CN102061428A - 焊接热影响部的韧性优异的钢材的制造方法 - Google Patents

Abstract

焊接热影响部的韧性优异的钢材的制造方法。本发明提供一种即使在进行热能输入量为50kJ/mm以上的大热能输入焊接时、HAZ韧性也优异的钢材的制造方法。一种制造如下钢材的方法，该钢材含有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％，剩余部分由铁和不可避免的杂质构成，其中，将添加Zr前的钢液中的溶解氧量Q_Of调整到0.0005～0.01质量％的范围，其后添加Zr时，添加所述溶解氧量Q_Of和Zr添加量Q_Zr满足下式(1)的量的Zr。logQ_Zr+2logQ_Of≤-7.50…(1)

Description

焊接热影响部的韧性优异的钢材的制造方法

技术领域

本发明涉及桥梁、高层建筑物和船舶等所使用的钢材，特别是涉及在焊接时受到热影响的部位(以下称为“焊接热影响部”或“HAZ”。)的韧性优异的钢材的制造方法。

背景技术

用于桥梁、高层建筑物和船舶等的钢材所要求的特性，近年来日益严格，要求其有格外良好的韧性。这些钢材一般多通过焊接接合，但在焊接接头部之中，特别是HAZ存在焊接时受到热影响而韧性容易劣化这样的问题。该韧性劣化随着焊接时的热能输入量越大而越发显著呈现，其原因被认为是，若焊接时的热能输入量变大，则HAZ的冷却速度减缓，淬火性降低而生成粗大的岛状马氏体。因此，为了改善HAZ的韧性，认为极力抑制焊接时的热能输入量即可。但是其另一方面是，要提高焊接作业效率，则期望采用例如气电焊、电渣焊、潜弧焊等焊接热能输入量在50kJ/mm以上的大热能输入量焊接法。

因此，本申请人在专利文献1～3中提出有一种在采用大热能输入量焊接法时抑制HAZ韧性劣化的钢材。这些钢材具有的特征在于，含有REM的氧化物和/或CaO、及ZrO₂，作为构成晶内铁素体相变的核的氧化物。上述氧化物在钢液中以液状存在，因此微细分散在钢中。另外上述氧化物热稳定，例如即使长时间曝露在1400℃水平的高温下也不会固溶消失，因此大大有助于HAZ韧性的提高。

作为使微细氧化物均一分散在钢中的方法，例如已知有专利文献4的技术。在该技术中，在溶解氧量为20～60ppm(0.002～0.006％)的范围的钢液中添加Zr，其后添加氧源物质，以氧浓度换算计为50～200ppm(0.005～0.02％)，进行冷却，由此使二次脱氧产物晶化。但是考虑若在添加Zr后再使氧富集，则会生成粗大的Zr氧化物(ZrO₂)

另一方面，作为不会使巨大夹杂物、簇状夹杂物生成而对钢液进行脱氧，防止由夹杂物引起的缺陷发生的技术，提出有专利文献5、6。但是在这些公报中，并未着眼于氧化物的大小与HAZ韧性的关系。

专利文献1：特开2007-100213号公报

专利文献2：特开2007-247004号公报

专利文献3：特开2007-247005号公报

专利文献4：特开平3-287711号公报

专利文献5：特开平9-287015号公报

专利文献6：特开2003-13132号公报

发明内容

本发明着眼于上述这种情况而做，其目的在于，提供一种特别是在进行热能输入量为50kJ/mm以上的大热能输入量焊接时HAZ韧性也优异的钢材的制造方法。

能够解决上述课题的本发明的制造方法，是制造如下钢材的方法，该钢材含有C：0.02～0.15％(质量％的意思。以下成分同。)、Si：0.5％以下(不包括0％)、Mn：2.5％以下(不包括0％)、P：0.03％以下(不包括0％)、S：0.02％以下(不包括0％)、Al：0.05％以下(不包括0％)、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(不包括0％)、O：0.0005～0.010％，剩余部分由铁和不可避免的杂质构成，其中，具有如下几个要点：将添加Zr前的钢液中的溶解氧量Q_Of调整到0.0005～0.01质量％的范围，其后添加Zr时，添加所述溶解氧量Q_Of和Zr添加量Q_Zr满足下式(1)的量的Zr。

logQ_Zr+2logQ_Of≤-7.50    …(1)

上述钢材，作为其他元素也可以还含有如下等：

[1]Cu：2％以下(不包括0％)和/或Ni：3.5％以下(不包括0％)、

[2]Cr：3％以下(不包括0％)和/或Mo：1％以下(不包括0％)、

[3]Nb：0.25％以下(不包括0％)和/或V：0.1％以下(不包括0％)、

[4]B：0.005％以下(不包括0％)。

由上述制造方法获得的本发明的钢材，优选：

(a)所述钢材含有含Zr、REM和Ca的氧化物；

(b)测定所述钢材中包含的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，以平均组成计，满足ZrO₂：5～50％、REM的氧化物(若以符号M表示REM则为M₂O₃)：5～50％、CaO：50％以下(不包括0％)，并且，

(c)在所述钢材中包含的全部氧化物之中，以当量圆直径计为0.1～2μm的氧化物在每1mm²观察视野面积中有120个以上，以当量圆直径计超过3μm的氧化物在每1mm²的观察视野面积中为5.0个以下。

在上述以当量圆直径计超过3μm的氧化物之中，ZrO₂的比率超过50质量％的氧化物，优选在每1mm²的观察视野面积中为3.0个以下。

上述钢材中所含的氧化物还含有含Al的氧化物，测定所述钢材中所含的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，相对于全部氧化物的个数，优选

(d)对于Al₂O₃，满足Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物的个数比例超过90％，或者

(e)对于Al₂O₃和CaO，满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物的个数比例超过80％。

另外，上述钢材所含的氧化物，还含有含Al的氧化物，测定所述钢材中所含的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，相对于全部氧化物的个数，优选

(d)对于Al₂O₃，满足Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物的个数比例超过90％，并且

(e)对于Al₂O₃和CaO，满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物的个数比例超过80％。

关于能够利用本发明的制造方法制造出的钢材，以预定量生成成为晶内铁素体相变的核的氧化物(含有Zr、REM和Ca的氧化物)，并且存在于钢材中的氧化物的大小和个数(粒度分布)也得到适当地控制。该钢材即使进行大热能输入量焊接仍显示出良好的HAZ韧性。

由本发明的制造方法获得的钢材，不仅存在预定量以上的对HAZ韧性提高有用的当量圆直径为0.1～2μm的微细氧化物，而且当然会对HAZ提高会产生不良影响的当量圆直径超过3μm的粗大氧化物的个数被显著抑制，因此即便以比上述专利文献1的实施例所公开的HAZ韧性评价方法更大的热能输入量进行焊接，也能够提高HAZ韧性。

附图说明

图1是表示本发明中规定的式(1)的左边的值(Z值)与当量圆直径超过3μm的氧化物在每1mm²观察视野面积中的个数的关系的曲线图。

图2是表示当量圆直径超过3μm的氧化物在每1mm²观察视野面积中的个数与-40℃下的吸收能(vE_-40)的关系的曲线图。

图3是表示当量圆直径超过3μm的氧化物在每1mm²观察视野面积中的个数与-40℃下的吸收能(vE_-40)的关系的曲线图，是摘录显示上述图2所示的数据的一部分的曲线图。

图4是表示实施例中使用的钢材(表4的No.2)所含的各个氧化物的成分组成的曲线图。

图5是表示实施例中使用的钢材(表4的No.6)所含的各个氧化物的成分组成的曲线图。

具体实施方式

本发明涉及的技术是用于改良上述专利文献1所公开的晶内铁素体相变技术，以制造即使以更大热能输入量进行焊接、HAZ韧性也不会劣化的钢材。

达成本发明的原委如下。即，本发明人等在公开了上述专利文献1后，为了提供更高水平的大热能输入量焊接时的HAZ韧性优异的钢材而反复研究，其结果是，先提出了特愿2008-39335号所述的发明(以下称为在先发明1。)。在先发明1公开如下内容，即钢材中的全部氧化物(不限定于构成晶内铁素体相变的核的氧化物，而是以全部的氧化物为对象。)的大小和个数与HAZ韧性的提高密切相关，特别是如果将当量圆直径超过5.0μm的粗大氧化物降低到5个以下，则能够得到即使进行热能输入量约50kJ/mm左右的大热能输入量焊接、HAZ韧性也优异的钢材。如此根据在先发明1，因为粗大氧化物的个数得到显著抑制，所以，即使以比专利文献1的实施例所公开的HAZ韧性评价方法更大的热能输入量进行焊接，也能够提高HAZ韧性。即，在上述专利文献1中，施加以1400℃的加热温度保持5秒后、再以300秒从800℃冷却至500℃的温度的热循环(热能输入条件：1400℃×5秒，冷却时间Tc＝300秒)，测定-40℃下的吸收能(vE_-40)，但在在先发明中，以上述同样方式对施加将1400℃的保持时间延长为30秒的热循环(热能输入条件：1400℃×30秒，冷却时间Tc＝300秒)时的吸收能进行测定，这种情况下确认到仍能够得到良好的HAZ韧性。

本发明人等在提出上述在先发明1后，为了提供更高水平的大热能输入量焊接时的HAZ韧性优异的钢材而进行研究。其结果发现，为了提供即便在施加比在先发明1更大的热能输入量的条件、即“以1450℃的加热温度保持5秒后以400秒从800℃冷却至500℃的温度的热循环”(热能输入条件：1450℃×5秒，冷却时间Tc＝400秒)时，HAZ韧性仍然优异的钢材，如在先发明1可知，仅将以当量圆直径计超过5.0μm的氧化物降低至5个以下还不充分，降低包括在先发明在内的现有全部发明都未着眼的超过3μm的氧化物的个数是极其重要的。于是，在特愿2009-167255号中提出该技术(以下称为在先发明2)。

在上述在先发明2中，公开有为了降低初次得到明确的对HAZ韧性提高会造成不良影响的当量圆直径超过3μm的氧化物的个数(5.0个/mm²以下)，重要的是根据添加REM前的钢液中的溶解氧量适当控制REM的添加量。详细而言，就是根据添加REM前的钢液中的溶解氧量，添加满足下式(α)的量的REM。据此能够抑制对HAZ韧性的实现造成不良影响的粒径大的REM系氧化物的生成。

2logQ_REM+3logQ_Of≤-12.00    …(α)

本发明人等在提出上述在先发明2后，为了提供可以降低当量圆直径超过3μm的氧化物的个数的其他方法而反复研究。其结果发现，除了根据添加REM前的钢液中的溶解氧量适当控制REM的添加量的上述在先发明2的方法以外，采用根据添加Zr前的钢水中的溶解氧量而适当控制Zr的添加量的方法，也能够制造出满足上述在先发明2中规定的要件的钢材，从而完成了本发明。即，本发明的制造方法，其特征在于，将添加Zr前的钢液中的溶解氧量Q_Of调整到0.0005～0.01质量％的范围，其后添加Zr时，添加Zr使所述溶解氧量Q_Of和Zr添加量Q_Zr满足下式(1)。

logQ_Zr+2logQ_Of≤-7.50    …(1)

于是，由该制造方法得到的钢材，基本上满足上述在先发明2规定的下述要件。

(A)使对于HAZ韧性提高有用的当量加直径0.1～2μm的微细氧化物的个数增大(120个/mm²以上)，并且，

(B)使当量圆直径超过3μm的氧化物的个数降低(5.0个/mm²以下)。

如此通过控制氧化物的形态，即使以比上述在先发明1更大的热能输入量进行焊接，也能够改善HAZ韧性。

另外，由上述制造方法得到的钢材，在上述当量圆直径超过3μm的氧化物中，ZrO₂的比率超过50质量％的氧化物的个数被降低(3.0个/mm²以下)。

另外，由上述制造方法得到的钢材中所含的氧化物，还含有含Al的氧化物，测定所述钢材中所含的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，相对于全部氧化物的个数，优选(d)对于Al₂O₃，满足Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物(以下称为氧化物Ⅰ。)的个数比例超过90％；和/或(e)对于Al₂O₃和CaO，满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物(以下称为氧化物Ⅱ。)的个数比例超过80％，据此HAZ韧性进一步提高。

在本说明书中，为了将构成晶内铁素体相变的核的氧化物即含有Zr、REM和Ca的氧化物与钢材中所含的全部的氧化物加以区别，出于说明的方便，有将前者特别称为“Zr·REM·Ca系氧化物”，将后者特别称为“全部氧化物”的情况。还有，在氧化物中，也包括除了氧化物以外的夹杂物(例如硫化物、氮化物和碳化物或它们的复合氧化物)复合而成的复合氧化物的意思。

另外，有将构成上述的Zr·REM·Ca系氧化物的必须成分(Zr、REM和Ca)特别称为“晶内铁素体相变核生成元素”的情况。

另外，在本发明的钢材中，除上述的氧化物以外也含有硫化物、氮化物和碳化物或它们的复合氧化物，但是在本说明书中，钢材中所含的氧化物、硫化物、碳化物、碳化物或它们的复合氧化物等统称为“全部夹杂物”。

另外在本说明书中，钢材中所含的全部氧化物之中，有将当量圆直径为0.1～2μm的氧化物称为“微细氧化物”，将当量圆直径超过3μm的氧化物称为“粗大氧化物”，对其加以区别的情况。还有，在上述在先发明1中，虽然将当量圆直径超过5μm的氧化物定义为“粗大氧化物”，但是在本说明书中，当量圆直径超过3μm的氧化物定义为“粗大氧化物”。

另外在本说明书中，所谓：“大热能输入量焊接的HAZ韧性优异的钢材”，意思是对钢材施加以1450℃保持5秒后、再以400秒从800℃冷却至500℃的温度的热循环(热过程)时，-40℃下的吸收能(vE_-40)满足100J以上。有将上述的热循环特别称为“大热能输入热过程”的情况。来自此热循环的热能输入量，比在先发明1和专利文献1所述的热循环的热能输入量高，这意味着本发明的“大热能输入焊接”与在先发明1和专利文献1所述的“大热能输入焊接”的热能输入水平不同。

在本发明中，之所以将热循环的温度设定在1450℃，是考虑到在在先发明1所述的热循环温度(1400℃)下，在HAZ之中，特别是接近焊接金属的部位(也称为熔合部。)的热温度超过1400℃，大概为1450℃左右。

首先，对制造本发明的钢材的方法进行说明。本发明的制造方法，其特征在于，在将钢液中的溶解氧量Q_Of调整到0.0005～0.01质量％的范围得到的钢液中添加Zr时，添加所述溶解氧量Q_Of(质量％)和Zr添加量Q_Zr(质量％)满足下式(1)的量的Zr。

logQ_Zr+2logQ_Of≤-7.50    …(1)

上式(1)是用于确保本发明规定的所希望的HAZ韧性而设定的，如果基于上式(1)，根据钢液中的溶解氧量Q_Of而适当添加Zr添加量Q_Zr，则能够确保所希望的HAZ韧性(参照后述的实施例)。还有，上式(1)的左边的值称为Z值。另外，上式(1)的左边的系数是基于下式(2)所示的钢液中的Zr的氧化物生成反应式的值。

Zr+2O＝ZrO₂    …(2)

即，上式(1)着眼于在钢液中添加Zr时的Zr过饱和度而设计的，而钢液中的溶解氧量Q_Of和Zr添加量Q_Zr满足上式(1)意味着，其设定是减少涉及Zr氧化物的生成的Zr添加量Q_Zr。其结果是，生成的Zr氧化物的个数也变少，因此结果上是粗大氧化物的个数被降低到本发明的范围内，可以预见所希望的HAZ韧性得以确保。也就是说，ZrO₂比REM的氧化物(例如Ce₂O₃)、TiO₂容易凝集，容易合为一体而形成粗大氧化物，因此比起其他脱氧产物而言，其需要特别注意加以控制。因此，在本发明中，着眼于在钢液中添加Zr时的Zr过饱和度，设计了上式(1)。

若上述Z值超过-7.50，则钢液中的溶解氧量Q_Of与Zr添加量Q_Zr失去平衡，Zr添加量变多，生成粗大的Zr氧化物。其结果是HAZ韧性降低。因此上述Z值为-7.50以下。Z值优选为-7.7以下，更优选为-8.0以下。对Z值的下限没有特别限定，但若考虑钢中的Zr量等，则大致为-9.0左右。

还有，在上述在先发明1中，完全没有关注上式(1)。因此，存在不满足式(1)的关系、式(1)左边的值(Z值)超过-7.50而大量添加Zr的情况。

其次，对于构成上式(1)的Zr添加量Q_Zr与钢液中的溶解氧量Q_Of进行说明。

首先，上述Zr添加量Q_Zr如上所述，根据钢液中的溶解氧量Q_Of适当添加即可。还有，上述Zr添加量Q_Zr比本发明钢材中所含的Zr量设定得多。这是由于，在铸造前添加的Zr量在铸造等过程中挥发，或分散到熔渣等中，钢材中所含的Zr量变少。

另外，钢液中的溶解氧量Q_Of为0.0005～0.01质量％的范围。所谓溶解氧，意思是不形成氧化物，而是存在于钢液中的游离状态的氧。即，为了制造本发明的钢材，首先作为前提条件，是将钢液中的溶解氧量Q_Of调整到0.0005～0.01质量％的范围。钢液中的溶解氧量Q_Of低于0.0005质量％时，溶解氧量不足，因此不能以预定量确保构成晶内铁素体相变的核的Zr·REM·Ca系氧化物，不能改善HAZ韧性。另外，若钢液中的溶解氧量Q_Of不足，则不能形成氧化物的Zr形成碳化物，REM、Ca则形成硫化物，因此成为使母材自身的韧性劣化的原因。因此上述溶解氧量Q_Of为0.0005质量％以上。上述溶解氧量Q_Of优选为0.001质量％以上，更优选为0.0015质量％以上，特别优选为0.0020质量％以上。

另一方面，若上述溶解氧量Q_Of超过0.01质量％，则钢液中的氧量过多，因此钢液中的氧和上述元素的反应剧烈，不仅在熔炼作业上不为优选，而且还会生成粗大氧化物，反而使HAZ韧性劣化。因此上述溶解氧量Q_Of应该抑制在0.01质量％以下。上述溶解氧量Q_Of优选为0.008质量％以下，更优选为0.007质量％以下。

可是，由转炉、电炉进行了一次精炼的钢液中的溶解氧量通常超过0.01质量％。因此在本发明的制造方法中，需要以某种方法将钢液中的溶解氧量调整到上述范围。

作为调整钢液中的溶解氧量的方法，可以举出例如使用RH式脱气精炼装置进行真空脱氧的方法；添加Si、Mn、Ti、Al等脱氧性元素的方法等，适当组合这些方法来调整溶解氧量即可。另外，也可以使用浇包加热式精炼装置、简易式钢水处理设备等调整溶解氧量，以之取代RH式脱气精炼装置。这种情况下，因为不能通过真空脱氧进行溶解氧量的调整，所以在溶解氧量的调整中采用添加Si等脱氧性元素的方法即可。采用添加Si等脱氧性元素的方法时，也可以在从转炉向浇包出钢时添加脱氧性元素。

如上述将钢液中的溶解氧量调整到上述范围后，添加Zr后进行铸造，但在本发明中，使上述溶解氧量和Zr的添加量的关系满足上式(1)的规定很重要，对Zr以外的成分元素的添加顺序没有特别限定。Zr与其他成分元素相比，与氧的结合非常强，很大程度上参与到了对HAZ韧性产生不利影响的粗大氧化物的生成中，除此之外，Zr的氧化物(ZrO₂)与REM的氧化物相比，与钢液的接触角更大，更容易凝集合为一体。因此关于Zr的添加量需要特别地留意。

在添加Zr以外的成分元素时，如上述(d)所示，为了降低各氧化物中所含的Al₂O₃量，使Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物Ⅰ的个数相对于全部氧化物的个数的比例超过90％，在制造钢材时，推荐将添加其他脱氧元素时的钢液的Al量抑制在0.03％以下。为了如此抑制钢液的Al量，适当考虑通过再氧化带来的Al的消除等而添加Al即可。还有，钢液中更优选的Al量为0.025％以下。

另外，如上述(e)所示，为了使满足CaO/Al₂O₃比超过0.35的氧化物Ⅱ的个数相对于全部氧化物的个数的比例超过80％，在制造钢材时，推荐提高添加到钢液中的Ca量与Al量的比(Ca添加量/Al添加量)，使之超过0.30。Ca添加量/Al添加量比更优选为0.4以上，进一步优选为0.5以上。

还有，以借助Ti氧化物的微细化而进一步提高HAZ韧性为目的，留意Ti的添加顺序是本发明的优选方式。即，优选在添加Zr前添加Ti。Ti氧化物与Zr·REM·Ca系氧化物相比，其与钢液的界面能小，因此通过在向钢液中添加Zr、REM和Ca前添加Ti，能够使Ti氧化物微细化，结果是能够使有助于HAZ韧性的微细氧化物生成。而且在添加了Ti后，再添与加溶解氧量Q_Of相对应的量的Zr、REM和Ca(添加顺序没有特别限定)，由此能够得到所希望的构成晶内铁素体相变的核的Zr·REM·Ca系氧化物。

如此，如果在调整好溶解氧量Q_Of的钢液中添加了Ti之后，再根据钢液中的溶解氧量Q_Of添加Zr，使Zr的添加量Q_Zr满足上式(1)，则能够适当地控制氧化物的大小和密度。这是由于，若在Zr之前添加Ti，则钢液的溶解氧与Ti结合而形成氧化物，因此减少，但Ti与Zr相比较难与氧结合，且Ti氧化物与钢液的界面能小，因此难以形成当量圆直径超过3μm的粗大氧化物。

向钢液添加的Zr、REM、Ca、Ti的形态没有特别限定，可以举出例如纯Zr，作为REM的纯La、纯Ce、纯Y等，以及纯Ca、纯Ti。此外也可以作为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合金等合金添加。另外，也可以向钢液添加混合稀土金属。所谓混合稀土金属就是稀土元素的混合物，具体来说含有Ce：40～50％左右，含有La：20～40％左右。但是，因为在混合稀土金属中大多含有Ca作为杂质，所以混合稀土金属含有Ca时，需要满足本发明规定的范围。

如此进行成分调整而得到的钢液，遵循常规方法进行连续铸造而成为板坯后，遵循常规方法进行热轧即可。

接下来，对根据本发明的制造方法得到的钢材进行说明。上述钢材的成分组成和氧化物的详情与上述在先发明2实质上相同。

根据本发明方法得到的钢材，作为基本成分，含有C：0.02～0.15％、Si：0.5％以下(不包括0％)、Mn：2.5％以下(不包括0％)、P：0.03％以下(不包括0％)、S：0.02％以下(不包括0％)、Al：0.05％以下(不包括0％)、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(不包括0％)，O：0.0005～0.010％。规定这一范围的理由如下。

C是用于确保钢材(母材)的强度不可缺少的元素，需要使之含有0.02％以上。C量优选为0.04％以上，更优选为0.05％以上。但是若C量超过0.15％，则焊接时在HAZ大量生成岛状马氏体(MA)，不仅招致HAZ的韧性劣化，而且也给焊接性带来不利影响。因此C含量为0.15％以下，优选在0.1％以下，更优选在0.08％以下。

Si具有脱氧作用，并且是通过固溶强化而有助于钢材(母材)的强度提高的元素。为了有效地发挥这一作用，Si优选含有0.01％以上。Si更优选含有0.02％以上，进一步优选为0.05％以上，特别优选为0.1％以上。但是若Si含量超过0.5％，则钢材的焊接性、韧性劣化。因此Si含量为0.5％以下，优选为0.45％以下，更优选为0.4％以下。

还有，为了特别提高HAZ韧性，推荐Si为0.3％以下，优选为0.05％以下，更优选为0.01％以下。但是，虽然越抑制Si含量，HAZ韧性越会提高，但钢材的强度却会降低。

Mn是有助于钢材(母材)的强度提高的元素。为了有效地发挥这一效果，优选使之含有0.4％以上。Mn含量更优选为0.5％以上，进一步优选为0.7％以上，特别优选为0.8％以上。但是若Mn含量超过2.5％，则使钢材(母材)的焊接性劣化。因此Mn含量需要抑制在2.5％以下。Mn含量优选为2.3％以下，更优选为2％以下。

P是容易偏析的元素，特别是在钢材中的晶界偏析而使HAZ韧性劣化的元素。因此P含量需要抑制在0.03％以下。P量优选为0.02％以下，更优选为0.015％以下。还有，P通常会不可避免地含有0.001％左右。

S与Mn结合而生成硫化物(MnS)，是使母材的韧性、板厚方向的延展性劣化的有害元素。另外，若S与La、Ce等REM结合而生成REM的硫化物(例如LaS、CeS)，则REM的氧化物的生成受到阻碍，因此HAZ韧性劣化。因此S含量需要被抑制在0.02％以下。S含量优选为0.015％以下，更优选为0.010％以下，进一步优选为0.006％以下。还有，S通常会不可避免地含有0.0005％左右。

Al是作为脱氧剂发挥作用的元素。但是若过剩地添加，则其将氧化物还原而形成粗大的Al氧化物，使HAZ韧性劣化。因此Al含量需要抑制在0.05％以下。Al含量优选为0.040％以下，更优选为0.030％以下，进一步优选为0.010％以下。还有，Al通常会不可避免地含有0.0005％左右。

Ti在钢材中生成TiN等氮化物、含有Ti的氧化物，是有助于HAZ韧性提高的元素。为了发挥这样的效果，需要使Ti含量为0.005％以上。Ti含量优选为0.007％以上，更优选为0.010％以上。但是若过剩地添加，则由于Ti的固溶强化会导致母材自身硬化，带来HAZ韧性的降低，因此Ti应该抑制在0.10％以下。Ti含量优选为0.07％以下，更优选为0.06％以下。

Zr生成含有Zr的复合氧化物，是有助于HAZ韧性提高的元素。为了有效地发挥这一作用，需要使之含有0.0005％以上。Zr含量优选为0.0010％以上，更优选为0.0020％以上，特别优选为0.0023％以上。但是若过剩地添加Zr，则生成粗大的Zr氧化物(ZrO₂)，HAZ韧性劣化。另外，生成粗大的Zr碳化物(ZrC)，母材的韧性劣化。因此Zr含量需要抑制在0.050％以下。Zr量优选为0.04％以下，更优选为0.03％以下，进一步优选为0.01％以下。

REM(稀土元素)和Ca是生成各自氧化物所需要的元素。通过含有它们的氧化物，氧化物容易微细分散，该微细分散的氧化物成为晶内铁素体的生成核，因此有助于HAZ韧性的提高。

REM应该含有0.0003％以上，优选为0.001％以上，更优选为0.002％以上。但是若过剩地添加REM，则生成固溶REM，其发生偏析会使母材的韧性劣化。因此REM含量应该抑制在0.015％以下。REM含量优选为0.010％以下，更优选为0.007％以下。

还有在本发明中，所谓REM是含有镧系元素(从La至Lu的15种元素)及Sc(钪)与Y(钇)的意思。这些元素之中，优选含有从La、Ce和Y构成的组中选出的至少一种元素，更优选含有La和/或Ce。

Ca应该使之含有0.0003％以上，优选为0.0005％以上，更优选为0.0008％以上，进一步优选为0.001％以上。但是若过剩地添加Ca，则生成粗大的Ca硫化物而母材的韧性劣化，因此Ca含量应该抑制在0.010％以下。优选为0.009％以下，更优选为0.008％以下，特别优选为0.005％以下。

N是析出氮化物(例如ZrN、TiN等)的元素，该氮化物借助钉扎效应，防止焊接时在HAZ生成的奥氏体晶粒的粗大化，促进铁素体相变，有助于HAZ韧性的提高。为了有效地发挥这样的效果，优选使N含量为0.003％以上。N含量更优选为0.004％以上，进一步优选为0.0050％以上。N越多越会形成氮化物而促进奥氏体晶粒的微细化，因此对于HAZ的韧性提高有效地发挥作用。但是若N含量超过0.010％，则固溶N量增大，母材自身的韧性劣化，HAZ韧性也降低。因此N含量需要抑制在0.010％以下。N含量优选在0.009％以下，更优选在0.0080％以下。

本发明的钢材，含有O(氧)为0.0005～0.010％。该O含量表示总氧量，意味着形成氧化物的O(氧)和在钢材中固溶的游离O(氧)的合计量。

由本发明方法得到的钢材，含有上述元素作为必须成分，其余成分为铁和不可避免的杂质(例如Mg、As、Se等)即可。

上述钢材，作为其他元素还含有如下等元素也有效：

(1)Cu：2％以下(不包括0％)和/或Ni：3.5％以下(不包括0％)；

(2)Cr：3％以下(不包括0％)和/或Mo：1％以下(不包括0％)；

(3)Nb：0.25％以下(不包括0％)和/或V：0.1％以下(不包括0％)；

(4)B：0.005％以下(不包括0％)。规定如此范围的理由如下。

[(1)Cu和/或Ni]

Cu和Ni均是有助于提高钢材的强度的元素，能够分别单独添加或复合添加。但是若Cu含量超过2％，则母材的强度提高得过于显著，反而使母材的韧性劣化，因此HAZ韧性也降低。因此Cu含量优选为2％以下。Cu量更优选为1.80％以下，进一步优选为1.5％以下。还有，为了有效地发挥添加Cu所致的作用，优选使之含有0.05％以上。Cu量更优选为0.1％以上，进一步优选为0.2％以上。

若Ni量超过3.5％，则与上述Cu一样，母材的强度提高得过于显著而使母材的韧性劣化，因此HAZ韧性也降低。因此Ni量优选为3.5％以下。Ni量更优选为3％以下，进一步优选为2.5％以下。还有，为了有效地发挥添加Ni所致的作用，优选使之含有0.05％以上。Ni量更优选为0.1％以上，进一步优选为0.2％以上。

[(2)Cr和/或Mo]

Cr和Mo均是有助于钢材的强度提高的元素，能够分别单独添加或复合添加。但是若Cr超过3％，则母材的强度提高得过于显著而使母材的韧性劣化，因此HAZ韧性降低。因此Cr含量优选为3％以下。Cr量更优选为2.0％以下，进一步优选为1％以下。还有，为了有效地发挥添加Cr所致的作用，优选使之含有0.05％以上。Cr含量更优选为0.1％以上，进一步优选为0.15％以上。

Mo也与Cr一样，若超过1％，则母材的强度提高得过于显著而使母材的韧性劣化，因此HAZ韧性降低。因此Mo含量优选为1％以下。Mo量更优选为0.9％以下，进一步优选为0.8％以下。还有，为了有效地发挥来自Mo的添加作用，优选使之含有0.05％以上。Mo含量更优选为0.1％以上，进一步优选为0.15％以上。

[(3)Nb和/或V]

Nb和V均作为碳氮化物析出，借助该碳氮化物的钉扎效应，防止焊接时奥氏体晶粒粗大化，是具有使HAZ韧性提高作用的元素。Nb和V能够分别单独添加或复合添加。但是若Nb量超过0.25％，则析出的碳氮化物粗大化，反而使HAZ韧性劣化。因此Nb量优选为0.25％以下。Nb量更优选为0.20％以下，进一步优选为0.15％以下。还有，为了有效地发挥添加Nb所致的作用，优选使之含有0.002％以上。Nb含量更优选为0.005％以上，进一步优选为0.010％以上，特别优选为0.02％以上。

V也与Nb一样，若超过0.1％，则析出的碳氮化物粗大化，反而使HAZ韧性劣化。因此V量优选为0.1％以下。V量更优选0.09％以下，进一步优选为0.08％以下。还有，为了有效地添加发挥V所致的作用，优选使之含有0.002％以上。V含量更优选为0.005％以上，进一步优选为0.01％以上。

[(4)B(硼)]

B是抑制晶界铁素体的生成而使韧性提高的元素。但是若B量超过0.005％，则其在奥氏体晶界作为BN析出，招致韧性的降低。因此B含量优选为0.005％以下。B含量更优选为0.004％以下。还有，为了有效地发挥添加B所致的作用，优选使之含有0.001％以上。B含量更优选为0.0015％以上，进一步优选为0.0025％以上。

接下来，对于由本发明方法得到的钢材的氧化物进行详细说明。

[(a)关于Zr·REM·Ca系氧化物]

对于构成晶内铁素体相变的起点的Zr·REM·Ca系氧化物进行说明。上述Zr·REM·Ca系氧化物，意思是必须含有Zr的氧化物、REM的氧化物和Ca的氧化物。构成Zr·REM·Ca系氧化物的元素(晶内铁素体相变核生成元素)是Zr、REM和Ca，但除此之外，例如也可以含有Ti、Mn、Si、Al等氧化物形成元素、其他的钢中成分。

对上述Zr·REM·Ca系氧化物的存在形态没有特别限定，可以作为单独含有晶内铁素体相变核生成元素的单独氧化物存在，也可以作为含有两种以上晶内铁素体相变核生成元素的复合氧化物存在。作为单独氧化物的例子，Zr可例示ZrO₂，Ca可例示CaO，REM以符号“M”表示REM时，可例示M₂O₃、M₃O₅、MO₂等。另外，这些氧化物可以互相凝集而存在，也可以以在上述氧化物中复合析出硫化物、氮化物等其他化合物的形态存在。

上述的Zr·REM·Ca系氧化物优选还含有Ti的氧化物。若进一步存在Ti的氧化物，则晶内铁素体相变得到促进，使HAZ韧性进一步得到提高。Ti的氧化物可以作为单独氧化物(例如Ti₂O₃、Ti₃O₅、TiO₂)存在，也可以以与上述Zr·REM·Ca系氧化物构成复合氧化物的形态存在。

[(b)关于氧化物的平均组成]

由本发明方法得到的钢材，测定钢材中所含的全部氧化物的组成，作为单独氧化物(合计为100％)进行质量换算时，平均组成满足如下：ZrO₂：5～50％；REM的氧化物(以符号M表示REM则为M₂O₃)：5～50％；CaO：50％以下(不包括0％)，由此可使之作为晶内铁素体相变的核而有效地发挥作用。若降低各氧化物的下限值，则焊接时构成晶内铁素体的生成核的氧化物量不足，无法发挥HAZ韧性的提高作用。另一方面，若超过各氧化物的上限值，则氧化物粗大化，作为晶内铁素体的生成核有效发挥作用的微细氧化物的个数变少，无法有效地发挥HAZ韧性提高作用。

上述ZrO₂为5％以上，优选为8％以上，更优选为10％以上。另一方面，其上限为50％，优选的上限为45％，更优选的上限为40％。

上述REM的氧化物为5％以上，优选为10％以上，更优选为13％以上。另一方面，其上限为50％，优选的上限为45％，更优选的上限为40％。还有，关于REM的氧化物，若以符号M表示REM，则其在钢材中以M₂O₃M₃O₅、MO₂等形态存在，将REM的氧化物全部换算为M₂O₃时的量。

上述CaO作为晶内铁素体相变的核有效地发挥作用，但若过剩地含有，则反而使晶内铁素体相变能劣化。另外，若过剩地含有CaO，则会引起铸造时使用的浇口的熔损，因此上限为50％。优选为45％以下，更优选为40％以下，特别优选为30％以下。为了有效地发挥上述作用，优选CaO含量为3％以上。更优选为5％以上，更优选为10％以上。

还有，全部氧化物的组成的剩余部分的成分没有特别限定，可举出本发明的钢材中所含的氧化物形成元素的氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、MnO等)。

钢材中所含的全部氧化物的组成，例如以电子探针X射线分析仪(Electron Probe X-ray Micro Analyzer，EPMA)观察钢材的表面，定量分析并测定在观察视野内确认到的氧化物。测定条件的详情在后述的实施例一栏中说明。

[(c)关于全部氧化物的粒度分布]

接着，对于由本发明方法得到的钢材中的全部氧化物的个数和大小进行说明。

上述钢材满足如下情况：

(i)以当量圆直径计为0.1～2μm的微细氧化物在每1mm²观察视野面积中有120个以上；

(ii)以当量圆直径计超过3μm的粗大氧化物在每1mm²的观察视野面积中为5.0个以下。

(i)当量圆直径为0.1～2μm的微细氧化物，优选在每1mm²观察视野面积中有200个以上，更优选在每1mm²观察视野面积中有500个以上，进一步优选在每1mm²观察视野面积中有1000个以上。

(ii)当量圆直径超过3μm的粗大氧化物的个数越少越好，优选每1mm²的观察视野面积中为3个以下，更优选在每1mm²观察视野面积中为1个以下，最优选实质上为0个。

上述当量圆直径超过3μm的粗大氧化物之中，优选ZrO₂的比率超过50质量％的氧化物(以下称为ZrO₂系氧化物。)的个数在每1mm²观察视野面积中为3.0个以下。更优选在每1mm²观察视野面积中为1个以下，最优选实质上为0个。

当量圆直径为0.1～2μm的微细氧化物的个数和当量圆直径超过3μm的粗大氧化物的个数，例如以电子探针X射线分析仪(EPMA)观察钢材的截面，定量分析在观察视野内确认到的夹杂物的成分组成，将含氧量为5％以上的夹杂物作为氧化物，以例如透射型电子显微镜(TEM)观察并测量求得该氧化物的当量圆直径即可。另外，关于ZrO₂的比率超过50质量％的ZrO₂系氧化物的个数，例如以EPMA观察钢材的截面，定量分析在观察视野内所确认到的氧化物之中当量圆直径超过3μm的粗大氧化物的成分组成，测定换算成单独氧化物时ZrO₂的含有率超过50质量％的氧化物的个数即可。

在本发明的钢材中，当量圆直径低于0.1μm的氧化物，对于氧化物分散所致的HAZ韧性提高作用几乎没有帮助，因此不包含在上述氧化物的个数中。

上述所谓“当量圆直径”，是假定与氧化物的面积相等的圆的直径，在透射型电子显微镜(TEM)观察面等之上可确认。

以上，对于本发明的特征部分之中的上述(a)～(c)的要件进行了说明。

本发明的钢材所含的氧化物，优选满足下述(d)和/或下述(e)的要件。

即，所述钢材所含的氧化物，还含有含Al的氧化物，测定所述钢材中所含的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，相对于全部氧化物的个数，优选(d)对于Al₂O₃，满足Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物(氧化物Ⅰ)的个数比例超过90％，和/或，(e)对于Al₂O₃和CaO，满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物(氧化物Ⅱ)的个数比例超过80％，由此可使HAZ韧性进一步提高。

上述(d)和上述(e)的要件，是基于后述的实施例的结果，规定用于实现更高的HAZ韧性的氧化物组成和个数比例。

即，如后述的实施例表明，当量圆直径超过3μm的粗大氧化物即使在每1mm²观察视野面积中存在大致相同的个数，仍判明钢材的韧性会发生偏差。例如，如下述表5和图3所示，No.2和6是当量圆直径超过3μm的粗大氧化物在每1mm²观察视野面积中存在约1.2个的钢材。但是这些钢材在-40℃下的吸收能(vE_-40)会发生23J的差异。因此本发明人等进一步反复研究的结果表明，各个氧化物的成分组成都对给韧性值造成影响。

如果进行上述(a)～(c)中的氧化物的大小和粒度分布的控制，则即使以大热能输入量进行焊接，-40℃下的吸收能(vE_-40)也能够实现100J以上，此外通过进行上述(d)、(e)的氧化物个数比例控制，vE_-40能够实现约120J(特别是约150J以上)以上(参照后述的实施例)。

详细而言，在上述(d)中，着眼于氧化物中所含的Al₂O₃，将Al₂O₃的比率少的氧化物Ⅰ的个数比例(相对于全部氧化物的比例)控制在超过90％。Al₂O₃与CaO等相比，是难以作为晶内铁素体相变的核发挥作用的氧化物。而且根据本发明人等的研究结果判明，上述氧化物Ⅰ相对于全部氧化物的个数比例和作为更优选的HAZ韧性条件的HAZ韧性的关系，具有良好的相关关系，从而规定了上述(d)。上述氧化物Ⅰ的个数相对于全部氧化物的个数的比例以多为宜，更优选为93％以上，进一步优选为95％以上。

另一方面，在上述(e)中，着眼氧化物中所含的Al₂O₃和CaO这两方，将满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物Ⅱ相对于全部氧化物的个数比例控制成超过80％。上述(d)中作为基准的氧化物Ⅰ只基于Al₂O₃的比率而加以规定，相对于此，上述(e)中作为基准的氧化物Ⅱ，依据与使构成晶内铁素体相变的核的氧化物生成的氧化物、即CaO的关系来规定Al₂O₃的比率，在这一点上有所不同。若考虑到带给HAZ韧性的影响，则Al₂O₃会带来负面影响，相对于此，CaO会带来正面影响。而且根据本发明人等的研究结果判明，“满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物Ⅱ”相对于全部氧化物的个数比例、和作为更优选的HAZ韧性条件的HAZ韧性的关系，具有良好的相关关系，从而规定了上述(e)。

氧化物Ⅱ相对于全部氧化物的个数的个数比例以多为宜，更优选为83％以上，进一步优选为85％以上。

关于上述(d)和上述(e)的要件，在本发明中可以只满足任意一方，也可以满足双方，这均是本发明的优选方式。即，对于氧化物来说，可以只满足上述(d)规定的氧化物Ⅰ的要件，也可以只满足上述(e)规定的氧化物Ⅱ的要件，也可以满足氧化物Ⅰ和氧化物Ⅱ这两方的要件，但无论哪种情况下，只要满足上述(d)和上述(e)的至少一方，就能够达成HAZ韧性的优选水平。例如后述的表5的No.6、8和14是满足上述(d)和上述(e)这两方的例子，表5的No.2和17是只满足上述(d)的例子，表5的No.5、15和19是只满足上述(e)的例子。更优选满足上述(d)和上述(e)所规定的两方的要件。

钢材中所含的氧化物的组成，例如以EPMA观察钢材的截面，定量分析在观察视野内确认到的氧化物的成分组成并求得即可，测定钢材中所含的全部氧化物的组成后，求得Al₂O₃低于20质量％的氧化物Ⅰ在全部氧化物的个数中所占的的个数比例，和满足CaO/Al₂O₃比超过0.35的氧化物Ⅱ所占的个数比例即可。还有在本发明的钢材中，对于当量圆直径为0.1μm以上的氧化物定量分析其组成。当量圆直径低于0.1μm的氧化物，因过小而不能进行定量分析。

由本发明的制造方法得到的钢材，即使是施加如下时，也能够确保-40℃下的吸收能(vE_-40)在100J以上，所述热过程是在1450℃下保持5秒后、再使800℃至500℃的冷却时间为400秒而进行冷却的热过程。因此，本发明的钢材能够作为例如桥梁、高层建筑物和船舶等的结构物的材料使用，不用说小～中热能输入量焊接，即使是在热能输入量为50kJ/mm以上的大热能输入量焊接中，也能够防止焊接热影响部的韧性劣化。本发明的钢材以板厚约3.0mm以上的厚钢板等为对象。

【实施例】

以下列举实施例，更具体地说明本发明，但本发明当然不受下述实施例限制，在能够符合前后述的宗旨的范围内，当然也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。

[实验例1]

使用真空熔炉(容量150kg)，以下述表1所示的条件，熔炼下述表2、表3所示的化学成分组成(质量％)的供试钢(剩余部分为铁和不可避免的杂质)，铸造成150kg的铸锭并冷却。其后进行加热、轧制，制造厚钢板。以下具体地进行说明。

以真空熔炉熔炼上述供试钢时，对于Ti、Zr、REM和Ca以外的元素进行成分调整，并且采用C、Si、Mn和Al之中选出的至少一种元素进行脱氧，调整钢液的溶解氧量Q_Of。调整后的溶解氧量Q_Of显示在下述表1中。

在调整好溶解氧量Q_Of的钢液中添加Ti后，再添加Zr、REM和Ca。设Zr的添加量为Q_Zr，该值显示在下述表1中。另外，将上述溶解氧量Q_Of和Zr的添加量Q_Zr的值代入下式(1)’而计算出的Z值一并显示在下述表1中。

Z＝logQ_Zr+2logQ_Of    …(1)’

还有，Ti以Fe-Ti合金的形态添加，Zr以Fe-Zr合金的形态添加，REM以含有La约25％和Ce约50％的混合稀土金属的形态添加，Ca以Ni-Ca合金的形态添加。但是，表2的No.11不是混合稀土金属的形态，而是只添加了Ce。

添加了上述元素后，铸造成铸锭并冷却。对得到的铸锭进行热轧，制造厚度为30～80mm的厚钢板。从得到的厚钢板的t/4(其中t为钢板的厚度)位置的横截面切割下试样，测定该试样中包含的全部氧化物的成分组成，作为单独氧化物进行质量换算，计算出氧化物的平均组成。

全部氧化物的成分组成以如下步骤测定。使用日本电子Datum公司制的电子探针X射线分析仪(EPMA，“JXA-8500F(装置名)”)，观察切下的试样表面，对于当量圆直径为0.1μm以上的夹杂物，定量分析其成分组成。关于观察条件，加速电压20kV，试料电流0.01μA，分析个数100个以上，通过特性X射线的波长色散谱定量分析夹杂物的中央部的成分组成。分析对象元素为Al、Mn、Si、Ti、Zr、Ca、La、Ce、O(氧)和S，使用已知物质预先求得各元素的X射线强度和元素浓度的关系作为检量线，根据由作为分析对象的上述夹杂物得到的X射线强度和上述检量线，对该夹杂物中所含的元素量进行定量。得到的定量结果之中以氧含量为5％以上的夹杂物作为氧化物。这时，由一个夹杂物观测多种元素时，从表示这些元素的存在的X射线强度的比换算成各元素的单独氧化物，计算氧化物的组成。在本发明中，将如此作为单独氧化物而进行了质量换算的结果加以平均，以其为氧化物的平均组成。氧化物之中，REM的氧化物、ZrO₂和CaO的平均组成显示在下述表4中。还有，REM的氧化物若以M表示金属元素，则其在钢材中以M₂O₃、M₃O₅、MO₂的形态存在，但在本发明中，将全部REM氧化物换算成M₂O₃来计算平均组成。另外，下述表4所示的所谓“其他”，是REM的氧化物、ZrO₂和CaO以外的氧化物(例如Al₂O₃、MnO、SiO₂等)。

接下，对被定量的夹杂物之中氧含量为5％以上的氧化物的当量圆直径(粒径)进行测定，测定当量圆直径为0.1～2μm的氧化物的个数、和当量圆直径超过3μm的氧化物的个数(总体)。另外，还测定当量圆直径超过3μm的氧化物之中ZrO₂的比率超过50质量％的ZrO₂系氧化物的个数。另外，作为参考值，测定当圆直径超过5μm的氧化物的个数。下述表4中示出将测定结果换算成每1mm²观察视野面积中的值。

图1中示出上述Z值与当量圆直径超过3μm的氧化物在每1mm²观察视野面积中的个数(总体)的关系。在图1中，绘制了下述表4所示的测定结果之中No.1～20的结果(图1的○)和No.21～26的结果(图1的●)。

由图1可知，如果根据钢液的溶解氧量Q_Of而添加Zr使之满足上式(1)，则当量圆直径超过3μm的粗大氧化物的生成得到抑制。

接下来，为了评价焊接时受到热影响的HAZ的韧性，模拟大热能输入量焊接进行以下所示的焊接再现试验。焊接再现试验是施加如下热循环：将从厚钢板的t/4位置切下的试样加热至1450℃，以此温度保持5秒后再进行冷却。冷却速度调整为从800℃到500℃的冷却时间为400秒。

关于冷却后的试样的冲击特性，从得到的厚钢板的t/4位置(其中t为板厚)沿轧制方向采3个V切口摆锤冲击试验片，遵循JIS Z2242进行冲击试验。在冲击试验中，测定-40℃下的吸收能(vE_-40)，计算三次的平均值。在本发明中，vE_-40的平均值在100J以上的为合格(HAZ韧性良好)。测定结果显示在下述表4中。

由下述表1～表4能够进行如下考察。No.1～20是满足本发明规定的条件的例子，因为钢液中的溶解氧量Q_Of和Zr添加量Q_Zr满足上式(1)，所以得到的钢材满足上述(a)～(c)的要件，并且当量圆直径超过3μm的氧化物之中，ZrO₂的比率超过50质量％的ZrO₂系氧化物在每1mm²观察视野面积中成为3.0个以下。因此能够得到HAZ韧性良好的钢材。

另一方面，No.21～35是脱离本发明规定的某一要件的例子。其中，No.21～26因为钢液中的溶解氧量Q_Of和Zr的添加量Q_Zr不满足上式(1)，所以当量圆直径超过3μm的粗大氧化物大量生成。因此HAZ韧性劣化。

No.27是添加到钢液中的Zr量适量，但是钢材中所含的Zr量减少的例子，全部氧化物的组成中所占的ZrO₂量减少。因此，作为氧化物的晶内相变核所发挥出的效果弱，得不到微细组织，HAZ韧性劣化。No.28是添加到钢液中的Zr量多，因此钢材中所含的Zr量增多的例子，全部氧化物的组成中所占的ZrO₂量增多。因此作为氧化物的晶内相变核所发挥出的效果弱，得不到微细组织，HAZ韧性劣化。

No.29是添加到钢液中的REM量少，因此钢材中所含的REM量减少的例子，全部氧化物的组成中所占的REM氧化物量减少。因此作为氧化物的晶内相变核所发挥出的效果弱，得不到微细组织，HAZ韧性劣化。No.30是添加到钢液中的REM量多，因此钢材中所含的REM量增多的例子，全部氧化物的组成中所占的REM氧化物量增多。因此作为氧化物的晶内相变核所发挥出的效果弱，得不到微细组织，HAZ韧性劣化。No.31是添加到钢液中的Ca量多，因此钢材中所含的Ca量增多的例子，全部氧化物的组成中所占的CaO量增少。因此作为氧化物的晶内相变核所发挥出的效果弱，得不到微细组织，HAZ韧性劣化。

No.32是添加到钢液中的Ti量多，因此钢材中所含的Ti量增多的例子，由于Ti的固溶导致母材被固溶强化，因此结果是使HAZ韧性劣化。No.33是添加到钢液中的Ti量少，因此钢材中所含的Ti量减少的例子，不能确保构成晶内铁素体相变的核的当量圆直径为0.1～2μm的氧化物量。因此HAZ韧性劣化。

No.34是添加到钢液中的Al量多，因此钢材中所含的Al量增多的例子，生成粗大Al₂O₃，HAZ韧性劣化。No.35是钢液中的N量多，因此钢材中所含的N量增多的例子，钢材中所含的固溶N量过剩，认为使HAZ韧性劣化。

另外，由下述表1和下述表4可知，如果适当调整溶解氧量Q_Of和Zr添加量Q_Zr的平衡，则能够降低当量圆直径超过3μm的氧化物之中ZrO₂系氧化物的个数，能够提高钢材的HAZ韧性。

其次，图2中示出当量圆直径超过3μm的氧化物在每1mm²观察视野面积中的个数与-40℃下的吸收能(vE_-40)的关系。在图2中，下述表4所示的No.1～20的结果由○表示，No.21～26(比较例中超过3μm的氧化物的个数超过5.0个的例子)的结果由●表示。

由图2可知，如果当量圆直径超过3μm的粗大氧化物在每1mm²观察视野面积中的个数为5.0个以下，则即使以1450℃加热保持5秒时，仍显示出良好的HAZ韧性。

【表1】

【表4】

[实验例2]

就上述表4所示的No.2、5、6、8、9、14～17、19，对钢材中所含的氧化物的组成和HAZ韧性的关系进行调查。

钢材中所含的氧化物的组成以如下步骤测定。即，与上述实验例1相同，使用日本电子Datum公司制EPMA(“JXA-8500F(装置名)”)，观察切下的试样表面，对于当量圆直径为0.1μm以上的氧化物，定量分析其成分组成。测定对成分组成进行了定量分析的当量圆直径为0.1μm以上的氧化物的个数，将其作为全部氧化物的个数。另一方面，在进行了定量分析的当量圆直径为0.1μm以上的氧化物之中，分别测定氧化物中所含的Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物(氧化物Ⅰ)的个数，和满足氧化物中所含的CaO与Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物(氧化物Ⅱ)的个数，计算其相对于全部氧化物的个数的个数比例。计算结果显示在下述表5中。

另外在下述表5中，一并示出制造这些钢材时的Ca添加量和Al添加量(进料量)。另外，计算Ca添加量和Al添加量的进料比(Ca添加量/Al添加量)，计算结果显示在下述表5中。另外，上述表4所示的各钢材的-40℃下的吸收能(vE_-40)一并显示在下述表5中。

在此，关于下述表5所示的钢材，当量圆直径超过3μm的氧化物在每1mm²观察视野面积中的个数与vE_-40的关系显示在图3中。图3摘录显示了上述图2所示的数据的一部分。

由图3、表4和表5能够进行如下考察。No.2、5、6、8、9、14～17、19的钢材，如上述表4所示，均是满足本发明规定的要件的例子，vE_-40为100J以上。可是由图3可知，No.2和6，No.5、8和17，No.9、14和19，No.15和16，分别是当量圆直径超过3μm的氧化物在单位面积中的个数大致相等的组，但vE_-40的值却产生了一定程度的差异。

可知这些钢材之中，No.2、5、15、17、19的钢材，氧化物Ⅰ或氧化物Ⅱ相对于全部氧化物的个数比例进一步满足本发明规定的优选要件，与不满足该优选要件的No.9、16相比，vE_-40的值进一步增大，为120J以上。另外，No.6、8、14的钢材，氧化物Ⅰ和氧化物Ⅱ相对于全部氧化物的个数比例进一步满足本发明规定的优选要件，因此与不满足该优选要件的No.9、16相比，vE_-40的值进一步增大，为150J以上。

例如，若对No.9、14和19的组进行考虑，则No.19其氧化物Ⅱ相对于全部氧化物的个数比例进一步满足本发明规定的优选要件，因此与不满足该要件的No.9相比，构成晶内铁素体的相变的核的氧化物的生成得到促进。因此，HAZ韧性比No.9有所提高。此外No.14其氧化物Ⅰ对于全部氧化物的个数比例也满足本发明规定的优选要件，因此与不满足该要件的No.19相比，构成晶内铁素体的相变的核的氧化物的生成进一步被促进。因此HAZ韧性比No.19进一步提高。

接着，作为定量分析的一例，对上述表4所示的No.2的钢材所含的各夹杂物的组成进行了分析，将其结果显示在图4中。另外，对上述表4所示的No.6的钢材所含的各夹杂物的组成进行了分析，将其结果显示在图5中。图4、图5中，X轴表示被观察的夹杂物的个数，Y轴就每种成分用不同颜色符号显示各夹杂物的组成。

【表5】

Claims (8)

1.一种焊接热影响部的韧性优异的钢材的制造方法，其特征在于，该钢材以质量％计含有：

C：0.02～0.15％、

Si：0.5％以下且不包括0％、

Mn：2.5％以下且不包括0％、

P：0.03％以下且不包括0％、

S：0.02％以下且不包括0％、

Al：0.05％以下且不包括0％、

Ti：0.005～0.10％、

Zr：0.0005～0.050％、

REM：0.0003～0.015％、

Ca：0.0003～0.010％、

N：0.010％以下且不包括0％、

O：0.0005～0.010％，

剩余部分由铁和不可避免的杂质构成，

在所述制造方法中，将添加Zr前的钢液中的溶解氧量Q_Of调整到0.0005～0.01质量％的范围，其后添加Zr时，添加所述溶解氧量Q_Of和Zr添加量Q_Zr满足下式(1)的量的Zr，

logQ_Zr+2logQ_Of≤-7.50  …(1)。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述钢材还含有从以下的(A)～(D)中选出的至少一个组作为其他元素：

(A)Cu：2％以下且不包括0％和/或Ni：3.5％以下且不包括0％；

(B)Cr：3％以下且不包括0％和/或Mo：1％以下且不包括0％；

(C)Nb：0.25％以下且不包括0％和/或V：0.1％以下且不包括0％、

(D)B：0.005％以下且不包括0％。

3.一种焊接热影响部的韧性优异的钢材，其特征在于，

是根据权利要求1或2所述的制造方法得到的钢材， 

(a)所述钢材含有含Zr、REM和Ca的氧化物；

(b)测定所述钢材中含有的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，以平均组成计，满足：

ZrO₂：5～50％、

REM的氧化物：5～50％、

CaO：50％以下且不包括0％，若以符号M表示REM则为M₂O₃；并且，

(c)在所述钢材中所含的全部氧化物之中，以当量圆直径计为0.1～2μm的氧化物在每1mm²观察视野面积中为120个以上，以当量圆直径计超过3μm的氧化物在每1mm²观察视野面积中为5.0个以下。

4.根据权利要求3所述的钢材，其中，

所述当量圆直径超过3μm的氧化物之中，ZrO₂的比率超过50质量％的氧化物在每1mm²观察视野面积中为3.0个以下。

5.根据权利要求3所述的钢材，其中，

所述钢材中所含的氧化物还含有含Al的氧化物，测定所述钢材中所含的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，相对于全部氧化物的个数，

(d)对于Al₂O₃，满足Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物的个数比例超过90％，或者

(e)对于Al₂O₃和CaO，满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物的个数比例超过80％。

6.根据权利要求4所述的钢材，其中，

所述钢材中所含的氧化物还含有含Al的氧化物，测定所述钢材中所含的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，相对于全部氧化物的个数，

(d)对于Al₂O₃，满足Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物的个数比例超过90％，或者

(e)对于Al₂O₃和CaO，满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物的个数比例超过80％。

7.根据权利要求3所述的钢材，其中， 

所述钢材中所含的氧化物还含有含Al的氧化物，测定所述钢材中所含的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，相对于全部氧化物的个数，

(d)对于Al₂O₃，满足Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物的个数比例超过90％，并且

(e)对于Al₂O₃和CaO，满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物的个数比例超过80％。

8.根据权利要求4所述的钢材，其中，

所述钢材中所含的氧化物还含有含Al的氧化物，测定所述钢材中所含的全部氧化物的组成并换算成单独氧化物时，相对于全部氧化物的个数，

(d)对于Al₂O₃，满足Al₂O₃的比率低于20质量％的氧化物的个数比例超过90％，并且

(e)对于Al₂O₃和CaO，满足CaO相对于Al₂O₃的质量比(CaO/Al₂O₃)超过0.35的氧化物的个数比例超过80％。 

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