JP5576640B2 - 溶接熱影響部の靭性に優れた鋼材 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁や高層建造物、船舶などに使用される鋼材であって、特に、大入熱溶接したときの溶接熱影響部（以下、単に「ＨＡＺ」と呼ぶことがある）の靭性に優れた鋼材に関するものである。

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、とりわけ良好な靭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靭性が劣化しやすいという問題がある。この靭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の靭性を改善するには、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。

そこで本出願人は、大入熱溶接法を採用した場合のＨＡＺ靭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、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し、しかも溶接時には熱影響を受けても固溶消失しないため、ＨＡＺの靭性向上に寄与する。

一方、特許文献４および５には、鋳造時におけるノズル閉塞を防止する溶鋼の溶製方法が開示されている。これらの特許文献には、母材および溶接熱影響部の組織制御に有効なＴｉ酸化物を鋼中に存在させると、鋳込み時にノズル閉塞が生じ易くなり、生産性が劣化することが指摘されており、酸化物系介在物（具体的には、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、ＲＥＭ酸化物、Ａｌ₂Ｏ₃）の組成を最適範囲に調整してノズルの閉塞を防止している。

しかし、上記の特許文献４および５では、溶接入熱量が約１０ｋＪ／ｍｍ程度の小入熱溶接における溶接熱影響部の靭性を評価しているに過ぎず、溶接入熱量が約５０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接を行なうと、溶接熱影響部の靭性は劣化することが本発明者らの検討によって明らかになった。

また、溶接熱影響部の靭性を向上させる技術ではないが、特許文献６には、建築構造物や橋梁、海洋構造物、造船などの分野で使用されるＲＥＭ含有鋼材を製造するためにＲＥＭ添加鋼を溶製すると、鋳造時に取鍋あるいは浸漬ノズルが閉塞し、鋳造不能になることが指摘されている。この文献には、ノズル閉塞は、ＲＥＭ硫化物によって引き起こされること；ノズル閉塞を回避するには、ＲＥＭ硫化物を例えばＲＥＭオキシサルファイド等にすれば良いことが開示されている。

しかし、これらの特許文献４〜６では、ノズルの溶損防止について充分考慮されていない。

特開２００７−１００２１３号公報 特開２００７−２４７００４号公報 特開２００７−２４７００５号公報 特開２００１−２００３１号公報 特開２００１−２００３３号公報 特開２００５−６０７３９号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大入熱溶接後のＨＡＺ靭性に優れており、且つ、鋳込み時にノズル閉塞やノズル溶損を引き起こさない鋼材を提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明に係る溶接熱影響部の靭性に優れた鋼材とは、Ｃ：０．０２〜０．１５％（「質量％」の意味。以下同じ）、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：０．０５０％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｚｒ：０．０００３〜０．０５０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材であり、且つ、前記鋼材は、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、およびＣａを含有する複合酸化物を含み、前記鋼材に含まれる全介在物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、下記（Ａ）および（Ｂ）を満足する点に要旨を有する。

（Ａ）全介在物に対する比率（質量％）で、ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ₂Ｏ₃）：５〜５０％、ＺｒＯ₂：５．０〜５０％、ＴｉＯ₂：２０．０％以下（０％を含まない）、Ａｌ₂Ｏ₃：２０．０％以下（０％を含まない）、およびＣａＯ：５０．０％以下（０％を含む）を満足する。

（Ｂ）ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＣａＯの合計量に対する比率（質量％）が、下記（１）式および（２）式を満足する。但し、下記（１）式、（２）式中、［ ］は、各酸化物の比率（質量％）を示す。
０＜［Ａｌ₂Ｏ₃］≦５０．０ ・・・（１）
０≦０．４５×［ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）］−０．５５×［ＣａＯ］ ・・・（２）

本発明の上記鋼材は、更に他の元素として、Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：３．５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）、およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上の元素を含有してもよい。

本発明によれば、粒内フェライト変態の核となる所定の複合酸化物（詳細には、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、およびＣａを含有する複合酸化物であって、単独酸化物に換算したときの全介在物に対する比率が適切に制御された複合酸化物）を鋼材中に含んでいるため、大入熱溶接後のＨＡＺ靭性に優れている。更に本発明によれば、上記単独酸化物に換算したＲＥＭの酸化物、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＣａＯで構成される介在物［（ＲＥＭの酸化物）−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＯの介在物］の組成が適切に制御されているため、鋳込み時のノズル閉塞やノズル溶損を効果的に防止することができる。

本発明者らは、大入熱溶接後のＨＡＺ靭性に優れた鋼材を提供するため、介在物を有効活用するとの観点から検討を進めてきた。その結果、（ア）ＲＥＭとＺｒを含む複合酸化物は、ＲＥＭの酸化物単独またはＺｒＯ₂単独の場合に比べ、ＨＡＺ組織の微細化能に極めて優れており、高温でも安定であるため、大入熱後のＨＡＺ靭性向上に効果的であることを突き止め、上記効果を有効に発揮させるための、ＲＥＭおよびＺｒの単独酸化物の比率を規定した。更に、（イ）この複合酸化物は、Ｔｉ、Ａｌ、およびＣａを含有しており、単独酸化物に換算したときの上記組成が適切に制御されていれば、大入熱後のＨＡＺ靭性向上に悪影響を及ぼさないことを突き止め、これらの単独酸化物の比率も規定した。これらの結果をまとめたものが下記要件（Ａ）である。

（Ａ）全介在物に対する比率が、ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ₂Ｏ₃）：５〜５０％、ＺｒＯ₂：５．０〜５０％、ＴｉＯ₂：２０．０％以下（０％を含まない）、Ａｌ₂Ｏ₃：２０．０％以下（０％を含まない）、およびＣａＯ：５０．０％以下（０％を含む）を満足する。

次に、本発明者らは、上記のような介在物の有効活用に当たっては、実機プロセスにおいて、介在物によるノズルの閉塞が懸念されること；介在物によっては、ノズルの溶損が生じる恐れもある、といった実情に鑑み、大入熱溶接後のＨＡＺ靭性向上だけでなく、実機操業性も考慮してノズルの閉塞、更にはノズルの溶損を引き起こさずに鋳造できる技術も同時に提供するとの観点から、検討を重ねた。その結果、（ウ）下記要件（Ｂ）で規定する介在物［詳細には、（ＲＥＭの酸化物）−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＯからなる介在物］の組成を以下のように適切に制御し、当該介在物の融点を、ノズルの閉塞や溶損の防止に有用な範囲内に調整すれば、所期の目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。

（Ｂ）ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＣａＯの合計量に対する比率が、下記（１）式および（２）式を満足する。但し、下記（１）式、（２）式中、［ ］は、各酸化物の比率を示す。
０＜［Ａｌ₂Ｏ₃］≦５０．０ ・・・（１）
０≦０．４５×［ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）］−０．５５×［ＣａＯ］ ・・・（２）

本明細書において、複合酸化物とは、２種以上の元素を含む酸化物であり、１種の元素のみを含む単独酸化物と区別している。また、本明細書において、ＲＥＭを記号Ｍで表すと、ＲＥＭの単独酸化物は「Ｍ₂Ｏ₃」で表され、Ｚｒの単独酸化物は「ＺｒＯ₂」で表され、Ｔｉの単独酸化物は「ＴｉＯ₂」で表され、Ａｌの単独酸化物は「Ａｌ₂Ｏ₃」で表され、Ｃａの単独酸化物は「ＣａＯ」で表されるものとする。これらの単独酸化物は、単に「ＲＥＭの酸化物」などと呼ぶ場合がある。

そして、本発明の鋼材は、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、およびＣａを含有する複合酸化物を含んでいる。これらの元素を含有する複合酸化物は、溶接時に熱影響を受けても固溶消失せず、粒内フェライト変態の起点となるため、特に、大入熱溶接後のＨＡＺ靭性向上に極めて有用である。具体的には、上記複合酸化物は、ＲＥＭの単独酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）と、Ｚｒの単独酸化物（ＺｒＯ₂）と、Ｔｉ、Ａｌ、およびＣａの単独酸化物（ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＣａＯ）を含んでいる。これらの単独酸化物は、互いに凝集したものであってもよい。また、上記の複合酸化物は、酸化物のみから構成されていても良く、上記元素以外の酸化物（例えば、ＳｉＯ₂など）を含んでいてもよい。あるいは、上記の複合酸化物は、酸化物の他に、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。

以下、本発明を特徴付ける要件（Ａ）および（Ｂ）について、詳細に説明する。

［（Ａ）全介在物に対する単独酸化物の平均組成について］
本発明の鋼材は、下記要件（Ａ）を満足するものである。
（Ａ）全介在物に対する比率が、ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ₂Ｏ₃）：５〜５０％、ＺｒＯ₂：５．０〜５０％、並びにＴｉＯ₂：２０．０％以下（０％を含まない）、Ａｌ₂Ｏ₃：２０．０％以下（０％を含まない）、ＣａＯ：５０．０％以下（０％を含む）を満足する。

ここで、「全介在物」とは、鋼材の断面を例えばＥＰＭＡ（Electron Probe X-ray Micro Analyzer；電子線マイクロプローブＸ線分析計）で観察し、観察視野内に認められる介在物を意味する。測定条件の詳細は、後記する実施例の欄で説明する。上記方法によれば、本発明の鋼材中に含まれる元素の酸化物［具体的には、上記要件（Ａ）で規定する酸化物や、上記以外の他の元素の酸化物（例えば、ＭｎＯやＳｉＯ₂など）］、硫化物（例えば、ＣａＳやＲＥＭの硫化物、ＭｎＳなど）、炭化物、窒化物などが挙げられる。

全介在物に対する上記単独酸化物の比率が上記（Ａ）の要件を満足することにより、複合酸化物が、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り、大入熱溶接後のＨＡＺ靭性が一層向上する。上記単独酸化物の比率が上記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、大入熱溶接後のＨＡＺ靭性向上作用が有効に発揮されない。一方、上記単独酸化物の比率が上記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、大入熱溶接後のＨＡＺ靭性向上作用が有効に発揮されない。

上記単独酸化物の詳細は以下のとおりである。

まず、ＲＥＭの酸化物の比率は５〜５０％とする。好ましくは１０％以上であり、より好ましくは１５％以上、更に好ましくは２０％以上である。一方、上限は、好ましくは４５％であり、更に好ましくは４０％である。なお、ＲＥＭの酸化物は、ＲＥＭ元素を記号Ｍで表すと、鋼材中にＭ₂Ｏ₃、Ｍ₃Ｏ₅、ＭＯ₂などの形態で存在するが、上述したとおり、本発明では、ＲＥＭの酸化物をすべてＭ₂Ｏ₃に換算したときの量を意味する。

ＺｒＯ₂の比率は５．０〜５０％とする。好ましくは１０％以上であり、より好ましくは１３％以上、更に好ましくは１５％以上である。一方、上限は、好ましくは４５％であり、更に好ましくは４０％である。

ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＣａＯの比率は、夫々、ＴｉＯ₂：２０．０％以下（０％を含まない）、Ａｌ₂Ｏ₃：２０．０％以下（０％を含まない）、ＣａＯ：５０．０％以下（０％を含む）とする。各単独酸化物は、いずれも粒内フェライトの変態促進作用を有しており、ＨＡＺ靭性を高めるために本発明ではすべての酸化物が必須である。各単独酸化物の範囲は以下の通りである。

上記Ｔｉの酸化物は、２０．０％以下（０％を含まない）とする。好ましくは１８％以下であり、より好ましくは１６％以下である。Ｔｉの酸化物は、０．５％以上含有していることが好ましく、より好ましくは１％以上である。なお、Ｔｉの酸化物は、鋼材中でＴｉ₂Ｏ₃やＴｉ₃Ｏ₅、ＴｉＯ₂として存在するが、全てのＴｉの酸化物をＴｉＯ₂として換算した値が上記範囲を満足していればよい。

上記Ａｌ₂Ｏ₃は、２０．０％以下（０％を含まない）とする。好ましくは１５％以下であり、より好ましくは１０％以下である。適当な濃度であればＡｌ₂Ｏ₃は、粗大なＴｉＮが酸化物上に晶出するのを抑え、粗大介在物による靭性劣化を抑制する作用を有しているため、０．１％以上含有することが好ましく、より好ましくは０．５％以上である。

上記ＣａＯは、５０．０％以下（０％を含む）とする。５０．０％を超えると、粒内フェライトの変態能が却って劣化する他、鋳造時にノズルの溶損を引き起こす原因となる。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３５％以下である。

［（Ｂ）三成分介在物の比率について］
本発明の鋼材は、更に下記要件（Ｂ）を満足するものである。
（Ｂ）ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＣａＯの合計量に対する比率が、下記（１）式および（２）式を満足する。但し、下記（１）式、（２）式中、［ ］は、各酸化物の比率を示す。
０＜［Ａｌ₂Ｏ₃］≦５０．０ ・・・（１）
０≦０．４５×［ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）］−０．５５×［ＣａＯ］ ・・・（２）

上記要件（Ｂ）で規定する三成分介在物、即ち、（ＲＥＭの酸化物）−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＯからなる介在物は、ノズルの閉塞や溶損の防止に極めて有用であり、上記範囲内に制御することによって、大入熱溶接後のＨＡＺ靭性を良好に維持したまま、鋳造時にノズルの閉塞や溶損を引き起こすことなく鋳造することが可能になる。その理由は詳細には不明であるが、上記範囲の組成を外れると、融点が低くなるか、著しく高くなるのに対し、上記範囲内の組成物とすることによって、ノズルの閉塞防止などに有用な融点の範囲内に調整できたためと考えられる。

本発明において、Ａｌ₂Ｏ₃の比率［Ａｌ₂Ｏ₃］が上記（１）式を満足しない場合には、Ａｌ₂Ｏ₃の生成量が多くなり過ぎるため、Ａｌ₂Ｏ₃が鋳込み時に用いるノズルの内壁に付着し、ノズルを閉塞する原因となる。従ってＡｌ₂Ｏ₃の生成量は、上記（１）式の関係を満足する必要がある。好ましくは下記（１ａ）式を満足するのが良く、より好ましくは下記（１ｂ）式を満足するのが良い。
０＜［Ａｌ₂Ｏ₃］≦４０ ・・・（１ａ）
０＜［Ａｌ₂Ｏ₃］≦３０ ・・・（１ｂ）

また、ＲＥＭの酸化物の比率［ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）］およびＣａＯの比率［ＣａＯ］が上記（２）式の関係を満足しない場合には、ＣａＯの生成量がＲＥＭの酸化物と比べて多くなり過ぎるため、過剰なＣａＯが鋳込み時に用いるノズルを構成するＡｌ₂Ｏ₃と反応して低融点組成の酸化物を形成し、ノズルが溶損する原因となる。好ましくは下記（２ａ）式を満足するのが良く、より好ましくは下記（２ｂ）式を満足するのが良い。
５≦０．４５×［ＲＥＭの酸化物］−０．５５×［ＣａＯ］ ・・・（２ａ）
１０≦０．４５×［ＲＥＭの酸化物］−０．５５×［ＣａＯ］ ・・・（２ｂ）

次に、本発明の鋼材（母材）における成分組成について説明する。本発明の鋼材は、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：０．０５０％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｚｒ：０．０００３〜０．０５０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％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。

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る。こうした効果を発揮させるには、０．０２％以上含有させる必要がある。Ｃは、０．０４％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０５％以上である。しかしＣが０．１５％を超えると、溶接時のＨＡＺに島状マルテンサイト（ＭＡ）を多く生成してＨＡＺの靭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は０．１５％以下とする。好ましくは０．１３％以下、より好ましくは０．１％以下とする。

Ｓｉは、脱酸作用を有すると共に、固溶強化により鋼材の強度を確保するの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、Ｓｉは０．０２％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．０５％以上、更に好ましくは０．１％以上含有させるのがよい。しかしＳｉが０．５％を超えると、鋼材（母材）の溶接性や靭性が劣化するため、Ｓｉは０．５％以下に抑える必要がある。好ましくは０．４５％以下であり、より好ましくは０．４％以下である。なお、溶接時のＨＡＺに高靭性が求められる場合は、Ｓｉを０．３％以下に抑えることが推奨される。好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０１％以下である。但し、Ｓｉ量を低減し過ぎると、母材自体の強度が低下する傾向がある。

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、０．５％以上含有させることが好ましい。Ｍｎは、より好ましくは０．７％以上、更に好ましくは０．８％以上含有させるのがよい。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ため、Ｍｎは、２．５％以下に抑える必要がある。好ましくは２．３％以下であり、より好ましくは２％以下とする。

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靭性を劣化させる元素である。従ってＰは０．０３％以下に抑制する必要があり、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。

Ｓは、Ｍｎと結合して硫化物（ＭｎＳ）を生成し、母材の靭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は、希土類元素（例えば、ＬａやＣｅ）と結合して硫化物（例えば、ＬａＳやＣｅＳ）を生成し、希土類元素の酸化物が生成するのを阻害し、ＨＡＺ靭性を劣化させる元素である。従ってＳは０．０２％以下に抑制する必要がある。好ましくは０．０１５％以下であり、より好ましくは０．０１％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。

Ａｌは、ＲＥＭとＺｒと共に複合酸化物を形成し、ＨＡＺ靭性を向上するのに作用する元素である。また、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靭性が劣化する。従ってＡｌは０．０５０％以下に抑える必要がある。Ａｌは、好ましくは０．０３％以下、より好ましくは０．０１％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。

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、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（ピン止め効果）し、またフェライト変態を促進し、ＨＡＺ靭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、０．００３％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．００４％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が促進されるため、ＨＡＺの靭性向上に有効に作用する。しかしＮが０．０１％を超えると、固溶Ｎ量が増大して母材自体の靭性が劣化し、ＨＡＺ靭性も低下する。従ってＮは０．０１％以下に抑える必要がある。好ましくは０．００９％以下、より好ましくは０．００８％以下とする。

Ｔｉは、ＲＥＭとＺｒと共に複合酸化物を形成し、ＨＡＺ靭性を向上するのに作用する元素である。また、Ｔｉは、鋼材中にＴｉＮなどの窒化物や、Ｔｉの酸化物を生成し、ＨＡＺ靭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。好ましくは０．００７％以上、より好ましくは０．０１％以上とする。しかしＴｉを過剰に添加するとＴｉの酸化物が多量に生成し過ぎて鋼材（母材）の靭性を劣化させるため、Ｔｉは０．１０％以下に抑えるべきである。Ｔｉは、好ましくは０．０７％以下であり、より好ましくは０．０６％以下である。

Ｚｒは、Ｚｒを含有する複合酸化物を形成し、ＨＡＺ靭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、０．０００３％以上含有する必要がある。好ましくは０．００１％以上、より好ましくは０．００２％以上である。しかし過剰に添加すると、粗大なＺｒ炭化物が生成し、母材自体の靭性を低下させる。従ってＺｒは０．０５０％以下に抑える必要がある。好ましくは０．０４％以下であり、より好ましくは０．０３％以下である。

ＲＥＭ（希土類元素）は、ＲＥＭを含有する複合酸化物を形成し、ＨＡＺ靭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、ＲＥＭは０．０００３％以上含有する必要がある。好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．００２％以上である。しかし過剰に添加すると、固溶ＲＥＭが偏析して母材靭性が劣化するため、ＲＥＭは０．０１５％以下に抑える必要がある。好ましくは０．０１％以下であり、より好ましくは０．００７％以下である。

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。

Ｃａは、ＲＥＭとＺｒと共に複合酸化物を形成し、ＨＡＺ靭性を向上するのに作用する元素である。こうした効果を発揮させるために、Ｃａは０．０００３％以上含有する必要がある。好ましくは０．００１％以上、より好ましくは０．００１５％以上である。しかしＣａを過剰に添加すると、粗大なＣａの硫化物を形成し、母材の靭性を劣化させる。従ってＣａは０．０１０％以下に抑える必要がある。Ｃａは、好ましくは０．００９％以下であり、より好ましくは０．００８％以下である。

本発明の鋼材は、上記元素を必須成分として含有し、残部は鉄および不可避不純物（例えば、ＭｇやＡｓ，Ｓｅなど）である。

本発明の鋼材は、鋼材の強度を高めるために、Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：３．５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）、およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上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。

Ｃｕは、鋼材を固溶強化させる元素であり、こうした効果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。より好ましくは０．１％以上であり、更に好ましくは０．２％以上である。特に０．６％以上含有させると、固溶強化のほか、時効析出強化も発揮し、大幅な強度向上が可能となる。しかし２％を超えて含有させると、鋼材（母材）の靭性を低下させるため、Ｃｕは２％以下に抑えるのがよい。好ましくは１．８％以下であり、より好ましくは１．６％以下とする。

Ｎｉは、鋼材の強度を高めると共に、鋼材の靭性を向上させるのに有効に作用する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、０．０５％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．１％以上であり、更に好ましくは０．２％以上である。Ｎｉは多いほど好ましいが、高価な元素であるため経済的観点から３．５％以下に抑えることが好ましい。より好ましくは３．３％以下であり、更に好ましくは３％以下である。

Ｎｂを添加して強度を高めるには、０．００３％以上含有させるのが好ましい。より好ましくは０．００５％以上であり、更に好ましくは０．０１％以上、特に好ましくは０．０３％以上である。しかし０．２５％を超えると炭化物（ＮｂＣ）が析出し、母材の靭性を劣化させるので、Ｎｂは０．２５％以下に抑えるのが好ましい。より好ましくは０．２３％以下であり、更に好ましくは０．２％以下である。

Ｍｏを添加して強度を高めるには、０．０１％以上含有させるのが望ましい。より好ましくは０．０２％以上であり、更に好ましくは０．０３％以上含有させるのが推奨される。但し、１％を超えると溶接性を悪化させるためＭｏは１％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．９％以下であり、更に好ましくは０．８％以下に抑えるのが推奨される。

Ｖを添加して強度を高めるには、０．００３％以上含有させるのが望ましい。より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１％以上、特に好ましくは０．０３％以上含有させるのがよい。しかし０．１％を超えると溶接性が悪化する共に、母材の靭性が劣化するため、Ｖは０．１％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．０８％以下、更に好ましくは０．０６％以下である。

Ｃｒを添加して強度を高めるには、０．０１％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．０２％以上、更に好ましくは０．０３％以上、特に好ましくは０．１％以上である。しかし３％を超えると溶接性が劣化するため、Ｃｒは３％以下に抑えることが好ましい。より好ましくは１．５％以下であり、更に好ましくは１％以下である。

Ｂは、鋼材の強度を高めると共に、溶接時に加熱されたＨＡＺが冷却される過程において鋼中のＮと結合してＢＮを析出し、オーステナイト粒内からのフェライト変態を促進させる。こうした効果を有効に発揮させるには、０．０００３％以上含有させるのが好ましい。より好ましくは０．０００５％以上であり、更に好ましくは０．０００８％以上、特に好ましくは０．００１％以上である。しかし０．００５％を超えると鋼材（母材）の靭性を劣化させるためＢは０．００５％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．００４％以下であり、更に好ましくは０．００３％以下である。

次に、本発明の鋼材を製造するために好適に採用できる製法について説明する。

本発明の鋼材は、溶鋼の溶存酸素量を０．０１０％以下に調整した溶鋼に添加する元素の添加順序および時間、更には鋳造開始までの時間を厳密に管理して製造することが極めて重要であり、これより、上記（Ａ）および（Ｂ）の要件を満足する鋼材を製造することができる。

まず、Ｔｉ、ＲＥＭ、Ｚｒ、およびＣａを除く元素の量が適切に調整された溶鋼であって、溶鋼の溶存酸素量が０．０１０％以下に調整された溶鋼を用意する。次いで、Ｔｉ、ＲＥＭ、およびＺｒよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を添加し、その後にＣａを添加する。本発明では、ＲＥＭの添加後４０分以内にＣａを添加すると共に、Ｃａの添加後８０分以内に鋳造を開始することが重要である。溶存酸素量を調整した溶鋼に、上記所定の合金元素をこの順序で添加することによって粗大な酸化物の生成が抑制され、粒内フェライトの生成核となる所望の複合酸化物が生成され、上記要件（Ａ）を満足させることができる。また、ＲＥＭの添加後Ｃａを添加するまでの時間と、Ｃａの添加後鋳造を開始するまでの時間とを両方適切に制御することによって、上記要件（Ｂ）に規定する三成分介在物の組成を適切に調整でき、鋳造時におけるノズルの閉塞と溶損を防止できる。以下、本発明の鋼材の製法について詳細に説明する。

［溶鋼の溶存酸素量について］
まず、本発明では、溶存酸素量を０．０１０％以下に調整した溶鋼に、Ｔｉ、ＲＥＭおよびＺｒよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を添加する。溶存酸素量が０．０１０％を超える溶鋼に上記いずれかの元素を添加すると、粗大な酸化物を形成するため、ＨＡＺ靭性が却って劣化する。従って上記元素を添加する前の溶存酸素量は、０．０１０％以下とする。好ましくは０．００９％以下、より好ましくは０．００８％以下とする。なお、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。

なお、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、０．０１００％を超えているため、本発明では、溶鋼中の溶存酸素量を、例えば、以下の方法で上記範囲に調整する必要がある。

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Ｃ脱酸する方法や、Ｓｉや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しても良い。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Ｃ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。

［ＲＥＭ添加後の時間について］
ＲＥＭの添加後４０分以内にＣａを添加すると共に、Ｃａの添加後８０分以内に鋳造を開始する。

ＲＥＭを添加する前にＣａを添加すると、Ｃａの酸化物（ＣａＯ）が多量に形成されるため、ＣａＯがノズルを構成するＡｌ₂Ｏ₃と反応して低融点組成の酸化物を形成し、ノズルの溶損が発生する。

また、ＲＥＭを添加してからＣａを添加した場合であっても、ＲＥＭを添加してから４０分を超えてＣａを添加すると、ＲＥＭの酸化物が浮上分離して減少し、その後のＣａ添加でＣａＯが多量に形成されるため、ＣａＯがノズルを構成するＡｌ₂Ｏ₃と反応して低融点組成の酸化物を形成し、ノズルの溶損が発生する。従ってＲＥＭを添加してからＣａを添加するまでの時間は４０分以内とする。好ましくは３６分以内であり、より好ましくは３２分以内である。

また、Ｃａを添加してから８０分を超えて鋳造を開始すると、Ｃａが溶鋼中に形成された酸化物（特に、ＲＥＭの酸化物）を還元してＣａＯが多量に形成されるため、ＣａＯがノズルを構成するＡｌ₂Ｏ₃と反応して低融点組成の酸化物を形成し、ノズルの溶損が発生する。従ってＣａを添加してから鋳造を開始するまでの時間は８０分以内とする。好ましくは７０分以内であり、より好ましくは６０分以内である。

なお、本発明者らの検討結果によれば、所望の特性を有効に発揮させるためには、当該工程の時間管理が極めて重要であり、上述した範囲を外れると、所望の特性が得られないことが判明した。

溶鋼へ添加するＲＥＭやＣａ，Ｚｒ，Ｔｉの形態は特に限定されず、例えば、ＲＥＭとして、純Ｌａや純Ｃｅ，純Ｙなど、或いは純Ｃａ，純Ｚｒ，純Ｔｉ、更には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，Ｎｉ−Ｃａ合金などを添加すればよい。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。

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。

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靭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以上の厚鋼板などの鋼材を対象としている。本発明による優れたＨＡＺ靭性向上作用は、板厚が５０ｍｍ以上、特に８０ｍｍ以上の厚鋼板とし、入熱量が５０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接を行ったときに有効に発揮される。

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

溶銑を２４０トン転炉で一次精錬した後、該転炉から取鍋へ出鋼し、成分調整および温度調整しながら二次精錬を行った。

取鍋では、ＳｉとＭｎを用いて脱酸し、下記表１、表２に示す溶存酸素量に調整した溶鋼に、Ｔｉを添加し、次いでＲＥＭとＺｒを添加し、次いでＣａを添加した。このとき、ＲＥＭを添加してからＣａを添加するまでの時間と、Ｃａを添加してから鋳造を開始するまでの時間を下記表１、表２に示す通り種々変化させた。下記表１、表２には、ＲＥＭとＣａの添加順序も示した。なお、下記表１のＮｏ．３３〜３５については、Ｃａを添加してからＲＥＭを添加するまでの時間を示した。

溶存酸素量とは、溶鋼に溶存原子として含まれる酸素量を意味し、固体電解質を用いた酸素センサーを用いて測定した。また、ＲＥＭはＬａを５０％程度とＣｅを２５％程度含有するミッシュメタルの形態で、ＺｒはＺｒ単体で、ＴｉはＦｅ−Ｔｉ合金の形態で、ＣａはＮｉ−Ｃａ合金、またはＣａ−Ｓｉ合金、またはＦｅ−Ｃａ圧粉体の形態で夫々添加した。

なお、二次精錬には、取鍋加熱精錬装置（ＬＦ）や還流式脱ガス精錬装置（ＲＨ）などを用いた。

下記表３〜表６に、成分調整後の鋼材の成分組成（残部は鉄および不可避不純物）を示す。

成分調整後の溶鋼は、取鍋から連続鋳造機へ移してスラブに鋳造した。取鍋内の溶鋼を連続鋳造機へ移す際に用いるノズル（取鍋ノズル）には、鉄鋼業で一般的に用いられているアルミナ・グラファイト質のノズルを用いた。

鋳造後に、取鍋ノズルを目視で観察し、ノズルの内壁に付着物が認められなかった場合を「ノズル閉塞無し（合格、○）」、ノズルの内壁に付着物が認められ、閉塞した場合を「ノズル閉塞有り（不合格、×）」と評価した。評価結果を下記表１１、表１２に示す。

また、取鍋ノズルを目視で観察し、ノズルに溶損が認められなかった場合を「ノズル溶損無し（合格、○）」、ノズルに溶損が認められた場合を「ノズル溶損有り（不合格、×）」と評価した。評価結果を下記表１１、表１２に示す。

鋳造して得られたスラブを熱間圧延して厚み３０ｍｍの鋼板を得た。得られた熱延鋼板のｔ／４（但し、ｔは熱延鋼板の厚み）位置における横断面からサンプルを切り出した。切り出されたサンプル表面を日本電子製のＥＰＭＡ「ＪＸＡ−８５００Ｆ（装置名）」を用いて１０，０００倍で観察し、最大径が０．２μｍ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，観察視野面積を１〜５ｃｍ²，分析個数は無作為に選択した１００個とし、特性Ｘ線の波長分散分光により介在物中央部での成分組成を定量分析した。分析対象元素は、Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｏ，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、分析対象とする介在物の中央部から得られたＸ線強度と前記検量線から分析対象とする介在物に含まれる元素濃度を定量した。

介在物のうち、酸素含有量が５％以上のものを酸化物とした。また、一つの介在物から５％以上の酸素と、複数の元素が検出された場合には、各元素に基づくＸ線強度の比から各元素の単独酸化物に換算し、酸化物の平均組成を算出した。また、介在物中にＳが検出された場合は、酸化物よりも硫化物が優先的に生成していると仮定し、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｍｎの酸化物の平均組成を算出した。即ち、介在物中にＳが検出された場合は、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｍｎの順でＣａＳ、ＲＥＭの硫化物、ＭｎＳが生成していると想定し、検出されたＳ濃度に応じて定量された元素濃度から硫化物として消費された元素濃度を引いて残った元素濃度が、酸化物として生成していると考えて酸化物の平均組成を算出した。熱延鋼板に含まれる介在物の組成を下記表７〜表１０に示す。

なお、表７〜表１０において、「その他」は、ＭｇＯやＣｒ₂Ｏ₃などの介在物の含有量を意味する。

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、全てのＲＥＭの酸化物をＭ₂Ｏ₃に換算し、平均組成を算出した。また、Ｔｉの酸化物は、鋼材中でＴｉ₂Ｏ₃やＴｉ₃Ｏ₅、ＴｉＯ₂として存在するが、全てのＴｉの酸
化物をＴｉＯ₂として換算し、平均組成を算出した。

上記サンプル表面をＥＰＭＡで観察した結果、観察された介在物は、ＲＥＭとＺｒを含む複合介在物が大半であったが、単独介在物としてＲＥＭの介在物やＺｒの介在物も生成していた。

表７〜表１０に示した介在物の組成のうち、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、およびＲＥＭの酸化物の合計を１００％として再換算したときの各酸化物の平均組成を下記表１１、表１２に示す。

また、表１１、表１２に示した各酸化物の平均組成に基づいて下記（２）’式で算出されるＺ値を下記表１１、表１２に併せて示す。
Ｚ＝０．４５×［ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）］−０．５５×［ＣａＯ］ ・・（２）’

次に、溶接時に熱影響を受けるＨＡＺの靭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、上記熱延鋼板から切り出したサンプルが１４００℃になる様に加熱し、この温度で６０秒間保持した後、冷却して行った。冷却は、８００℃から５００℃への冷却時間が３００秒となるように調整した。冷却後のサンプルの衝撃特性は、Ｖノッチシャルピー試験を行って−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ_-40）を測定して評価した。

サンプルは、同一鋼種からＪＩＳ Ｚ２２４２「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」に準じて３本ずつ採取した。各サンプルについて測定したｖＥ_-40の平均値を下記表１１、表１２に示す。ｖＥ_-40の平均値が１００Ｊ以上のものを合格（ＨＡＺ靭性良好）とする。

下記表１〜表１２から次のように考察できる。Ｎｏ．１〜３２は、本発明で規定する要件を満足する例であり、鋼材中の酸化物組成を適切に制御できているため、鋳造時にノズルの閉塞や溶損が発生することなく製造され、しかも得られた鋼材は、溶接したときのＨＡＺ靭性が良好になっている。一方、Ｎｏ．３３〜７５は、本発明で規定するいずれかの要件を外れる例である。

特にＮｏ．３３〜３５は、溶存酸素量［Ｏ］を調整した溶鋼に、ＲＥＭを添加する前にＣａを添加しているため、ＲＥＭの酸化物よりもＣａＯが多く生成し過ぎて、ＲＥＭの酸化物とＣａＯの生成量が上記（２）式の関係を満足していない。よってＣａＯがノズルを構成するＡｌ₂Ｏ₃と反応して低融点組成の酸化物を形成し、ノズルの溶損が発生した。

Ｎｏ．３６は、Ｃａを過剰に添加しているため、ＲＥＭの酸化物よりもＣａＯが多く生成し過ぎて、ＲＥＭの酸化物とＣａＯの生成量が上記（２）式の関係を満足していない。よってＣａＯがノズルを構成するＡｌ₂Ｏ₃と反応して低融点組成の酸化物を形成し、ノズルの溶損が発生した。

Ｎｏ．３７、３８、４６、７４は、ＲＥＭを添加してから４０分を超えてＣａを添加しているため、ＲＥＭの酸化物よりもＣａＯが多く生成し過ぎて、ＲＥＭの酸化物とＣａＯの生成量が上記（２）式の関係を満足していない。よってＣａＯがノズルを構成するＡｌ₂Ｏ₃と反応して低融点組成の酸化物を形成し、ノズルの溶損が発生した。

Ｎｏ．３９〜４５は、鋼材の成分組成が、本発明で規定する範囲から外れているため、ＨＡＺ靭性が劣化している。

Ｎｏ．４７、４９、５１、５３は、用意した溶鋼の溶存酸素量が多過ぎるため、所望の介在物組成が得られていない。従ってＲＥＭの酸化物とＣａＯの生成量が上記（２）式を満足せずノズルの溶損を引き起こした。またＨＡＺ靭性が劣化している。

Ｎｏ．４８、５２は、用意した溶鋼の溶存酸素量が多過ぎる他、ＲＥＭを添加してから４０分を超えてＣａを添加しているため、ＲＥＭの酸化物とＣａＯの生成量が上記（２）式を満足せずノズルが溶損した。またＨＡＺ靭性が劣化している。

Ｎｏ．５０は、Ｃａを添加してから８０分を超えて鋳造を開始しているため、所望の介在物組成が得られていない。従ってＲＥＭの酸化物とＣａＯの生成量が上記（２）式を満足せず、ノズルの溶損を引き起こした。
Ｎｏ．５４、５６は、ＲＥＭを添加してから４０分を超えてＣａを添加している例である。これらの例は、Ａｌ₂Ｏ₃の生成量が上記（１）式を満足しないため、ノズル閉塞が発生した。またＨＡＺ靱性が劣化している。

Ｎｏ．６０、６１、７５は、Ｃａを添加してから８０分を超えて鋳造を開始しているため、所望の介在物組成が得られていない。従ってＡｌ₂Ｏ₃の生成量が上記（１）式を満足せず、ノズルの溶損を引き起こした。また、ＨＡＺ靭性が劣化している。

Ｎｏ．５５、５７、５８、５９は、用意した溶鋼の溶存酸素量が多過ぎるため、Ａｌ₂Ｏ₃の生成量が上記（１）式を満足せず、ノズルの閉塞が発生した。またＨＡＺ靭性が劣
化している。

Ｎｏ．６２、６３、６５、６６、６８、６９、７１、７２は、用意した溶鋼の溶存酸素量が多過ぎるため、単独酸化物に換算したときの組成が上記要件（Ａ）を満足していない。従ってＨＡＺ靭性が劣化している。

Ｎｏ．６４と６７は、Ｃａを添加してから８０分を超えて鋳造を開始している例である。これらの例は、単独酸化物に換算したときの組成が上記要件（Ａ）を満足していない。従ってＨＡＺ靭性が劣化している。

Ｎｏ．７０と７３は、ＲＥＭを添加してから４０分を超えてＣａを添加している例である。これらの例は、単独酸化物に換算したときの組成が上記要件（Ａ）を満足していない。従ってＨＡＺ靭性が劣化している。

Claims (2)

1. Ｃ ：０．０２〜０．１５％（「質量％」の意味。以下同じ）、
   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：０．０５０％以下（０％を含まない）、
   Ｎ ：０．０１％以下（０％を含まない）、
   Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、
   Ｚｒ：０．０００３〜０．０５０％、
   ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１５％、
   Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％を含有し、
   残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材であり、且つ、
   前記鋼材は、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、およびＣａを含有する複合酸化物を含み、
   前記鋼材に含まれる全介在物の組成を測定して単独酸化物に換算したとき、下記（Ａ）および（Ｂ）を満足することを特徴とする溶接熱影響部の靭性に優れた鋼材。
   （Ａ）全介在物に対する比率で、
   ＲＥＭの酸化物（ＲＥＭをＭの記号で表すとＭ₂Ｏ₃）：５〜５０％、
   ＺｒＯ₂：５．０〜５０％、
   ＴｉＯ₂：２０．０％以下（０％を含まない）、
   Ａｌ₂Ｏ₃：２０．０％以下（０％を含まない）、および
   ＣａＯ：５０．０％以下（０％を含む）を満足する。
   （Ｂ）ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）、Ａｌ₂Ｏ₃、およびＣａＯの合計量に対する比率（質量％）が、下記（１）式および（２）式を満足する。但し、下記（１）式、（２）式中、［ ］は、各酸化物の比率（質量％）を示す。
   ０＜［Ａｌ₂Ｏ₃］≦５０．０ ・・・（１）
   ０≦０．４５×［ＲＥＭの酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）］−０．５５×［ＣａＯ］ ・・・（２）
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）、
   Ｎｉ：３．５％以下（０％を含まない）、
   Ｎｂ：０．２５％以下（０％を含まない）、
   Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）、
   Ｖ ：０．１％以下（０％を含まない）、
   Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）、および
   Ｂ ：０．００５％以下（０％を含まない）
   よりなる群から選ばれる１種以上の元素を含むものである請求項１に記載の鋼材。