JP3156523B2 - 耐水素誘起割れ用鋼材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼材中に侵入した水
素が、非金属介在物とマトリックスとの界面に集積し、
鋼材中に割れを発生させる現象を抑制する特性を有する
鋼の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の鋼材の使用環境は極めて厳しいも
のとなっている。特に、鋼材の使用される雰囲気、溶接
等による組み立て・接合条件、あるいは鋼材に対する負
荷条件等が厳しく、鋼材の優れた材質特性と同時に優れ
た清浄性が要求される。 〔１〕近年、石油消費量の増加に伴う油田の開発および
パイプラインの敷設が数多く計画されており、このよう
な情勢下において、石油や天然ガスを輸送するためのパ
イプやそれを貯蔵するためのタンク等は、石油や天然ガ
スに含有される硫化水素と水との共存条件下で使用され
るので、石油や天然ガスに接する鋼材の表面が著しく腐
食される。このような条件下における鋼材の腐食によっ
て発生した水素は、鋼材中に侵入し、延伸されたＭｎＳ
等の硫化物系介在物の周辺に集積してその部分の水素圧
力を高めるために、鋼板の表面に平行な水素誘起割れを
生じさせ、場合によっては、鋼板表面に平行に発生した
水素誘起割れが、板厚方向に階段状につながり、板厚方
向に貫通して鋼材を破壊させるに至らしめる。

【０００３】これまでの研究結果によれば、水素誘起割
れは、鋼材の腐食に伴って発生した水素が、鋼材中に侵
入し、介在物と地鉄との境界面に集まり、その水素ガス
圧力によって生ずるものである。介在物の内でも、Ｍｎ
Ｓ介在物は切欠き効果の大きい先端形状をしているた
め、鋼材の水素誘起割れはＭｎＳ介在物の量およびその
展伸度と強い相関があり、伸長したＭｎＳ介在物が少な
いほど割れ感受性は低下することが明らかとなってい
る。

【０００４】従って、油田や天然ガス輸送のような過酷
な腐食環境で使用される鋼材に対しては、鋼材中のＳ含
有量を低下させて、水素誘起割れの発生起点となる硫化
物系介在物を減少させ、更に、Ｃａを添加して介在物の
形態を制御して、水素誘起割れ感受性を低下させること
が一般に行われている。

【０００５】耐水素誘起割れ性に優れた鋼材の製造方法
として、例えば、特開平４−２５９３５２号公報に開示
された方法（以下、先行技術１という）があり、その内
容は、高炉から出銑された溶銑を鋳床脱珪により、Ｓｉ
≦０．１０ wt.% にした後、溶銑脱硫装置で、Ｓ≦０．
００４ wt.% にし、次いで溶銑脱燐装置により、Ｐ≦
０．０１５ wt.% にする。このようにして得られた溶銑
を、上底吹転炉に装入して、脱炭・脱燐を行ない、Ｃ≦
０．０４０ wt.% 、Ｐ≦０．０１０ wt.% にし、取鍋に
出鋼し、取鍋精錬装置で脱酸、脱硫を行ない、全酸素含
有量（Ｔ．Ｏ）≦３００ｐｐｍ、Ｓ≦０．０００８ wt.
% にする。次いで、ＲＨ脱ガス装置で脱水素、脱窒素を
行ない、Ｈ≦１ｐｐｍ、Ｎ≦４００ｐｐｍにし、その後
溶鋼にＣａを０．０００５〜０．００２ wt.% 含有させ
て、ＭｎＳの形態制御を行なうとともに、過剰のＣａの
含有を防止し、水素誘起割れの起点となるＣａ−Ａｌ硫
酸化物系介在物をも低減させるというものである。

【０００６】〔２〕また、近年、建設物の高層化および
大スパン化が進み、鉄骨用鋼材の厚肉化に伴い、鋼材の
溶接施工量が増加した。一方、溶接作業者の不足、工期
短縮という社会的背景から、建築柱や橋桁等のＢＯＸ構
造部の角継手部の溶接法は、従来の炭酸ガス溶接で下盛
り溶接した後に、サブマ−ジア−ク溶接（以下、ＳＡＷ
という）で多層溶接する方法から、鉄粉入りボンド型フ
ラックスを使用した多電極のＳＡＷで１層溶接する方法
が主流となってきた。

【０００７】後者の方法においては、鋼材の厚肉化とと
もに溶接入熱が増大し、例えば、厚さ６０ｍｍの鋼材を
溶接する入熱は５００ｋＪ／ｃｍにも達する。大入熱で
溶接するほど、フラックスの消費量が増えるため、フラ
ックスに含有された水分が解離して生成した水素が溶接
継手内に侵入し、ＨＡＺに水素割れが発生し易くなり、
構造物の安全性を確保する上で問題となっている。図８
は、大入熱ＳＡＷで施工されたＢＯＸ構造物の角溶接部
のマクロ組織を模式図的に示す縦断面図である。水素割
れ１は、フランジ鋼板２のＨＡＺ３内の板厚中央部に発
生している。同図において、４は溶接金属であり、フラ
ンジ鋼板２とウェブ鋼板５とは溶接金属４によって接合
されている。なお、６は裏当て金である。

【０００８】割れの発生場所をミクロ的に観察すると、
板厚中央に多く存在するＭｎＳ非金属介在物（以下、非
金属介在物を単に介在物という）と地鉄との界面に溶接
水素が集積し、溶接の拘束力下で、界面剥離から周囲の
硬化組織に伝播し、割れに至ったものであることがわか
った。この種の割れは、特に、引張強さ（ＴＳ）レベル
が５０kgf/mm² 級鋼以上の連続鋳造鋼片から製造された
高張力鋼材に発生する頻度が高い。なお、連続鋳造材に
おいては、板厚中央にＣ、Ｍｎ、Ｐ等が偏析しており、
特に、５０kgf/mm² 級鋼の圧延鋼材の板厚中央は、一般
に硬いベイナイト組織を呈している。

【０００９】鋼材の用途や鋼材中へ侵入する水素の源は
異なるが、上記のようなＭｎＳ介在物に起因した水素割
れ防止に関する従来技術が、例えば、先行技術１に開示
されている。先行技術１は、サワ−用ラインパイプ等の
製造方法に関するものであり、石油や天然ガスに含有さ
れている硫化水素と水とにより、パイプの内面が腐食さ
れ、腐食により発生した水素が、鋼材中に侵入し、Ｍｎ
Ｓ介在物と地鉄との界面に集積した結果発生する水素誘
起割れを抑制する技術に関するものである。先行技術１
には、Ｓ＜０．００１ wt.% の極低硫溶鋼にＣａを添加
し、硫化物系介在物の球状化を図る製造方法が開示され
ている。なお、硫化物系介在物は、Ｃａを添加しない場
合は、通常、ＭｎＳであり、熱間圧延により伸展し易
く、鋼材中にＡ系介在物として存在するが、Ｃａを添加
すると、凝固時に析出する硫化物は、ＭｎＳからＣａＳ
に変化する。ＣａＳは熱間圧延により伸展しにくく、鋼
材中にＣ系介在物として存在する。即ち、鋼中へのＣａ
添加により硫化物系介在物が、Ａ系介在物からＣ系介在
物に変化する、即ち、球状化する。

【００１０】大入熱ＳＡＷの角継手部の水素割れ防止に
関する従来技術が、特開平４−２７２１５６号公報に開
示されている。（以下、先行技術２という）。先行技術
２では、鋼材中の偏析部の硬さおよびＡ系介在物量を限
定するものとし、その観点からＳ含有量を、０．００２
wt.% 以下にし、Ｃａを添加して非金属介在物の球状化
をはかることができ、また、ＴｉおよびＮｂを複合添加
することにより、所定の強度・靱性を確保するために必
要な圧下量をＴｉおよびＮｂを添加しない場合よりも減
らし、ＭｎＳ介在物の伸長化を防止することができる旨
記載されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】

〔１〕耐水素誘起割れ性に優れたラインパイプ等鋼材を
製造する場合、従来技術では、下記の問題がある。即
ち、先行技術１の方法によって、水素誘起割れの発生頻
度の低減された鋼材が得られはしたものの、鋼材が使用
される腐食環境条件によっては未だ満足できるレベルの
ものではなかった。そこで、水素割れ発生の原因につい
て、更に研究を重ねた。先行技術に開示された方法で得
られた鋼材に発生した水素誘起割れの発生部位を，ＥＰ
ＭＡ(Electron Probe Micro Analizer) で分析した結
果、水素誘起割れの起点は、Ａｌ₂ Ｏ₃ を主体とする脱
酸生成物（以下、Ａｌ₂ Ｏ₃ 系酸化物系介在物という）
であることが明らかとなった。そして、先行技術１の方
法で得られた鋼材においては、従来、水素誘起割れの発
生原因となっていた、水素誘起割れ感受性の高いＭｎＳ
介在物は無くなり、しかも、Ｃａ−Ａｌ硫酸化物系介在
物も低減したため、従来は、水素誘起割れの発生起点と
なっていなかったＡｌ₂ Ｏ₃ 系酸化物系介在物が、新た
に、水素誘起割れの発生起点となったことが判明した。

【００１２】従って、サワ−用ラインパイプ等に発生す
る水素誘起割れの、新たな発生起点である少量のＡｌ₂
Ｏ₃ 系酸化物系介在物の残存を抑制することができる技
術が要請される。

【００１３】〔２〕次に、大入熱溶接用鋼スラブを製造
する場合、従来技術では、下記の問題がある。先行技術
１に開示された方法では、下記理由により溶鋼の製造コ
ストがかさむ。即ち、先行技術１では、Ｓ含有量が０．
００１ wt.% 未満になるまで溶鋼を脱硫（以下、強脱硫
という）するために、高価なアルミナ質耐火レンガを内
張りした取鍋を用い、転炉から取鍋に流入したスラグを
除滓し、強脱硫処理用の造滓材を添加し、しかも取鍋精
錬装置内で長時間の溶鋼脱硫処理をしなければならな
い。これに対して、Ｓ含有量が０．００３ wt.% 以下に
なるまで溶鋼を脱硫（以下、軽脱硫という）すればよい
場合には、取鍋の内張りに安価なジルコニア−シリカ系
レンガを用いることができ、脱硫処理時間も短時間で完
了する。従って、溶鋼の脱硫処理が軽脱硫で所期の目的
を達成し得る場合は、溶鋼の製造コストも安くなる。

【００１４】しかしながら、溶鋼の軽脱硫処理を採用す
る先行技術２の方法のように、Ｓ含有量が０．００２ w
t.% 程度の溶鋼にＣａを添加すると、Ｃａ−Ａｌ硫酸化
物系介在物が多量に生成し、圧延鋼材中にＢ系介在物が
クラスタ−状に残存し易くなる。このような鋼材を使用
して、大入熱のＳＡＷでＢＯＸ構造に組み立てた場合に
は、クラスタ−状のＣａ−Ａｌ硫酸化物系介在物に起因
する水素割れが発生することが、本発明者等の研究によ
り明らかとなった。

【００１５】従って、溶鋼の脱硫処理は軽脱硫であって
も、Ｃａ添加により生成した介在物に起因する大入熱Ｓ
ＡＷによるＢＯＸ構造物の角溶接ＨＡＺに水素割れが発
生しないようにすることができる技術が要請される。

【００１６】従って、この発明の目的は、鋼材の厳しい
使用環境条件下において、鋼材中に侵入した水素が、非
金属介在物とマトリックスとの界面に集積し、鋼材内部
に割れを発生させる現象を抑制する優れた特性を有する
鋼材の製造方法、特に、サワ−用ラインパイプ等におい
て水素誘起割れの発生が抑制された鋼材を製造する方
法、並びに、大入熱ＳＡＷによるＢＯＸ構造物の角継手
ＨＡＺの水素割れの発生を抑制し得る鋼材用スラブを、
安価に製造する方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】 上述した問題点を解決するための第１発明である、耐
水素誘起割れ用鋼材の製造方法は、溶銑を予備処理し、
次いで予備処理された前記溶銑を、転炉において脱炭し
脱燐し、前記転炉から出鋼された溶鋼を、取鍋において
脱酸し脱硫し脱ガスし、そして前記溶鋼にカルシウムを
添加し、このようにして得られた前記溶鋼を連続鋳造
し、得られた鋳片を圧延することによって鋼材を製造す
る方法において、前記溶鋼が脱酸される前の前記溶鋼の
フリ−酸素含有量が６００ｐｐｍ以下となるように前記
溶鋼の前記転炉における終点炭素含有量を制御し、前記
溶鋼の脱酸をし、前記溶鋼に前記カルシウムを添加した
後、前記溶鋼を不活性ガスによって２分以上攪拌し、次
いで前記溶鋼を前記取鍋内で３０分以上静置することに
特徴を有するものである。

【００１８】更に、本発明者等は、下記〔１〕および
〔２〕に述べる第２および第３の発明をした。

【００１９】〔１〕本発明者等は、耐水素誘起割れ性に
優れたラインパイプ用鋼材を製造するために、伸長した
ＭｎＳ介在物を徹底的に低減する方法として、超強脱硫
処理を前提とし、必要に応じて、過剰とならない適正範
囲内の含有量のＣａを添加することとし、更に、このよ
うにＭｎＳ介在物が微量になった場合の水素誘起割れの
起点であるＡｌ₂ Ｏ₃ 系酸化物系介在物を徹底的に低減
させる取鍋精錬条件について、鋭意研究を重ねた。

【００２０】本発明による耐水素誘起割れ用鋼材の製造
方法は、溶銑を予備処理し、次いで予備処理された前記
溶銑を、転炉において脱炭し脱燐し、前記転炉から出鋼
された溶鋼を、取鍋において脱酸し脱硫し脱ガスし、そ
して前記溶鋼にカルシウムを添加し、このようにして得
られた前記溶鋼を連続鋳造し、得られた鋳片を圧延する
ことによって鋼材を製造する方法において、前記溶鋼が
脱酸される前の前記溶鋼のフリ−酸素含有量が６００ｐ
ｐｍ以下となるように前記溶鋼の前記転炉における終点
炭素含有量を制御し、前記溶鋼の脱酸をアルミニウムで
行ない、前記溶鋼をＳ含有量が０．００１ wt.% 未満に
なるまで脱硫し、そして、前記溶鋼に前記カルシウムを
添加した後、前記溶鋼を不活性ガスによって２分以上攪
拌し、次いで前記溶鋼を前記取鍋内で３０分以上静置す
ることに特徴を有するものである。

【００２１】〔２〕本発明者等は、大入熱溶接用鋼材を
低コストで製造するために、軽脱硫処理溶鋼にＣａを添
加することを前提とし、クラスタ−状のＣａ−Ａｌ硫酸
化物系介在物を低減せしめる取鍋精錬条件について、鋭
意研究を重ねた。その結果、溶鋼のＡｌ脱酸前における
フリ−酸素含有量（Ｏ）、鋼材中のＣａ含有量とＳ含有
量との比、溶鋼へのＣａ添加後の溶鋼攪拌時間、およ
び、攪拌終了後の溶鋼静置時間を適正化することによ
り、水素割れの起点になるクラスタ−状のＣａ−Ａｌ硫
酸化物系介在物をなくし得ることを見出した。更に、適
正な取鍋精錬（表１参照）の条件下で製造した５０kgf/
mm² 級鋼材においては、大入熱ＳＡＷによるＢＯＸ構造
の角溶接ＨＡＺの水素割れ感受性が著しく低下し、改善
されることを確認した。

【００２２】本発明による耐水素誘起割れ用鋼材の製造
方法は、溶銑を予備処理し、次いで予備処理された前記
溶銑を、転炉において脱炭し脱燐し、前記転炉から出鋼
された溶鋼を、取鍋において脱酸し脱硫し脱ガスし、そ
して前記溶鋼にカルシウムを添加し、このようにして得
られた前記溶鋼を連続鋳造し、得られた鋳片を圧延する
ことによって下記化学成分組成： 炭素（Ｃ） ：０．０８〜０．２ wt.% 、 シリコン（Ｓｉ）：０．５ wt.% 以下、 マンガン（Ｍｎ）：１．０〜１．６ wt.% 、 燐（Ｐ） ：０．０２ wt.% 以下、 硫黄（Ｓ） ：０．００３ wt.% 以下、 カルシウム（Ｃａ）：Ｃａ（ wt.% ）／Ｓ（ wt.% ）と
して、０．５〜２、 可溶性アルミニウム（sol.Ａｌ）：０．００５〜０．０
６ wt.% 、 銅（Ｃｕ） ：０〜０．５ wt.% （無添加の場合を
含む）、 ニッケル（Ｎｉ）：０〜０．５ wt.% （無添加の場合を
含む）、 ニオブ（Ｎｂ） ：０〜０．０３ wt.% （無添加の場合
を含む）、 バナジウム（Ｖ）：０〜０．０３ wt.% （無添加の場合
を含む）、および、 チタン（Ｔｉ） ：０〜０．０２ wt.% （無添加の場合
を含む） を有する鋼材の製造方法において、前記溶鋼が脱酸され
る前の前記溶鋼のフリ−酸素含有量が４００ｐｐｍ以下
となるように前記溶鋼の前記転炉における終点炭素含有
量を制御し、前記溶鋼の脱酸をアルミニウムで行ない、
前記溶鋼をＳ含有量が０．００１〜０．００３ wt.% の
範囲内になるまで脱硫し、そして、前記鋼材のＳ含有量
（ wt.% ）とＣａ含有量（ wt.% ）との比が、０．５〜
２の範囲内になるように前記溶鋼に前記カルシウムを添
加した後、前記溶鋼を不活性ガスによって２分以上攪拌
し、次いで前記溶鋼を前記取鍋内において３０分以上静
置することに特徴を有するものである。

【００２３】

【作用】 溶銑に脱硫、脱燐等の処理を施す、即ち、溶銑予備処
理を行うことは、後の転炉における脱燐精錬や取鍋にお
ける脱硫処理の負荷を軽減したり、あるいは極低燐鋼や
極低硫鋼を製造するために有効であるから、本発明にお
いても適宜、溶銑予備処理を実施すべきである。

【００２４】転炉精錬は、脱炭精錬を主体とし、上吹転
炉あるいは上底吹転炉いずれで行ってもよい。そして、
精錬の終点におけるＣ含有量に応じてフリ−酸素含有量
が定まる。転炉精錬終了後、溶鋼が取鍋へ出鋼された
後、アルミニウム等の脱酸剤によって脱酸される前の溶
鋼のフリ−酸素含有量は、転炉終点における溶鋼のフリ
−酸素含有量によって支配される。従って、転炉終点に
おける目標Ｃ含有量は、最終鋼材製品の目標Ｃ含有量、
および連続鋳造工程までの製造条件を考慮して決定され
る。また、終点における目標Ｃ含有量の制御は常法によ
って行われる。なお、取鍋への出鋼時あるいは出鋼後に
おける、転炉スラグ流入防止あるいは除滓によって、次
の取鍋精錬の効果が一層発揮される。

【００２５】取鍋精錬においては、溶鋼の脱酸前にフリ
−酸素含有量を測定し、それに応じて適正量の脱酸剤を
添加することができる。溶鋼の脱硫反応は、脱酸後であ
れば効率的に行われる。脱ガス精錬は特に脱水素に有効
である。その後、Ｃａ添加によって、Ａｌ₂ Ｏ₃ 系介在
物やＳと反応し、Ｃａ−Ａｌ硫酸化物系介在物が生成
し、有害なＡｌ₂ Ｏ₃ 系介在物やＭｎＳ系介在物が鋼材
に残存するのが回避される。更に、Ｃａ添加後溶鋼は所
定時間不活性ガスによって攪拌されるので、上記Ｃａ−
Ａｌ硫酸化物系介在物が凝集・肥大し、溶鋼中を浮上し
易くなる。溶鋼攪拌後、所定時間溶鋼を静置することに
よって、凝集・肥大したＣａ−Ａｌ硫酸化物系介在物は
溶鋼から浮上・分離して除去される。溶鋼の攪拌時間ま
たは静置時間は、一定時間以上確保しないと上述した効
果が十分発揮されない。しかしながら、それらの時間が
長くなるほど溶鋼の温度が低下する。そのような場合は
必要に応じて溶鋼の加熱装置、例えばア−ク加熱装置で
溶鋼を昇温する。従って、前記溶鋼の攪拌時間または静
置時間の上限値（最大時間）は、操業上支障をきたさな
い範囲内とする。そして、溶鋼の昇温が不要な範囲内に
おさえるのが望ましい。

【００２６】このようにして調製された溶鋼が連続鋳造
されて得られる鋼片は、非金属介在物が少なく、且つ均
質な成分組成を有するので、耐水素誘起割れ用鋼材に適
した鋼となる。

【００２７】本発明による耐水素誘起割れ用鋼材の製
造方法は、更に、下記〔１〕または〔２〕の作用を有す
る。

【００２８】〔１〕本発明に基づき耐水素誘起割れ性に
優れた鋼材を製造するためには、鋼材中に、Ａｌ₂ Ｏ₃
系酸化物介在物およびＣａ−Ａｌ硫酸化物系介在物が残
存するのを抑制することが重要である。溶鋼に対して脱
酸処理を施す前における、溶鋼中のフリ−酸素含有量を
可及的に低く制御しておくことによって、脱酸剤として
のＡｌを添加したときに生成する酸化物（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）
系介在物の量を、可及的に少なくすることができる。し
かしながら、溶鋼中のフリ−酸素含有量は、転炉終点時
の溶鋼中のＣ含有量が低いほど高くなる。ところが、耐
水素誘起割れ性に優れたラインパイプ用鋼材のＣ含有量
は、通常０．０８ wt.% よりも低い値に限定されるの
で、転炉終点時の目標Ｃ含有量も、その後の製造工程で
のＣピックアップを考慮の上、所定値以下に抑えなけれ
ばならない。このような制約条件を伴いながらも、脱酸
前の溶鋼中のフリ−酸素含有量の制御、取鍋精錬による
強脱硫（Ｓ＜０．００１０ wt.% ）、Ｃａ添加、並びに
所定時間の溶鋼の攪拌および静置によって、伸長化した
硫化物系介在物（ＭｎＳ）およびクラスタ−状のＣａ−
Ａｌ硫酸化物系介在物の残存だけでなく、微量のＡｌ₂
Ｏ₃ 系介在物の残存をも抑制することが可能となる。

【００２９】即ち、転炉精錬における終点Ｃ含有量を制
御し、転炉から取鍋に出鋼された溶鋼を脱酸する前に、
フリ−酸素含有量（Ｏ）を、６００ｐｐｍ以下に制御し
ておくことによって、脱酸処理によって生成する脱酸生
成物（酸化物系介在物）の量が少なくなり、それ以後の
精錬工程で酸化物系介在物を溶鋼から十分に浮上分離さ
せることができる。フリ−酸素含有量が、６００ｐｐｍ
超では、上述した作用が得られない。

【００３０】次に、取鍋内の溶鋼にＣａを所定量添加す
ることによって、溶鋼中にＣａ−Ａｌ硫酸化物系介在物
が生成する。次いで、溶鋼中に不活性ガスを２分以上吹
き込み、溶鋼を攪拌することによって、Ｃａ−Ａｌ硫酸
化物系介在物を凝集肥大化させることができ、更に、凝
集肥大化されたＣａ−Ａｌ硫酸化物系介在物を溶鋼中か
ら溶鋼外への浮上分離を促進させることができる。溶鋼
の攪拌処理時間が短すぎるとＣａ−Ａｌ硫酸化物系介在
物を十分に凝集、浮上させることができない。従って、
２分以上溶鋼を攪拌することが必要である。

【００３１】溶鋼の攪拌処理が終了した後、次いで、取
鍋内の溶鋼を静置させることによって、溶鋼中に未だ懸
濁浮遊しているＡｌ₂ Ｏ₃ 系介在物およびＣａ−Ａｌ硫
酸化物系介在物の、溶鋼からの浮上分離を促進させるこ
とができる。取鍋内の溶鋼の静置時間が、短すぎると上
記介在物が十分に浮上分離することができない。従っ
て、３０分以上溶鋼を静置させておくことが必要であ
る。

【００３２】〔２〕本発明に基づき大入熱溶接用鋼材を
製造するためには、Ｓ≦０．００３wt.% 以下の溶鋼に
Ｃａを適正量添加することによって、大入熱ＳＡＷによ
る溶接部の水素集積場所である、伸長化した硫化物系介
在物（ＭｎＳ）、および、クラスタ−状のＣａ−Ａｌ硫
酸化物系介在物の生成を防止する技術が最も重要であ
る。

【００３３】先ず、本発明による大入熱溶接用鋼スラブ
の製造方法を前述した如く限定した理由について述べ
る。 （１）溶鋼中のフリ−酸素、並びに溶鋼の脱酸：溶鋼に
対して脱酸処理を施す前における、溶鋼中のフリ−酸素
含有量を可及的に低く制御しておくことによって、脱酸
剤としてのＡｌを添加したときに生成する酸化物（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）の量を、可及的に少なくすることができる。一
方、上記フリ−酸素含有量は、転炉精錬終点時のフリ−
酸素含有量が低いほど低く、そのフリ−酸素含有量は、
転炉精錬終点時のＣ含有量と密接な相関関係があり、Ｃ
含有量が高いほど、フリ−酸素含有量は低くなる。

【００３４】本発明によって得られる大入熱溶接用鋼ス
ラブ中のＣ含有量は、０．０８〜０．２０ wt.% に調整
するものであるから、合金鉄や連続鋳造モ−ルドパウダ
−等からの溶鋼へのＣピックアップ量を推定することに
よって、転炉精錬終点時のＣ含有量の目標値が決定され
る。

【００３５】以上のように、本発明においては、転炉精
錬の終点におけるＣ含有量を制御することによって終点
フリ−酸素含有量（Ｏ）が制御される。転炉精錬終了
後、取鍋に出鋼された溶鋼がＡｌによって脱酸される前
において、溶鋼中のフリ−酸素含有量が４００ｐｐｍ以
下に制御されることによって、脱酸処理により生成する
脱酸生成物( Ａｌ₂ Ｏ₃ ) の量が少なくなり、後述する
Ｃａ添加前までの精錬工程で脱酸生成物を溶鋼から十分
に浮上分離させることができる。Ａｌ脱酸前のフリ−酸
素含有量が４００ｐｐｍ超では、後述するＣａ添加時に
多量の脱酸生成物（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）が残存し、Ｃａを添加
すると、ＣａがＡｌ₂ Ｏ₃ を還元すると同時に硫化物を
も生成させ、多量のＣａ−Ａｌ硫酸化物系介在物（Ｃａ
−Ａｌ−Ｏ−Ｓ）が生成してしまい、これは溶鋼が凝固
するまでに十分に浮上分離することが困難であるため、
最終的に、圧延鋼材中にクラスタ−状のＢ系介在物とし
て残存してしまう。従って、Ａｌ脱酸前の溶鋼中のフリ
−酸素含有量は４００ｐｐｍ以下に限定すべきであり、
しかる後に、Ａｌで溶鋼を脱酸すべきである。

【００３６】（２）溶鋼の脱硫：溶鋼をＡｌで脱酸した
後、脱硫する。鋼材中のＳ含有量は低いほどＣａ−Ａｌ
硫酸化物系介在物（Ｃａ−Ａｌ−Ｏ−Ｓ）の残存量も少
なくなり、大入熱ＳＡＷの角継手部の水素割れ防止に効
果がある。しかしながら、Ｓ含有量が、０．００１ wt.
% 未満となるまで溶鋼を脱硫しなければならない場合
は、取鍋精錬プロセスが複雑となり、下記理由により大
幅なコストアップとなる。即ち、転炉スラグを完全に
除滓し、新たに脱硫用スラグを添加する必要がある、
脱硫に一層長時間を要する、取鍋に高価な高アルミナ
質耐火物を内張りしたものを使用する必要がある。その
理由は、例えば、通常のジルコニア−シリカ系耐火物を
内張りした取鍋を使用して長時間、溶鋼を脱硫すると、
取鍋の耐火物中のＳｉＯ₂ と溶鋼中のＡｌとが反応して
Ａｌ₂ Ｏ₃ が生成し、溶鋼を汚染し、更に、取鍋耐火物
の溶損も著しくなるからである。

【００３７】それに対し、溶鋼をＳ＜０．００１ wt.%
まで脱硫する必要がなければ、転炉スラグを使用する
ことができる、脱硫が短時間で完了する、通常のジ
ルコニア−シリカ系耐火物を内張りした取鍋を使用する
ことができる、等の理由で、Ｓ＜０．００１ wt.% の強
脱硫処理に比較すると、大幅なコスト低減が可能であ
る。しかしながら、Ｓ含有量が０．００３ wt.% を超え
ると、硫化物の球状化を図るために多量のＣａを添加す
ることが必要となり、前述した転炉精錬の終点フリ−酸
素含有量（Ｏ）の制御、並びに、後述する溶鋼の攪拌時
間および静置時間を制御しても、鋼材中に多量のＣａ−
Ａｌ硫酸化物系介在物が残存してしまう。従って、溶鋼
の脱硫は、Ｓ含有量が０．００１〜０．００３ wt.% の
範囲内となるまで行なうべきである。

【００３８】（３）溶鋼の脱ガス：脱硫処理に次いで、
溶鋼を脱ガス処理する。鋼材中に水素が多量に残存して
いると、本発明の目的とする溶接部における水素割れを
助長するので、溶鋼の脱ガス処理は必須である。溶接部
における水素割れを発生させないために、溶鋼中の水素
含有量を２ｐｐｍ以下にすることが望ましい。

【００３９】（４）溶鋼へのＣａ添加：溶鋼にＣａを添
加すると、硫化物が球状化する効果が顕れる。しかしな
がら、鋼材の化学成分組成において、Ｃａ含有量（ wt.
% ）がＳ含有量（ wt.% ）の０．５倍未満となるような
量しか溶鋼にＣａを添加しないと、硫化物が球状化する
効果が発揮されない。一方、鋼材の化学成分組成におい
て、Ｃａ含有量（ wt.%）がＳ含有量（ wt.% ）の２倍
を超えるような量のＣａを溶鋼に添加すると、その後、
溶鋼の攪拌および静置をすることによって、溶鋼中の介
在物の低減を図っても、鋼材中にＣａ−Ａｌ硫酸化物系
介在物が残存する。鋼材中のＣａ含有量およびＳ含有量
はスラブ中のそれと実質的に同じである。従って、スラ
ブの化学成分組成において、Ｃａ含有量（ wt.% ）とＳ
含有量（wt.% ）との比、即ち、Ｃａ／Ｓの値は、０．
５〜２の範囲内にすべきである。

【００４０】（５）溶鋼の攪拌：溶鋼中に不活性ガスを
吹き込んで攪拌することにより、溶鋼へのＣａ添加によ
り生成したＣａ−Ａｌ硫酸化物系介在物の凝集・肥大化
を促進させ、更にそれを溶鋼の系外へ浮上・分離させ
る。その際、凝集・肥大化した介在物は主として溶鋼表
面のスラグへ移行する。しかしながら、不活性ガスによ
る溶鋼の攪拌時間が、２分未満では、上記効果を十分発
揮することができない。従って、溶鋼中への不活性ガス
の吹き込みによる溶鋼攪拌時間は、２分以上とすべきで
ある。

【００４１】（６）溶鋼の静置時間：溶鋼の攪拌処理が
終了した後、次いで、取鍋内の溶鋼を静置させることに
よって、溶鋼中に未だ懸濁浮遊しているＣａ−Ａｌ硫酸
化物系介在物の溶鋼からの浮上分離を促進させることが
できる。取鍋内溶鋼の静置時間が短すぎると上記介在物
が十分浮上分離しない。即ち、静置時間が３０分未満で
はその効果が十分発揮されない。従って、溶鋼の静置時
間は、３０分以上とすべきである。

【００４２】（７）化学成分組成：次に、本発明による
大入熱溶接用鋼スラブの化学成分組成を前述した如く限
定した理由について述べる。その化学成分組成の限定
は、水素割れの発生頻度が最も多い５０kgf/mm² 級の鋼
材に対し、ＢＯＸ柱用としての必要な諸特性、即ち、強
度、靱性、大入熱ＳＡＷ耐水素割れ性、仮付け溶接性、
ＨＡＺ靱性等の必要水準に基づいて決めた。

【００４３】Ｃ：Ｃは、鋼材の強度を確保するために必
要な元素である。しかしながら、Ｃ含有量が、０．０８
wt.% 未満では、ＴＳ＞４９０ＭＰａを満たすためには
多量の合金元素の添加が必要となるので、コスト高を招
く。一方、Ｃ含有量が、０．２ wt.% 超では、ＢＯＸ構
造物の仮付け溶接時に、溶接部の鋼材余熱が必要とな
る。従って、Ｃ含有量は、０．０８〜０．２ wt.% の範
囲内とすべきである。

【００４４】Ｓｉ：Ｓｉは、鋼材の強度上昇、および溶
鋼の予備脱酸等に必要な元素である。しかしながら、そ
の含有量が、０．５ wt.% を超えると、鋼材の靱性およ
び溶接ＨＡＺの靱性を劣化させる。従って、Ｓｉ含有量
は、０．５ wt.% 以下とすべきである。

【００４５】Ｍｎ：Ｍｎは、鋼材の強度を確保するため
に必要な元素である。しかしながら、その含有量が、
１．０ wt.% 未満では、ＴＳ＞４９０ＭＰａを満たすこ
とができない。一方、Ｍｎは、スラブにおける中央偏析
を発生し易く、その含有量が、１．６wt.% を超える
と、板厚中央部が著しく硬化し、大入熱ＳＡＷの水素割
れを助長する。従って、Ｍｎ含有量は、１．０〜１．６
wt.% の範囲内に限定すべきである。

【００４６】Ｐ：Ｐは、本発明鋼材中には不要の元素で
あり、その含有量は低いほど望ましい。また、非常に中
央偏析し易い元素であり、その含有量が０．０２ wt.%
超では、板厚中央が著しく硬化し、大入熱ＳＡＷの水素
割れを助長する。従って、Ｐ含有量は、０．０２ wt.%
以下とすべきである。

【００４７】ＳおよびＣａ：ＳおよびＣａの挙動および
作用・効果については、前述した通りであり（（２）、
（４）、（５）および（６）参照）、その記載理由か
ら、Ｓ含有量は、０．００１〜０．００３ wt.% の範囲
内とし、Ｃａ含有量は、スラブ中のＣａ含有量（ wt.%
）／Ｓ含有量（ wt.% ）が、０．５〜２の範囲内であ
ることを満たすこととすべきである。

【００４８】Ａｌ：Ａｌの挙動および作用・効果につい
ては、前述したとおりであり（（１）、（２）、
（４）、（５）および（６）参照）、また、sol.Ａｌと
してのＡｌ含有量（sol.Ａｌ含有量という）が、０．０
０５ wt.% 未満では、十分な脱酸効果が発揮されない。
一方、その含有量が、０．０６ wt.% 超では、鋼材の清
浄性が劣化し、大入熱ＳＡＷの水素割れを助長する。従
って、sol.Ａｌ含有量は、０．００５〜０．０６ wt.%
の範囲内に限定すべきである。

【００４９】Ｃｕ：Ｃｕは、仮付け溶接性を著しく劣化
させることなく、強度上昇をはかることができる有用な
元素である。しかしながら、その含有量が、０．５ wt.
% 超では、鋼材のＣｕ割れを防止するために、多量のＮ
ｉを添加することが必要となり、コスト高を招く。従っ
て、Ｃｕ含有量は０〜０．５ wt.% （無添加の場合を含
む）の範囲内に限定すべきである。

【００５０】Ｎｉ：Ｎｉは、鋼材の強度上昇、および靱
性向上に有用な元素である。しかしながら、Ｎｉは高価
な元素であるため、コスト高を避けるため、０．５ wt.
% 以下が望ましい。従って、Ｎｉ含有量は０〜０．５ w
t.% （無添加の場合を含む）の範囲内に限定した。

【００５１】Ｎｂ：Ｎｂは、微量の添加で鋼材の強度を
上昇させる有用な元素である。しかしながら、その含有
量が、０．０３ wt.% 超では、ＨＡＺ靱性が著しく劣化
する。従って、Ｎｂ含有量は、０〜０．０３ wt.% （無
添加の場合を含む）の範囲内に限定すべきである。

【００５２】Ｖ：Ｖもまた、微量の添加で鋼材の強度を
上昇させる有用な元素である。しかしながら、その含有
量が、０．０３ wt.% 超では、ＨＡＺ靱性が著しく劣化
する。従って、Ｖ含有量は、０〜０．０３ wt.% （無添
加の場合を含む）の範囲内に限定すべきである。

【００５３】Ｔｉ：Ｔｉもまた、微量の添加で鋼材の強
度を上昇させるとともに、適正量の添加においては、Ｈ
ＡＺ靱性の向上にも寄与する、有用な元素である。しか
しながら、その含有量が、０．０２ wt.% 超では、ＨＡ
Ｚ靱性が劣化する。従って、Ｔｉ含有量は、０〜０．０
２ wt.% （無添加の場合を含む）の範囲内に限定すべき
である。

【００５４】

【実施例】この発明を実施例により、更に詳細に説明す
る。

【００５５】〔１〕本発明の耐水素誘起割れ性に優れた
鋼材を製造する方法について、実施例により、更に詳細
に説明する。

【００５６】〔実施例１〕表１は、本発明方法の工程概
要例を示す。表１を参照しながら実施例を説明する。

【００５７】

【表１】

【００５８】高炉から出銑された溶銑を、鋳床で脱珪し
た後、溶銑脱硫装置でＳ含有量を、０．００４ wt.% 以
下に脱硫し、次いで、溶銑脱燐装置でＰ含有量を、０．
０１５ wt.% 以下に脱燐した。このようにして、脱硫お
よび脱燐された溶銑を上吹き転炉または上下吹転炉に装
入し、溶銑に対して転炉精錬により脱炭および脱燐を行
ない、転炉精錬の終点におけるＣ含有量を、０．０３〜
０．０４ wt.% の範囲内、Ｐ含有量を、０．０１０ wt.
% 以下にし、このようにして脱炭および脱燐された溶鋼
を取鍋に出鋼した。転炉内で合金成分として所定量のＣ
ｕ、Ｎｉを添加した。なお、転炉精錬の終点におけるC
含有量の下限を０．０３ wt.% にしたのは、後のＡｌに
よる脱酸前の溶鋼中フリ−酸素含有量を６００ｐｐｍ以
下に制御するためである。

【００５９】次に、出鋼時に転炉から取鍋内に流出した
スラグを除滓装置で除滓した。除滓は、スラグから溶鋼
への復Ｐ防止のために行なった。取鍋の内張りには、高
アルミナ質耐火物を使用し、溶鋼中フリ−酸素含有量の
増加、および耐火物の溶損による酸化物系介在物による
溶鋼汚染を抑制した。次いで、溶鋼を収容した取鍋を、
溶鋼のア−ク加熱機能および雰囲気調整機能を有する取
鍋精錬装置へ移送し、取鍋精錬装置において、溶鋼のフ
リ−酸素含有含有量（Ｏ）を酸素濃淡電池で測定し、Ｏ
≦６００ｐｐｍになっていることを確認した。次いで、
取鍋精錬装置において、取鍋内の溶鋼表面に脱硫用スラ
グとして、ＣａＯおよび合成フラックスからなる造滓材
を添加した。なお、造滓材の配合は、測定済のＯ含有量
から推定される、後に行われるＡｌ脱酸によって生成す
るＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物の量を加算して、形成すべきスラグ
の成分組成目標値を、ＣａＯ＝６０ wt.% 、ＳｉＯ₂ ＝
１０ wt.% 、Ａｌ₂ Ｏ₃ ＝３０ wt.% と定めて算出し
た。この成分組成を有するスラグは、溶鋼のＳ含有量
を、８ｐｐｍ以下という極低硫鋼を得るためのものであ
る。

【００６０】次いで、合金元素のＭｎ、Ｓｉ、Ｖ、及び
Ｎｂを添加すると共に、測定済のＯ含有量に応じた量の
Ａｌを添加して溶鋼を脱酸した。なお、Ｃ量が不足の場
合は加炭も実施した。更に、ア−ク加熱処理によって、
溶鋼およびスラグを加熱し、同時に脱硫して溶鋼のＳ含
有量を、Ｓ≦８ｐｐｍとした。

【００６１】次いで、取鍋をＲＨ脱ガス装置へ移送し、
取鍋内の溶鋼に対してＲＨ脱ガス装置で脱水素処理を施
し、Ｈ含有量を、１．５ｐｐｍ以下にした。次に、パウ
ダ−インジェクション装置で、取鍋内の溶鋼中にＣａ−
Ｓｉ合金の粉体を不活性ガスと共に吹き込んで、溶鋼に
Ｃａを添加した。Ｃａ−Ｓｉ合金の添加量を、鋼材の化
学成分組成の含有量が、Ｃａ／Ｓ≧２で、且つ、Ｃａ＝
１５〜２０ｐｐｍの範囲となるようにした。このよう
に、Ｃａ添加量を調整するのは、ＭｎＳ介在物の形態を
水素誘起割れ発生の起点となりにくいように制御し、且
つ、過剰な添加を防止するためである。次いで、Ａｒガ
スを溶鋼に２．０Ｎｍ³ ／ｍｉｎの流量で２分（ｍｉ
ｎ）以上の時間吹き込んで攪拌した。次に、攪拌終了後
の取鍋内の溶鋼を３０分以上静置した。

【００６２】このようにして得られた溶鋼を、垂直曲げ
型連続鋳造機に鋳造してスラブにし、得られたスラブを
厚板圧延機により圧延して鋼板を製造した。このように
して製造された鋼板を、ＵＯＥミルによって管に成形
し、鋼管を製造した。このようにして製造された鋼管か
らサンプルを採取し、得られたサンプルに対して鋼材の
水素誘起割れ試験を行ない、耐水素誘起割れ性を評価し
た。水素誘起割れ試験は、ＡＳＴＭ ０１−７７に規定
されたＮＡＣＥ溶液により行ない、そして、水素誘起割
れの発生頻度を、超音波探傷試験によって評価し、水素
誘起割れ発生指数で示した。

【００６３】表２に本発明実施例ＮO.１１および１２で
示すこの発明の範囲内の方法、および、比較例ＮO.２１
〜２３で示すこの発明の範囲外の方法によって、ＡＰＩ
規格Ｘ−６５グレ−ドの鋼管を製造し、そして、各々の
鋼管からサンプルを採取して水素誘起割れ試験を行な
い、水素誘起割れの発生頻度を評価した。同表には、各
鋼管の化学成分組成および水素誘起割れ発生指数を併記
した。

【００６４】

【表２】

【００６５】表２から明らかなように、本発明法により
製造された本発明実施例ＮO.１１および１２の鋼管の水
素誘起割れ発生指数は、脱酸前のフリ−酸素含有量、Ｃ
ａ添加後の溶鋼の攪拌時間、または、溶鋼の攪拌終了か
ら連続鋳造開始までの溶鋼静置時間のうちいずれか1 つ
が本発明の範囲外である比較例ＮO.１１、１２および１
３よりも、著しく小さく、耐水素誘起割れ性が優れてい
た。

【００６６】次に、Ｃａ添加後の溶鋼の攪拌時間を２分
以上、Ｃａ添加後の溶鋼の攪拌終了から連続鋳造開始ま
での溶鋼静置時間を３０分以上とし、即ち、この両条件
を本発明の範囲内とし、一方、取鍋精錬での脱酸前にお
ける溶鋼のフリ−酸素含有量を本発明の範囲の内外で種
々変化させて、ＡＰＩ規格Ｘ−６５グレ−ドの鋼管を製
造し、各々の鋼管からサンプルを採取して水素誘起割れ
試験を行ない、水素誘起割れ発生指数を測定した。

【００６７】図１は、脱酸前における溶鋼のフリ−酸素
含有量に対する水素誘起割れ発生指数を示すグラフであ
る。同図から明らかなように、脱酸前のＯ含有量が６０
０ｐｐｍ以下の場合は、水素誘起割れ発生指数が著しく
小さく、耐水素誘起割れ性の優れた鋼材が得られた。

【００６８】取鍋精錬での脱酸前の溶鋼のフリ−酸素含
有量を６００ｐｐｍ以下、Ｃａ添加後の溶鋼攪拌終了か
ら連続鋳造開始までの溶鋼静置時間を３０分以上とし、
即ち、この両条件を本発明の範囲内とし、一方、Ｃａ添
加後のＡｒガスによる溶鋼攪拌時間を本発明の範囲の内
外で種々変化させて、ＡＰＩ規格Ｘ−６５グレ−ドの鋼
管を製造し、各々の鋼管からサンプルを採取して、水素
誘起割れ試験を行い、水素誘起割れ発生指数を測定し
た。

【００６９】図２は、Ｃａ添加後のＡｒガスによる溶鋼
攪拌時間に対する、水素誘起割れ発生指数を示すグラフ
である。同図から明らかなように、Ｃａ添加後の不活性
ガスによる溶鋼攪拌時間が２分以上の場合は、水素誘起
割れ発生指数が著しく小さく、耐水素誘起割れ性の優れ
た鋼材が得られた。

【００７０】取鍋精錬での脱酸前におけるＯ含有量を６
００ｐｐｍ以下Ｃａ添加後の溶鋼の攪拌時間を２分以上
とし、即ち、この両条件を本発明の範囲内とし、Ｃａ添
加後の溶鋼攪拌終了から連続鋳造開始までの溶鋼静置時
間を本発明の範囲の内外で種々変化させて、ＡＰＩ規格
Ｘ−６５グレ−ドの鋼管を製造し、各々の鋼管からサン
プルを採取して、水素誘起割れ試験を行い、水素誘起割
れ発生指数を測定した。

【００７１】図３は、溶鋼攪拌終了後の溶鋼静置時間に
対する水素誘起割れ発生指数を示すグラフである。同図
から明らかなように、Ｃａ添加後の溶鋼攪拌終了から連
続鋳造開始までの溶鋼静置時間が３０分以上の場合は、
水素誘起割れ発生指数が著しく小さく、耐水素誘起割れ
性の優れた鋼材が得られた。

【００７２】〔２〕本発明による大入熱溶接用鋼スラブ
の製造方法、およびその厚鋼板の製造方法について説明
する。

【００７３】〔実施例２〕前記表１に示した工程概要を
参照しながら実施例を説明する。高炉から出銑された溶
銑を、鋳床で脱珪した後、溶銑脱硫装置でＳ含有量を、
０．００５ wt.% 以下に脱硫し、次いで、溶銑脱燐装置
で０．０２ wt.% 以下まで脱燐した。このようにして、
脱硫および脱燐された溶銑を上吹転炉に装入し、転炉精
錬により脱炭を行ない、取鍋における脱酸前の溶鋼中フ
リ−酸素量（Ｏ）を、４００ｐｐｍ以下に制御した。

【００７４】なお、上記工程のうち、脱燐、脱硫処理を
転炉で実施することも可能である。また、Ｃｕ、Ｎｉの
添加は、転炉で実施したが、後工程の取鍋精錬装置内で
行ってもよい。

【００７５】次に、転炉からジルコニア−シリカ系耐火
物を内張りした取鍋に、２５０ｔｏｎの溶鋼を出鋼し
た。次いで、溶鋼を収容した取鍋を、溶鋼のア−ク加熱
機能および雰囲気調整機能を有する取鍋精錬装置に移送
し、その取鍋精錬装置において、溶鋼のフリ−酸素含有
量（Ｏ）を酸素濃淡電池で測定し、Ｏ≦４００ｐｐｍに
なっていることを確認した。

【００７６】次いで、合金元素のＳｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、
Ｖ、Ｔｉ等を添加すると共に、Ｏ含有量に応じた量のＡ
ｌを添加して、溶鋼を脱酸した。なお、Ｃ量が不足の場
合は加炭も実施した。更に、ア−ク加熱処理によって、
溶鋼およびスラグを加熱し、同時に脱硫して溶鋼のＳ含
有量を、０．００１〜０．００３ wt.% の範囲内にし
た。この程度の脱硫は、転炉スラグをほぼそのまま使用
することによって行なうことができた。また、転炉スラ
グの組成は多少変動する場合があり、その場合には若干
のＣａＯや造滓材を添加すればよい。

【００７７】次に、取鍋をＲＨ脱ガス装置へ移送し、取
鍋内の溶鋼に対してＲＨ脱ガス装置で脱水素処理を施
し、Ｈ含有量を２ｐｐｍ以下にした。次に、パウダ−イ
ンジェクション装置で、取鍋内の溶鋼中にＣａ−Ｓｉ合
金の粉体をＡｒガスと共に吹き込んで、溶鋼にＣａを添
加した。Ｃａ添加量は、Ｃａ−Ｓｉ合金の添加により、
鋼材の化学成分組成において、０．５≦Ｃａ（ wt.% ）
／Ｓ（ wt.% ）≦２を満たすように調整した。

【００７８】次いで、溶鋼にＡｒガスを、流量２．０Ｎ
ｍ³ ／ｍｉｎで、２分（ｍｉｎ）以上の時間吹き込んで
攪拌した。次に、取鍋内の溶鋼を３０分以上静置した。

【００７９】このようにして得られた溶鋼を、垂直曲げ
型連続鋳造機にてスラブを鋳造し、得られたスラブを１
１００°Ｃ以上に加熱し、厚板圧延機にて圧延し、鋼板
を製造した。鋼板圧延は、オ−ステナイト域で終了し、
放冷した。また、圧延後、加速冷却してもよい。

【００８０】このようにして製造された鋼板を対象に、
ＪＩＳ Ｇ ０５５５に準拠し、介在物の清浄度を測定
した。また、同鋼板を対象に、図９に示す寸法・形状の
試験体で半ボックス施工試験を行ない、溶接部の超音波
探傷を実施し、割れの発生状況を測定した。同図におい
て、７はＳＡＷによる角溶接部、５はウェブ鋼板、２は
フランジ鋼板、８はダイアフラム、そして９はエレクト
ロスラグ溶接によるダイヤフラム溶接部であり、ｔは板
厚を示す。半ボックス施工試験におけるＳＡＷ角溶接
は、２電極の１層溶接であり、溶接入熱は、鋼板板厚に
応じて３００ｋＪ／ｃｍ（板厚３０ｍｍのとき）〜６０
０ｋＪ／ｃｍ（板厚７０ｍｍのとき）で実施した。その
際、溶接フラックスには、５０kgf/mm² 級の鉄粉入りボ
ンド型フラックスを、温度３０°Ｃ、湿度８０％の環境
で３時間放置し、故意に吸湿させたものを用いた。吸湿
フラックスを用いたのは、溶接時に鋼中に侵入する水素
量を上昇させ、鋼板の溶接水素による割れ感受性を、明
瞭に評価するためである。溶接ワイヤ−には、５０kgf/
mm² 級の６．４ｍｍφのものを用いた。溶接後３日間放
置し、図９中に矢印でＵＳＴと示した溶接フランジ角部
を、ＪＩＳ Ｇ ０９０１に準じて超音波探傷を行な
い、割れプロフィ−ルを、図１０のように描いた。同図
において、斜線部は超音波探傷により検出された△欠陥
および×欠陥のエコ−発生部分１０であり、Ｃ₁ 、
Ｃ₂ 、Ｃ₃ はその長さ、即ち、割れ発生部分の溶接長方
向の長さを示す。溶接長Ｌに対する、各割れの長さ
Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ ・・・の和の割合（長さ％）をＨＡＺ
割れ率、即ち、ＨＡＺ割れ率＝（Ｃ₁ ＋Ｃ₂＋Ｃ₃ ＋・
・・）／Ｌと定義した。なお、この試験においては、Ｌ
＝７００ｍｍである。

【００８１】〔実施例３〕５０kgf/mm² 級のＳｉ−Ｍｎ
−Ｃａ鋼であって、表３に示す範囲内の化学成分組成の
鋼種（以下、Ａ鋼という）を有する鋼板を製造した。Ａ
鋼の精錬条件は、脱硫処理については、すべてのチャ−
ジを取鍋で軽脱硫（溶鋼中のＳ含有量を０．００１〜
０．００３ wt.% の範囲内）したが、脱酸前の溶鋼中フ
リ−酸素含有量、Ｃａ添加後のＡｒガスによる溶鋼攪拌
時間、攪拌終了後の溶鋼静置時間、および、Ｃａ／Ｓの
値（Ｓ含有量は２１〜２５ｐｐｍの範囲内であって、ほ
ぼ一定）については、同表に示したように、各チャ−ジ
により本発明の範囲内または範囲外に変化させた。な
お、同表中（ ）内の数値は、上記試験の基準試験条件
であり、いずれも本発明の範囲内の条件である。

【００８２】

【表３】

【００８３】上記において製造された鋼板の板厚は５０
ｍｍであり、各々の鋼板について、実施例２で述べた方
法により、介在物の清浄度試験、および大入熱ＳＡＷ施
工試験（入熱：４５０ｋＪ／ｃｍ）を実施した。

【００８４】図４には、表３に示したＡ鋼の製造条件お
よび鋼板のＣａ／Ｓの内、脱酸前の溶鋼中フリ−酸素含
有量のみを、２２０〜６００ｐｐｍの範囲内で変化さ
せ、Ｃａ／Ｓ＝１．２、Ｃａ添加後のＡｒガスによる溶
鋼攪拌時間＝２分、且つ、攪拌終了後の溶鋼静置時間＝
３０分と一定にした場合の、鋼板の試験結果を示した。
同図から明らかなように、脱酸前の溶鋼中フリ−酸素含
有量が、４００ｐｐｍ超のものには、Ｂ系介在物が認め
られ、ＨＡＺ割れも発生し、フリ−酸素含有量の増加と
共に、Ｂ系介在物量およびＨＡＺ割れ共に劣化する。こ
れに対して、脱酸前の溶鋼中フリ−酸素含有量が、４０
０ｐｐｍ以下のものには、Ｂ系介在物が認められず、し
かもＨＡＺ割れも発生せず、優れていた。

【００８５】図５には、表３に示したＡ鋼の製造条件お
よび鋼板のＣａ／Ｓの内、Ｃａ添加後のＡｒガスによる
溶鋼攪拌時間のみを、０．９〜２．８分の範囲内で変化
させ、その他は基準試験条件、即ち、Ｃａ／Ｓ＝１．
２、脱酸前の溶鋼中フリ−酸素含有量＝４００ｐｐｍ、
且つ、攪拌終了後の溶鋼静置時間＝３０分と一定にした
場合の、鋼板の試験結果を示した。同図から明らかなよ
うに、Ｃａ添加後のＡｒガスによる溶鋼攪拌時間が、２
分未満のものには、Ｂ系介在物が認められ、ＨＡＺ割れ
も発生し、溶鋼攪拌時間の減少と共に、Ｂ系介在物量お
よびＨＡＺ割れ共に劣化する。これに対して、溶鋼攪拌
時間が、２分以上のものには、Ｂ系介在物が認められ
ず、しかもＨＡＺ割れも発生せず、優れていた。

【００８６】図６には、表３に示したＡ鋼の製造条件お
よび鋼板の成分中Ｃａ／Ｓの内、攪拌終了後の溶鋼静置
時間のみを、１５〜４５分の範囲内で変化させ、その他
は基準試験条件、即ち、Ｃａ／Ｓ＝１．２、脱酸前の溶
鋼中フリ−酸素含有量＝４００ｐｐｍ、且つ、Ｃａ添加
後のＡｒガスによる溶鋼攪拌時間＝２分と一定にした場
合の、鋼板の試験結果を示した。同図から明らかなよう
に、攪拌終了後の溶鋼静置時間が、３０分未満のものに
は、Ｂ系介在物が認められ、ＨＡＺ割れも発生し、溶鋼
静置時間の減少と共に、Ｂ系介在物量およびＨＡＺ割れ
共に劣化する。これに対して、溶鋼攪拌時間が、３０分
以上のものには、Ｂ系介在物が認められず、しかもＨＡ
Ｚ割れも発生せず、優れていた。

【００８７】図７には、表３に示したＡ鋼の製造条件お
よび鋼板のＣａ／Ｓの内、鋼板のＣａ／Ｓのみを、０〜
２．７の範囲内で変化させ、その他は基準試験条件、即
ち、脱酸前の溶鋼中フリ−酸素含有量＝４００ｐｐｍ、
Ｃａ添加後のＡｒガスによる溶鋼攪拌時間＝２分、且
つ、攪拌終了後の溶鋼静置時間＝３０分と一定にした場
合の、鋼板の試験結果を示した。同図から明らかなよう
に、鋼板のＣａ／Ｓが、０．５未満のものには、Ａ系介
在物が認められ、ＨＡＺ割れも発生し、鋼板のＣａ／Ｓ
の減少と共に、両者共に劣化する。一方、鋼板のＣａ／
Ｓが、２．０超のものには、Ｂ系介在物が認められ、Ｈ
ＡＺ割れも発生し、鋼板のＣａ／Ｓの増加と共に、両者
共に劣化する。これに対して、鋼板のＣａ／Ｓが、０．
５〜２．０の範囲内のものには、Ａ系介在物およびＢ系
介在物のいずれも認められず、しかもＨＡＺ割れも発生
せず、優れていた。

【００８８】〔実施例４〕板厚３８〜７０ｍｍの厚鋼板
を、表４に本発明実施例ＮO.１〜１０で示す本発明の範
囲内の方法、および、同表に比較例ＮO.１１〜２０で示
す本発明の範囲外の方法によって製造し、そして、前記
実施例１で述べた方法により、介在物の清浄度試験、お
よび半ボックス施工試験を行なった。同表には、各鋼板
の化学成分組成を併記した。表５には、表４に示した条
件で製造した各鋼板の板厚、引張強さ（ＴＳ）、清浄度
および半ボックス施工試験の結果を示す。

【００８９】

【表４】

【００９０】

【表５】

【００９１】表４および表５から下記事項が明らかであ
る。即ち、脱酸前の溶鋼中フリ−酸素含有量、Ｃａ添加
後の溶鋼攪拌時間、攪拌終了後の溶鋼静置時間、並び
に、鋼板の成分中Ｓ含有量およびＣａ／Ｓの内、何れか
１つ以上が、本発明の範囲外にある鋼板では、Ａ系介在
物（ＭｎＳ）および／またはＢ系介在物（Ｃａ−Ａｌ硫
酸化物系介在物クラスタ−）、並びにＣ系介在物が認め
られた。半ボックス施工試験でも、ＨＡＺ割れが発生し
た。

【００９２】これに対して、本発明法で製造した本発明
鋼板では、Ｃ系介在物は認められたものの、Ａ系介在物
（ＭｎＳ）およびＢ系介在物（Ｃａ−Ａｌ硫酸化物系介
在物クラスタ−）はいずれも認められなかった。また、
半ボックス試験体において、ＨＡＺ割れの発生は皆無で
あった。引張強度も、ＴＳ＞４９０ＭＰａを満足してい
た。

【００９３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
溶鋼のＳ含有量を０．００１〜０．００３ wt.% 程度ま
で脱硫する軽脱硫鋼においても、溶鋼の脱酸前のフリ−
酸素含有量を低く抑え、鋼材中のＣａ（ wt.% ）／Ｓ
（ wt.% ）値が適正になるようにＣａを添加し、Ｃａ添
加後の溶鋼の攪拌時間を所定時間確保し、且つ、溶鋼の
攪拌終了後から連続鋳造開始までの溶鋼静置時間を十分
長く確保するので、大入熱ＳＡＷのＨＡＺ水素割れの起
点となるＡ系介在物およびＢ系介在物が著しく低減し、
ＨＡＺ割れ発生率が著しく低下する。即ち、上記製造方
法に、鋼材の化学成分組成の適正化を付加することによ
って、大入熱ＳＡＷで溶接施工しても、ＨＡＺ割れの危
険性が著しく低いＢＯＸ構造用の５０kgf/mm² 級鋼材を
低コストで製造することができる大入熱溶接用鋼スラブ
を製造することができるので、工業上有用な効果がもた
らされる。

【００９４】また、この発明によれば、溶銑予備処理お
よび取鍋精錬の双方により溶湯を脱硫し、脱酸前の溶鋼
のフリ−酸素含有量を低く抑え、Ｃａ添後の溶鋼攪拌時
間を所定時間確保し、且つ、攪拌後の溶鋼静置時間を十
分長く確保する。従って、鋼材中のＣａ−Ａｌ系硫酸化
物系介在物のみならずＡｌ₂ Ｏ₃ 系酸化物系介在物の発
現をも抑制することができるので、耐水素誘起割れ性に
優れた鋼材を製造することができる、工業上有用な効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】脱酸前の溶鋼のフリ−酸素含有量に対する水素
誘起割れ発生指数を示すグラフである。

【図２】Ｃａ添加後のＡｒガスによる溶鋼攪拌時間に対
する水素誘起割れ発生指数を示すグラフである。

【図３】Ｃａ添加後の溶鋼攪拌終了から連続鋳造開始ま
での溶鋼静置時間に対する水素誘起割れ発生指数を示す
グラフである。

【図４】脱酸前の溶鋼中フリ−酸素含有量と、Ｂ系介在
物量およびＨＡＺ割れ率との関係を示すグラフである。

【図５】Ａｒガスによる溶鋼攪拌時間と、Ｂ系介在物量
およびＨＡＺ割れ率との関係を示すグラフである。

【図６】溶鋼攪拌終了後の溶鋼静置時間と、Ｂ系介在物
量およびＨＡＺ割れ率との関係を、示すグラフである。

【図７】鋼板中のＣａ／Ｓ値と、Ａ系介在物およびＢ系
介在量並びにＨＡＺ割れ率との関係を、示すグラフであ
る。

【図８】大入熱ＳＡＷで施工されたＢＯＸ構造物の角溶
接部のマクロ組織を模式図的に示す横断面図である。

【図９】大入熱ＳＡＷによる半ボックス施工試験用の試
験体の形状、および超音波探傷試験位置の説明図であ
る。

【図１０】半ボックス施工試験におけるＨＡＺ割れ率の
定義を説明する図である。

【符号の説明】

１ 水素割れ、 ２ フランジ鋼板、 ３ ＨＡＺ、 ４ 溶接金属、 ５ ウェブ鋼板、 ６ 裏当て金、 ７ 角溶接部、 ８ ダイアフラム、 ９ ダイヤフラム溶接部、 １０ 超音波探傷による△欠陥および×欠陥のエコ−発
生部分、 ＵＳＴ 超音波探傷実施場所、 ｔ 板厚、 Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ 超音波探傷欠陥エコ−発生部分の長
さ、 Ｌ 溶接長。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 典巳 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 伊木 聡 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 池本 孝行 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 山崎 喜崇 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−73998（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−171616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−84315（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 7/00,7/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶銑を予備処理し、次いで予備処理され
   た前記溶銑を、転炉において脱炭し脱燐し、前記転炉か
   ら出鋼された溶鋼を、取鍋において脱酸し脱硫し脱ガス
   し、そして前記溶鋼にカルシウムを添加し、このように
   して得られた前記溶鋼を連続鋳造し、得られた鋳片を圧
   延することによって鋼材を製造する方法において、 前記溶鋼が脱酸される前の前記溶鋼のフリ−酸素含有量
   が６００ｐｐｍ以下となるように前記溶鋼の前記転炉に
   おける終点炭素含有量を制御し、前記溶鋼を脱酸し、そ
   して前記溶鋼に前記カルシウムを添加した後、前記溶鋼
   を不活性ガスによって２分以上攪拌し、次いで前記溶鋼
   を前記取鍋内で３０分以上静置することを特徴とする、
   耐水素誘起割れ用鋼材の製造方法。
2. 【請求項２】 溶銑を予備処理し、次いで予備処理され
   た前記溶銑を、転炉において脱炭し脱燐し、前記転炉か
   ら出鋼された溶鋼を、取鍋において脱酸し脱硫し脱ガス
   し、そして前記溶鋼にカルシウムを添加し、このように
   して得られた前記溶鋼を連続鋳造し、得られた鋳片を圧
   延することによって鋼材を製造する方法において、 前記溶鋼が脱酸される前の前記溶鋼のフリ−酸素含有量
   が６００ｐｐｍ以下となるように前記溶鋼の前記転炉に
   おける終点炭素含有量を制御し、前記溶鋼をアルミニウ
   ムで脱酸し、前記溶鋼をＳ含有量が０．００１ wt.% 未
   満になるまで脱硫し、そして、前記溶鋼に前記カルシウ
   ムを添加した後、前記溶鋼を不活性ガスによって２分以
   上攪拌し、次いで前記溶鋼を前記取鍋内で３０分以上静
   置することを特徴とする、耐水素誘起割れ用鋼材の製造
   方法。
3. 【請求項３】 溶銑を予備処理し、次いで予備処理され
   た前記溶銑を、転炉において脱炭し脱燐し、前記転炉か
   ら出鋼された溶鋼を、取鍋において脱酸し脱硫し脱ガス
   し、そして前記溶鋼にカルシウムを添加し、このように
   して得られた前記溶鋼を連続鋳造し、得られた鋳片を圧
   延することによって下記化学成分組成： 炭素（Ｃ） ：０．０８〜０．２ wt.% 、 シリコン（Ｓｉ）：０．５ wt.% 以下、 マンガン（Ｍｎ）：１．０〜１．６ wt.% 、 燐（Ｐ） ：０．０２ wt.% 以下、 硫黄（Ｓ） ：０．００３ wt.% 以下、 カルシウム（Ｃａ）：Ｃａ（ wt.% ）／Ｓ（ wt.% ）と
   して、０．５〜２、 可溶性アルミニウム（sol.Ａｌ）：０．００５〜０．０
   ６ wt.% 、 銅（Ｃｕ） ：０〜０．５ wt.% （無添加の場合を
   含む）、 ニッケル（Ｎｉ）：０〜０．５ wt.% （無添加の場合を
   含む）、 ニオブ（Ｎｂ） ：０〜０．０３ wt.% （無添加の場合
   を含む）、 バナジウム（Ｖ）：０〜０．０３ wt.% （無添加の場合
   を含む）、および、 チタン（Ｔｉ） ：０〜０．０２ wt.% （無添加の場合
   を含む）を有する鋼材を製造する方法において、 前記溶鋼が脱酸される前の前記溶鋼のフリ−酸素含有量
   が４００ｐｐｍ以下となるように前記溶鋼の前記転炉に
   おける終点炭素含有量を制御し、前記溶鋼をアルミニウ
   ムで脱酸し、前記溶鋼をＳ含有量が０．００１〜０．０
   ０３ wt.% の範囲内になるまで脱硫し、そして、前記鋼
   材のＳ含有量（ wt.% ）とＣａ含有量（wt.% ）との比
   が、０．５〜２の範囲内になるように前記溶鋼に前記カ
   ルシウムを添加した後、前記溶鋼を不活性ガスによって
   ２分以上攪拌し、次いで前記溶鋼を前記取鍋内において
   ３０分以上静置することを特徴とする、耐水素誘起割れ
   用鋼材の製造方法。