満では、溶存酸素量が不足するため、粒内フェライト変態の核となるＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物を所定量確保できず、ＨＡＺ靱性を改善できない。また、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfが不足すると、酸化物を形成できなかったＺｒが炭化物を形成したり、ＲＥＭやＣａが硫化物を形成するため、母材自体の靱性を劣化させる原因となる。従って上記溶存酸素量ＱOfは、０．０００５質量％以上とする。上記溶存酸素量ＱOfは、好ましくは０．００１質量％以上、より好ましくは０．００１５質量％以上、特に好ましくは０．００２０質量％以上である。
【００３８】
一方、上記溶存酸素量ＱOfが０．０１質量％を超えると、溶鋼中の酸素量が多過ぎるため、溶鋼中の酸素と上記元素の反応が激しくなって溶製作業上好ましくないばかりか、粗大な酸化物を生成して却ってＨＡＺ靱性を劣化させる。従って上記溶存酸素量ＱOfは０．０１質量％以下に抑えるべきである。上記溶存酸素量ＱOfは、好ましくは０．００８質量％以下、より好ましくは０．００７質量％以下とする。
【００３９】
ところで転炉や電気炉で一次精錬された溶鋼中の溶存酸素量は、通常０．０１質量％を超えている。そこで本発明の製法では、溶鋼中の溶存酸素量を何らかの方法で上記範囲に調整する必要がある。
【００４０】
溶鋼中の溶存酸素量を調整する方法としては、例えばＲＨ式脱ガス精錬装置を用いて真空脱酸する方法や、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌなどの脱酸性元素を添加する方法などが挙げられ、これらの方法を適宜組み合わせて溶存酸素量を調整すれば良い。また、ＲＨ式脱ガス精錬装置の代わりに、取鍋加熱式精錬装置や簡易式溶鋼処理設備などを用いて溶存酸素量を調整しても良い。この場合、真空脱酸による溶存酸素量の調整はできないため、溶存酸素量の調整にはＳｉ等の脱酸性元素を添加する方法を採用すれば良い。Ｓｉ等の脱酸性元素を添加する方法を採用するときは、転炉から取鍋へ出鋼する際に脱酸性元素を添加しても構わない。
【００４１】
上記のように溶鋼中の溶存酸素量を上記範囲に調整した後は、Ｚｒを添加してから鋳造するが、本発明では、上記溶存酸素量とＺｒの添加量の関係が、上記式（１）の規定を満足することが重要であり、Ｚｒ以外の成分元素の添加順序は特に限定されない。Ｚｒは他の成分元素に比べて酸素との結合が非常に強く、ＨＡＺ靱性に悪影響を及ぼす粗大な酸化物の生成に大きく関与するのに加え、Ｚｒの酸化物（ＺｒＯ2）は、ＲＥＭの酸化物と比べて溶鋼との接触角が大きく、凝集合体し易い。従ってＺｒの添加量については特別に留意する必要がある。
【００４２】
Ｚｒ以外の成分元素を添加するにあたり、上記（ｄ）に示したように、個々の酸化物に含まれるＡｌ2Ｏ3量を低減し、全酸化物の個数に対して、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満の酸化物Ｉの個数割合を９０％超にするには、鋼材を製造する際に、他の脱酸元素を添加するときの溶鋼のＡｌ量を０．０３％以下に抑えることが推奨される。このように溶鋼のＡｌ量を制御するには、再酸化によるＡｌの滅失等を適宜考慮してＡｌを添加すればよい。なお、溶鋼中のより好ましいＡｌ量は０．０２５％以下である。
【００４３】
また、上記（ｅ）に示したように、全酸化物の個数に対して、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3比が０．３５超を満足する酸化物ＩＩの個数割合を８０％超にするには、鋼材を製造する際に、溶鋼に添加するＣａ量とＡｌ量の比（Ｃａ添加量／Ａｌ添加量）が０．３０を超えるように高めることが推奨される。Ｃａ添加量／Ａｌ添加量比は、より好ましくは０．４以上であり、更に好ましくは０．５以上である。
【００４４】
なお、Ｔｉ酸化物の微細化によるＨＡＺ靱性の更なる向上を目的として、Ｔｉの添加順序に留意することは本発明の好ましい態様である。即ち、Ｚｒを添加する前に、Ｔｉを添加することが好ましい。Ｔｉ酸化物は、Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物に比べて溶鋼との界面エネルギーが小さいため、溶鋼にＺｒ、ＲＥＭ、およびＣａを添加する前にＴｉを添加することで、Ｔｉ酸化物を微細化でき、結果的に、ＨＡＺ靱性に寄与する微細な酸化物を生成させることができる。そしてＴｉを添加した後に、溶存酸素量ＱOfに応じた量のＺｒ、ＲＥＭ、およびＣａを添加する（添加順序は特に限定されない）ことで、所望とする粒内フェライト変態の核となるＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物が得られる。
【００４５】
このように溶存酸素量ＱOfを調整した溶鋼にＴｉを添加してから、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfに応じてＺｒの添加量ＱZrが上記式（１）を満足するようにＺｒを添加すれば、酸化物の大きさと密度を適切に制御できる。Ｚｒより先にＴｉを添加すると溶鋼の溶存酸素はＴｉと結合して酸化物を形成するため減少するが、Ｔｉは、Ｚｒと比べると酸素と結合し難く、且つＴｉ酸化物は溶鋼との界面エネルギーが小さいため、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物を形成し難いからである。
【００４６】
溶鋼へ添加するＺｒやＲＥＭ，Ｃａ，Ｔｉの形態は特に限定されず、例えば、純Ｚｒ，ＲＥＭとして、純Ｌａや純Ｃｅ，純Ｙなど、純Ｃａ，純Ｔｉが挙げられる。その他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｌａ合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｅ合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃａ合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｌａ−Ｃｅ合金，Ｆｅ−Ｃａ合金，Ｆｅ−Ｔｉ合金，Ｆｅ−Ｚｒ合金，Ｎｉ−Ｃａ合金などの合金として添加してもよい。また、溶鋼へミッシュメタルを添加してもよい。ミッシュメタルとは、希土類元素の混合物であり、具体的には、Ｃｅを４０〜５０％程度，Ｌａを２０〜４０％程度含有している。但し、ミッシュメタルには不純物としてＣａを含むことが多いので、ミッシュメタルがＣａを含む場合は本発明で規定する範囲を満足する必要がある。
【００４７】
こうして成分調整して得られた溶鋼は、常法に従って連続鋳造してスラブとした後、常法に従って熱間圧延すればよい。
【００４８】
次に、本発明の製造方法によって得られる鋼材について説明する。上記鋼材の成分組成および酸化物の詳細は、上記先願発明２と実質的に同じである。
【００４９】
本発明法によって得られる鋼材は、基本成分として、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：２．５％以下（０％を含まない）、Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０５０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％、Ｎ：０．０１０％以下（０％を含まない）、Ｏ：０．０００５〜０．０１０％を含有している。こうした範囲を定めた理由は以下の通りである。
【００５０】
Ｃは、鋼材（母材）の強度を確保するために欠くことのできない元素であり、０．０２％以上含有させる必要がある。Ｃ量は、好ましくは０．０４％以上であり、より好ましくは０．０５％以上である。しかしＣ量が０．１５％を超えると、溶接時にＨＡＺに島状マルテンサイト（ＭＡ）が多く生成してＨＡＺの靱性劣化を招くばかりでなく、溶接性にも悪影響を及ぼす。従ってＣ量は０．１５％以下、好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０８％以下である。
【００５１】
Ｓｉは、脱酸作用を有すると共に、固溶強化により鋼材（母材）の強度向上に寄与する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Ｓｉは、０．０１％以上含有させることが好ましい。Ｓｉは、より好ましくは０．０２％以上、更に好ましくは０．０５％以上、特に好ましくは０．１％以上含有させるのがよい。しかしＳｉ量が０．５％を超えると、鋼材の溶接性や靱性が劣化する。従ってＳｉ量は、０．５％以下、好ましくは０．４５％以下、より好ましくは０．４％以下である。
【００５２】
なお、特にＨＡＺ靱性を高めるには、Ｓｉは０．３％以下とすることが推奨され、好ましくは０．０５％以下、より好ましくは０．０１％以下である。但し、Ｓｉ量を抑えるほどＨＡＺ靱性は向上するが、鋼材の強度が低下することがある。
【００５３】
Ｍｎは、鋼材（母材）の強度向上に寄与する元素である。こうした効果を有効に発揮させるには、０．４％以上含有させることが好ましい。Ｍｎ量は、より好ましくは０．５％以上、更に好ましくは０．７％以上、特に好ましくは０．８％以上である。しかしＭｎ量が２．５％を超えると、鋼材（母材）の溶接性を劣化させる。従ってＭｎ量は、２．５％以下に抑える必要がある。Ｍｎ量は、好ましくは２．３％以下、より好ましくは２％以下である。
【００５４】
Ｐは、偏析し易い元素であり、特に鋼材中の結晶粒界に偏析してＨＡＺ靱性を劣化させる元素である。従ってＰ量は０．０３％以下に抑制する必要がある。Ｐ量は、好ましくは０．０２％以下、より好ましくは０．０１５％以下である。なお、Ｐは、通常、不可避的に０．００１％程度含有している。
【００５５】
Ｓは、Ｍｎと結合して硫化物（ＭｎＳ）を生成し、母材の靱性や板厚方向の延性を劣化させる有害な元素である。また、ＳがＬａやＣｅなどのＲＥＭと結合してＲＥＭの硫化物（例えば、ＬａＳやＣｅＳ）を生成すると、ＲＥＭ酸化物の生成が阻害されるため、ＨＡＺ靱性が劣化する。従ってＳ量は０．０２％以下に抑制する必要がある。Ｓ量は、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下、更に好ましくは０．００６％以下である。なお、Ｓは、通常、不可避的に０．０００５％程度含有している。
【００５６】
Ａｌは、脱酸剤として作用する元素である。しかし過剰に添加すると酸化物を還元して粗大なＡｌ酸化物を形成し、ＨＡＺ靱性が劣化する。従ってＡｌ量は０．０５％以下に抑える必要がある。Ａｌ量は、好ましくは０．０４０％以下、より好ましくは０．０３０％以下、更に好ましくは０．０１０％以下である。なお、Ａｌは、通常、不可避的に０．０００５％程度含有している。
【００５７】
Ｔｉは、鋼材中にＴｉＮなどの窒化物や、Ｔｉを含む酸化物を生成し、ＨＡＺ靱性の向上に寄与する元素である。こうした効果を発揮させるには、Ｔｉは０．００５％以上含有させる必要がある。Ｔｉ量は、好ましくは０．００７％以上、より好ましくは０．０１０％以上である。しかし過剰に添加するとＴｉの固溶強化によって母材自体が硬化し、ＨＡＺ靱性の低下に繋がるため、Ｔｉは０．１０％以下に抑えるべきである。Ｔｉ量は、好ましくは０．０７％以下、より好ましくは０．０６％以下である。
【００５８】
Ｚｒは、Ｚｒを含む複合酸化物を生成してＨＡＺ靱性の向上に寄与する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、０．０００５％以上含有させる必要がある。Ｚｒ量は、好ましくは０．００１０％以上、より好ましくは０．００２０％以上、特に０．００２３％以上である。しかしＺｒを過剰に添加すると、粗大なＺｒ酸化物（ＺｒＯ2）が生成してＨＡＺ靱性が劣化する。また、粗大なＺｒ炭化物（ＺｒＣ）が生成して母材の靱性が劣化する。従ってＺｒ量は０．０５０％以下に抑える必要がある。Ｚｒ量は、好ましくは０．０４％以下、より好ましくは０．０３％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００５９】
ＲＥＭ（希土類元素）とＣａは、夫々の酸化物を生成させるのに必要な元素である。これらの酸化物を含有することで、酸化物が微細分散し易くなり、この微細分散した酸化物が粒内フェライトの生成核となるため、ＨＡＺ靱性の向上に寄与する。
【００６０】
ＲＥＭは、０．０００３％以上含有させるべきであり、好ましくは０．００１％以上、より好ましくは０．００２％以上である。しかしＲＥＭを過剰に添加すると、固溶ＲＥＭが生成し、これが偏析することで母材の靱性が劣化する。従ってＲＥＭ量は０．０１５％以下に抑えるべきである。ＲＥＭ量は、好ましくは０．０１０％以下、より好ましくは０．００７％以下である。
【００６１】
なお、本発明において、ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｕまでの１５元素）およびＳｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）を含む意味である。これらの元素のなかでも、Ｌａ、ＣｅおよびＹよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することが好ましく、より好ましくはＬａおよび／またはＣｅを含有するのがよい。
【００６２】
Ｃａは、０．０００３％以上含有させるべきであり、好ましくは０．０００５％以上、より好ましくは０．０００８％以上、更に好ましくは０．００１％以上である。しかしＣａを過剰に添加すると、粗大なＣａ硫化物が生成して母材の靱性が劣化するため、Ｃａ量は０．０１０％以下に抑えるべきである。好ましくは０．００９％以下であり、より好ましくは０．００８％以下、特に好ましくは０．００５％以下である。
【００６３】
Ｎは、窒化物（例えば、ＺｒＮやＴｉＮなど）を析出する元素であり、該窒化物は、ピン止め効果により、溶接時にＨＡＺに生成するオーステナイト粒の粗大化を防止してフェライト変態を促進し、ＨＡＺ靱性の向上に寄与する。こうした効果を有効に発揮させるには、Ｎを０．００３％以上含有させることが好ましい。Ｎ量は、より好ましくは０．００４％以上、更に好ましくは０．００５０％以上である。Ｎは多いほど窒化物を形成してオーステナイト粒の微細化を促進するため、ＨＡＺの靱性向上に有効に作用する。しかしＮ量が０．０１０％を超えると、固溶Ｎ量が増大して母材自体の靱性が劣化し、ＨＡＺ靱性も低下する。従ってＮ量は０．０１０％以下に抑える必要がある。Ｎ量は、好ましくは０．００９０％以下、より好ましくは０．００８０％以下である。
【００６４】
本発明の鋼材は、Ｏ（酸素）を０．０００５〜０．０１０％含有している。このＯ量は、トータル酸素量を示し、酸化物を形成しているＯ（酸素）と鋼材中に固溶しているフリーなＯ（酸素）の合計量を意味している。
【００６５】
本発明法によって得られる鋼材は、上記元素を必須成分として含有するものであり、残部成分は、鉄および不可避不純物（例えば、ＭｇやＡｓ，Ｓｅなど）であればよい。
【００６６】
上記鋼材は、更に他の元素として、
［１］Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：３．５％以下（０％を含まない）、
［２］Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：１％以下（０％を含まない）、
［３］Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）および／またはＶ：０．１％以下（０％を含まない）、
［４］Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）、
等の元素を含有することも有効である。こうした範囲を定めた理由は以下の通りである。
【００６７】
《［１］Ｃｕおよび／またはＮｉ》
ＣｕとＮｉは、いずれも鋼材の強度を高めるのに寄与する元素であり、夫々単独で、或いは複合して添加できる。しかしＣｕ量が２％を超えると、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を却って劣化させるため、ＨＡＺ靱性も低下する。従ってＣｕ量は２％以下とすることが好ましい。Ｃｕ量は、より好ましくは１．８０％以下、更に好ましくは１．５％以下である。なお、Ｃｕ添加による作用を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｃｕ量は、より好ましくは０．１％以上、更に好ましくは０．２％以上である。
【００６８】
Ｎｉ量が３．５％を超えると、上記Ｃｕと同様に、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を劣化させるため、ＨＡＺ靱性も低下する。従ってＮｉ量は３．５％以下とすることが好ましい。Ｎｉ量は、より好ましくは３％以下、更に好ましくは２．５％以下である。なお、Ｎｉ添加による作用を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｎｉ量は、より好ましくは０．１％以上、更に好ましくは０．２％以上である。
【００６９】
《［２］Ｃｒおよび／またはＭｏ》
ＣｒとＭｏは、いずれも鋼材の強度を高めるのに寄与する元素であり、夫々単独で、或いは複合して添加できる。しかしＣｒが３％を超えると、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を劣化させるため、ＨＡＺ靱性を低下する。従ってＣｒ量は３％以下が好ましい。Ｃｒ量は、より好ましくは２．０％以下、更に好ましくは１％以下である。なお、Ｃｒ添加による作用を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｃｒ量は、より好ましくは０．１％以上、更に好ましくは０．１５％以上である。
【００７０】
ＭｏもＣｒと同様に、１％を超えると、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を劣化させるため、ＨＡＺ靱性を低下する。従ってＭｏ量は１％以下とすることが好ましい。Ｍｏ量は、より好ましくは０．９％以下、更に好ましくは０．８％以下である。なお、Ｍｏ添加による作用を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｍｏ量は、より好ましくは０．１％以上、更に好ましくは０．１５％以上である。
【００７１】
《［３］Ｎｂおよび／またはＶ》
ＮｂとＶは、いずれも炭窒化物として析出し、該炭窒化物のピン止め効果により、溶接時にオーステナイト粒が粗大化するのを防止し、ＨＡＺ靱性を向上させる作用を有する元素である。ＮｂとＶは、夫々単独で、或いは複合して添加することができる。しかしＮｂ量が０．２５％を超えると、析出する炭窒化物が粗大化し、ＨＡＺ靱性を却って劣化させる。従ってＮｂ量は０．２５％以下とすることが好ましい。Ｎｂ量は、より好ましくは０．２０％以下、更に好ましくは０．１５％以下である。なお、Ｎｂ添加による作用を有効に発揮させるには、０．００２％以上含有させることが好ましい。Ｎｂ量は、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１０％以上、特に好ましくは０．０２％以上である。
【００７２】
ＶもＮｂと同様に、０．１％を超えると、析出する炭窒化物が粗大化し、ＨＡＺ靱性を却って劣化させる。従ってＶ量は０．１％以下とすることが好ましい。Ｖ量は、より好ましくは０．０９％以下、更に好ましくは０．０８％以下である。なお、Ｖ添加による作用を有効に発揮させるには、０．００２％以上含有させることが好ましい。Ｖ量は、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１％以上である。
【００７３】
《［４］Ｂ（ホウ素）》
Ｂは、粒界フェライトの生成を抑制して靱性を向上させる元素である。しかしＢ量が０．００５％を超えると、オーステナイト粒界にＢＮとして析出し、靱性の低下を招く。従ってＢ量は０．００５％以下が好ましい。Ｂ量は、より好ましくは０．００４％以下である。なお、Ｂ添加による作用を有効に発揮させるには、０．００１％以上含有させることが好ましい。Ｂ量は、より好ましくは０．００１５％以上、更に好ましくは０．００２５％以上である。
【００７４】
次に、本発明法によって得られる鋼材の酸化物について詳しく説明する。
【００７５】
［（ａ）Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物について］
粒内フェライト変態の起点となるＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物について説明する。上記のＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物は、Ｚｒの酸化物、ＲＥＭの酸化物、およびＣａの酸化物を必ず含んでいるものを意味している。Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物を構成する元素（粒内フェライト変態核生成元素）は、ＺｒとＲＥＭとＣａであるが、これら以外に、例えば、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌなどの酸化物形成元素や、その他の鋼中成分を含んでいても良い。
【００７６】
上記Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物の存在形態は特に限定されず、粒内フェライト変態核生成元素を単独で含有する単独酸化物として存在していても良いし、粒内フェライト変態核生成元素の２種以上を含む複合酸化物として存在していても良い。単独酸化物の例としては、ＺｒではＺｒＯ2；ＣａではＣａＯ；ＲＥＭでは、ＲＥＭを「Ｍ」の記号で表したとき、Ｍ2Ｏ3、Ｍ3Ｏ5、ＭＯ2などが例示される。また、これらの酸化物は、互いに凝集して存在しても良いし、上記酸化物に硫化物や窒化物などの他の化合物が複合析出した形態で存在しても良い。
【００７７】
上記のＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物は、Ｔｉの酸化物を更に含有していることが好ましい。Ｔｉの酸化物が更に存在すると粒内フェライト変態が促進され、ＨＡＺ靱性の向上が一層高められるようになる。Ｔｉの酸化物は、単独酸化物（例えば、Ｔｉ2Ｏ3、Ｔｉ3Ｏ5、ＴｉＯ2）として存在していても良いし、上記Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物との複合酸化物の形態で存在していても良い。
【００７８】
［（ｂ）酸化物の平均組成について］
本発明法によって得られる鋼材は、鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物（合計が１００％）として質量換算したときに、平均組成で、ＺｒＯ2を５〜５０％、ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ2Ｏ3）：５〜５０％、ＣａＯ：５０％以下（０％を含まない）、を満足しており、これにより粒内フェライト変態の核として有効に作用するようになる。各酸化物の下限値を下回ると、溶接時に粒内フェライトの生成核となる酸化物量が不足し、ＨＡＺ靱性の向上作用が発揮されない。一方、各酸化物の上限値を超えると、酸化物が粗大化し、粒内フェライトの生成核として有効に作用する微細な酸化物の個数が少なくなり、ＨＡＺ靱性向上作用が有効に発揮されない。
【００７９】
上記ＺｒＯ2は、５％以上であり、好ましくは８％以上、より好ましくは１０％以上である。一方、上限は５０％であり、好ましい上限は４５％、より好ましい上限は４０％である。
【００８０】
上記ＲＥＭの酸化物は、５％以上であり、好ましくは１０％以上、より好ましくは１３％以上である。一方、上限は５０％であり、好ましい上限は４５％、より好ましい上限は４０％である。なお、ＲＥＭの酸化物は、ＲＥＭを記号Ｍで表すと、鋼材中にＭ2Ｏ3、Ｍ3Ｏ5、ＭＯ2などの形態で存在するが、ＲＥＭの酸化物をすべてＭ2Ｏ3に換算したときの量を意味する。
【００８１】
上記ＣａＯは、粒内フェライト変態の核として有効に作用するが、過剰に含まれると却って粒内フェライト変態能が劣化する。また、ＣａＯが過剰に含まれると鋳造時に用いるノズルの溶損を引き起こす。従って上限は５０％とする。好ましくは４５％以下であり、より好ましくは４０％以下、特に好ましくは３０％以下である。上記作用を有効に発揮させるには、ＣａＯは、３％以上含有していることが好ましい。より好ましくは５％以上であり、更に好ましくは１０％以上である。
【００８２】
なお、全酸化物の組成の残りの成分は特に限定されず、本発明の鋼材中に含まれる酸化物形成元素の酸化物（例えば、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3、ＭｎＯなど）が挙げられる。
【００８３】
鋼材に含まれる全酸化物の組成は、鋼材の表面を例えば電子線マイクロプローブＸ線分析計（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ；ＥＰＭＡ）で観察し、観察視野内に認められる酸化物を定量分析して測定する。測定条件の詳細は、後記する実施例の欄で説明する。
【００８４】
［（ｃ）全酸化物の粒度分布について］
次に、本発明法によって得られる鋼材中の全酸化物の個数と大きさについて説明する。
【００８５】
上記鋼材は、
（ｉ）円相当直径で０．１〜２μｍの微細な酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり１２０個以上であり、
（ｉｉ）円相当直径で３μｍを超える粗大な酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり５．０個以下、
を満足するものである。
【００８６】
（ｉ）円相当直径が０．１〜２μｍの微細な酸化物は、好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり２００個以上、より好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり５００個以上、更に好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり１０００個以上である。
【００８７】
（ｉｉ）円相当直径が３μｍ超の粗大な酸化物の個数は、少なければ少ない程良く、好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり３個以下、より好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり１個以下、最も好ましくは実質的に０個である。
上記円相当直径が３μｍ超の粗大な酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超える酸化物（以下、ＺｒＯ2系酸化物ということがある。）の個数は、観察視野面積１ｍｍ2あたり３．０個以下であることが好ましい。より好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり１個以下、最も好ましくは実質的に０個である。
【００８８】
円相当直径で０．１〜２μｍの微細な酸化物の個数と、円相当直径で３μｍを超える粗大な酸化物の個数は、鋼材の断面を、例えば、電子線マイクロプローブＸ線分析計（ＥＰＭＡ）で観察し、観察視野内に認められる介在物の成分組成を定量分析し、酸素含有量が５％以上の介在物を酸化物とし、該酸化物の円相当直径を、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察して測定して求めればよい。また、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超えるＺｒＯ2系酸化物の個数は、鋼材の断面を、例えば、ＥＰＭＡで観察し、観察視野内に認められる酸化物のうち円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物の成分組成を定量分析し、単独酸化物に換算したときにＺｒＯ2の含有率が５０質量％を超える酸化物の個数を測定すればよい。
【００８９】
なお、本発明の鋼材では、円相当直径で０．１μｍ未満の酸化物は、酸化物分散によるＨＡＺ靱性向上作用に殆ど寄与しないため、上記酸化物の個数には含めていない。
【００９０】
上記「円相当直径」とは酸化物の面積が等しくなる様に想定した円の直径であり、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察面上等で認められるものである。
【００９１】
以上、本発明の特徴部分のうち上記（ａ）〜（ｃ）の要件について説明した。
本発明の鋼材に含まれる酸化物は、下記（ｄ）および／または下記（ｅ）の要件を満足することが好ましい。
【００９２】
即ち、前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物（酸化物Ｉ）の個数割合が９０％を超えているか、および／または、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物（酸化物ＩＩ）の個数割合が８０％を超えていることが好ましく、これにより、ＨＡＺ靱性が一層高められるようになる。
【００９３】
上記（ｄ）および上記（ｅ）の要件は、後記する実施例の結果に基づき、より高いＨＡＺ靱性を実現するための酸化物組成および個数割合を特定したものである。
【００９４】
即ち、後記する実施例で明らかにするように、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物が、観察視野面積１ｍｍ2あたり、ほぼ同じ個数存在していても、鋼材の靱性値にバラツキが生じることが判明した。例えば、下記表５および図３に示すように、Ｎｏ．２と６は、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物が、観察視野面積１ｍｍ2あたり約１．２個存在している鋼材である。しかしこれらの鋼材の−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）には２３Ｊの差が生じていた。そこで本発明者らが更に検討を重ねた結果、個々の酸化物の成分組成が、靱性値に影響を及ぼしていることが明らかとなった。
【００９５】
上記（ａ）〜（ｃ）における酸化物の大きさと粒度分布の制御によれば、大入熱量で溶接を行っても−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）は１００Ｊ以上を達成でき、更に上記（ｄ）、（ｅ）の酸化物個数割合制御を行なうことにより、ｖＥ-40が約１２０Ｊ以上（特に、約１５０Ｊ以上）を達成できる（後記する実施例を参照）。
【００９６】
詳細には、上記（ｄ）では、酸化物に含まれるＡｌ2Ｏ3に着目しており、Ａｌ2Ｏ3の比率が少ない酸化物Ｉの個数割合（全酸化物に対する割合）を９０％超に制御するというものである。Ａｌ2Ｏ3は、ＣａＯなどに比べて粒内フェライト変態の核として作用し難い酸化物である。そして本発明者らの検討結果によれば、全酸化物に対する上記酸化物Ｉの個数割合と、より好ましいＨＡＺ靱性条件であるＨＡＺ靱性との関係は、良好な相関関係を有していることが判明し、上記（ｄ）を規定した。全酸化物の個数に対する上記酸化物Ｉの個数割合は多い程良く、９３％以上であることがより好ましく、更に好ましくは９５％以上である。
【００９７】
一方、上記（ｅ）では、酸化物に含まれるＡｌ2Ｏ3とＣａＯの両方に着目しており、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物ＩＩの全酸化物に対する個数割合を８０％超に制御するというものである。上記（ｄ）で基準とする酸化物Ｉは、Ａｌ2Ｏ3の比率のみに基づいて規定されたものであるのに対し、上記（ｅ）で基準とする酸化物ＩＩは、粒内フェライト変態の核となる酸化物を生成させる酸化物であるＣａＯとの関係でＡｌ2Ｏ3の比率が規定されている点で相違する。ＨＡＺ靱性に及ぼす影響を考えると、Ａｌ2Ｏ3はマイナスの影響を及ぼすのに対し、ＣａＯはプラスの影響を及ぼしている。そして本発明者らの検討結果によれば、「Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物ＩＩ」の全酸化物に対する個数割合と、より好ましいＨＡＺ靱性条件であるＨＡＺ靱性との関係は、良好な相関関係を有していることが判明し、上記（ｅ）を規定した。
【００９８】
全酸化物の個数に対する酸化物ＩＩの個数割合は、多い程良く、８３％以上であることがより好ましく、更に好ましくは８５％以上である。
【００９９】
上記（ｄ）および上記（ｅ）の要件について、本発明では、いずれか一方のみを満足しても良いし、両方を満足していても良く、いずれも本発明の好ましい態様である。即ち、酸化物によっては、上記（ｄ）で規定する酸化物Ｉのみの要件を満足するものもあるし、上記（ｅ）で規定する酸化物ＩＩのみの要件を満足するものもあるし、酸化物Ｉおよび酸化物ＩＩの両方の要件を満足するものもあるが、いずれの場合であっても、上記（ｄ）および上記（ｅ）の少なくとも一方を満足する限り、ＨＡＺ靱性の好ましいレベルを達成することができる。例えば後記する表５のＮｏ．６、８、および１４は、上記（ｄ）および上記（ｅ）の両方を満足する例であり、表５のＮｏ．２および１７は、上記（ｄ）のみを満足する例であり、表５のＮｏ．５、１５、および１９は上記（ｅ）のみを満足する例である。より好ましくは、上記（ｄ）および上記（ｅ）で規定する両方の要件を満足するのがよい。
【０１００】
鋼材に含まれる酸化物の組成は、鋼材の断面を、例えば、ＥＰＭＡで観察し、観察視野内に認められる酸化物の成分組成を定量分析して求めればよく、鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定した後、全酸化物の個数に占めるＡｌ2Ｏ3が２０質量％未満の酸化物Ｉの個数割合と、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3比が０．３５超を満足する酸化物ＩＩの個数割合を求めればよい。なお、本発明の鋼材では、円相当直径が０．１μｍ以上の酸化物についてその組成を定量分析する。円相当直径が０．１μｍ未満の酸化物は、小さ過ぎて定量分析できない。
【０１０１】
本発明の製造方法で得られる鋼材は、１４５０℃で５秒間保持した後、８００℃から５００℃への冷却時間を４００秒として冷却する熱履歴を与えた場合であっても、−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）で１００Ｊ以上を確保できる。そのため本発明に係る鋼材は、例えば橋梁や高層建造物、船舶などの構造物の材料として使用でき、小〜中入熱溶接はもとより、入熱量が５０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接においても溶接熱影響部の靱性劣化を防ぐことができる。本発明の鋼材は、板厚が約３．０ｍｍ以上の厚鋼板などを対象としている。
【実施例】
【０１０２】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０３】
［実験例１］
真空溶解炉（容量１５０ｋｇ）を用い、下記表１に示す条件で、下記表２、表３に示す化学成分組成（質量％）の供試鋼（残部は鉄および不可避不純物）を溶製し、１５０ｋｇのインゴットに鋳造して冷却した。その後、加熱、圧延を行い、厚鋼板を製造した。以下、具体的に説明する。
【０１０４】
上記供試鋼を真空溶解炉で溶製するに当っては、Ｔｉ、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａ以外の元素について成分調整すると共に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、およびＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を用いて脱酸して溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを調整した。調整後の溶存酸素量ＱOfを下記表１に示す。
【０１０５】
溶存酸素量ＱOfを調整した溶鋼に、Ｔｉを添加した後、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを添加した。Ｚｒ添加量をＱZrとし、この値を下記表１に示す。また、上記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrの値を下記式（１）’に代入して算出したＺ値を下記表１に併せて示す。
Ｚ＝ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf ・・・（１）’
【０１０６】
なお、ＴｉはＦｅ−Ｔｉ合金の形態で、ＺｒはＦｅ−Ｚｒ合金の形態で、ＲＥＭはＬａを約２５％とＣｅを約５０％含有するミッシュメタルの形態で、ＣａはＮｉ−Ｃａ合金の形態で、夫々添加した。但し、表２のＮｏ．１１は、ミッシュメタルの形態ではなく、Ｃｅのみを添加した。
【０１０７】
上記元素を添加した後、インゴットに鋳造して冷却した。得られたインゴットを熱間圧延し、厚さが３０〜８０ｍｍの厚鋼板を製造した。得られた厚鋼板のｔ／４（但し、ｔは鋼板の厚み）位置における横断面からサンプルを切り出し、該サンプルに含まれる全酸化物の成分組成を測定し、単独酸化物として質量換算して酸化物の平均組成を算出した。
【０１０８】
全酸化物の成分組成は、次の手順で測定した。切り出されたサンプル表面を、日本電子データム製の電子線マイクロプローブＸ線分析計（ＥＰＭＡ；「ＪＸＡ−８５００Ｆ（装置名）」）で観察し、円相当直径が０．１μｍ以上の介在物について成分組成を定量分析した。観察条件は、加速電圧を２０ｋＶ，試料電流を０．０１μＡ，分析個数を１００個以上とし、介在物の中央部での成分組成を特性Ｘ線の波長分散分光により定量分析した。分析対象元素は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｏ（酸素）、およびＳとし、既知物質を用いて各元素のＸ線強度と元素濃度の関係を予め検量線として求めておき、分析対象とする上記介在物から得られたＸ線強度と上記検量線からその介在物に含まれる元素量を定量した。得られた定量結果のうち酸素含量が５％以上の介在物を酸化物とした。このとき、一つの介在物から複数の元素が観測された場合には、それらの元素の存在を示すＸ線強度の比から各元素の単独酸化物に換算して酸化物の組成を算出した。本発明では、このように単独酸化物として質量換算したものを平均したものを酸化物の平均組成とした。酸化物のうち、ＲＥＭの酸化物、ＺｒＯ2、およびＣａＯの平均組成を下記表４に示す。なお、ＲＥＭの酸化物は、金属元素をＭで表すと、鋼材中にＭ2Ｏ3やＭ3Ｏ5，ＭＯ2の形態で存在するが、本発明では、全てのＲＥＭ酸化物をＭ2Ｏ3に換算して平均組成を算出した。また、下記表４に示した「その他」とは、ＲＥＭ酸化物、ＺｒＯ2、およびＣａＯ以外の酸化物（例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2など）である。
【０１０９】
次に、定量した介在物のうち酸素含量が５％以上である酸化物の円相当直径（粒径）を測定し、円相当直径が０．１〜２μｍの酸化物の個数と、円相当直径が３μｍを超える酸化物の個数（全体）を測定した。また、円相当直径が３μｍを超える酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超えるＺｒＯ2系酸化物の個数も測定した。また、参考値として、円相当直径が５μｍを超える酸化物の個数を測定した。下記表４に測定結果を観察視野面積１ｍｍ2あたりに換算した値を示す。
【０１１０】
図１に、上記Ｚ値と円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数（全体）との関係を示す。図１には、下記表４に示す測定結果のうち、Ｎｏ．１〜２０の結果（図１の○）とＮｏ．２１〜２６の結果（図１の●）をプロットした。
【０１１１】
図１から明らかなように、溶鋼中の溶存酸素量Ｑofに応じて上記式（１）を満足するようにＺｒを添加すれば、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物の生成が抑えられることが分かる。
【０１１２】
次に、溶接時に熱影響を受けるＨＡＺの靱性を評価するために、大入熱溶接を模擬して下記に示す溶接再現試験を行なった。溶接再現試験は、厚鋼板から切り出したサンプルが１４５０℃になる様に加熱し、この温度で５秒間保持した後、冷却する熱サイクルを与えた。冷却速度は、８００℃から５００℃への冷却時間が４００秒となるように調整した。
【０１１３】
冷却後のサンプルの衝撃特性は、得られた厚鋼板のｔ／４位置（但し、ｔは板厚）から圧延方向にＶノッチシャルピー試験片を３本採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４２に従って衝撃試験を行なって評価した。衝撃試験では、−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）を測定し、３回の平均値を算出した。本発明では、ｖＥ-40の平均値が１００Ｊ以上のものを合格（ＨＡＺ靱性良好）とする。測定結果を下記表４に示す。
【０１１４】
下記表１〜表４から次のように考察できる。Ｎｏ．１〜２０は、本発明で規定する条件を満足する例であり、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが上記式（１）を満足しているため、得られた鋼材は、上記（ａ）〜（ｃ）の要件を満足しており、且つ円相当直径が３μｍを超える酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超えるＺｒＯ2系酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり３．０個以下になっている。従ってＨＡＺ靱性が良好な鋼材が得られている。
【０１１５】
一方、Ｎｏ．２１〜３５は、本発明で規定するいずれかの要件を外れる例である。これらのうちＮｏ．２１〜２６は、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが上記式（１）を満足していないため、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物が多く生成している。従ってＨＡＺ靱性が劣化している。
【０１１６】
Ｎｏ．２７は、溶鋼中に添加したＺｒ量は適量であったが、鋼材に含まれるＺｒ量が少なくなった例であり、全酸化物の組成に占めるＺｒＯ2量が少なくなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．２８は、溶鋼中に添加したＺｒ量が多いために鋼材に含まれるＺｒ量が多くなった例であり、全酸化物の組成に占めるＺｒＯ2量が多くなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。
【０１１７】
Ｎｏ．２９は、溶鋼中に添加したＲＥＭ量が少ないために鋼材に含まれるＲＥＭ量が少なくなった例であり、全酸化物の組成に占めるＲＥＭ酸化物量が少なくなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．３０は、溶鋼中に添加したＲＥＭ量が多いために鋼材に含まれるＲＥＭ量が多くなった例であり、全酸化物の組成に占めるＲＥＭ酸化物量が多くなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．３１は、溶鋼中に添加したＣａ量が多いために鋼材に含まれるＣａ量が多くなった例であり、全酸化物の組成に占めるＣａＯ量が多くなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。
【０１１８】
Ｎｏ．３２は、溶鋼中に添加したＴｉ量が多いために鋼材に含まれるＴｉ量が多くなった例であり、Ｔｉの固溶により母材が固溶強化されたため、結果的にＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．３３は、溶鋼中に添加したＴｉ量が少ないために鋼材に含まれるＴｉ量が少なくなった例であり、粒内フェライト変態の核となる円相当直径が０．１〜２μｍの酸化物量を確保できていない。従ってＨＡＺ靱性が劣化している。
【０１１９】
Ｎｏ．３４は、溶鋼中に添加したＡｌ量が多いために鋼材に含まれるＡｌ量が多くなった例であり、粗大なＡｌ2Ｏ3が生成し、ＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．３５は、溶鋼中のＮ量が多いために鋼材に含まれるＮ量が多くなった例であり、鋼材に含まれる固溶Ｎ量が過剰となり、ＨＡＺ靱性が劣化していると考えられる。
【０１２０】
また、下記表１および下記表４から、溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrのバランスを適切に調整すれば、円相当直径が３μｍを超える酸化物のうち、ＺｒＯ2系酸化物の個数を低減でき、鋼材のＨＡＺ靱性を向上できることが分かる。
【０１２１】
次に、図２に、円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数と−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）との関係を示す。図２では、下記表４に示すＮｏ．１〜２０の結果を○で、Ｎｏ．２１〜２６（比較例のうち３μｍを超える酸化物の個数が５．０個を超える例）の結果を●で示した。
【０１２２】
図２から明らかなように、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数が５．０個以下であれば、１４５０℃で５秒間加熱保持した場合であっても良好なＨＡＺ靱性を示すことが分かる。
【０１２３】
【表１】
【０１２４】
【表２】
【０１２５】
【表３】
【０１２６】
【表４】
【０１２７】
［実験例２］
上記表４に示したＮｏ．２、５、６、８、９、１４〜１７、１９について、鋼材に含まれる酸化物の組成とＨＡＺ靱性の関係について調べた。
【０１２８】
鋼材に含まれる酸化物の組成は次の手順で測定した。即ち、上記実験例１と同様に、切り出されたサンプル表面を、日本電子データム製のＥＰＭＡ（「ＪＸＡ−８５００Ｆ（装置名）」）を用いて観察し、円相当直径が０．１μｍ以上の酸化物について成分組成を定量分析した。成分組成を定量分析した円相当直径が０．１μｍ以上の酸化物の個数を測定し、これを全酸化物の個数とした。一方、定量分析した円相当直径が０．１μｍ以上の酸化物のうち、酸化物に含まれるＡｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満の酸化物（酸化物Ｉ）の個数と、酸化物に含まれるＣａＯとＡｌ2Ｏ3の質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物（酸化物ＩＩ）の個数を夫々測定し、全酸化物の個数に対する個数割合を算出した。算出結果を下記表５に示す。
【０１２９】
また、下記表５には、これらの鋼材を製造したときのＣａ添加量とＡｌ添加量（仕込み量）を併せて示す。また、Ｃａ添加量とＡｌ添加量の仕込み比（Ｃａ添加量／Ａｌ添加量）を算出し、算出結果を下記表５に示す。また、上記表４に示した各鋼材の−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）を下記表５に併せて示す。
【０１３０】
ここで、下記表５に示した鋼材について、円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数とｖＥ-40との関係を図３に示す。図３は、上記図２に示したデータの一部を抜粋して示したものである。
【０１３１】
図３、表４、および表５から次のように考察できる。Ｎｏ．２、５、６、８、９、１４〜１７、１９の鋼材は、上記表４に示したように、いずれも本発明で規定する要件を満足する例であり、ｖＥ-40が１００Ｊ以上であった。ところが図３から明らかなように、Ｎｏ．２と６；Ｎｏ．５、８、および１７；Ｎｏ．９、１４、および１９；Ｎｏ．１５と１６は、夫々、円相当直径が３μｍを超える酸化物の単位面積あたりの個数がほぼ等しい群であるが、ｖＥ-40の値には程度の差が生じていることが分かった。
【０１３２】
これらの鋼材のうち、Ｎｏ．２、５、１５、１７、１９の鋼材は、酸化物Ｉまたは酸化物ＩＩの全酸化物に対する個数割合が、本発明で規定する好ましい要件を更に満足しているため、当該好ましい要件を満足していないＮｏ．９、１６と比べ、ｖＥ-40の値が１２０Ｊ以上と更に大きくなることが分かった。また、Ｎｏ．６、８、１４の鋼材は、酸化物Ｉおよび酸化物ＩＩの全酸化物に対する個数割合が、本発明で規定する好ましい要件を更に満足しているため、当該好ましい要件を満足していないＮｏ．９、１６と比べ、ｖＥ-40の値が１５０Ｊ以上と一層大きくなることが分かった。
【０１３３】
例えば、Ｎｏ．９、１４、および１９の群について考察すると、Ｎｏ．１９は、酸化物ＩＩの全酸化物に対する個数割合が本発明で規定する好ましい要件を更に満足しているため、この要件を満足しないＮｏ．９と比べて粒内フェライト変態の核となる酸化物の生成が促進されている。そのため、ＨＡＺ靱性がＮｏ．９と比べて向上している。更にＮｏ．１４は、酸化物Ｉの全酸化物に対する個数割合についても本発明で規定する好ましい要件を満足しているため、この要件を満足しないＮｏ．１９と比べて粒内フェライト変態の核となる酸化物の生成が一段と促進されている。そのため、ＨＡＺ靱性がＮｏ．１９と比べて更に向上している。
【０１３４】
次に、定量分析の一例として、上記表４に示したＮｏ．２の鋼材に含まれる個々の介在物の組成を分析した結果を図４に示す。また、上記表４に示したＮｏ．６の鋼材に含まれる個々の介在物の組成を分析した結果を図５に示す。図４、図５中、Ｘ軸は、観察された介在物の個数を示しており、Ｙ軸は、個々の介在物の組成を成分ごとに色分けして示している。
【０１３５】
【表５】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁や高層建造物、船舶などに使用される鋼材に関し、特に、溶接したときに熱影響を受ける部位（以下、「溶接熱影響部」または「ＨＡＺ」と呼ぶことがある。）の靱性に優れた鋼材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁や高層建造物、船舶などに使用される鋼材に要求される特性は、近年益々厳しくなっており、とりわけ良好な靱性が求められている。これらの鋼材は、一般的に溶接して接合されることが多いが、溶接継手部のうち、特にＨＡＺは溶接時に熱影響を受けて靱性が劣化しやすいという問題がある。この靱性劣化は溶接時の入熱量が大きくなるほど顕著に現れ、その原因は溶接時の入熱量が大きくなるとＨＡＺの冷却速度が遅くなり、焼入性が低下して粗大な島状マルテンサイトを生成することにあると考えられている。従ってＨＡＺ靱性を改善するには、溶接時の入熱量を極力抑えればよいと考えられる。しかしその一方で、溶接作業効率を高めるうえでは、例えばエレクトロガス溶接、エレクトロスラグ溶接、サブマージ溶接などの溶接入熱量が５０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接法の採用が望まれる。
【０００３】
そこで本出願人は、大入熱溶接法を採用した場合のＨＡＺ靱性劣化を抑制する鋼材を特許文献１〜３に提案している。これらの鋼材は、粒内フェライト変態の核となる酸化物としてＲＥＭの酸化物および／またはＣａＯと、ＺｒＯ2を含有しているところに特徴がある。上記酸化物は、溶鋼中では液状で存在するため鋼中に微細分散する。また、上記酸化物は熱的に安定であり、例えば１４００℃レベルの高温に長時間曝されても固溶して消失しないため、ＨＡＺ靱性の向上に大きく寄与する。
【０００４】
鋼中に微細な酸化物を均一分散させる方法としては、例えば、特許文献４の技術が知られている。この技術では、溶存酸素量を２０〜６０ｐｐｍ（０．００２〜０．００６％）の範囲とした溶鋼に、Ｚｒを添加し、その後、酸素源物質を酸素濃度換算で５０〜２００ｐｐｍ（０．００５〜０．０２％）添加し、冷却することによって２次脱酸生成物を晶出させている。しかしＺｒを添加した後に更に酸素を富化すると、粗大なＺｒ酸化物（ＺｒＯ2）が生成すると考えられる。
【０００５】
一方、巨大介在物やクラスター状介在物を生成させることなく溶鋼を脱酸し、介在物に起因する欠陥の発生を防止する技術としては、特許文献５、６が提案されている。しかしこれらの公報では、酸化物の大きさとＨＡＺ靱性の関係について着目されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１００２１３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７００４号公報
【特許文献３】特開２００７−２４７００５号公報
【特許文献４】特開平３−２８７７１１号公報
【特許文献５】特開平９−２８７０１５号公報
【特許文献６】特開２００３−１３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、特に入熱量が５０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接を行なった場合であってもＨＡＺ靱性に優れた鋼材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決することのできる本発明に係る製造方法は、Ｃ：０．０２〜０．１５％（質量％の意味。以下成分について同じ。）、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：２．５％以下（０％を含まない）、Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０５０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％、Ｎ：０．０１０％以下（０％を含まない）、Ｏ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材を製造する方法であって、Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整し、その後にＺｒを添加するにあたり、前記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが下記式（１）を満足する量のＺｒを添加するところに要旨を有する。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【０００９】
上記鋼材は、更に他の元素として、
［１］Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：３．５％以下（０％を含まない）、
［２］Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：１％以下（０％を含まない）、
［３］Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）および／またはＶ：０．１％以下（０％を含まない）、
［４］Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）、
等を含有してもよい。
【００１０】
上記製造方法で得られた本発明の鋼材は、
（ａ）前記鋼材は、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを含有する酸化物を含み、
（ｂ）前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、平均組成で、ＺｒＯ2：５〜５０％、ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ2Ｏ3）：５〜５０％、ＣａＯ：５０％以下（０％を含まない）を満足し、且つ、
（ｃ）前記鋼材に含まれる全酸化物のうち、円相当直径で０．１〜２μｍの酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり１２０個以上、円相当直径で３μｍ超の酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり５．０個以下
であることが好ましい。
【００１１】
前記円相当直径で３μｍ超の酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超える酸化物は、観察視野面積１ｍｍ2あたり３．０個以下であることが好ましい。
【００１２】
前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物の個数割合が９０％を超えているか、または、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物の個数割合が８０％を超えていることが好ましい。
また、前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物の個数割合が９０％を超えており、且つ、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物の個数割合が８０％を超えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法によれば、粒内フェライト変態の核となる酸化物（Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを含有する酸化物）が所定量生成していると共に、鋼材中に存在する酸化物の大きさと個数（粒度分布）が適切に制御された鋼材を製造できる。この鋼材は、大入熱溶接しても良好なＨＡＺ靱性を示すものである。
【００１４】
本発明の製造方法で得られる鋼材は、ＨＡＺ靱性向上に有用な円相当直径が０．１〜２μｍの微細な酸化物が所定量以上存在するだけでなく、ＨＡＺ靱性向上に悪影響を及ぼすことが明らかになった円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物の個数が有意に抑制されているため、上記特許文献１の実施例に開示されたＨＡＺ靱性評価方法よりも大きな入熱量で溶接を行なってもＨＡＺ靱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明で規定する式（１）の左辺の値（Ｚ値）と円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数と−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数と−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）との関係を示すグラフであり、上記図２に示したデータの一部を抜粋して示したグラフである。
【図４】図４は、実施例で用いた鋼材（表４のＮｏ．２）に含まれる個々の酸化物の成分組成を示したグラフである。
【図５】図５は、実施例で用いた鋼材（表４のＮｏ．６）に含まれる個々の酸化物の成分組成を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、上記特許文献１に開示された粒内フェライト変態技術を改良し、より大きな入熱量で溶接を行なってもＨＡＺ靱性が劣化しない鋼材を製造するための技術に関するものである。
【００１７】
本発明に到達した経緯は以下の通りである。即ち、本発明者らは、上記特許文献１を開示した後も、一層高いレベルの大入熱溶接時のＨＡＺ靱性に優れた鋼材を提供するための研究を重ねており、その結果、特願２００８−３９３３５号に記載の発明を先に提案した（以下、先願発明１と呼ぶ。）。先願発明１では、鋼材中の全酸化物（粒内フェライト変態の核となる上記酸化物に限定されず、全ての酸化物を対象とする。）の大きさと個数がＨＡＺ靱性の向上に深く関与しており、特に、円相当直径で５．０μｍ超の粗大な酸化物を５個以下に低減すれば、入熱量が概ね５０ｋＪ／ｍｍ程度の大入熱溶接を行なってもＨＡＺ靱性に優れた鋼材が得られることを開示している。このように先願発明１によれば、粗大な酸化物の個数が著しく抑えられているため、上記特許文献１の実施例に開示されたＨＡＺ靱性評価方法よりも大きな入熱量で溶接を行なってもＨＡＺ靱性を高めることができた。つまり上記特許文献１では、１４００℃の加熱温度で５秒間保持した後８００℃から５００℃までの温度を３００秒で冷却する熱サイクル（入熱条件：１４００℃×５秒、冷却時間Ｔｃ＝３００秒）を与え、−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）を測定したが、先願発明１では、１４００℃の保持時間を３０秒間と長くした熱サイクル（入熱条件：１４００℃×３０秒、冷却時間Ｔｃ＝３００秒）を与えたときの吸収エネルギーを上記と同様にして測定しており、この場合でも良好なＨＡＺ靱性が得られることを確認している。
【００１８】
本発明者らは、上記先願発明１を提案した後も、更に一層高いレベルの大入熱溶接時のＨＡＺ靱性に優れた鋼材を提供するため研究を進めてきた。その結果、先願発明１よりも更に大入熱量の条件である「１４５０℃の加熱温度で５秒間保持した後８００℃から５００℃までの温度を４００秒で冷却する熱サイクル」（入熱条件：１４５０℃×５秒、冷却時間Ｔｃ＝４００秒）を与えた場合でもＨＡＺ靱性に優れた鋼材を提供するには、先願発明１のように円相当直径で５．０μｍ超の酸化物を５個以下に低減するだけでは不充分であり、先願発明１を含め従来は全く着目されていなかった３μｍ超の酸化物の個数を低減することが極めて重要であることを明らかにした。そしてこの技術を特願２００９−１６７２５５号に提案した（以下、先願発明２と呼ぶ。）。
【００１９】
上記先願発明２では、ＨＡＺ靱性向上に悪影響を及ぼすことが初めて明らかになった円相当直径３μｍ超の酸化物の個数を低減させる（５．０個／ｍｍ2以下）ために、ＲＥＭ添加前の溶鋼中の溶存酸素量に応じてＲＥＭの添加量を適切に制御することが重要であることを開示した。詳細には、ＲＥＭ添加前の溶鋼中の溶存酸素量に応じて、下記式（α）を満足する量のＲＥＭを添加する。これにより所望とするＨＡＺ靱性の実現にあたって悪影響を及ぼす粒径が大きいＲＥＭ系酸化物の生成を抑制できる。
２ｌｏｇＱREM＋３ｌｏｇＱOf≦−１２．００ ・・・（α）
【００２０】
本発明者らは、上記先願発明２を提案した後も円相当直径が３μｍを超える酸化物の個数を低減可能な他の方法を提供するため検討を重ねてきた。その結果、ＲＥＭ添加前の溶鋼中の溶存酸素量に応じてＲＥＭの添加量を適切に制御する上記先願発明２の方法以外に、Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量に応じてＺｒの添加量を適切に制御する方法を採用しても上記先願発明２で規定する要件を満足する鋼材を製造できることを見出し、本発明を完成した。即ち、本発明に係る製造方法は、Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整し、その後にＺｒを添加するにあたり、前記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが下記式（１）を満足するようにＺｒを添加するところに特徴がある。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【００２１】
そしてこの製造方法によって得られる鋼材は、基本的には、上記先願発明２で規定した下記の要件を満足するものである。
（ア）ＨＡＺ靱性向上に有用な円相当直径０．１〜２μｍの微細な酸化物の個数を増大させる（１２０個／ｍｍ2以上）と共に、
（イ）円相当直径３μｍ超の酸化物の個数を低減させる（５．０個／ｍｍ2以下）。
【００２２】
このように酸化物の形態を制御することによって、上記先願発明１よりも一層大きな入熱量で溶接を行なってもＨＡＺ靱性を改善できる。
また、上記製造方法によって得られる鋼材は、上記円相当直径が３μｍ超の酸化物について、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超える酸化物の個数が低減（３．０個／ｍｍ2以下）されているものとなる。
【００２３】
また、上記製造方法によって得られる鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物（以下、酸化物Ｉということがある。）の個数割合が９０％を超えているか、および／または、（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物（以下、酸化物ＩＩということがある。）の個数割合が８０％を超えていることが好ましく、これによりＨＡＺ靱性が一層高められるようになる。
【００２４】
本明細書では、粒内フェライト変態の核となる酸化物、即ち、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを含有する酸化物と、鋼材中に含まれるすべての酸化物を区別するため、説明の便宜上、前者を特に「Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物」と呼び、後者を特に「全酸化物」と呼ぶ場合がある。なお、酸化物には、酸化物以外の介在物（例えば、硫化物や窒化物、炭化物、或いはこれらの複合化合物）が複合している複合酸化物も含む意味である。
【００２５】
また、上記のＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物を構成する必須成分（Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａ）を、特に「粒内フェライト変態核生成元素」と呼ぶ場合がある。
【００２６】
また、本発明の鋼材には、上記の酸化物以外に硫化物や窒化物、炭化物、或いはこれらの複合化合物等も含まれるが、本明細書では、鋼材中に含まれる酸化物、硫化物、窒化物、炭化物、或いはこれらの複合化合物等を総称して「全介在物」と呼ぶ。
【００２７】
また、本明細書では、鋼材に含まれる全酸化物のうち、円相当直径が０．１〜２μｍの酸化物を「微細な酸化物」、円相当直径が３μｍ超の酸化物を「粗大な酸化物」、と夫々呼び、これらを区別する場合がある。なお、上記先願発明１では、円相当直径で５μｍ超の酸化物を「粗大な酸化物」と定義していたが、本明細書では、円相当直径で３μｍ超の酸化物を「粗大な酸化物」としている。
【００２８】
本明細書において「大入熱溶接のＨＡＺ靱性に優れた鋼材」とは、鋼材に対し、１４５０℃で５秒間保持した後、８００℃から５００℃までの温度を４００秒で冷却する熱サイクル（熱履歴）を与えたとき、−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）が１００Ｊ以上を満足するものを意味する。上記の熱サイクルを特に「大入熱熱履歴」と呼ぶ場合がある。この熱サイクルによる入熱量は、先願発明１や特許文献１に記載の熱サイクルによる入熱量に比べて高いものであり、その意味で、本発明の「大入熱溶接」と、先願発明１や特許文献１に記載の「大入熱溶接」の入熱レベルが相違するものである。
【００２９】
本発明において、熱サイクルの温度を１４５０℃に設定したのは、先願発明１に記載の熱サイクル温度（１４００℃）では、ＨＡＺのうち特に溶接金属に近接した部位（ボンド部と呼ばれることもある。）の熱温度は１４００℃を超えて概ね１４５０℃程度になることを考慮したものである。
【００３０】
まず、本発明の鋼材を製造する方法について説明する。本発明の製造方法は、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整した溶鋼中にＺｒを添加するにあたり、前記溶鋼中の溶存酸素量ＱOf（質量％）とＺｒ添加量ＱZr（質量％）が下記式（１）を満足する量のＺｒを添加するところに特徴がある。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【００３１】
上記式（１）は、本発明で規定する所望のＨＡＺ靱性を確保するために設定されたものであり、上記式（１）に基づき、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfに応じてＺｒ添加量ＱZrを適切に添加すれば所望のＨＡＺ靱性を確保できる（後記する実施例を参照）。なお、上記式（１）の左辺の値をＺ値と呼ぶことがある。また、上記式（１）の左辺の係数は、下記式（２）で示される溶鋼中でのＺｒ酸化物生成反応式に基づく値である。
Ｚｒ＋２Ｏ＝ＺｒＯ2 ・・・（２）
【００３２】
即ち、上記式（１）は、溶鋼にＺｒを添加する際のＺｒ過飽和度に着眼して設計されたものであり、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが上記式（１）を満足するということは、Ｚｒ酸化物の生成に関与するＺｒ添加量ＱZrを少なく設定したことを意味する。その結果、生成するＺｒ酸化物の個数も少なくなるため、結果的に、粗大な酸化物の個数が本発明の範囲内に低減されることになり、所望のＨＡＺ靱性が確保されるものと思料される。つまりＺｒＯ2は、ＲＥＭの酸化物（例えば、Ｃｅ2Ｏ3）やＴｉＯ2と比べると凝集しやすく、合体して粗大な酸化物を形成しやすいため、他の脱酸生成物よりも特に注意して制御する必要がある。そこで本発明では、溶鋼にＺｒを添加する際のＺｒ過飽和度に着目し、上記式（１）を設計した。
【００３３】
上記Ｚ値が−７．５０を超えると、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrのバランスが悪くなり、Ｚｒ添加量が多くなって粗大なＺｒ酸化物が生成する。その結果、ＨＡＺ靱性が低下する。従って上記Ｚ値を−７．５０以下とする。Ｚ値は、好ましくは−７．７以下、より好ましくは−８．０以下である。Ｚ値の下限は特に限定されないが、鋼中のＺｒ量などを考慮すると、おおむね、−９．０程度である。
【００３４】
なお、上記先願発明１では、上記式（１）について全く留意していない。そのため、式（１）の関係を満足せず、式（１）の左辺の値（Ｚ値）が−７．５０を超えてＺｒを多く添加している場合があった。
【００３５】
次に、上記式（１）を構成するＺｒ添加量ＱZrと溶鋼中の溶存酸素量ＱOfについて説明する。
【００３６】
まず、上記Ｚｒ添加量ＱZrは、上記の通り、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfに応じて適宜添加すれば良い。なお、上記Ｚｒ添加量ＱZrは、本発明鋼材中に含まれるＺｒ量に比べて多く設定している。これは鋳造前に添加したＺｒ量は、鋳造過程などで揮発したり、スラグ中に分散するなどし、鋼材中に含まれるＺｒ量が少なくなるからである。
【００３７】
また、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfは０．０００５〜０．０１質量％の範囲とする。溶存酸素とは、酸化物を形成しておらず、溶鋼中に存在するフリーな状態の酸素を意味する。即ち、本発明の鋼材を製造するには、まず前提条件として、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整する。溶鋼中の溶存酸素量ＱOfが０．０００５質量％未満では、溶存酸素量が不足するため、粒内フェライト変態の核となるＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物を所定量確保できず、ＨＡＺ靱性を改善できない。また、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfが不足すると、酸化物を形成できなかったＺｒが炭化物を形成したり、ＲＥＭやＣａが硫化物を形成するため、母材自体の靱性を劣化させる原因となる。従って上記溶存酸素量ＱOfは、０．０００５質量％以上とする。上記溶存酸素量ＱOfは、好ましくは０．００１質量％以上、より好ましくは０．００１５質量％以上、特に好ましくは０．００２０質量％以上である。
【００３８】
一方、上記溶存酸素量ＱOfが０．０１質量％を超えると、溶鋼中の酸素量が多過ぎるため、溶鋼中の酸素と上記元素の反応が激しくなって溶製作業上好ましくないばかりか、粗大な酸化物を生成して却ってＨＡＺ靱性を劣化させる。従って上記溶存酸素量ＱOfは０．０１質量％以下に抑えるべきである。上記溶存酸素量ＱOfは、好ましくは０．００８質量％以下、より好ましくは０．００７質量％以下とする。
【００３９】
ところで転炉や電気炉で一次精錬された溶鋼中の溶存酸素量は、通常０．０１質量％を超えている。そこで本発明の製法では、溶鋼中の溶存酸素量を何らかの方法で上記範囲に調整する必要がある。
【００４０】
溶鋼中の溶存酸素量を調整する方法としては、例えばＲＨ式脱ガス精錬装置を用いて真空脱酸する方法や、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌなどの脱酸性元素を添加する方法などが挙げられ、これらの方法を適宜組み合わせて溶存酸素量を調整すれば良い。また、ＲＨ式脱ガス精錬装置の代わりに、取鍋加熱式精錬装置や簡易式溶鋼処理設備などを用いて溶存酸素量を調整しても良い。この場合、真空脱酸による溶存酸素量の調整はできないため、溶存酸素量の調整にはＳｉ等の脱酸性元素を添加する方法を採用すれば良い。Ｓｉ等の脱酸性元素を添加する方法を採用するときは、転炉から取鍋へ出鋼する際に脱酸性元素を添加しても構わない。
【００４１】
上記のように溶鋼中の溶存酸素量を上記範囲に調整した後は、Ｚｒを添加してから鋳造するが、本発明では、上記溶存酸素量とＺｒの添加量の関係が、上記式（１）の規定を満足することが重要であり、Ｚｒ以外の成分元素の添加順序は特に限定されない。Ｚｒは他の成分元素に比べて酸素との結合が非常に強く、ＨＡＺ靱性に悪影響を及ぼす粗大な酸化物の生成に大きく関与するのに加え、Ｚｒの酸化物（ＺｒＯ2）は、ＲＥＭの酸化物と比べて溶鋼との接触角が大きく、凝集合体し易い。従ってＺｒの添加量については特別に留意する必要がある。
【００４２】
Ｚｒ以外の成分元素を添加するにあたり、上記（ｄ）に示したように、個々の酸化物に含まれるＡｌ2Ｏ3量を低減し、全酸化物の個数に対して、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満の酸化物Ｉの個数割合を９０％超にするには、鋼材を製造する際に、他の脱酸元素を添加するときの溶鋼のＡｌ量を０．０３％以下に抑えることが推奨される。このように溶鋼のＡｌ量を制御するには、再酸化によるＡｌの滅失等を適宜考慮してＡｌを添加すればよい。なお、溶鋼中のより好ましいＡｌ量は０．０２５％以下である。
【００４３】
また、上記（ｅ）に示したように、全酸化物の個数に対して、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3比が０．３５超を満足する酸化物ＩＩの個数割合を８０％超にするには、鋼材を製造する際に、溶鋼に添加するＣａ量とＡｌ量の比（Ｃａ添加量／Ａｌ添加量）が０．３０を超えるように高めることが推奨される。Ｃａ添加量／Ａｌ添加量比は、より好ましくは０．４以上であり、更に好ましくは０．５以上である。
【００４４】
なお、Ｔｉ酸化物の微細化によるＨＡＺ靱性の更なる向上を目的として、Ｔｉの添加順序に留意することは本発明の好ましい態様である。即ち、Ｚｒを添加する前に、Ｔｉを添加することが好ましい。Ｔｉ酸化物は、Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物に比べて溶鋼との界面エネルギーが小さいため、溶鋼にＺｒ、ＲＥＭ、およびＣａを添加する前にＴｉを添加することで、Ｔｉ酸化物を微細化でき、結果的に、ＨＡＺ靱性に寄与する微細な酸化物を生成させることができる。そしてＴｉを添加した後に、溶存酸素量ＱOfに応じた量のＺｒ、ＲＥＭ、およびＣａを添加する（添加順序は特に限定されない）ことで、所望とする粒内フェライト変態の核となるＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物が得られる。
【００４５】
このように溶存酸素量ＱOfを調整した溶鋼にＴｉを添加してから、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfに応じてＺｒの添加量ＱZrが上記式（１）を満足するようにＺｒを添加すれば、酸化物の大きさと密度を適切に制御できる。Ｚｒより先にＴｉを添加すると溶鋼の溶存酸素はＴｉと結合して酸化物を形成するため減少するが、Ｔｉは、Ｚｒと比べると酸素と結合し難く、且つＴｉ酸化物は溶鋼との界面エネルギーが小さいため、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物を形成し難いからである。
【００４６】
溶鋼へ添加するＺｒやＲＥＭ，Ｃａ，Ｔｉの形態は特に限定されず、例えば、純Ｚｒ，ＲＥＭとして、純Ｌａや純Ｃｅ，純Ｙなど、純Ｃａ，純Ｔｉが挙げられる。その他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｌａ合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｅ合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃａ合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｌａ−Ｃｅ合金，Ｆｅ−Ｃａ合金，Ｆｅ−Ｔｉ合金，Ｆｅ−Ｚｒ合金，Ｎｉ−Ｃａ合金などの合金として添加してもよい。また、溶鋼へミッシュメタルを添加してもよい。ミッシュメタルとは、希土類元素の混合物であり、具体的には、Ｃｅを４０〜５０％程度，Ｌａを２０〜４０％程度含有している。但し、ミッシュメタルには不純物としてＣａを含むことが多いので、ミッシュメタルがＣａを含む場合は本発明で規定する範囲を満足する必要がある。
【００４７】
こうして成分調整して得られた溶鋼は、常法に従って連続鋳造してスラブとした後、常法に従って熱間圧延すればよい。
【００４８】
次に、本発明の製造方法によって得られる鋼材について説明する。上記鋼材の成分組成および酸化物の詳細は、上記先願発明２と実質的に同じである。
【００４９】
本発明法によって得られる鋼材は、基本成分として、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：２．５％以下（０％を含まない）、Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０５０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％、Ｎ：０．０１０％以下（０％を含まない）、Ｏ：０．０００５〜０．０１０％を含有している。こうした範囲を定めた理由は以下の通りである。
【００５０】
Ｃは、鋼材（母材）の強度を確保するために欠くことのできない元素であり、０．０２％以上含有させる必要がある。Ｃ量は、好ましくは０．０４％以上であり、より好ましくは０．０５％以上である。しかしＣ量が０．１５％を超えると、溶接時にＨＡＺに島状マルテンサイト（ＭＡ）が多く生成してＨＡＺの靱性劣化を招くばかりでなく、溶接性にも悪影響を及ぼす。従ってＣ量は０．１５％以下、好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０８％以下である。
【００５１】
Ｓｉは、脱酸作用を有すると共に、固溶強化により鋼材（母材）の強度向上に寄与する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Ｓｉは、０．０１％以上含有させることが好ましい。Ｓｉは、より好ましくは０．０２％以上、更に好ましくは０．０５％以上、特に好ましくは０．１％以上含有させるのがよい。しかしＳｉ量が０．５％を超えると、鋼材の溶接性や靱性が劣化する。従ってＳｉ量は、０．５％以下、好ましくは０．４５％以下、より好ましくは０．４％以下である。
【００５２】
なお、特にＨＡＺ靱性を高めるには、Ｓｉは０．３％以下とすることが推奨され、好ましくは０．０５％以下、より好ましくは０．０１％以下である。但し、Ｓｉ量を抑えるほどＨＡＺ靱性は向上するが、鋼材の強度が低下することがある。
【００５３】
Ｍｎは、鋼材（母材）の強度向上に寄与する元素である。こうした効果を有効に発揮させるには、０．４％以上含有させることが好ましい。Ｍｎ量は、より好ましくは０．５％以上、更に好ましくは０．７％以上、特に好ましくは０．８％以上である。しかしＭｎ量が２．５％を超えると、鋼材（母材）の溶接性を劣化させる。従ってＭｎ量は、２．５％以下に抑える必要がある。Ｍｎ量は、好ましくは２．３％以下、より好ましくは２％以下である。
【００５４】
Ｐは、偏析し易い元素であり、特に鋼材中の結晶粒界に偏析してＨＡＺ靱性を劣化させる元素である。従ってＰ量は０．０３％以下に抑制する必要がある。Ｐ量は、好ましくは０．０２％以下、より好ましくは０．０１５％以下である。なお、Ｐは、通常、不可避的に０．００１％程度含有している。
【００５５】
Ｓは、Ｍｎと結合して硫化物（ＭｎＳ）を生成し、母材の靱性や板厚方向の延性を劣化させる有害な元素である。また、ＳがＬａやＣｅなどのＲＥＭと結合してＲＥＭの硫化物（例えば、ＬａＳやＣｅＳ）を生成すると、ＲＥＭ酸化物の生成が阻害されるため、ＨＡＺ靱性が劣化する。従ってＳ量は０．０２％以下に抑制する必要がある。Ｓ量は、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１０％以下、更に好ましくは０．００６％以下である。なお、Ｓは、通常、不可避的に０．０００５％程度含有している。
【００５６】
Ａｌは、脱酸剤として作用する元素である。しかし過剰に添加すると酸化物を還元して粗大なＡｌ酸化物を形成し、ＨＡＺ靱性が劣化する。従ってＡｌ量は０．０５％以下に抑える必要がある。Ａｌ量は、好ましくは０．０４０％以下、より好ましくは０．０３０％以下、更に好ましくは０．０１０％以下である。なお、Ａｌは、通常、不可避的に０．０００５％程度含有している。
【００５７】
Ｔｉは、鋼材中にＴｉＮなどの窒化物や、Ｔｉを含む酸化物を生成し、ＨＡＺ靱性の向上に寄与する元素である。こうした効果を発揮させるには、Ｔｉは０．００５％以上含有させる必要がある。Ｔｉ量は、好ましくは０．００７％以上、より好ましくは０．０１０％以上である。しかし過剰に添加するとＴｉの固溶強化によって母材自体が硬化し、ＨＡＺ靱性の低下に繋がるため、Ｔｉは０．１０％以下に抑えるべきである。Ｔｉ量は、好ましくは０．０７％以下、より好ましくは０．０６％以下である。
【００５８】
Ｚｒは、Ｚｒを含む複合酸化物を生成してＨＡＺ靱性の向上に寄与する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、０．０００５％以上含有させる必要がある。Ｚｒ量は、好ましくは０．００１０％以上、より好ましくは０．００２０％以上、特に０．００２３％以上である。しかしＺｒを過剰に添加すると、粗大なＺｒ酸化物（ＺｒＯ2）が生成してＨＡＺ靱性が劣化する。また、粗大なＺｒ炭化物（ＺｒＣ）が生成して母材の靱性が劣化する。従ってＺｒ量は０．０５０％以下に抑える必要がある。Ｚｒ量は、好ましくは０．０４％以下、より好ましくは０．０３％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００５９】
ＲＥＭ（希土類元素）とＣａは、夫々の酸化物を生成させるのに必要な元素である。これらの酸化物を含有することで、酸化物が微細分散し易くなり、この微細分散した酸化物が粒内フェライトの生成核となるため、ＨＡＺ靱性の向上に寄与する。
【００６０】
ＲＥＭは、０．０００３％以上含有させるべきであり、好ましくは０．００１％以上、より好ましくは０．００２％以上である。しかしＲＥＭを過剰に添加すると、固溶ＲＥＭが生成し、これが偏析することで母材の靱性が劣化する。従ってＲＥＭ量は０．０１５％以下に抑えるべきである。ＲＥＭ量は、好ましくは０．０１０％以下、より好ましくは０．００７％以下である。
【００６１】
なお、本発明において、ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｕまでの１５元素）およびＳｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）を含む意味である。これらの元素のなかでも、Ｌａ、ＣｅおよびＹよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することが好ましく、より好ましくはＬａおよび／またはＣｅを含有するのがよい。
【００６２】
Ｃａは、０．０００３％以上含有させるべきであり、好ましくは０．０００５％以上、より好ましくは０．０００８％以上、更に好ましくは０．００１％以上である。しかしＣａを過剰に添加すると、粗大なＣａ硫化物が生成して母材の靱性が劣化するため、Ｃａ量は０．０１０％以下に抑えるべきである。好ましくは０．００９％以下であり、より好ましくは０．００８％以下、特に好ましくは０．００５％以下である。
【００６３】
Ｎは、窒化物（例えば、ＺｒＮやＴｉＮなど）を析出する元素であり、該窒化物は、ピン止め効果により、溶接時にＨＡＺに生成するオーステナイト粒の粗大化を防止してフェライト変態を促進し、ＨＡＺ靱性の向上に寄与する。こうした効果を有効に発揮させるには、Ｎを０．００３％以上含有させることが好ましい。Ｎ量は、より好ましくは０．００４％以上、更に好ましくは０．００５０％以上である。Ｎは多いほど窒化物を形成してオーステナイト粒の微細化を促進するため、ＨＡＺの靱性向上に有効に作用する。しかしＮ量が０．０１０％を超えると、固溶Ｎ量が増大して母材自体の靱性が劣化し、ＨＡＺ靱性も低下する。従ってＮ量は０．０１０％以下に抑える必要がある。Ｎ量は、好ましくは０．００９０％以下、より好ましくは０．００８０％以下である。
【００６４】
本発明の鋼材は、Ｏ（酸素）を０．０００５〜０．０１０％含有している。このＯ量は、トータル酸素量を示し、酸化物を形成しているＯ（酸素）と鋼材中に固溶しているフリーなＯ（酸素）の合計量を意味している。
【００６５】
本発明法によって得られる鋼材は、上記元素を必須成分として含有するものであり、残部成分は、鉄および不可避不純物（例えば、ＭｇやＡｓ，Ｓｅなど）であればよい。
【００６６】
上記鋼材は、更に他の元素として、
［１］Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：３．５％以下（０％を含まない）、
［２］Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：１％以下（０％を含まない）、
［３］Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）および／またはＶ：０．１％以下（０％を含まない）、
［４］Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）、
等の元素を含有することも有効である。こうした範囲を定めた理由は以下の通りである。
【００６７】
《［１］Ｃｕおよび／またはＮｉ》
ＣｕとＮｉは、いずれも鋼材の強度を高めるのに寄与する元素であり、夫々単独で、或いは複合して添加できる。しかしＣｕ量が２％を超えると、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を却って劣化させるため、ＨＡＺ靱性も低下する。従ってＣｕ量は２％以下とすることが好ましい。Ｃｕ量は、より好ましくは１．８０％以下、更に好ましくは１．５％以下である。なお、Ｃｕ添加による作用を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｃｕ量は、より好ましくは０．１％以上、更に好ましくは０．２％以上である。
【００６８】
Ｎｉ量が３．５％を超えると、上記Ｃｕと同様に、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を劣化させるため、ＨＡＺ靱性も低下する。従ってＮｉ量は３．５％以下とすることが好ましい。Ｎｉ量は、より好ましくは３％以下、更に好ましくは２．５％以下である。なお、Ｎｉ添加による作用を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｎｉ量は、より好ましくは０．１％以上、更に好ましくは０．２％以上である。
【００６９】
《［２］Ｃｒおよび／またはＭｏ》
ＣｒとＭｏは、いずれも鋼材の強度を高めるのに寄与する元素であり、夫々単独で、或いは複合して添加できる。しかしＣｒが３％を超えると、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を劣化させるため、ＨＡＺ靱性を低下する。従ってＣｒ量は３％以下が好ましい。Ｃｒ量は、より好ましくは２．０％以下、更に好ましくは１％以下である。なお、Ｃｒ添加による作用を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｃｒ量は、より好ましくは０．１％以上、更に好ましくは０．１５％以上である。
【００７０】
ＭｏもＣｒと同様に、１％を超えると、母材の強度を著しく高め過ぎて母材の靱性を劣化させるため、ＨＡＺ靱性を低下する。従ってＭｏ量は１％以下とすることが好ましい。Ｍｏ量は、より好ましくは０．９％以下、更に好ましくは０．８％以下である。なお、Ｍｏ添加による作用を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｍｏ量は、より好ましくは０．１％以上、更に好ましくは０．１５％以上である。
【００７１】
《［３］Ｎｂおよび／またはＶ》
ＮｂとＶは、いずれも炭窒化物として析出し、該炭窒化物のピン止め効果により、溶接時にオーステナイト粒が粗大化するのを防止し、ＨＡＺ靱性を向上させる作用を有する元素である。ＮｂとＶは、夫々単独で、或いは複合して添加することができる。しかしＮｂ量が０．２５％を超えると、析出する炭窒化物が粗大化し、ＨＡＺ靱性を却って劣化させる。従ってＮｂ量は０．２５％以下とすることが好ましい。Ｎｂ量は、より好ましくは０．２０％以下、更に好ましくは０．１５％以下である。なお、Ｎｂ添加による作用を有効に発揮させるには、０．００２％以上含有させることが好ましい。Ｎｂ量は、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１０％以上、特に好ましくは０．０２％以上である。
【００７２】
ＶもＮｂと同様に、０．１％を超えると、析出する炭窒化物が粗大化し、ＨＡＺ靱性を却って劣化させる。従ってＶ量は０．１％以下とすることが好ましい。Ｖ量は、より好ましくは０．０９％以下、更に好ましくは０．０８％以下である。なお、Ｖ添加による作用を有効に発揮させるには、０．００２％以上含有させることが好ましい。Ｖ量は、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１％以上である。
【００７３】
《［４］Ｂ（ホウ素）》
Ｂは、粒界フェライトの生成を抑制して靱性を向上させる元素である。しかしＢ量が０．００５％を超えると、オーステナイト粒界にＢＮとして析出し、靱性の低下を招く。従ってＢ量は０．００５％以下が好ましい。Ｂ量は、より好ましくは０．００４％以下である。なお、Ｂ添加による作用を有効に発揮させるには、０．００１％以上含有させることが好ましい。Ｂ量は、より好ましくは０．００１５％以上、更に好ましくは０．００２５％以上である。
【００７４】
次に、本発明法によって得られる鋼材の酸化物について詳しく説明する。
【００７５】
［（ａ）Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物について］
粒内フェライト変態の起点となるＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物について説明する。上記のＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物は、Ｚｒの酸化物、ＲＥＭの酸化物、およびＣａの酸化物を必ず含んでいるものを意味している。Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物を構成する元素（粒内フェライト変態核生成元素）は、ＺｒとＲＥＭとＣａであるが、これら以外に、例えば、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌなどの酸化物形成元素や、その他の鋼中成分を含んでいても良い。
【００７６】
上記Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物の存在形態は特に限定されず、粒内フェライト変態核生成元素を単独で含有する単独酸化物として存在していても良いし、粒内フェライト変態核生成元素の２種以上を含む複合酸化物として存在していても良い。単独酸化物の例としては、ＺｒではＺｒＯ2；ＣａではＣａＯ；ＲＥＭでは、ＲＥＭを「Ｍ」の記号で表したとき、Ｍ2Ｏ3、Ｍ3Ｏ5、ＭＯ2などが例示される。また、これらの酸化物は、互いに凝集して存在しても良いし、上記酸化物に硫化物や窒化物などの他の化合物が複合析出した形態で存在しても良い。
【００７７】
上記のＺｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物は、Ｔｉの酸化物を更に含有していることが好ましい。Ｔｉの酸化物が更に存在すると粒内フェライト変態が促進され、ＨＡＺ靱性の向上が一層高められるようになる。Ｔｉの酸化物は、単独酸化物（例えば、Ｔｉ2Ｏ3、Ｔｉ3Ｏ5、ＴｉＯ2）として存在していても良いし、上記Ｚｒ・ＲＥＭ・Ｃａ系酸化物との複合酸化物の形態で存在していても良い。
【００７８】
［（ｂ）酸化物の平均組成について］
本発明法によって得られる鋼材は、鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物（合計が１００％）として質量換算したときに、平均組成で、ＺｒＯ2を５〜５０％、ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ2Ｏ3）：５〜５０％、ＣａＯ：５０％以下（０％を含まない）、を満足しており、これにより粒内フェライト変態の核として有効に作用するようになる。各酸化物の下限値を下回ると、溶接時に粒内フェライトの生成核となる酸化物量が不足し、ＨＡＺ靱性の向上作用が発揮されない。一方、各酸化物の上限値を超えると、酸化物が粗大化し、粒内フェライトの生成核として有効に作用する微細な酸化物の個数が少なくなり、ＨＡＺ靱性向上作用が有効に発揮されない。
【００７９】
上記ＺｒＯ2は、５％以上であり、好ましくは８％以上、より好ましくは１０％以上である。一方、上限は５０％であり、好ましい上限は４５％、より好ましい上限は４０％である。
【００８０】
上記ＲＥＭの酸化物は、５％以上であり、好ましくは１０％以上、より好ましくは１３％以上である。一方、上限は５０％であり、好ましい上限は４５％、より好ましい上限は４０％である。なお、ＲＥＭの酸化物は、ＲＥＭを記号Ｍで表すと、鋼材中にＭ2Ｏ3、Ｍ3Ｏ5、ＭＯ2などの形態で存在するが、ＲＥＭの酸化物をすべてＭ2Ｏ3に換算したときの量を意味する。
【００８１】
上記ＣａＯは、粒内フェライト変態の核として有効に作用するが、過剰に含まれると却って粒内フェライト変態能が劣化する。また、ＣａＯが過剰に含まれると鋳造時に用いるノズルの溶損を引き起こす。従って上限は５０％とする。好ましくは４５％以下であり、より好ましくは４０％以下、特に好ましくは３０％以下である。上記作用を有効に発揮させるには、ＣａＯは、３％以上含有していることが好ましい。より好ましくは５％以上であり、更に好ましくは１０％以上である。
【００８２】
なお、全酸化物の組成の残りの成分は特に限定されず、本発明の鋼材中に含まれる酸化物形成元素の酸化物（例えば、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3、ＭｎＯなど）が挙げられる。
【００８３】
鋼材に含まれる全酸化物の組成は、鋼材の表面を例えば電子線マイクロプローブＸ線分析計（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ；ＥＰＭＡ）で観察し、観察視野内に認められる酸化物を定量分析して測定する。測定条件の詳細は、後記する実施例の欄で説明する。
【００８４】
［（ｃ）全酸化物の粒度分布について］
次に、本発明法によって得られる鋼材中の全酸化物の個数と大きさについて説明する。
【００８５】
上記鋼材は、
（ｉ）円相当直径で０．１〜２μｍの微細な酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり１２０個以上であり、
（ｉｉ）円相当直径で３μｍを超える粗大な酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり５．０個以下、
を満足するものである。
【００８６】
（ｉ）円相当直径が０．１〜２μｍの微細な酸化物は、好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり２００個以上、より好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり５００個以上、更に好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり１０００個以上である。
【００８７】
（ｉｉ）円相当直径が３μｍ超の粗大な酸化物の個数は、少なければ少ない程良く、好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり３個以下、より好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり１個以下、最も好ましくは実質的に０個である。
上記円相当直径が３μｍ超の粗大な酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超える酸化物（以下、ＺｒＯ2系酸化物ということがある。）の個数は、観察視野面積１ｍｍ2あたり３．０個以下であることが好ましい。より好ましくは観察視野面積１ｍｍ2あたり１個以下、最も好ましくは実質的に０個である。
【００８８】
円相当直径で０．１〜２μｍの微細な酸化物の個数と、円相当直径で３μｍを超える粗大な酸化物の個数は、鋼材の断面を、例えば、電子線マイクロプローブＸ線分析計（ＥＰＭＡ）で観察し、観察視野内に認められる介在物の成分組成を定量分析し、酸素含有量が５％以上の介在物を酸化物とし、該酸化物の円相当直径を、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察して測定して求めればよい。また、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超えるＺｒＯ2系酸化物の個数は、鋼材の断面を、例えば、ＥＰＭＡで観察し、観察視野内に認められる酸化物のうち円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物の成分組成を定量分析し、単独酸化物に換算したときにＺｒＯ2の含有率が５０質量％を超える酸化物の個数を測定すればよい。
【００８９】
なお、本発明の鋼材では、円相当直径で０．１μｍ未満の酸化物は、酸化物分散によるＨＡＺ靱性向上作用に殆ど寄与しないため、上記酸化物の個数には含めていない。
【００９０】
上記「円相当直径」とは酸化物の面積が等しくなる様に想定した円の直径であり、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察面上等で認められるものである。
【００９１】
以上、本発明の特徴部分のうち上記（ａ）〜（ｃ）の要件について説明した。
本発明の鋼材に含まれる酸化物は、下記（ｄ）および／または下記（ｅ）の要件を満足することが好ましい。
【００９２】
即ち、前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物（酸化物Ｉ）の個数割合が９０％を超えているか、および／または、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物（酸化物ＩＩ）の個数割合が８０％を超えていることが好ましく、これにより、ＨＡＺ靱性が一層高められるようになる。
【００９３】
上記（ｄ）および上記（ｅ）の要件は、後記する実施例の結果に基づき、より高いＨＡＺ靱性を実現するための酸化物組成および個数割合を特定したものである。
【００９４】
即ち、後記する実施例で明らかにするように、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物が、観察視野面積１ｍｍ2あたり、ほぼ同じ個数存在していても、鋼材の靱性値にバラツキが生じることが判明した。例えば、下記表５および図３に示すように、Ｎｏ．２と６は、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物が、観察視野面積１ｍｍ2あたり約１．２個存在している鋼材である。しかしこれらの鋼材の−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）には２３Ｊの差が生じていた。そこで本発明者らが更に検討を重ねた結果、個々の酸化物の成分組成が、靱性値に影響を及ぼしていることが明らかとなった。
【００９５】
上記（ａ）〜（ｃ）における酸化物の大きさと粒度分布の制御によれば、大入熱量で溶接を行っても−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）は１００Ｊ以上を達成でき、更に上記（ｄ）、（ｅ）の酸化物個数割合制御を行なうことにより、ｖＥ-40が約１２０Ｊ以上（特に、約１５０Ｊ以上）を達成できる（後記する実施例を参照）。
【００９６】
詳細には、上記（ｄ）では、酸化物に含まれるＡｌ2Ｏ3に着目しており、Ａｌ2Ｏ3の比率が少ない酸化物Ｉの個数割合（全酸化物に対する割合）を９０％超に制御するというものである。Ａｌ2Ｏ3は、ＣａＯなどに比べて粒内フェライト変態の核として作用し難い酸化物である。そして本発明者らの検討結果によれば、全酸化物に対する上記酸化物Ｉの個数割合と、より好ましいＨＡＺ靱性条件であるＨＡＺ靱性との関係は、良好な相関関係を有していることが判明し、上記（ｄ）を規定した。全酸化物の個数に対する上記酸化物Ｉの個数割合は多い程良く、９３％以上であることがより好ましく、更に好ましくは９５％以上である。
【００９７】
一方、上記（ｅ）では、酸化物に含まれるＡｌ2Ｏ3とＣａＯの両方に着目しており、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物ＩＩの全酸化物に対する個数割合を８０％超に制御するというものである。上記（ｄ）で基準とする酸化物Ｉは、Ａｌ2Ｏ3の比率のみに基づいて規定されたものであるのに対し、上記（ｅ）で基準とする酸化物ＩＩは、粒内フェライト変態の核となる酸化物を生成させる酸化物であるＣａＯとの関係でＡｌ2Ｏ3の比率が規定されている点で相違する。ＨＡＺ靱性に及ぼす影響を考えると、Ａｌ2Ｏ3はマイナスの影響を及ぼすのに対し、ＣａＯはプラスの影響を及ぼしている。そして本発明者らの検討結果によれば、「Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物ＩＩ」の全酸化物に対する個数割合と、より好ましいＨＡＺ靱性条件であるＨＡＺ靱性との関係は、良好な相関関係を有していることが判明し、上記（ｅ）を規定した。
【００９８】
全酸化物の個数に対する酸化物ＩＩの個数割合は、多い程良く、８３％以上であることがより好ましく、更に好ましくは８５％以上である。
【００９９】
上記（ｄ）および上記（ｅ）の要件について、本発明では、いずれか一方のみを満足しても良いし、両方を満足していても良く、いずれも本発明の好ましい態様である。即ち、酸化物によっては、上記（ｄ）で規定する酸化物Ｉのみの要件を満足するものもあるし、上記（ｅ）で規定する酸化物ＩＩのみの要件を満足するものもあるし、酸化物Ｉおよび酸化物ＩＩの両方の要件を満足するものもあるが、いずれの場合であっても、上記（ｄ）および上記（ｅ）の少なくとも一方を満足する限り、ＨＡＺ靱性の好ましいレベルを達成することができる。例えば後記する表５のＮｏ．６、８、および１４は、上記（ｄ）および上記（ｅ）の両方を満足する例であり、表５のＮｏ．２および１７は、上記（ｄ）のみを満足する例であり、表５のＮｏ．５、１５、および１９は上記（ｅ）のみを満足する例である。より好ましくは、上記（ｄ）および上記（ｅ）で規定する両方の要件を満足するのがよい。
【０１００】
鋼材に含まれる酸化物の組成は、鋼材の断面を、例えば、ＥＰＭＡで観察し、観察視野内に認められる酸化物の成分組成を定量分析して求めればよく、鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定した後、全酸化物の個数に占めるＡｌ2Ｏ3が２０質量％未満の酸化物Ｉの個数割合と、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3比が０．３５超を満足する酸化物ＩＩの個数割合を求めればよい。なお、本発明の鋼材では、円相当直径が０．１μｍ以上の酸化物についてその組成を定量分析する。円相当直径が０．１μｍ未満の酸化物は、小さ過ぎて定量分析できない。
【０１０１】
本発明の製造方法で得られる鋼材は、１４５０℃で５秒間保持した後、８００℃から５００℃への冷却時間を４００秒として冷却する熱履歴を与えた場合であっても、−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）で１００Ｊ以上を確保できる。そのため本発明に係る鋼材は、例えば橋梁や高層建造物、船舶などの構造物の材料として使用でき、小〜中入熱溶接はもとより、入熱量が５０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接においても溶接熱影響部の靱性劣化を防ぐことができる。本発明の鋼材は、板厚が約３．０ｍｍ以上の厚鋼板などを対象としている。
【実施例】
【０１０２】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０３】
［実験例１］
真空溶解炉（容量１５０ｋｇ）を用い、下記表１に示す条件で、下記表２、表３に示す化学成分組成（質量％）の供試鋼（残部は鉄および不可避不純物）を溶製し、１５０ｋｇのインゴットに鋳造して冷却した。その後、加熱、圧延を行い、厚鋼板を製造した。以下、具体的に説明する。
【０１０４】
上記供試鋼を真空溶解炉で溶製するに当っては、Ｔｉ、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａ以外の元素について成分調整すると共に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、およびＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素を用いて脱酸して溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを調整した。調整後の溶存酸素量ＱOfを下記表１に示す。
【０１０５】
溶存酸素量ＱOfを調整した溶鋼に、Ｔｉを添加した後、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを添加した。Ｚｒ添加量をＱZrとし、この値を下記表１に示す。また、上記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrの値を下記式（１）’に代入して算出したＺ値を下記表１に併せて示す。
Ｚ＝ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf ・・・（１）’
【０１０６】
なお、ＴｉはＦｅ−Ｔｉ合金の形態で、ＺｒはＦｅ−Ｚｒ合金の形態で、ＲＥＭはＬａを約２５％とＣｅを約５０％含有するミッシュメタルの形態で、ＣａはＮｉ−Ｃａ合金の形態で、夫々添加した。但し、表２のＮｏ．１１は、ミッシュメタルの形態ではなく、Ｃｅのみを添加した。
【０１０７】
上記元素を添加した後、インゴットに鋳造して冷却した。得られたインゴットを熱間圧延し、厚さが３０〜８０ｍｍの厚鋼板を製造した。得られた厚鋼板のｔ／４（但し、ｔは鋼板の厚み）位置における横断面からサンプルを切り出し、該サンプルに含まれる全酸化物の成分組成を測定し、単独酸化物として質量換算して酸化物の平均組成を算出した。
【０１０８】
全酸化物の成分組成は、次の手順で測定した。切り出されたサンプル表面を、日本電子データム製の電子線マイクロプローブＸ線分析計（ＥＰＭＡ；「ＪＸＡ−８５００Ｆ（装置名）」）で観察し、円相当直径が０．１μｍ以上の介在物について成分組成を定量分析した。観察条件は、加速電圧を２０ｋＶ，試料電流を０．０１μＡ，分析個数を１００個以上とし、介在物の中央部での成分組成を特性Ｘ線の波長分散分光により定量分析した。分析対象元素は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｏ（酸素）、およびＳとし、既知物質を用いて各元素のＸ線強度と元素濃度の関係を予め検量線として求めておき、分析対象とする上記介在物から得られたＸ線強度と上記検量線からその介在物に含まれる元素量を定量した。得られた定量結果のうち酸素含量が５％以上の介在物を酸化物とした。このとき、一つの介在物から複数の元素が観測された場合には、それらの元素の存在を示すＸ線強度の比から各元素の単独酸化物に換算して酸化物の組成を算出した。本発明では、このように単独酸化物として質量換算したものを平均したものを酸化物の平均組成とした。酸化物のうち、ＲＥＭの酸化物、ＺｒＯ2、およびＣａＯの平均組成を下記表４に示す。なお、ＲＥＭの酸化物は、金属元素をＭで表すと、鋼材中にＭ2Ｏ3やＭ3Ｏ5，ＭＯ2の形態で存在するが、本発明では、全てのＲＥＭ酸化物をＭ2Ｏ3に換算して平均組成を算出した。また、下記表４に示した「その他」とは、ＲＥＭ酸化物、ＺｒＯ2、およびＣａＯ以外の酸化物（例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＳｉＯ2など）である。
【０１０９】
次に、定量した介在物のうち酸素含量が５％以上である酸化物の円相当直径（粒径）を測定し、円相当直径が０．１〜２μｍの酸化物の個数と、円相当直径が３μｍを超える酸化物の個数（全体）を測定した。また、円相当直径が３μｍを超える酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超えるＺｒＯ2系酸化物の個数も測定した。また、参考値として、円相当直径が５μｍを超える酸化物の個数を測定した。下記表４に測定結果を観察視野面積１ｍｍ2あたりに換算した値を示す。
【０１１０】
図１に、上記Ｚ値と円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数（全体）との関係を示す。図１には、下記表４に示す測定結果のうち、Ｎｏ．１〜２０の結果（図１の○）とＮｏ．２１〜２６の結果（図１の●）をプロットした。
【０１１１】
図１から明らかなように、溶鋼中の溶存酸素量Ｑofに応じて上記式（１）を満足するようにＺｒを添加すれば、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物の生成が抑えられることが分かる。
【０１１２】
次に、溶接時に熱影響を受けるＨＡＺの靱性を評価するために、大入熱溶接を模擬して下記に示す溶接再現試験を行なった。溶接再現試験は、厚鋼板から切り出したサンプルが１４５０℃になる様に加熱し、この温度で５秒間保持した後、冷却する熱サイクルを与えた。冷却速度は、８００℃から５００℃への冷却時間が４００秒となるように調整した。
【０１１３】
冷却後のサンプルの衝撃特性は、得られた厚鋼板のｔ／４位置（但し、ｔは板厚）から圧延方向にＶノッチシャルピー試験片を３本採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４２に従って衝撃試験を行なって評価した。衝撃試験では、−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）を測定し、３回の平均値を算出した。本発明では、ｖＥ-40の平均値が１００Ｊ以上のものを合格（ＨＡＺ靱性良好）とする。測定結果を下記表４に示す。
【０１１４】
下記表１〜表４から次のように考察できる。Ｎｏ．１〜２０は、本発明で規定する条件を満足する例であり、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが上記式（１）を満足しているため、得られた鋼材は、上記（ａ）〜（ｃ）の要件を満足しており、且つ円相当直径が３μｍを超える酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超えるＺｒＯ2系酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり３．０個以下になっている。従ってＨＡＺ靱性が良好な鋼材が得られている。
【０１１５】
一方、Ｎｏ．２１〜３５は、本発明で規定するいずれかの要件を外れる例である。これらのうちＮｏ．２１〜２６は、溶鋼中の溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが上記式（１）を満足していないため、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物が多く生成している。従ってＨＡＺ靱性が劣化している。
【０１１６】
Ｎｏ．２７は、溶鋼中に添加したＺｒ量は適量であったが、鋼材に含まれるＺｒ量が少なくなった例であり、全酸化物の組成に占めるＺｒＯ2量が少なくなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．２８は、溶鋼中に添加したＺｒ量が多いために鋼材に含まれるＺｒ量が多くなった例であり、全酸化物の組成に占めるＺｒＯ2量が多くなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。
【０１１７】
Ｎｏ．２９は、溶鋼中に添加したＲＥＭ量が少ないために鋼材に含まれるＲＥＭ量が少なくなった例であり、全酸化物の組成に占めるＲＥＭ酸化物量が少なくなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．３０は、溶鋼中に添加したＲＥＭ量が多いために鋼材に含まれるＲＥＭ量が多くなった例であり、全酸化物の組成に占めるＲＥＭ酸化物量が多くなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．３１は、溶鋼中に添加したＣａ量が多いために鋼材に含まれるＣａ量が多くなった例であり、全酸化物の組成に占めるＣａＯ量が多くなっている。そのため酸化物の粒内変態核として作用する効果が弱まり、微細組織が得られずＨＡＺ靱性が劣化している。
【０１１８】
Ｎｏ．３２は、溶鋼中に添加したＴｉ量が多いために鋼材に含まれるＴｉ量が多くなった例であり、Ｔｉの固溶により母材が固溶強化されたため、結果的にＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．３３は、溶鋼中に添加したＴｉ量が少ないために鋼材に含まれるＴｉ量が少なくなった例であり、粒内フェライト変態の核となる円相当直径が０．１〜２μｍの酸化物量を確保できていない。従ってＨＡＺ靱性が劣化している。
【０１１９】
Ｎｏ．３４は、溶鋼中に添加したＡｌ量が多いために鋼材に含まれるＡｌ量が多くなった例であり、粗大なＡｌ2Ｏ3が生成し、ＨＡＺ靱性が劣化している。Ｎｏ．３５は、溶鋼中のＮ量が多いために鋼材に含まれるＮ量が多くなった例であり、鋼材に含まれる固溶Ｎ量が過剰となり、ＨＡＺ靱性が劣化していると考えられる。
【０１２０】
また、下記表１および下記表４から、溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrのバランスを適切に調整すれば、円相当直径が３μｍを超える酸化物のうち、ＺｒＯ2系酸化物の個数を低減でき、鋼材のＨＡＺ靱性を向上できることが分かる。
【０１２１】
次に、図２に、円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数と−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）との関係を示す。図２では、下記表４に示すＮｏ．１〜２０の結果を○で、Ｎｏ．２１〜２６（比較例のうち３μｍを超える酸化物の個数が５．０個を超える例）の結果を●で示した。
【０１２２】
図２から明らかなように、円相当直径が３μｍを超える粗大な酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数が５．０個以下であれば、１４５０℃で５秒間加熱保持した場合であっても良好なＨＡＺ靱性を示すことが分かる。
【０１２３】
【表１】
【０１２４】
【表２】
【０１２５】
【表３】
【０１２６】
【表４】
【０１２７】
［実験例２］
上記表４に示したＮｏ．２、５、６、８、９、１４〜１７、１９について、鋼材に含まれる酸化物の組成とＨＡＺ靱性の関係について調べた。
【０１２８】
鋼材に含まれる酸化物の組成は次の手順で測定した。即ち、上記実験例１と同様に、切り出されたサンプル表面を、日本電子データム製のＥＰＭＡ（「ＪＸＡ−８５００Ｆ（装置名）」）を用いて観察し、円相当直径が０．１μｍ以上の酸化物について成分組成を定量分析した。成分組成を定量分析した円相当直径が０．１μｍ以上の酸化物の個数を測定し、これを全酸化物の個数とした。一方、定量分析した円相当直径が０．１μｍ以上の酸化物のうち、酸化物に含まれるＡｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満の酸化物（酸化物Ｉ）の個数と、酸化物に含まれるＣａＯとＡｌ2Ｏ3の質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物（酸化物ＩＩ）の個数を夫々測定し、全酸化物の個数に対する個数割合を算出した。算出結果を下記表５に示す。
【０１２９】
また、下記表５には、これらの鋼材を製造したときのＣａ添加量とＡｌ添加量（仕込み量）を併せて示す。また、Ｃａ添加量とＡｌ添加量の仕込み比（Ｃａ添加量／Ａｌ添加量）を算出し、算出結果を下記表５に示す。また、上記表４に示した各鋼材の−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）を下記表５に併せて示す。
【０１３０】
ここで、下記表５に示した鋼材について、円相当直径が３μｍを超える酸化物の観察視野面積１ｍｍ2あたりの個数とｖＥ-40との関係を図３に示す。図３は、上記図２に示したデータの一部を抜粋して示したものである。
【０１３１】
図３、表４、および表５から次のように考察できる。Ｎｏ．２、５、６、８、９、１４〜１７、１９の鋼材は、上記表４に示したように、いずれも本発明で規定する要件を満足する例であり、ｖＥ-40が１００Ｊ以上であった。ところが図３から明らかなように、Ｎｏ．２と６；Ｎｏ．５、８、および１７；Ｎｏ．９、１４、および１９；Ｎｏ．１５と１６は、夫々、円相当直径が３μｍを超える酸化物の単位面積あたりの個数がほぼ等しい群であるが、ｖＥ-40の値には程度の差が生じていることが分かった。
【０１３２】
これらの鋼材のうち、Ｎｏ．２、５、１５、１７、１９の鋼材は、酸化物Ｉまたは酸化物ＩＩの全酸化物に対する個数割合が、本発明で規定する好ましい要件を更に満足しているため、当該好ましい要件を満足していないＮｏ．９、１６と比べ、ｖＥ-40の値が１２０Ｊ以上と更に大きくなることが分かった。また、Ｎｏ．６、８、１４の鋼材は、酸化物Ｉおよび酸化物ＩＩの全酸化物に対する個数割合が、本発明で規定する好ましい要件を更に満足しているため、当該好ましい要件を満足していないＮｏ．９、１６と比べ、ｖＥ-40の値が１５０Ｊ以上と一層大きくなることが分かった。
【０１３３】
例えば、Ｎｏ．９、１４、および１９の群について考察すると、Ｎｏ．１９は、酸化物ＩＩの全酸化物に対する個数割合が本発明で規定する好ましい要件を更に満足しているため、この要件を満足しないＮｏ．９と比べて粒内フェライト変態の核となる酸化物の生成が促進されている。そのため、ＨＡＺ靱性がＮｏ．９と比べて向上している。更にＮｏ．１４は、酸化物Ｉの全酸化物に対する個数割合についても本発明で規定する好ましい要件を満足しているため、この要件を満足しないＮｏ．１９と比べて粒内フェライト変態の核となる酸化物の生成が一段と促進されている。そのため、ＨＡＺ靱性がＮｏ．１９と比べて更に向上している。
【０１３４】
次に、定量分析の一例として、上記表４に示したＮｏ．２の鋼材に含まれる個々の介在物の組成を分析した結果を図４に示す。また、上記表４に示したＮｏ．６の鋼材に含まれる個々の介在物の組成を分析した結果を図５に示す。図４、図５中、Ｘ軸は、観察された介在物の個数を示しており、Ｙ軸は、個々の介在物の組成を成分ごとに色分けして示している。
【０１３５】
【表５】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ ：０．０２〜０．１５％（質量％の意味。以下成分について同じ。）、
Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、
Ｍｎ：２．５％以下（０％を含まない）、
Ｐ ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ｓ ：０．０２％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）、
Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、
Ｚｒ：０．０００５〜０．０５０％、
ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、
Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％、
Ｎ ：０．０１０％以下（０％を含まない）、
Ｏ ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、
残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材を製造する方法であって、
Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整し、その後にＺｒを添加するにあたり、前記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが下記式（１）を満足する量のＺｒを添加することを特徴とする溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材の製造方法。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【請求項２】
前記鋼材が、更に他の元素として、
Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／または
Ｎｉ：３．５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記鋼材が、更に他の元素として、
Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）および／または
Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）を含有する請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記鋼材が、更に他の元素として、
Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）および／または
Ｖ ：０．１％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
前記鋼材が、更に他の元素として、
Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法で得られた鋼材であって、
（ａ）前記鋼材は、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを含有する酸化物を含み、
（ｂ）前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、平均組成で、
ＺｒＯ2：５〜５０％、
ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ2Ｏ3）：５〜５０％、
ＣａＯ：５０％以下（０％を含まない）を満足し、且つ、
（ｃ）前記鋼材に含まれる全酸化物のうち、
円相当直径で０．１〜２μｍの酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり１２０個以上、
円相当直径で３μｍ超の酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり５．０個以下
であることを特徴とする溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材。
【請求項７】
前記円相当直径で３μｍ超の酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超える酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり３．０個以下である請求項６に記載の鋼材。
【請求項８】
前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物の個数割合が９０％を超えているか、または、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物の個数割合が８０％を超えている請求項６または７に記載の鋼材。
【請求項９】
前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物の個数割合が９０％を超えており、且つ、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物の個数割合が８０％を超えている請求項６または７に記載の鋼材。
【請求項１】
Ｃ ：０．０２〜０．１５％（質量％の意味。以下成分について同じ。）、
Ｓｉ：０．５％以下（０％を含まない）、
Ｍｎ：２．５％以下（０％を含まない）、
Ｐ ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ｓ ：０．０２％以下（０％を含まない）、
Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）、
Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、
Ｚｒ：０．０００５〜０．０５０％、
ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、
Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％、
Ｎ ：０．０１０％以下（０％を含まない）、
Ｏ ：０．０００５〜０．０１０％を含有し、
残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材を製造する方法であって、
Ｚｒ添加前の溶鋼中の溶存酸素量ＱOfを０．０００５〜０．０１質量％の範囲に調整し、その後にＺｒを添加するにあたり、前記溶存酸素量ＱOfとＺｒ添加量ＱZrが下記式（１）を満足する量のＺｒを添加することを特徴とする溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材の製造方法。
ｌｏｇＱZr＋２ｌｏｇＱOf≦−７．５０ ・・・（１）
【請求項２】
前記鋼材が、更に他の元素として、
Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／または
Ｎｉ：３．５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記鋼材が、更に他の元素として、
Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）および／または
Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）を含有する請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記鋼材が、更に他の元素として、
Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）および／または
Ｖ ：０．１％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
前記鋼材が、更に他の元素として、
Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法で得られた鋼材であって、
（ａ）前記鋼材は、Ｚｒ、ＲＥＭ、およびＣａを含有する酸化物を含み、
（ｂ）前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、平均組成で、
ＺｒＯ2：５〜５０％、
ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ2Ｏ3）：５〜５０％、
ＣａＯ：５０％以下（０％を含まない）を満足し、且つ、
（ｃ）前記鋼材に含まれる全酸化物のうち、
円相当直径で０．１〜２μｍの酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり１２０個以上、
円相当直径で３μｍ超の酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり５．０個以下
であることを特徴とする溶接熱影響部の靱性に優れた鋼材。
【請求項７】
前記円相当直径で３μｍ超の酸化物のうち、ＺｒＯ2の比率が５０質量％を超える酸化物が観察視野面積１ｍｍ2あたり３．０個以下である請求項６に記載の鋼材。
【請求項８】
前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物の個数割合が９０％を超えているか、または、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物の個数割合が８０％を超えている請求項６または７に記載の鋼材。
【請求項９】
前記鋼材に含まれる酸化物は、更にＡｌを含有する酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全酸化物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、全酸化物の個数に対して、
（ｄ）Ａｌ2Ｏ3について、Ａｌ2Ｏ3の比率が２０質量％未満を満足する酸化物の個数割合が９０％を超えており、且つ、
（ｅ）Ａｌ2Ｏ3およびＣａＯについて、Ａｌ2Ｏ3に対するＣａＯの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．３５超を満足する酸化物の個数割合が８０％を超えている請求項６または７に記載の鋼材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１２７２２０（Ｐ２０１１−１２７２２０Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２４３０２（Ｐ２０１０−２２４３０２）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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