JP7205619B2 - steel - Google Patents

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    • C21C7/06Deoxidising, e.g. killing

Description

本発明は溶接熱影響部(Heat Affected Zone:HAZ)靭性に優れる鋼材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel material having excellent weld heat affected zone (HAZ) toughness.

降伏強度が300~700MPa程度の高張力鋼板は、建築、橋梁、造船、ラインパイプ、建設機械、海洋構造物、タンクなどの各種の溶接鋼構造物に用いられる。これらの構造物は、溶接入熱量が5kJ/mm程度の小入熱溶接から、溶接入熱量が130kJ/mmを超える超大入熱溶接までの広範な溶接条件において良好なHAZ靭性を有することが求められる。 High-strength steel sheets with a yield strength of about 300 to 700 MPa are used for various welded steel structures such as buildings, bridges, shipbuilding, line pipes, construction machinery, offshore structures, and tanks. These structures are required to have good HAZ toughness under a wide range of welding conditions, from low heat input welding with a welding heat input of about 5 kJ/mm to ultra-high heat input welding with a welding heat input exceeding 130 kJ/mm. be done.

HAZにおいては溶融線に近づくほど溶接時の加熱温度が高くなり、特に溶融線近傍の1400℃以上に加熱される領域ではオーステナイト(γ)が著しく粗大化してしまい、冷却後のHAZ組織が粗大化して靭性が劣化する。この傾向は溶接入熱量が大きくなるほど顕著である。 In the HAZ, the closer to the fusion line, the higher the heating temperature during welding, especially in the region heated to 1400 ° C. or more near the fusion line, the austenite (γ) is remarkably coarsened, and the HAZ structure after cooling is coarsened. toughness deteriorates. This tendency becomes more conspicuous as the welding heat input increases.

従来のHAZの靭性向上に関する技術は、大きく分類すると主に二つの基本技術に基づいている。その一つは鋼中の粒子によるピン止め効果を利用してオーステナイトの粗大化を防止する技術である。HAZの結晶粒の微細化に寄与する微細な粒子をピンニング粒子という。他の一つはオーステナイトの粒内フェライト変態を利用して有効結晶粒径を微細化する技術である。 Conventional techniques for improving toughness of HAZ are mainly based on two basic techniques when broadly classified. One of them is a technique to prevent coarsening of austenite by utilizing the pinning effect of particles in steel. Fine particles that contribute to refining the crystal grains of the HAZ are called pinning particles. Another technique is to refine the effective grain size by utilizing intragranular ferrite transformation of austenite.

国際公開第2014/091604号(特許文献1)、特開2013-204118号公報(特許文献2)、特開2002-3986号公報(特許文献3)には、微細なMg及びMnを含む硫化物粒子を鋼中に分散させ、硫化物粒子のピン止め効果により溶接時のγ粒成長を抑制して、HAZ靭性を向上させることが可能な鋼材が記載されている。 WO 2014/091604 (Patent Document 1), JP 2013-204118 (Patent Document 2), JP 2002-3986 (Patent Document 3), sulfides containing fine Mg and Mn A steel material is described in which particles are dispersed in the steel and the pinning effect of the sulfide particles suppresses the growth of γ grains during welding, thereby improving the HAZ toughness.

また、国際公開第2001/027342号(特許文献4)、特開2000-80437号公報(特許文献5)、特開2000-80436号公報(特許文献6)、特開平11-236645号公報(特許文献7)には、微細なTi及びMgを含む酸化物粒子を鋼中に分散させることにより、溶接時のγ粒成長を抑制して、HAZ靭性を向上させることが可能な鋼材が記載されている。 In addition, International Publication No. 2001/027342 (Patent Document 4), JP-A-2000-80437 (Patent Document 5), JP-A-2000-80436 (Patent Document 6), JP-A-11-236645 (Patent Document Document 7) describes a steel material that can suppress the growth of γ grains during welding and improve HAZ toughness by dispersing fine oxide particles containing Ti and Mg in the steel. there is

更に、特開2001-342537号公報(特許文献8)、特開2001-226739号公報(特許文献9)、特開2001-288509号公報(特許文献10)には、微細なTi、Ca及びAlを含む酸化物粒子を鋼中に分散させ、これらの粒子をフェライト変態核として利用することにより、HAZ組織の粗大化を抑制して靭性を向上させた鋼材が記載されている。 Furthermore, in JP-A-2001-342537 (Patent Document 8), JP-A-2001-226739 (Patent Document 9), and JP-A-2001-288509 (Patent Document 10), fine Ti, Ca and Al A steel material is described in which coarsening of the HAZ structure is suppressed and toughness is improved by dispersing oxide particles containing in the steel and using these particles as ferrite transformation nuclei.

更にまた、国際公開第2011/148754号(特許文献11)、特開2009-174059号公報(特許文献12)には、微細なTiN粒子を鋼中に分散させ、TiN粒子のピン止め効果により溶接時のγ粒成長を抑制して、HAZ靭性を向上させることが可能な鋼材が記載されている。 Furthermore, in International Publication No. 2011/148754 (Patent Document 11) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-174059 (Patent Document 12), fine TiN particles are dispersed in steel, and welding is performed by the pinning effect of TiN particles. It describes a steel material capable of suppressing the growth of γ grains during aging and improving the HAZ toughness.

また、特開2015-7264号公報(特許文献13)、特開2012-52224号公報(特許文献14)には、微細なAlMn系の酸化物粒子を鋼中に分散させることにより、溶接時のγ粒成長を抑制して、HAZ靭性を向上させることが可能な鋼材が記載されている。 In addition, in JP 2015-7264 (Patent Document 13) and JP 2012-52224 (Patent Document 14), by dispersing fine AlMn-based oxide particles in steel, A steel material capable of suppressing γ grain growth and improving HAZ toughness is described.

更にまた、国際公開第2015/075771号(特許文献15)、特開2015-98642号公報(特許文献16)、国際公開第2014/199488号(特許文献17)には、TiN粒子、MnS粒子及びこれらの複合粒子やTi酸化物粒子を鋼中に分散させ、これらの粒子をフェライト変態核として利用することにより、HAZ組織の粗大化を抑制して靭性を向上させた鋼材が記載されている。 Furthermore, in International Publication No. 2015/075771 (Patent Document 15), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-98642 (Patent Document 16), and International Publication No. 2014/199488 (Patent Document 17), TiN particles, MnS particles and A steel material is disclosed in which coarsening of the HAZ structure is suppressed and toughness is improved by dispersing these composite particles and Ti oxide particles in steel and using these particles as ferrite transformation nuclei.

特開2001-89825号公報(特許文献18)にはHAZ靭性を高めるためにMgを含む酸化物の微細化を利用し、Biを任意成分として含む鋼材が記載されている。特開2007-100203号公報(特許文献19)には、γ粒成長を抑制するために、Mg及びAgを含有し、又は、更にBiを含有する鋼材が記載されている。特開2011-218370号公報(特許文献20)には、凝固組織を微細化するためにBiを含有する鋼材が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-89825 (Patent Document 18) describes a steel material containing Bi as an optional component by utilizing refinement of oxides containing Mg in order to increase HAZ toughness. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-100203 (Patent Document 19) describes a steel material containing Mg and Ag, or further containing Bi, in order to suppress the growth of γ grains. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-218370 (Patent Document 20) describes a steel material containing Bi for refining the solidified structure.

国際公開第2014/091604号WO2014/091604 日本国特開2013-204118号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-204118 日本国特開2002-3986号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-3986 国際公開第2001/027342号WO 2001/027342 日本国特開2000-80437号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-80437 日本国特開2000-80436号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-80436 日本国特開平11-236645号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-236645 日本国特開2001-342537号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-342537 日本国特開2001-226739号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-226739 日本国特開2001-288509号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-288509 国際公開第2011/148754号WO2011/148754 日本国特開2009-174059号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-174059 日本国特開2015-7264号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-7264 日本国特開2012-52224号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-52224 国際公開第2015/075771号WO2015/075771 日本国特開2015-98642号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-98642 国際公開第2014/199488号WO2014/199488 日本国特開2001-89825号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-89825 日本国特開2007-100203号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-100203 日本国特開2011-218370号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-218370

これらの技術によって製造された鋼材であっても、HAZの微細化効果は得られる。しかしながら、より厳しい溶接条件であっても優れた溶接性が得られる鋼材が求められている。
本発明の課題は、溶接後においても良好なHAZ靭性を有する鋼材を提供することである。
Even with steel materials manufactured by these techniques, the HAZ refinement effect can be obtained. However, there is a demand for a steel material that provides excellent weldability even under severer welding conditions.
An object of the present invention is to provide a steel material having good HAZ toughness even after welding.

発明者が鋭意検討したところ、Pb、Bi、Se又はTeといった元素(以下、これらをX元素と称する場合がある)を鋼中に含有させるとともに、製鋼工程における製造条件を最適化することで、微細な粒子が多量に生成し、鋼材のHAZ靭性が向上することを見出した。本発明の要旨は以下のとおりである。 As a result of extensive studies by the inventors, it was found that by including elements such as Pb, Bi, Se, or Te (hereinafter sometimes referred to as X elements) in steel and optimizing the manufacturing conditions in the steelmaking process, It was found that a large amount of fine particles were generated, and the HAZ toughness of the steel material was improved. The gist of the present invention is as follows.

[1]質量%で、
C:0.01~0.20%、
Si:1.00%以下、
Mn:0.1~2.5%、
Mg:0.0005~0.0100%、
Al:0.015~0.500%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
N:0.0100%以下、
O:0.0030%未満、
Cu:0~2.0%、
Ni:0~2.0%、
Cr:0~2.0%、
Mo:0~1.0%、
Nb:0~0.10%、
W:0~2.0%、
V:0~0.20%、
B:0~0.010%、
Ti:0~0.100%、
Zr:0~0.10%、
Ta:0~0.10%、
Ag:0~0.10%、
Hf:0~0.10%、
Ca:0~0.0100%、
REM:0~0.010%、
Sn:0~0.50%、
Sb:0~0.50%
を含有し、更に、
X元素であるPb、Bi、Se、Teの1種又は2種以上の合計含有量である[Xtotal]が0.0001~0.0100%であり、残部がFe及び不純物からなり、
前記[Xtotal]と、Ca、O、Sの含有量と、で構成される下記式(1)、式(2)、式(3)の何れかによって求められる[Xtotal ]が0.0001~0.0050%である鋼材であって、前記鋼材の表面から前記鋼材の厚さの1/4厚の位置において、
Ca,Mg,Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、かつ、円相当径が0.01~0.10μmである粒子の個数密度が1.0×10個/mm以上であることを特徴とする鋼材。
前記[Xtotal ]は、{[Ca]≦(40/16)×[O]}のときは、式(1)で表され、
{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}のときは、式(2)で表され、{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])>(40/32)×[S]}のときは、式(3)で表される。
[Xtotal ]=[Xtotal]… 式(1)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([Ca]-(40/16)×[O])×MXtotal/400… 式(2)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([S]×MXtotal/288) … 式(3)、
前記式(2)、(3)において、
[Ca]、[O]、[S]、[Pb]、[Bi]、[Se]、[Te]は、それぞれ、Ca、O、S、Pb、Bi、Se、Teの質量%での含有量であり、含有しない場合は0を代入し、MXtotal= ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128)である。
[1] % by mass,
C: 0.01 to 0.20%,
Si: 1.00% or less,
Mn: 0.1-2.5%,
Mg: 0.0005-0.0100%,
Al: 0.015 to 0.500%,
P: 0.020% or less,
S: 0.020% or less,
N: 0.0100% or less,
O: less than 0.0030%,
Cu: 0-2.0%,
Ni: 0 to 2.0%,
Cr: 0 to 2.0%,
Mo: 0-1.0%,
Nb: 0 to 0.10%,
W: 0 to 2.0%,
V: 0 to 0.20%,
B: 0 to 0.010%,
Ti: 0 to 0.100%,
Zr: 0 to 0.10%,
Ta: 0 to 0.10%,
Ag: 0-0.10%,
Hf: 0-0.10%,
Ca: 0 to 0.0100%,
REM: 0-0.010%,
Sn: 0-0.50%,
Sb: 0-0.50%
and further
[X total ], which is the total content of one or more of the X elements Pb, Bi, Se, and Te, is 0.0001 to 0.0100%, and the balance is Fe and impurities,
[X total * ] obtained by any one of the following formulas (1), (2), and (3) composed of the above [X total ] and the contents of Ca, O, and S is 0.0. 0001 to 0.0050% of the steel material, and at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material,
The number density of particles containing 5 atomic% or more of Mg with respect to the total of Ca, Mg, Mn and S and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is 1.0 × 10 7 /mm A steel material characterized by being 3 or more.
The [X total * ] is represented by formula (1) when {[Ca] ≤ (40/16) x [O]},
When {[Ca]>(40/16)×[O]} and {([Ca]−(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}, formula (2 ) and when {[Ca]>(40/16)×[O]} and {([Ca]−(40/16)×[O])>(40/32)×[S]} is represented by the formula (3).
[X total * ]=[X total ]... formula (1),
[X total * ]=[X total ]−([Ca]−( 40/16 )×[O])×M X total /400 Formula (2),
[X total * ]=[X total ]−([S]×M X total / 288 ) Equation (3),
In the above formulas (2) and (3),
[Ca], [O], [S], [Pb], [Bi], [Se], and [Te] are Ca, O, S, Pb, Bi, Se, and Te content in % by mass, respectively. If not contained, 0 is substituted, M Xtotal = ([Pb] + [Bi] + [Se] + [Te]) / ([Pb] / 207 + [Bi] / 209 + [Se] / 79 + [Te]/128).

[2]質量%で、
Cu:0.02~2.0%、
Ni:0.02~2.0%、
Cr:0.02~2.0%、
Mo:0.02~1.0%、
Nb:0.01~0.10%、
W:0.01~2.0%、
V:0.01~0.20%、
B:0.0003~0.010%、
Ti:0.005~0.100%、
Zr:0.01~0.10%、
Ta:0.01~0.10%、
Ag:0.01~0.10
Hf:0.01~0.10
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする上記[1]に記載の鋼材。
[2] % by mass,
Cu: 0.02-2.0%,
Ni: 0.02 to 2.0%,
Cr: 0.02 to 2.0%,
Mo: 0.02-1.0%,
Nb: 0.01 to 0.10%,
W: 0.01 to 2.0%,
V: 0.01 to 0.20%,
B: 0.0003 to 0.010%,
Ti: 0.005 to 0.100%,
Zr: 0.01 to 0.10%,
Ta: 0.01 to 0.10%,
Ag: 0.01-0.10 % ,
Hf: 0.01-0.10 %
The steel material according to the above [1], characterized by containing one or more of

[3]質量%で、
Ca:0.0001~0.0100%、
REM:0.001~0.010%
の一方又は両方を含有することを特徴とする上記[1]又は[2]記載の鋼材。
[3] in % by mass,
Ca: 0.0001 to 0.0100%,
REM: 0.001-0.010%
The steel material according to the above [1] or [2], characterized by containing one or both of

[4]質量%で、
Sn:0.01~0.50%、
Sb:0.01~0.50%
の一方又は両方を含有することを特徴とする上記[1]~[3]の何れか1項に記載の鋼材。
[4] % by mass,
Sn: 0.01 to 0.50%,
Sb: 0.01-0.50%
The steel material according to any one of [1] to [3] above, which contains one or both of

[5]前記粒子のうち、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上の前記X元素を含む粒子の個数割合が30%以上であることを特徴とする上記[1]~[4]の何れか1項に記載の鋼材。 [5] Among the particles, the number ratio of particles containing 0.5 atomic % or more of the X element with respect to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element is 30% or more. The steel material according to any one of [1] to [4] above.

[6]前記粒子のうち、外周の少なくとも一部にCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上の前記X元素を含む領域が存在する粒子の個数割合が30%以上であることを特徴とする上記[1]~[5]の何れか1項に記載の鋼材。 [6] Among the particles, the number ratio of particles in which at least a part of the outer periphery contains a region containing 0.5 atomic % or more of the X element as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element is 30% or more, the steel material according to any one of the above [1] to [5].

[7]前記粒子のうち、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上の前記X元素を外周の50%以上の領域に含む粒子の個数割合が30%以上であることを特徴とする上記[6]に記載の鋼材 [7] Among the particles, the number ratio of particles containing 0.5 atomic% or more of the X element in a region of 50% or more of the outer circumference with respect to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element is 30 % or more, the steel material according to the above [6]

[8]Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、かつ、円相当径が0.01~0.10μmである前記粒子の個数密度が1.0×10~1.0×1011個/mmであることを特徴とする上記[1]~[7]の何れか1項に記載の鋼材。[8] The number density of the particles containing 5 atomic% or more of Mg with respect to the total of Ca, Mg, Mn and S and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is 1.0 × 10 7 to 1.0×10 11 pieces/mm 3 , the steel material according to any one of the above [1] to [7].

本発明の鋼材によれば、溶接後においても良好なHAZ靭性を発揮させることができる。 According to the steel material of the present invention, good HAZ toughness can be exhibited even after welding.

第一の実施形態における[Xtotal ]と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between [X total * ] and toughness after a simulated thermal cycle test in the first embodiment; 第二の実施形態における[Xtotal ]と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between [X total * ] and toughness after a simulated thermal cycle test in the second embodiment. 第二の実施形態における鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む粒子(X含有粒子1)の個数割合と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。Ca, Mg, Mn, S and 0.5 atomic % or more of the X element relative to the sum of the X elements at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material in the second embodiment FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the number ratio of particles (X-containing particles 1) and the toughness after a simulated thermal cycle test. 第三の実施形態における[Xtotal ]と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between [X total * ] and toughness after a simulated thermal cycle test in the third embodiment. 第三の実施形態における鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、外周の少なくとも一部にCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む領域が存在する粒子(X含有粒子2)の個数割合と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示すグラフである。In the third embodiment, Ca, Mg, Mn, S, and the X element are added to at least a part of the outer periphery at a position 1/4 the thickness of the steel from the surface of the steel, at a rate of 0.5 atomic % with respect to the total of the elements 4 is a graph showing the relationship between the number ratio of particles (X-containing particles 2) in which regions containing the element X are present and the toughness after the simulated thermal cycle test. 第四の実施形態における[Xtotal ]と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between [X total * ] and toughness after a simulated thermal cycle test in the fourth embodiment. 第四の実施形態における鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を外周の50%以上の領域に含む粒子(X含有粒子3)の個数割合と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。Ca, Mg, Mn, S, and the X element in a ratio of 0.5 atomic % or more to the total of the X elements are added to the outer circumference at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material in the fourth embodiment. 2 is a diagram showing the relationship between the number ratio of particles (X-containing particles 3) contained in a region of 50% or more of the , and the toughness after a simulated thermal cycle test. FIG.

第一の実施形態に係る鋼材は、Al、Mgによる脱酸を含む製造方法により製造される鋼材であることを前提とする。本発明者らは、HAZの組織と靭性との関係に関する詳細な調査・研究を実施した。その結果、HAZ靭性の向上にはHAZのオーステナイト粒を著しく微細化(細粒化)する必要があることを見出した。オーステナイト粒の微細化には鋼中粒子によるピン止め効果を利用することが有効である。しかし、溶接入熱や使用される温度によっては、ピン止め効果を利用する、HAZのオーステナイト粒の微細化による靭性の向上の効果は限られたものであった。 The steel material according to the first embodiment is premised on being a steel material manufactured by a manufacturing method including deoxidation with Al and Mg. The present inventors conducted detailed investigations and studies on the relationship between HAZ structure and toughness. As a result, it was found that the austenite grains in the HAZ must be remarkably refined (grain refinement) in order to improve the HAZ toughness. Utilizing the pinning effect of particles in steel is effective for refining austenite grains. However, depending on the welding heat input and the temperature used, the effect of improving toughness by refining austenite grains in the HAZ using the pinning effect was limited.

本発明者らは、上記の事情に鑑み、Pb、Bi、Se又はTeからなる群から選択される1種又は2種以上のX元素を鋼中に含有させ、X元素がHAZの靭性向上に寄与する有効Xtotal[Xtotal ]について検討を行った。更に、製鋼工程における製造条件を最適化することによって、所定量以上のMgを含む所定の大きさの粒子を鋼中に所定範囲の個数密度となるように生成させる条件についても検討を行った。また、その生成条件に加え、X元素がHAZの靭性向上に寄与する条件についても検討を行った。HAZの靭性は、鋼材から採取した試料に、溶接を再現する熱履歴(溶接入熱450kJ/cmに相当)を与える再現熱サイクル試験を行って評価した。具体的には、再現熱サイクル試験後、JIS Z 2242:2005に準拠して、試験数を3として-40℃~-30℃でシャルピー吸収エネルギーを測定し、最低値でHAZ靭性を評価した。In view of the above circumstances, the present inventors have found that the steel contains one or more X elements selected from the group consisting of Pb, Bi, Se, or Te, and the X element improves the toughness of the HAZ. A study was performed on the contributing effective X total [X total * ]. Furthermore, by optimizing the manufacturing conditions in the steelmaking process, the conditions under which particles of a predetermined size containing a predetermined amount or more of Mg are generated in steel so as to have a number density within a predetermined range were also investigated. In addition to the formation conditions, the conditions under which the X element contributes to the improvement of HAZ toughness were also investigated. The HAZ toughness was evaluated by conducting a simulated thermal cycle test in which a sample taken from a steel material was given a heat history that simulates welding (equivalent to a welding heat input of 450 kJ/cm). Specifically, after the simulated thermal cycle test, the Charpy absorbed energy was measured at −40° C. to −30° C. with 3 tests in accordance with JIS Z 2242:2005, and the HAZ toughness was evaluated at the lowest value.

[Xtotal ]は、Caの酸化物、硫化物、酸・硫化物の生成と相関がある指標で、図1、図2、図4、図6に示すように、0.0001~0.0050%(1~50ppm)にすることで、HAZの靭性の向上の効果が顕著になることがわかった。ここで、[Xtotal ]は、{[Ca]≦(40/16)×[O]}のときは、式(1)で表され、{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}のときは、式(2)で表され、{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])>(40/32)×[S]}のときは、式(3)で表される。
[Xtotal ]=[Xtotal]… 式(1)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([Ca]-(40/16)×[O])×MXtotal/400… 式(2)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([S]×MXtotal/288) … 式(3)。
[Ca]、[O]、[S]、[Pb]、[Bi]、[Se]、[Te]は、それぞれ、Ca、O、S、Pb、Bi、Se、Teの質量%での含有量であり、含有しない場合は0を代入し、前記式(2)、(3)において、
Xtotal= ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te]) /( [Pb]/ 207+ [Bi]/ 209+ [Se]/ 79+ [Te]/ 128)である。なお、上記式(2)、(3)において、[Xtotal ]の値が負になる場合は[Xtotal ]の値を0とする。
[X total * ] is an index that correlates with the formation of oxides, sulfides, and acids/sulfides of Ca, and ranges from 0.0001 to 0.0001 as shown in FIGS. 0050% (1 to 50 ppm) was found to significantly improve the toughness of the HAZ. Here, [X total * ] is represented by formula (1) when {[Ca] ≤ (40/16) x [O]}, {[Ca] > (40/16) x [O ]} and {([Ca]-(40/16) × [O]) ≤ (40/32) × [S]} is represented by formula (2), {[Ca]>(40/ 16)×[O]} and {([Ca]−(40/16)×[O])>(40/32)×[S]} is represented by equation (3).
[X total * ]=[X total ]... formula (1),
[X total * ]=[X total ]−([Ca]−( 40/16 )×[O])×M X total /400 Formula (2),
[X total * ]=[X total ]−([S]×M X total / 288 ) Equation (3).
[Ca], [O], [S], [Pb], [Bi], [Se], and [Te] are Ca, O, S, Pb, Bi, Se, and Te content in % by mass, respectively. is the amount, and if it does not contain, 0 is substituted, and in the above formulas (2) and (3),
M Xtotal = ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128). In the above equations (2) and (3), the value of [X total * ] is set to 0 when the value of [X total * ] is negative.

更に、HAZの靭性の向上に寄与する微細な粒子について、後述するように、電子顕微鏡を用いて検討を行った。その結果、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、かつ、円相当径が0.01~0.10μmである粒子の個数密度が1.0×10個/mm以上となるよう生成させることで、HAZ靭性の更なる向上が可能になることを新規に知見した。さらに、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、かつ、円相当径が0.01~0.10μmの粒子の個数密度が1.0×10/mm以上であり、それらの粒子のうち、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含むX含有粒子の個数割合が30%以上であると、図3に示すように、前述のMgを含有する粒子を含む場合よりもHAZ靭性が更に向上することを知見した。
そして、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、かつ円相当径が0.01~0.10μmの粒子の個数密度が1.0×10個/mm以上であり、それらの粒子のうち、粒子の外周の少なくとも一部にCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上X元素を含む領域が存在するX含有粒子の個数割合が30%以上であると、図5に示すように、前述のCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む粒子の個数割合が30%以上である場合よりもHAZ靭性が更に向上することを知見した。
また、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、かつ円相当径が0.01~0.10μmの粒子の個数密度が1.0×10個/mm以上であり、それらの粒子の内、粒子の外周の50%以上の領域でCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含むX含有粒子の個数割合が30%以上であると、図7に示すように、前述の外周の一部にCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む領域が存在する粒子の個数割合が30%以上である場合よりもHAZ靭性が更に向上することを知見した。なお、本明細書では、円相当径とは、測定された粒子の投影面積と等しい面積をもつ円の直径を指すものとし、具体的には以下の式によって導出する。
円相当径= √ {4×(当該粒子の面積)÷π}
Furthermore, fine particles that contribute to improving the toughness of the HAZ were examined using an electron microscope, as will be described later. As a result, at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material, the ratio of Mg to the total of Ca, Mg, Mn and S is 5 atomic% or more, and the equivalent circle diameter is 0.01. It was newly found that the HAZ toughness can be further improved by generating particles having a particle size of up to 0.10 μm such that the number density is 1.0×10 7 particles/mm 3 or more. Furthermore, at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material, it contains 5 atomic% or more of Mg in terms of the total of Ca, Mg, Mn and S, and the equivalent circle diameter is 0.01 to The number density of 0.10 μm particles is 1.0×10 7 /mm 3 or more, and among those particles, the proportion of Ca, Mg, Mn, S and the X element to the total is 0.5 atomic % or more When the number ratio of X-containing particles containing the X element is 30% or more, as shown in FIG.
Then, at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material, it contains 5 atomic% or more of Mg in terms of the total of Ca, Mg, Mn and S, and has an equivalent circle diameter of 0.01 to 0. The number density of 10 μm particles is 1.0×10 7 /mm 3 or more, and among those particles, Ca, Mg, Mn, S and the total of the X elements are present in at least a part of the outer periphery of the particles When the number ratio of X-containing particles having a region containing 0.5 atomic % or more of the X element is 30% or more, as shown in FIG. It was found that the HAZ toughness is further improved than when the number ratio of particles containing 0.5 atomic % or more of the X element to the total of is 30% or more.
In addition, at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material, it contains 5 atomic% or more of Mg as a proportion of the total of Ca, Mg, Mn and S, and the equivalent circle diameter is 0.01 to 0. The number density of 10 μm particles is 1.0×10 7 /mm 3 or more, and among those particles, 50% or more of the outer circumference of the particles contains Ca, Mg, Mn, S and the X element. When the number ratio of the X-containing particles containing 0.5 atomic % or more of the X element to the total is 30% or more, as shown in FIG. 7, Ca, Mg, Mn, S And it was found that the HAZ toughness is further improved as compared with the case where the number ratio of particles in which a region containing 0.5 atomic % or more of the X element relative to the total of the X elements exists is 30% or more. In this specification, the equivalent circle diameter refers to the diameter of a circle having an area equal to the projected area of the measured particle, and is specifically derived by the following formula.
Equivalent circle diameter = √ {4 × (area of the particle) / π}

(第一の実施形態)
以下、第一の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
(First embodiment)
The steel material according to the first embodiment will be described in detail below.

まず、第一の実施形態に係る鋼材の化学成分について説明する。
第一の実施形態に係る鋼材は、質量%で、C:0.01~0.20%、Si:1.00%以下、Mn:0.1~2.5%、Mg:0.0005~0.0100%、Al:0.015~0.500%、P:0.020%以下、S:0.020%以下、N:0.0100%以下、O:0.0030%未満、Cu:0~2.0%、Ni:0~2.0%、Cr:0~2.0%、Mo:0~1.0%、Nb:0~0.10%、W:0~2.0%、V:0~0.20%、B:0~0.010%、Ti:0~0.100%、Zr:0~0.10%、Ta:0~0.10%、Ag:0~0.10%、Hf:0~0.10%、Ca:0~0.0100%、REM:0~0.010%、Sn:0~0.50%、Sb:0~0.50%を含有し、更に、X元素であるPb、Bi、Se、Teの1種又は2種以上の合計含有量が、0.0001~0.0100%であり、残部がFe及び不純物からなる。
First, the chemical composition of the steel material according to the first embodiment will be explained.
The steel material according to the first embodiment has, in mass %, C: 0.01 to 0.20%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.1 to 2.5%, Mg: 0.0005 to 0.0100%, Al: 0.015 to 0.500%, P: 0.020% or less, S: 0.020% or less, N: 0.0100% or less, O: less than 0.0030%, Cu: 0-2.0%, Ni: 0-2.0%, Cr: 0-2.0%, Mo: 0-1.0%, Nb: 0-0.10%, W: 0-2.0 %, V: 0-0.20%, B: 0-0.010%, Ti: 0-0.100%, Zr: 0-0.10%, Ta: 0-0.10%, Ag: 0 ~0.10%, Hf: 0-0.10%, Ca: 0-0.0100%, REM: 0-0.010%, Sn: 0-0.50%, Sb: 0-0.50% Furthermore, the total content of one or more of the X elements Pb, Bi, Se, and Te is 0.0001 to 0.0100%, and the balance is Fe and impurities.

なお、以下の化学成分の説明では、質量%を%と表記する。また、以下の説明において元素含有量の上限値と下限値を「~」で結んで範囲表示する場合、特に注釈しない限り、上限値と下限値を含む範囲を意味する。したがって、質量%で0.01~0.20%と表記した場合、その範囲は0.01質量%以上、0.20質量%以下の範囲を意味する。 In addition, in the following description of chemical components, % by mass is expressed as %. In the following description, when the upper limit and the lower limit of the element content are connected by "-" to indicate a range, unless otherwise noted, the range includes the upper limit and the lower limit. Therefore, when expressed as 0.01 to 0.20% by mass, the range means the range of 0.01% by mass or more and 0.20% by mass or less.

C:0.01~0.20%
Cは、母材の強度を上昇させる元素である。C含有量が0.01%未満では母材強度の向上効果が小さいので0.01%以上を下限とした。より好ましいC含有量の下限は0.06%以上である。一方、C含有量が0.20%を超えて含有すると、脆性破壊の起点となるセメンタイトやマルテンサイトとオーステナイトの混成物(Martensite-Austenite Constituent:MAという。)が増加するため、HAZ靭性が低下する。したがって、C含有量の上限を0.20%以下とする。特に、大入熱溶接のHAZ靭性や低温靭性に対しては、比較的少量の小さなセメンタイトやMAでも脆性破壊の起点となりやすくHAZ靭性を低下させる場合があるため、C含有量の上限については厳格に規制することが好ましい。C含有量の上限は、好ましくは0.15%以下であり、より好ましく0.13%以下であり、より一層好ましくは0.10%以下であり、更に好ましくは0.08%以下である。
C: 0.01-0.20%
C is an element that increases the strength of the base material. If the C content is less than 0.01%, the effect of improving the strength of the base material is small, so the lower limit was made 0.01% or more. A more preferable lower limit of the C content is 0.06% or more. On the other hand, if the C content exceeds 0.20%, cementite or a mixture of martensite and austenite (called Martensite-Austenite Constituent: MA), which is the starting point of brittle fracture, increases, so the HAZ toughness decreases. do. Therefore, the upper limit of the C content is made 0.20% or less. Especially for the HAZ toughness and low temperature toughness of high heat input welding, even a relatively small amount of small cementite or MA can easily become the starting point of brittle fracture and lower the HAZ toughness, so the upper limit of the C content is strict. It is preferable to regulate The upper limit of the C content is preferably 0.15% or less, more preferably 0.13% or less, even more preferably 0.10% or less, still more preferably 0.08% or less.

Si:1.00%以下
Siは、脱酸剤として機能し、強度の上昇にも寄与するが、過剰に含有させるとHAZのミクロ組織中に硬質な脆化組織であるMAが生成しやすくなる。このMAは、HAZの靭性を劣化させるため、Siの含有量を制限することが望ましいが、1.00%以下であれば、Siを意図的に含有させてもよい。Si含有量の上限は、好ましくは0.50%以下、より好ましくは0.30%以下とする。HAZ靭性の向上のためにはSi含有量は少ないほうが望ましいので、下限を特に制限する必要はなく、その下限は0%以上である。ただし、0.03%未満へのSi含有量の低減はコスト上昇を伴う場合があり、その場合には0.03%以上を下限とすることが望ましい。
Si: 1.00% or less Si functions as a deoxidizer and contributes to an increase in strength, but if it is contained excessively, MA, which is a hard embrittlement structure, tends to form in the microstructure of the HAZ. . Since this MA degrades the toughness of the HAZ, it is desirable to limit the Si content, but Si may be intentionally included as long as it is 1.00% or less. The upper limit of the Si content is preferably 0.50% or less, more preferably 0.30% or less. Since a smaller Si content is desirable for improving HAZ toughness, there is no particular need to limit the lower limit, and the lower limit is 0% or more. However, reducing the Si content to less than 0.03% may lead to an increase in cost, and in that case it is desirable to set the lower limit to 0.03% or more.

Mn:0.1~2.5%
Mnは、母材の強度、靭性の確保に有効な成分として0.1%以上を含有させることが必要である。強度確保のため、より好ましいMn含有量の下限は0.3%以上、更に好ましくは0.4%以上、より一層好ましくは0.5%以上である。多量のMnの含有は偏析や硬質相の生成に繋がり、HAZ靭性を低下させる。これらを許容できる範囲で上限を2.5%以下とした。Mn含有量のより好ましい上限は2.3%以下、更に好ましくは2.0%以下である。
Mn: 0.1-2.5%
Mn must be contained in an amount of 0.1% or more as an effective component for ensuring the strength and toughness of the base material. In order to ensure strength, the lower limit of the Mn content is more preferably 0.3% or more, more preferably 0.4% or more, and still more preferably 0.5% or more. The inclusion of a large amount of Mn leads to segregation and formation of hard phases, and lowers HAZ toughness. The upper limit is set to 2.5% or less within the allowable range. A more preferable upper limit of the Mn content is 2.3% or less, more preferably 2.0% or less.

P:0.020%以下
Pは、粒界脆化をもたらし、靭性に有害な元素である。そのため、P含有量は少ないほうが望ましい。0.020%超のPを含有すると、HAZのオーステナイト粒を微細化してもHAZ靭性が低下するのでP含有量の上限を0.020%以下に制限する。好ましくは、0.010%以下、更に好ましくは、0.008%以下である。P含有量の下限を特に制限する必要はないが、P含有量を0%にするのは、技術的に容易ではないので、その下限を0%超としてもよい。P含有量の下限は0.001%以上であってもよい。
P: 0.020% or less P is an element that causes intergranular embrittlement and is harmful to toughness. Therefore, the smaller the P content, the better. If the P content exceeds 0.020%, the HAZ toughness is lowered even if the austenite grains of the HAZ are refined, so the upper limit of the P content is limited to 0.020% or less. It is preferably 0.010% or less, more preferably 0.008% or less. Although it is not necessary to limit the lower limit of the P content, it is technically not easy to make the P content 0%, so the lower limit may be more than 0%. The lower limit of the P content may be 0.001% or more.

S:0.020%以下
Sは、Mgを含むピンニング粒子を形成し、HAZ靭性の改善に寄与する元素である。0.020%超のSを含有すると、ピンニング粒子の高温での安定性が低下し、HAZ靭性の向上の効果が十分に得られなくなる可能性がある。したがって、S含有量の上限を0.020%以下とする。好ましいS含有量の上限は0.015%以下である。HAZ靭性向上のため、S含有量の上限を0.010%以下、0.008%以下としてもよい。S含有量の下限を特に制限する必要はないが、S含有量を0%にするのは、技術的に容易ではないので、その下限を0%超としてもよい。一方、ピンニングに寄与する粒子の量を増加させるために、S含有量の下限は0.0020%以上が好ましい。より多量の粒子を生成させるため、S含有量の下限を0.0025%以上、又は、0.0030%以上としてもよい。
S: 0.020% or less S is an element that forms pinning particles containing Mg and contributes to the improvement of HAZ toughness. If the S content exceeds 0.020%, the stability of the pinning particles at high temperatures is lowered, and the effect of improving the HAZ toughness may not be sufficiently obtained. Therefore, the upper limit of the S content is made 0.020% or less. A preferable upper limit of the S content is 0.015% or less. In order to improve the HAZ toughness, the upper limit of the S content may be 0.010% or less and 0.008% or less. Although it is not necessary to limit the lower limit of the S content, it is technically not easy to make the S content 0%, so the lower limit may be more than 0%. On the other hand, in order to increase the amount of particles that contribute to pinning, the lower limit of the S content is preferably 0.0020% or more. In order to generate more particles, the lower limit of the S content may be 0.0025% or more, or 0.0030% or more.

Mg:0.0005~0.0100%
Mgは、ピンニング粒子を形成し、HAZ靭性の改善に寄与する重要な元素である。Mg含有量が0.0005%未満では、十分な数の粒子が得られない可能性があるため、下限を0.0005%以上とする。より多量の粒子を生成させるために、好ましくはMg含有量の下限を0.0007%以上、より好ましくは0.0008%以上、より一層好ましくは0.0010%以上とする。一方、Mg含有量が0.0100%を超えても、HAZ靭性を向上させる効果は飽和し、経済性を損なう。そのためMg含有量の上限を0.0100%以下とする。Mg含有量の上限は0.0080%以下又は0.0050%以下としてもよい。
Mg: 0.0005-0.0100%
Mg is an important element that forms pinning particles and contributes to improving HAZ toughness. If the Mg content is less than 0.0005%, a sufficient number of particles may not be obtained, so the lower limit is made 0.0005% or more. In order to generate a larger amount of particles, the lower limit of the Mg content is preferably 0.0007% or more, more preferably 0.0008% or more, and still more preferably 0.0010% or more. On the other hand, even if the Mg content exceeds 0.0100%, the effect of improving HAZ toughness is saturated, impairing economy. Therefore, the upper limit of the Mg content is made 0.0100% or less. The upper limit of the Mg content may be 0.0080% or less or 0.0050% or less.

Al:0.015~0.500%
Alは、脱酸剤として機能し、溶鋼の溶存酸素量を減少させる元素である。Al含有量の下限は、ピンニング粒子の生成を促進させるために0.015%以上とする。好ましいAl含有量の下限は0.020%以上、より好ましくは0.030%以上である。ただし、Alを過剰に含有させると、HAZ靭性が劣化するため、Al含有量の上限を0.500%以下とする。好ましいAl含有量の上限は0.300%以下である。HAZ靭性を改善するため、Al含有量の上限を0.150%以下、0.100%以下、又は、0.080%以下としてもよい。
Al: 0.015-0.500%
Al is an element that functions as a deoxidizing agent and reduces the amount of dissolved oxygen in molten steel. The lower limit of the Al content is set to 0.015% or more in order to promote the formation of pinning particles. The lower limit of Al content is preferably 0.020% or more, more preferably 0.030% or more. However, if Al is contained excessively, the HAZ toughness deteriorates, so the upper limit of the Al content is made 0.500% or less. A preferable upper limit of the Al content is 0.300% or less. In order to improve the HAZ toughness, the upper limit of the Al content may be 0.150% or less, 0.100% or less, or 0.080% or less.

N:0.0100%以下
Nは、窒化物を形成する元素であり、N含有量が多いと粗大なAlNやTiNなどの窒化物を生成しやすくなる。これらの粗大な粒子は、脆性破壊の発生起点となり、HAZ靭性の低下を招く場合がある。そのためN含有量の上限を0.0100%以下とする。N含有量の好ましい上限は0.0070%以下であり、より好ましくは0.0050%以下である。N含有量は少ないほうが望ましいが、0.0020%未満へのN含有量の低減はコスト上昇を伴う場合があるので、0.0020%以上を下限としてもよい。N含有量の下限は0.0030%以上であってもよい。
N: 0.0100% or less N is an element that forms nitrides, and when the N content is high, coarse nitrides such as AlN and TiN tend to form. These coarse grains become starting points for brittle fracture and may lead to a decrease in HAZ toughness. Therefore, the upper limit of the N content is made 0.0100% or less. A preferable upper limit of the N content is 0.0070% or less, more preferably 0.0050% or less. A smaller N content is desirable, but reducing the N content to less than 0.0020% may lead to an increase in cost, so 0.0020% or more may be the lower limit. The lower limit of the N content may be 0.0030% or more.

O:0.0030%未満
Oは、酸化物を形成する元素であり、含有量が多いと粗大な酸化物が生成しやすくなる。粗大な酸化物は破壊の発生起点となり、HAZ靭性を低下させるため、O含有量の上限を0.0030%未満とする。好ましいO含有量の上限は0.0028%であり、より好ましくは0.0025%以下、より一層好ましくは0.0022%である。一方、0.0001%未満へのO含有量の低減はコスト上昇につながるため、好ましくない。5原子%以上のMgを含有し、円相当径が0.01~0.10μmである粒子を、個数密度が1.0×10個/mm以上となるように生成させるためには、0.0001%以上のOを含有することが好ましい。微細な粒子をより生成させるために、O含有量の下限を0.0005%以上、又は、0.0010%以上としてもよい。
O: less than 0.0030% O is an element that forms oxides, and when the content is large, coarse oxides tend to form. Coarse oxides serve as starting points for fracture and lower the HAZ toughness, so the upper limit of the O content is made less than 0.0030%. The upper limit of the O content is preferably 0.0028%, more preferably 0.0025% or less, and still more preferably 0.0022%. On the other hand, reducing the O content to less than 0.0001% leads to an increase in cost, which is not preferable. In order to generate particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm so that the number density is 1.0×10 7 particles/mm 3 or more, It is preferable to contain 0.0001% or more of O. In order to generate more fine particles, the lower limit of the O content may be 0.0005% or more, or 0.0010% or more.

X元素であるPb、Bi、Se、Teの合計含有量[Xtotal]:0.0001~0.0100%
第一の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、かつ、円相当径が0.01~0.10μmである粒子の個数密度が1.0×10個/mm以上である。X元素であるPb、Bi、Se、Teを含有させると、Mgを含む粒子が増加し、HAZにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、HAZ靭性が向上する。Mgを含む粒子の個数密度を増加させるためには、X元素であるPb、Bi、Se、Teの1種又は2種以上を含有し、X元素の合計含有量(Pb、Bi、Se、Teの合計の含有量:[Xtotal])の下限を0.0001%以上とする必要がある。好ましくはX元素の合計含有量の下限を0.0005%以上、より好ましくは0.0010%以上、更に好ましくは0.0020%以上とする。それぞれのX元素の含有量の下限は0%であってもよく、好ましくは0.0001%以上、より好ましくは0.0005%以上、更に好ましくは0.0010%以上である。X元素の効果は必ずしも明確ではないが、X元素がピンニング粒子の微細化及び増加に寄与している可能性がある。一方、これらの元素を過剰に含有させると、HAZ靭性が低下する。したがって、X元素の合計の含有量の上限を0.0100%以下とする。X元素の合計の含有量の上限は、0.0080%以下がより好ましく、0.0050%以下が更に好ましく、0.0030%以下が最も好ましい。それぞれのX元素の含有量の上限は0.0100%以上が好ましい。より好ましくは0.0080%以下であり、更に好ましくは0.0050%以下である。
Total content of X elements Pb, Bi, Se, Te [Xtotal]: 0.0001 to 0.0100%
The steel material according to the first embodiment contains 5 atomic % or more of Mg as a proportion of the total of Ca, Mg, Mn and S at a position ¼ of the thickness of the steel material from the surface of the steel material, and The number density of particles having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is 1.0×10 7 /mm 3 or more. When the X elements Pb, Bi, Se, and Te are contained, the number of particles containing Mg increases, grain growth of austenite grains in the HAZ is suppressed, and HAZ toughness is improved. In order to increase the number density of the particles containing Mg, one or more of the X elements Pb, Bi, Se, and Te are contained, and the total content of the X elements (Pb, Bi, Se, Te The lower limit of the total content of [X total ]) must be 0.0001% or more. Preferably, the lower limit of the total content of X elements is 0.0005% or more, more preferably 0.0010% or more, and still more preferably 0.0020% or more. The lower limit of the content of each X element may be 0%, preferably 0.0001% or more, more preferably 0.0005% or more, and still more preferably 0.0010% or more. Although the effect of the X element is not necessarily clear, it is possible that the X element contributes to the refinement and increase of the pinning grains. On the other hand, if these elements are contained excessively, the HAZ toughness is lowered. Therefore, the upper limit of the total content of the X elements is made 0.0100% or less. The upper limit of the total content of the X elements is more preferably 0.0080% or less, still more preferably 0.0050% or less, and most preferably 0.0030% or less. The upper limit of the content of each X element is preferably 0.0100% or more. It is more preferably 0.0080% or less, still more preferably 0.0050% or less.

第一の実施形態に係る鋼材の化学成分の残部は、鉄(Fe)及び不純物である。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分であって、第一の実施形態に係る鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。ただし、不純物のうち、P、S、O及びNについては上述のように上限値を制限する必要がある。 The rest of the chemical components of the steel material according to the first embodiment are iron (Fe) and impurities. Impurities are components that are mixed in from raw materials such as ores, scraps, and other factors when industrially producing steel materials, and are allowed within a range that does not adversely affect the steel materials according to the first embodiment. means However, among the impurities, P, S, O and N must be limited to upper limits as described above.

また、第一の実施形態に係る鋼材は、上記の化学成分を含むことを基本とするが、鋼材(母材)の機械特性やHAZ靭性を向上させるために、必要に応じて、Feの一部に代えて更に、Cu:0~2.0%、Ni:0~2.0%、Cr:0~2.0%、Mo:0~1.0%、Nb:0~0.10%、W:0~2.0%、V:0~0.20%、B:0~0.010%、Ti:0~0.100%、Zr:0~0.10%、Ta:0~0.10%、Ag:0~0.10%、Hf:0~0.10%の1種又は2種以上を含有させてもよい。ただし、これらの元素は、必須成分ではないので、これらの元素の合計量の下限は0%である。 In addition, the steel material according to the first embodiment basically contains the above chemical components, but in order to improve the mechanical properties and HAZ toughness of the steel material (base material), if necessary, Cu: 0 to 2.0%, Ni: 0 to 2.0%, Cr: 0 to 2.0%, Mo: 0 to 1.0%, Nb: 0 to 0.10% , W: 0-2.0%, V: 0-0.20%, B: 0-0.010%, Ti: 0-0.100%, Zr: 0-0.10%, Ta: 0- One or more of 0.10%, Ag: 0 to 0.10%, Hf: 0 to 0.10% may be contained. However, since these elements are not essential components, the lower limit of the total amount of these elements is 0%.

Cu:0~2.0%
Cuは、母材の強度の上昇に有効な元素であり、Cuを含有させてもよいが、2.0%を超えてCuを含有させるとHAZ靭性が低下することがあるため、Cu含有量の上限を2.0%以下に制限する。好ましくは、Cu含有量の上限を1.0%以下、より好ましくは、0.8%以下、より一層好ましくは0.5%以下とする。Cuは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。母材の強度を向上させるためには、Cu含有量の下限は0.02%以上が好ましい。より好ましくはCu含有量の下限を0.1%以上とする。
Cu: 0-2.0%
Cu is an element effective in increasing the strength of the base material, and may contain Cu. is limited to 2.0% or less. Preferably, the upper limit of the Cu content is 1.0% or less, more preferably 0.8% or less, and even more preferably 0.5% or less. Cu may be mixed as an impurity from scrap or the like during the production of molten steel, but there is no particular need to limit its lower limit, and it may be 0% or more. In order to improve the strength of the base metal, the lower limit of the Cu content is preferably 0.02% or more. More preferably, the lower limit of the Cu content is 0.1% or more.

Ni:0~2.0%
Niは、靭性及び強度の改善に有効な元素であり、Niを含有させてもよい。ただし、2.0%を超えてNiを含有させても効果が飽和するため、経済性の観点からNi含有量の上限を2.0%以下に制限する。好ましくはNi含有量の上限を1.5%以下、より好ましくは1.0%以下、より一層好ましくは、0.7%以下とする。Niは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。母材の強度を向上させるためには、Ni含有量の下限は0.02%以上が好ましい。より好ましくはNi含有量の下限を0.1%以上とする。
Ni: 0-2.0%
Ni is an element effective in improving toughness and strength, and may be contained. However, even if the Ni content exceeds 2.0%, the effect is saturated, so the upper limit of the Ni content is limited to 2.0% or less from the viewpoint of economy. The upper limit of the Ni content is preferably 1.5% or less, more preferably 1.0% or less, and still more preferably 0.7% or less. Ni may be mixed as an impurity from scraps or the like during the production of molten steel, but the lower limit thereof is not particularly limited, and may be 0% or more. In order to improve the strength of the base metal, the lower limit of the Ni content is preferably 0.02% or more. More preferably, the lower limit of the Ni content is 0.1% or more.

Cr:0~2.0%
Crは、焼入れ性の向上や析出強化によって母材の強度を上昇させる元素であり、Crを含有させてもよい。ただし、2.0%を超えてCrを含有させると、HAZにMAが生成しやすくなり、HAZ靭性が低下する。したがって、Cr含有量を2.0%以下に制限する。好ましくはCr含有量の上限を1.0%以下、より好ましくは0.5%以下とする。Crは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。母材の強度を向上させるためには、Cr含有量の下限は0.02%以上が好ましい。より好ましくはCr含有量の下限を0.1%以上とする。
Cr: 0-2.0%
Cr is an element that increases the strength of the base material by improving hardenability and precipitation strengthening, and may be contained. However, if the Cr content exceeds 2.0%, MA tends to form in the HAZ, and the HAZ toughness decreases. Therefore, the Cr content is limited to 2.0% or less. The upper limit of the Cr content is preferably 1.0% or less, more preferably 0.5% or less. Cr may be mixed as an impurity from scrap or the like during the production of molten steel, but there is no need to limit its lower limit, and it may be 0% or more. In order to improve the strength of the base metal, the lower limit of the Cr content is preferably 0.02% or more. More preferably, the lower limit of Cr content is 0.1% or more.

Mo:0~1.0%
Moは、焼入れ性を向上させて、母材の強度を上昇させる元素であり、Moを含有させてもよい。ただし、1.0%を超えてMoを含有させると、HAZに硬質組織が生成し、HAZ靭性が低下することがあるため、Mo含有量の上限を1.0%以下に制限する。好ましくはMo含有量の上限を0.5%以下、より好ましくは0.3%以下とする。Moは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。母材の強度の向上のためにはMo含有量の下限は0.02%以上が好ましい。より好ましくはMo含有量の下限を0.1%以上とする。
Mo: 0-1.0%
Mo is an element that improves the hardenability and increases the strength of the base metal, and may be contained. However, if the Mo content exceeds 1.0%, a hard structure may be generated in the HAZ and the HAZ toughness may decrease, so the upper limit of the Mo content is limited to 1.0% or less. The upper limit of the Mo content is preferably 0.5% or less, more preferably 0.3% or less. Although Mo may be mixed as an impurity from scrap or the like during the production of molten steel, there is no particular need to limit its lower limit, and it may be 0% or more. In order to improve the strength of the base material, the lower limit of the Mo content is preferably 0.02% or more. More preferably, the lower limit of Mo content is 0.1% or more.

Nb:0~0.10%
Nbは、焼入れ性を向上させる元素であり、また、析出物の生成や再結晶の抑制によって組織の微細化にも寄与する。母材の強度を上昇させるとともに、母材の靭性や生産性等を改善するためにNbを含有させてもよい。しかし、0.10%を超えてNbを含有させるとHAZに硬質組織や介在物が生成し、HAZ靭性が低下することがあるため、Nb含有量を0.10%以下に制限する。好ましくはNb含有量を0.05%以下、より好ましくは0.04%以下とする。Nbは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限は特に制限する必要がなく、0%以上であってもよい。母材の強度及び靭性の向上や経済性のためにはNb含有量は0.01%以上が好ましい。
Nb: 0-0.10%
Nb is an element that improves hardenability, and also contributes to refinement of the structure by suppressing the formation of precipitates and recrystallization. Nb may be contained in order to increase the strength of the base material and improve the toughness and productivity of the base material. However, if the Nb content exceeds 0.10%, hard structures and inclusions are formed in the HAZ, and the HAZ toughness may decrease, so the Nb content is limited to 0.10% or less. The Nb content is preferably 0.05% or less, more preferably 0.04% or less. Nb may be mixed as an impurity from scrap or the like during the production of molten steel, but the lower limit thereof is not particularly limited, and may be 0% or more. The Nb content is preferably 0.01% or more in order to improve the strength and toughness of the base metal and to be economical.

W:0~2.0%
Wは、焼入れ性の向上や析出強化に寄与する元素であり、母材の強度を上昇させ、靭性を向上させるために、Wを含有させてもよい。しかし、2.0%を超えてWを含有させるとHAZに硬質組織が生成し、HAZ靭性が低下することがあるため、W含有量を2.0%以下に制限する。好ましくはW含有量を1.0%以下、より好ましくは0.5%以下とする。Wは、溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限は特に制限する必要がなく、0%以上であってもよい。母材の強度及び靭性の向上のためにはW含有量は0.01%以上が好ましい。
W: 0-2.0%
W is an element that contributes to improvement of hardenability and precipitation strengthening, and W may be contained in order to increase the strength of the base material and improve the toughness. However, if the W content exceeds 2.0%, a hard structure may be generated in the HAZ and the HAZ toughness may decrease, so the W content is limited to 2.0% or less. The W content is preferably 1.0% or less, more preferably 0.5% or less. W may be mixed as an impurity from scrap or the like during the production of molten steel, but the lower limit thereof is not particularly limited, and may be 0% or more. The W content is preferably 0.01% or more in order to improve the strength and toughness of the base material.

V:0~0.20%
Vは、焼入れ性を向上させる元素であり、また、炭化物や窒化物を形成し、母材の強度の上昇に有効な元素であるため、Vを含有させてもよい。しかし、0.20%を超えてVを含有させるとHAZにおける炭窒化物の析出が顕著になり、HAZ靭性が低下することがあるため、V含有量を0.20%以下に制限する。好ましくはV含有量を0.10%以下とする。Vは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。母材の強度を向上させるためにはV含有量は0.01%以上が好ましい。
V: 0-0.20%
V is an element that improves hardenability, forms carbides and nitrides, and is an element that is effective in increasing the strength of the base material. Therefore, V may be contained. However, if the V content exceeds 0.20%, the precipitation of carbonitrides in the HAZ becomes significant, and the HAZ toughness may deteriorate, so the V content is limited to 0.20% or less. Preferably, the V content is 0.10% or less. Although V may be mixed as an impurity from scrap or the like during the production of molten steel, there is no particular need to limit its lower limit, and it may be 0% or more. In order to improve the strength of the base metal, the V content is preferably 0.01% or more.

B:0~0.010%
Bは、焼き入れ性を顕著に高めて母材やHAZの強度、靭性を向上させる元素であり、Bを含有させてもよい。しかし、0.010%を超えてBを含有させるとHAZ靭性や溶接性が劣化することがあるので、B含有量の上限を0.010%以下に制限する。好ましいB含有量の上限は0.007%以下であり、より好ましくは0.005%以下である。B含有量の下限は0%以上であってもよいが、強度の上昇の効果を得るために、B含有量の下限は0.0003%以上が好ましい。より好ましくはB含有量の下限を0.0005%以上、より一層好ましくは0.001%以上とする。
B: 0-0.010%
B is an element that remarkably increases the hardenability and improves the strength and toughness of the base material and HAZ, and B may be contained. However, if the B content exceeds 0.010%, the HAZ toughness and weldability may deteriorate, so the upper limit of the B content is limited to 0.010% or less. The upper limit of the B content is preferably 0.007% or less, more preferably 0.005% or less. Although the lower limit of the B content may be 0% or more, the lower limit of the B content is preferably 0.0003% or more in order to obtain the effect of increasing the strength. More preferably, the lower limit of the B content is 0.0005% or more, and still more preferably 0.001% or more.

Ti:0~0.100%
Tiは、TiNを形成し、結晶粒の微細化に寄与する元素であり、強度及び靭性を向上させるためにTiを含有させてもよい。しかし、0.100%を超えてTiを含有させると、TiCが過剰に生成してHAZ靭性が低下することがあるため、Ti含有量の上限を0.100%以下に制限する。好ましくはTi含有量の上限を0.050%以下、より好ましく0.030%以下とする。Tiは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。好ましくはTi含有量の下限を0.005%以上、より好ましくは0.010%以上とする。
Ti: 0-0.100%
Ti is an element that forms TiN and contributes to refinement of crystal grains, and Ti may be contained in order to improve strength and toughness. However, if the Ti content exceeds 0.100%, excessive TiC may be generated and the HAZ toughness may deteriorate, so the upper limit of the Ti content is limited to 0.100% or less. Preferably, the upper limit of the Ti content is 0.050% or less, more preferably 0.030% or less. Although Ti may be mixed as an impurity from scrap or the like during the production of molten steel, there is no particular lower limit to the Ti content, and the content may be 0% or more. Preferably, the lower limit of the Ti content is 0.005% or more, more preferably 0.010% or more.

Zr:0~0.10%
Zrは、炭化物や窒化物を形成し、母材の強度の上昇や組織の微細化に有効な元素であるため、Zrを含有させてもよい。しかし、0.10%を超えてZrを含有させると粗大な窒化物を形成し、靭性が低下することがあるため、Zr含有量の上限を0.10%以下に制限する。好ましくはZr含有量の上限を0.05%以下とする。Zr含有量の下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよいが、母材の強度を向上させるためにはZr含有量の下限は0.01%以上が好ましい。
Zr: 0-0.10%
Zr is an element that forms carbides and nitrides and is effective in increasing the strength of the base material and refining the structure, so Zr may be contained. However, if the Zr content exceeds 0.10%, coarse nitrides may be formed and the toughness may decrease, so the upper limit of the Zr content is limited to 0.10% or less. Preferably, the upper limit of the Zr content is 0.05% or less. The lower limit of the Zr content is not particularly limited and may be 0% or more, but the lower limit of the Zr content is preferably 0.01% or more in order to improve the strength of the base material.

Ta:0~0.10%
Taは、母材の強度と靭性を確保するために有効な元素であり、Taを含有させてもよい。しかし、0.10%を超えてTaを含有させるとHAZ靭性が低下することがあるため、Ta含有量の上限を0.10%以下に制限する。好ましくはTa含有量の上限を0.05%以下とする。Taは溶鋼製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。Ta含有量の下限は0.01%以上であってもよい。
Ta: 0-0.10%
Ta is an effective element for ensuring the strength and toughness of the base metal, and may be contained. However, if the Ta content exceeds 0.10%, the HAZ toughness may deteriorate, so the upper limit of the Ta content is limited to 0.10% or less. Preferably, the upper limit of the Ta content is 0.05% or less. Ta may be mixed as an impurity from scrap or the like during the production of molten steel, but there is no particular need to limit its lower limit, and it may be 0% or more. The lower limit of Ta content may be 0.01% or more.

Ag:0~0.10%
Agは、母材の強度の上昇及び組織の微細化に有効な元素であり、Agを含有させてもよい。しかし、0.10%を超えてAgを含有させるとHAZ靭性が低下することがあるため、Ag含有量の上限を0.10%以下に制限する。好ましくはAg含有量の上限を0.05%以下とする。Agは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。Ag含有量の下限は0.01%以上であってもよい。
Ag: 0-0.10%
Ag is an element effective in increasing the strength of the base material and refining the structure, and Ag may be contained. However, if the Ag content exceeds 0.10%, the HAZ toughness may deteriorate, so the upper limit of the Ag content is limited to 0.10% or less. Preferably, the upper limit of Ag content is 0.05% or less. Ag may be mixed as an impurity from scrap or the like during the production of molten steel, but there is no particular need to limit its lower limit, and it may be 0% or more. The lower limit of Ag content may be 0.01% or more.

Hf:0~0.10%
Hfは、ピンニング粒子の生成に寄与する元素であり、Hfを含有させてもよい。しかし、0.10%を超えてHfを含有させるとHAZに粗大な窒化物が形成され、HAZ靭性が低下することがあるため、Hf含有量の上限を0.10%以下に制限する。好ましくはHf含有量の上限を0.05%以下とする。Hf含有量の下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。Hf含有量の下限は0.01%以上であってもよい。
Hf: 0-0.10%
Hf is an element that contributes to the generation of pinning particles, and may be contained. However, if the Hf content exceeds 0.10%, coarse nitrides are formed in the HAZ, and the HAZ toughness may decrease, so the upper limit of the Hf content is limited to 0.10% or less. Preferably, the upper limit of the Hf content is 0.05% or less. The lower limit of the Hf content is not particularly limited, and may be 0% or more. The lower limit of Hf content may be 0.01% or more.

また、第一の実施形態に係る鋼材は、介在物の形態を制御するために、必要に応じて、Feの一部に代えて更に、Ca:0~0.0100%、REM:0~0.010%以下の一方又は両方を含有させてもよい。 In addition, in order to control the form of inclusions, the steel material according to the first embodiment further contains Ca: 0 to 0.0100%, REM: 0 to 0, as necessary instead of part of Fe One or both of .010% or less may be contained.

Ca:0~0.0100%
Caは、酸化物や硫化物を形成する元素であり、介在物の形態を制御するために含有させてもよい。しかし、0.0100%を超えてCaを含有させると粗大な酸化物を生成しやすくなるため、Ca含有量の上限を0.0100%以下に制限する。好ましくはCa含有量の上限を0.0060%以下、より好ましくは0.0050%以下、より一層好ましくは0.0040%以下、更に好ましくは0.0030%以下とする。ピンニング粒子の生成を促進させるためには、Ca含有量の上限を0.0005%以下に制限することが好ましい。Ca含有量の下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。Ca含有量の下限は、好ましくは0.0001%以上である。
Ca: 0-0.0100%
Ca is an element that forms oxides and sulfides, and may be contained in order to control the form of inclusions. However, if the Ca content exceeds 0.0100%, coarse oxides are likely to be generated, so the upper limit of the Ca content is limited to 0.0100% or less. The upper limit of the Ca content is preferably 0.0060% or less, more preferably 0.0050% or less, still more preferably 0.0040% or less, still more preferably 0.0030% or less. In order to promote the formation of pinning particles, it is preferable to limit the upper limit of the Ca content to 0.0005% or less. The lower limit of the Ca content is not particularly limited, and may be 0% or more. The lower limit of Ca content is preferably 0.0001% or more.

REM:0~0.010%
REMは、酸化物や硫化物を形成する元素であり、介在物の形態を制御するためにREMを含有させてもよい。しかし、REM含有量が多いと粗大な酸化物を生成しやすくなり、HAZ靭性が低下する場合があるので、REM含有量の上限を0.010%以下に制限する。好ましくはREM含有量の上限を0.005%以下、より好ましくは0.004%以下とする。ピンニング粒子を生成させるためには、REM含有量の上限を0.0005%以下に制限することが好ましい。REM含有量の下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。REM含有量の下限は0.001%以上であってもよい。本発明でのREMとは、La、Ceなどのランタノイド系の元素と、Sc、Yとの合計17元素の総称を指す。これらの元素の添加にあたっては、これらの元素が混在したミッシュメタルを用いても、何らその効果は変わるものではない。
REM: 0-0.010%
REM is an element that forms oxides and sulfides, and may be contained in order to control the form of inclusions. However, if the REM content is high, coarse oxides are likely to be formed, and the HAZ toughness may be lowered, so the upper limit of the REM content is limited to 0.010% or less. Preferably, the upper limit of the REM content is 0.005% or less, more preferably 0.004% or less. In order to generate pinning particles, it is preferable to limit the upper limit of the REM content to 0.0005% or less. The lower limit of the REM content is not particularly limited, and may be 0% or more. The lower limit of the REM content may be 0.001% or more. REM in the present invention is a general term for a total of 17 elements including lanthanoid elements such as La and Ce, and Sc and Y. When these elements are added, even if a misch metal containing these elements is used, the effect does not change at all.

また、第一の実施形態に係る鋼材は、耐食性を向上させるために、必要に応じて、Feの一部に代えて更に、Sn:0~0.50%、Sb:0~0.50%の一方又は両方を含有させてもよい。 Further, in order to improve the corrosion resistance of the steel material according to the first embodiment, Sn: 0 to 0.50% and Sb: 0 to 0.50% are added as necessary instead of part of Fe. You may contain one or both of.

Sn:0~0.50%、Sb:0~0.50%
SnやSbは、耐食性の観点などから含有させてもよいが、過剰に含有させるとHAZ靭性を損なう場合がある。そのため、Sn及びSbの含有量は、それぞれ0.50%以下とし、0.20%以下であることがより好ましく、0.10%以下であることがより一層好ましい。これらの元素の下限を特に制限する必要はなく、0%以上であってもよい。Sn及びSbの含有量は、それぞれ0.01%以上であってもよい。
Sn: 0-0.50%, Sb: 0-0.50%
Sn and Sb may be contained from the viewpoint of corrosion resistance and the like, but excessive inclusion may impair HAZ toughness. Therefore, the contents of Sn and Sb are set to 0.50% or less, preferably 0.20% or less, and even more preferably 0.10% or less. There is no particular need to limit the lower limits of these elements, and they may be 0% or more. The contents of Sn and Sb may each be 0.01% or more.

第一の実施形態に係る鋼材の化学成分は、HAZ靭性の観点から、下記式で表される炭素当量Ceqが0.25~0.50の範囲であることが好ましい。Ceqが0.30以上であると、よりHAZ靭性に優れた鋼材となる。また、Ceqが0.45以下であると、MAの生成が抑制され、HAZ靭性が向上するため、より好ましい。Ceqは0.40以下であることが更に好ましい。 From the viewpoint of HAZ toughness, the chemical composition of the steel material according to the first embodiment preferably has a carbon equivalent Ceq represented by the following formula in the range of 0.25 to 0.50. When the Ceq is 0.30 or more, the steel material has more excellent HAZ toughness. Moreover, when the Ceq is 0.45 or less, the generation of MA is suppressed and the HAZ toughness is improved, which is more preferable. More preferably, Ceq is 0.40 or less.

Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
式中の[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cu]、[Ni]は、それぞれ、C、Mn、Cr、Mo、V、Cu、Niの質量%での含有量であり、含有しない場合は0を代入する。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
[C], [Mn], [Cr], [Mo], [V], [Cu], and [Ni] in the formula are mass % of C, Mn, Cr, Mo, V, Cu, and Ni, respectively. , and 0 is substituted if it does not contain.

第一の実施形態に係る鋼材の化学成分においては、前記Pb、Bi、Se、Teの含有量の合計[Xtotal]と、前記Ca、O、Sの含有量と、で構成される下記式(1)、式(2)、式(3)の何れかによって求められる[Xtotal ]が0.0001~0.0050%である。
[Xtotal ]は、{[Ca]≦(40/16)×[O]}のときは、式(1)で表され、{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}のときは、式(2)で表され、{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])>(40/32)×[S]}のときは、式(3)で表される。
[Xtotal ]=[Xtotal]… 式(1)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([Ca]-(40/16)×[O])×MXtotal/400… 式(2)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([S]×MXtotal/288)… 式(3)。
[Ca]、[O]、[S]、[Pb]、[Bi]、[Se]、[Te]は、それぞれ、Ca、O、S、Pb、Bi、Se、Teの質量%での含有量であり、含有しない場合は0を代入し、前記式(2)、(3)において、
Xtotal= ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128)である。
In the chemical composition of the steel material according to the first embodiment, the following formula composed of the total [X total ] of the contents of Pb, Bi, Se, and Te and the contents of Ca, O, and S [X total * ] obtained by any one of (1), formula (2), and formula (3) is 0.0001 to 0.0050%.
[X total * ] is represented by formula (1) when {[Ca] ≤ (40/16) x [O]}, {[Ca] > (40/16) x [O]} and When {([Ca]−(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}, it is represented by formula (2), {[Ca]>(40/16)× [O]} and {([Ca]−(40/16)×[O])>(40/32)×[S]} is represented by equation (3).
[X total * ]=[X total ]... formula (1),
[X total * ]=[X total ]−([Ca]−( 40/16 )×[O])×M X total /400 Formula (2),
[X total * ]=[X total ]−([S]×M X total / 288 ) Equation (3).
[Ca], [O], [S], [Pb], [Bi], [Se], and [Te] are Ca, O, S, Pb, Bi, Se, and Te content in % by mass, respectively. is the amount, and if it does not contain, 0 is substituted, and in the above formulas (2) and (3),
M Xtotal = ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128).

[Xtotal ]が0.0001%以上であると、5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子の個数密度が十分に高いものとなる。[Xtotal ]は、0.0005%以上であることが好ましい。また、[Xtotal ]が0.0050%以下であると、HAZ靭性に優れた鋼材となる。[Xtotal ]は、0.0035%以下であることが好ましく、0.0020%以下であることがより好ましい。
[Xtotal ]が上記範囲である鋼材中に5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子が所定の個数密度で存在していると、鋼材のHAZ靭性の向上に寄与する。この粒子の生成に寄与するX元素量(質量%)である[Xtotal ]は以下のように考えられる。
When [X total * ] is 0.0001% or more, the number density of particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is sufficiently high. [X total * ] is preferably 0.0005% or more. Further, when [X total * ] is 0.0050% or less, the steel material has excellent HAZ toughness. [X total * ] is preferably 0.0035% or less, more preferably 0.0020% or less.
[X total * ] is in the above range, if particles containing 5 atomic% or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm are present at a predetermined number density, the steel material Contributes to improvement of HAZ toughness. [X total * ], which is the amount of X element (% by mass) that contributes to the generation of the particles, is considered as follows.

第一の実施形態に係る鋼材の成分組成では、酸素は、Caと結合してCa酸化物を形成する。ここで、Ca酸化物の形成に使用される酸素のことを有効Oとする。鋼材中のCa含有量がO含有量に対して少ない場合は、全てのCaがCa酸化物となり、CaSは生成されない(ケース1)。鋼材中のCa含有量がO含有量に対して多い場合、Ca酸化物の形成に使用されなかったCa(有効Ca)は、S及びX元素と結合してX元素を含むCaSを生成する。そして、鋼材中のS含有量が有効Caに対して多い場合、X元素を含むCaSの形成量は有効Caによって決定される(ケース2)。一方、鋼材中のS含有量が有効Caに対して少ない場合、X元素を含むCaSの形成量はS含有量によって決定される(ケース3)。 In the chemical composition of the steel material according to the first embodiment, oxygen combines with Ca to form Ca oxides. Here, oxygen used for forming Ca oxide is defined as effective O. As shown in FIG. When the Ca content in the steel material is less than the O content, all Ca becomes Ca oxide and CaS is not generated (Case 1). When the Ca content in the steel material is large relative to the O content, Ca (available Ca) that has not been used to form Ca oxides combines with S and X elements to form CaS containing X elements. Then, when the S content in the steel material is larger than the effective Ca, the formation amount of CaS containing the X element is determined by the effective Ca (Case 2). On the other hand, when the S content in the steel material is less than the effective Ca, the formation amount of CaS containing the X element is determined by the S content (Case 3).

一般に、CaS系の介在物(CaSを主成分とする介在物)はサイズが大きくなってしまう。具体的には、CaS系の介在物は、ほとんどが円相当径が1.0μm以上の粒子となる。そのため、X元素を含むCaSの形成に使用されたX元素は、HAZ靭性の向上に寄与する粒子(5原子%以上のMgを含む円相当径が0.01~0.10μmである粒子)の生成に用いられない。したがって、[Xtotal ](質量%)は、鋼材中に含まれるX元素から、X元素を含むCaSの形成に使用されたX元素を除いたX元素量である。[Xtotal ]は上記のケース1、ケース2、ケース3に対して、それぞれ、下記に示す式(1)、式(2)、式(3)で示される。また、Ca、O、Sの原子量は、それぞれ、40、16、32であるから、ケース1、ケース2、ケース3は、それぞれ、以下の条件式によって表現される。
ケース1:[Ca]≦(40/16)×[O] である場合。
ケース2:{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]} である場合。
ケース3:{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])>(40/32)×[S]} である場合。
In general, CaS-based inclusions (inclusions containing CaS as a main component) are large in size. Specifically, most of the CaS-based inclusions are particles having an equivalent circle diameter of 1.0 μm or more. Therefore, the X element used to form CaS containing the X element is the particle that contributes to the improvement of HAZ toughness (the equivalent circle diameter containing 5 atomic% or more Mg is 0.01 to 0.10 μm). Not used for generation. Therefore, [X total * ] (% by mass) is the amount of the X element excluding the X element used to form CaS containing the X element from the X element contained in the steel material. [X total * ] is expressed by the following formulas (1), (2), and (3), respectively, for case 1, case 2, and case 3 above. Further, since the atomic weights of Ca, O and S are 40, 16 and 32, respectively, Case 1, Case 2 and Case 3 are expressed by the following conditional expressions.
Case 1: [Ca]≤(40/16)*[O].
Case 2: {[Ca]>(40/16)*[O]} and {([Ca]-(40/16)*[O])≤(40/32)*[S]}.
Case 3: If {[Ca]>(40/16)*[O]} and {([Ca]-(40/16)*[O])>(40/32)*[S]}.

以下に[Xtotal ]の式の導出過程を示す。以下の式では、Pb、Bi、Se、Teの含有量の合計含有量を[Xtotal]で表す。「%」の後ろに元素記号が記載されている場合は、鋼材中の元素の質量%での含有量を示す。例えば、「%Xtotal」は鋼中のPb、Bi、Se、Teの含有量の合計Xtotalである。更に、その後ろに「(as CaS)」が付されている場合は、X元素を含むCaSに含まれる元素の質量%での含有量である。すなわち、[%X(as CaS)]はX元素を含むCaSに含まれるX元素の質量%での含有量を示し、[%Ca(as CaS)]はX元素を含むCaSに含まれるCaの質量%での含有量を示し、[%S(as CaS)]はX元素を含むCaSに含まれるSの質量%での含有量を示す。[%Ca(as CaO)]はCa酸化物に含まれるCaの質量%での含有量を示し、[%Ca]はX元素を含むCaSの形成に使用されるCa(有効Ca)の質量%での含有量を示し、[%O]はCa酸化物の形成に使用されるO(有効O(酸素))の質量%での含有量を示す。「M」は原子量を示し、その後ろに添え字として元素記号が記載されている。例えば、「MCa」はCaの原子量である。The process of deriving the formula [X total * ] is shown below. In the following formula, the total content of Pb, Bi, Se, and Te is represented by [X total ]. When an element symbol is written behind "%", it indicates the content in mass % of the element in the steel material. For example, "% X total " is the total X total of the contents of Pb, Bi, Se and Te in the steel. Furthermore, when "(as CaS)" is attached behind it, it is the content in mass% of the element contained in CaS containing the X element. That is, [% X (as CaS)] indicates the content in mass% of the X element contained in CaS containing the X element, and [% Ca (as CaS)] is the content of Ca contained in CaS containing the X element. The content in mass % is shown, and [% S (as CaS)] shows the content in mass % of S contained in CaS containing the X element. [% Ca (as CaO)] indicates the content in mass% of Ca contained in Ca oxide, and [% Ca * ] is the mass of Ca (effective Ca) used to form CaS containing the X element. %, and [% O] indicates the content in mass % of O (available O (oxygen)) used for forming Ca oxide. "M" indicates atomic weight, followed by an element symbol as a subscript. For example, "M Ca " is the atomic weight of Ca.

[Xtotal ](質量%)は、鋼材中に含まれるX元素の量[%Xtotal]から、X元素を含むCaSの形成に使用されたX元素[%X(as CaS)]を除いたX元素量であり、
[Xtotal ]=[%Xtotal]-[%X(as CaS)]
で示される。
Ca含有量がO含有量に対して少なく、全てのCaがCa酸化物となり、CaSが生成されないケース1では、[Xtotal ]は下記式(1)となる。
[Xtotal ]=[Xtotal]… 式(1)
[X total * ] (% by mass) is the amount of X element [% X total ] contained in the steel material, excluding X element [% X (as CaS)] used to form CaS containing X element. is the amount of X element,
[X total * ] = [% X total ] - [% X (as CaS)]
is indicated by
In Case 1 where the Ca content is less than the O content, all Ca becomes Ca oxide, and CaS is not produced, [X total * ] is given by the following formula (1).
[ Xtotal * ]=[ Xtotal ]... Formula (1)

次に、鋼材中のCa含有量がO含有量に対して多い場合、Ca酸化物の形成に使用されなかったCa(有効Ca)は、S及びX元素と結合してX元素を含むCaSを生成する。本発明者らは、本開示の鋼材での成分系において、X元素を含むCaSにおける各元素の含有割合(原子数比)を測定した。その結果、X元素を含むCaSにおける原子数比は、おおむねCa:S:X元素=50:45:5の割合であることを知見した。この知見をもとに、[%X(as CaS)]は、X元素を含むCaS中における原子数比がCa:S:X元素=50:45:5であることを前提とし、X元素を含むCaSの形成量がCa含有量で制限されるか、S含有量で制限されるかを考慮する必要がある。CaSの形成量がCa含有量で制限される場合は、Ca:X元素=50:5=10:1であり、
[%X(as CaS)]=[%Ca]MXtotal/10MCa
となる。一方、CaSの形成量がS含有量で制限される場合は、S:X元素=45:5=9:1であり、
[%X(as CaS)]=[%S]MXtotal/9M
となる。
Next, when the Ca content in the steel material is large relative to the O content, Ca (available Ca) that was not used to form Ca oxides combines with S and X elements to form CaS containing X elements. Generate. The present inventors measured the content ratio (atomic number ratio) of each element in CaS including the X element in the composition system of the steel material of the present disclosure. As a result, it was found that the atomic number ratio in CaS containing the X element was approximately Ca:S:X element=50:45:5. Based on this knowledge, [% X (as CaS)] is based on the premise that the atomic ratio in CaS containing the X element is Ca: S: X element = 50: 45: 5, and the X element is It is necessary to consider whether the amount of CaS formed is limited by the Ca content or the S content. When the amount of CaS formed is limited by the Ca content, Ca: X elements = 50: 5 = 10: 1,
[%X(as CaS)]=[%Ca * ]M Xtotal /10M Ca
becomes. On the other hand, when the amount of CaS formed is limited by the S content, S: X elements = 45: 5 = 9: 1,
[% X (as CaS)] = [% S] M Xtotal /9M S
becomes.

X元素を含むCaS中における原子数比は、Ca、S、X元素を含む種々の化学組成を有する鋼材を用いて、介在物の解析を行って求めたものである。具体的には、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)に付属するエネルギー分散型X線元素分析装置(Energy Dispersive X-ray Spectrometry、EDS)によって鋼中の介在物の元素分析を行い、20個のCaSの測定結果に基づいて原子数比を決定した。 The atomic number ratio in CaS containing the X element is obtained by analyzing inclusions using steel materials having various chemical compositions containing the Ca, S, and X elements. Specifically, elemental analysis of inclusions in steel is performed using an Energy Dispersive X-ray Spectrometry (EDS) attached to a Scanning Electron Microscope (SEM). The atomic number ratio was determined based on the measurement results of CaS.

鋼材中のS含有量が有効Caに対して多く、X元素を含むCaSの形成量が有効Caによって決定されるケース2では、[%X(as CaS)]は、[%Ca]MXtotal/10MCaとなる。したがって、[Xtotal ]は下記の式で示される。
[Xtotal ]=[%Xtotal]-[%X(as CaS)]
=[%Xtotal]-[%Ca]MXtotal/10MCa
=[%Xtotal]-([%Ca]-[%Ca(as CaO)])MXtotal/10MCa
In Case 2, where the S content in the steel material is greater than the effective Ca, and the amount of CaS containing the X element is determined by the effective Ca, [%X (as CaS)] is [%Ca * ] M Xtotal /10M Ca. Therefore, [X total * ] is represented by the following formula.
[X total * ] = [% X total ] - [% X (as CaS)]
= [% Xtotal ]-[%Ca * ] MXtotal /10M Ca
= [% X total ]-([% Ca]-[% Ca (as CaO )]) M X total /10 M Ca

一方、S含有量が有効Caに対して少なく、X元素を含むCaSの形成量はS含有量によって決定されるケース3では、以下の関係が成立する。
[%X(as CaS)]=[%S]MXtotal/9M
S含有量が有効Caに対して少なく、X元素を含むCaSの形成量が鋼材中のS含有量によって決定されるケース3では、[%X(as CaS)]は[%S]MXtotal/9Mとなる。したがって、有効Xは下記の式で示される。
[Xtotal ]=[%Xtotal]-[%X(as CaS)]
=[%Xtotal]-[%S]MXtotal/9M
On the other hand, in case 3 where the S content is less than the effective Ca and the formation amount of CaS containing the X element is determined by the S content, the following relationship holds.
[% X (as CaS)] = [% S] M Xtotal /9M S
In Case 3, where the S content is less than the effective Ca and the amount of CaS containing the X element is determined by the S content in the steel, [%X (as CaS)] is [%S]M Xtotal / 9M S. Therefore, the effective X is given by the following equation.
[X total * ] = [% X total ] - [% X (as CaS)]
= [% X total ]-[% S] M X total /9 M S

Xtotalは、Pb、Bi、Se、Teの質量%での含有量から計算されるX元素の換算原子量であり、原子量(Pb:207、Bi:209、Se:79、Te:128)によって以下の式で求められる。
Xtotal=([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128)
M Xtotal is the equivalent atomic weight of the X element calculated from the mass% content of Pb, Bi, Se, and Te, and the atomic weight (Pb: 207, Bi: 209, Se: 79, Te: 128) is calculated by the formula
M Xtotal = ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128)

以上を整理すると、有効Xtotalは、{[Ca]≦(40/16)×[O]}のときは、
[Xtotal ]=[Xtotal]… 式(1)、
{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}のときは、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([Ca]-(40/16)×[O])×MXtotal/400… 式(2)、
{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])>(40/32)×[S]}のときは、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([S]×MXtotal/288) … 式(3)
となる。
[Ca]、[O]、[S]、[Pb]、[Bi]、[Se]、[Te]は、それぞれ、Ca、O、S、Pb、Bi、Se、Teの質量%での含有量であり、含有しない場合は0を代入し、また、前記式(2)、(3)において、
Xtotal= ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128)である。ただし、原子量は、O:16、Ca:40、S:32、Pb:207、Bi:209、Se:79、Te:128である。
To summarize the above, when {[Ca] ≤ (40/16) x [O]}, the effective X total is
[X total * ]=[X total ]... formula (1),
When {[Ca]>(40/16)×[O]} and {([Ca]−(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]},
[X total * ]=[X total ]−([Ca]−( 40/16 )×[O])×M X total /400 Formula (2),
When {[Ca]>(40/16)×[O]} and {([Ca]−(40/16)×[O])>(40/32)×[S]},
[X total * ]=[X total ]−([S]×M X total / 288 ) Equation (3)
becomes.
[Ca], [O], [S], [Pb], [Bi], [Se], and [Te] are Ca, O, S, Pb, Bi, Se, and Te content in % by mass, respectively. is the amount, and if it does not contain, 0 is substituted, and in the above formulas (2) and (3),
M Xtotal = ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128). However, the atomic weights are O: 16, Ca: 40, S: 32, Pb: 207, Bi: 209, Se: 79, and Te: 128.

次に、鋼中に含まれる粒子について説明する。
第一の実施形態に係る鋼材には、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置(鋼材が鋼板の場合には表面から板厚方向に板厚の1/4深さの位置、鋼材が断面円形状を有する場合は、表面から中心に向かって直径の1/4の位置)において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、円相当径で0.01μm以上0.10μm以下の粒子が、1.0×10個/mm以上の個数密度で存在する。これらの粒子には、MgS系、(Mg,Mn)S系など、5原子%以上のMgを含有する粒子が含まれる。Mgを含む粒子は特に、高温での安定性が高く、かつ、微細分散しやすいため、溶接時の入熱によって鋼が加熱されてから冷却される過程でオーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が大きい。[Xtotal ]を0.0001~0.0050%とすることにより、オーステナイト粒の粒成長を抑制する、Mgを含む粒子の効果がより高くなるものと推測される。
Next, the particles contained in steel will be explained.
In the steel material according to the first embodiment, a position 1/4 of the thickness of the steel material from the surface of the steel material (when the steel material is a steel plate, a position of 1/4 depth of the thickness in the thickness direction from the surface , when the steel material has a circular cross-section, the position of 1/4 of the diameter from the surface toward the center) contains 5 atomic% or more Mg as a proportion of the total of Ca, Mg, Mn and S, and is equivalent to a circle Particles having a diameter of 0.01 μm or more and 0.10 μm or less are present at a number density of 1.0×10 7 particles/mm 3 or more. These particles include MgS-based, (Mg, Mn)S-based, etc. particles containing 5 atomic % or more of Mg. Particles containing Mg, in particular, are highly stable at high temperatures and tend to be finely dispersed. big. By setting [X total * ] to 0.0001 to 0.0050%, it is presumed that the effect of grains containing Mg to suppress grain growth of austenite grains is enhanced.

円相当径が0.01μm未満の粒子は、オーステナイトの粒成長を抑制する効果が小さく、円相当径が0.10μmを超える粒子は、結果的に微細な粒子の生成を妨げる。したがって、本発明では、オーステナイトの粒成長を抑制する効果が高い、5原子%以上のMgを含み円相当径が0.01~0.10μmの粒子を対象とするが、円相当径が0.01μm未満、0.10μm超の粒子が存在してもよい。 Particles with an equivalent circle diameter of less than 0.01 μm are less effective in suppressing grain growth of austenite, and particles with an equivalent circle diameter of more than 0.10 μm hinder the generation of fine particles as a result. Therefore, in the present invention, particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, which are highly effective in suppressing grain growth of austenite, are targeted. Particles less than 01 μm and greater than 0.10 μm may be present.

また、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み円相当径が0.01~0.10μmの粒子の個数密度は、1.0×10個/mm以上であればオーステナイトの粒成長を抑制する効果が顕著となるので、1.0×10個/mm以上を下限とする。一方、5原子%以上のMgを含み円相当径が0.01~0.10μmの粒子の個数密度に上限はない。本発明者らによる知見では、1.0×1011個/mmを超えるとオーステナイトの粒成長を抑制する効果が飽和するので、1.0×1011個/mm以下であることが好ましい。[Xtotal ]が0.0001%以上0.0050%以下であり、5原子%以上のMgを含み円相当径が0.01~0.10μmの粒子の個数密度が、1.0×10個/mm以上であれば、HAZ靭性の向上効果が顕著になる。Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み円相当径が0.01~0.10μmの粒子の個数密度は、円相当径が0.01~0.10μmの粒子の個数密度に、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含む円相当径0.01~0.10μmの粒子の個数割合を掛けて求める。In addition, at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material, the ratio of Mg to the total of Ca, Mg, Mn and S is 5 atomic% or more, and the equivalent circle diameter is 0.01 to 0.10 μm. If the number density of the particles is 1.0 × 10 7 /mm 3 or more, the effect of suppressing the grain growth of austenite becomes remarkable, so the lower limit is 1.0 × 10 7 /mm 3 or more. . On the other hand, there is no upper limit to the number density of particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm. According to the findings of the present inventors, the effect of suppressing the grain growth of austenite saturates when it exceeds 1.0×10 11 /mm 3 , so it is preferably 1.0×10 11 /mm 3 or less. . [X total * ] is 0.0001% or more and 0.0050% or less, and the number density of particles containing 5 atomic% or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is 1.0 × 10 If it is 7 pieces/mm 3 or more, the effect of improving the HAZ toughness becomes remarkable. The number density of particles with an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm containing Mg in an amount of 5 atomic% or more in the ratio to the total of Ca, Mg, Mn and S is It is obtained by multiplying the number density of particles by the number ratio of particles with an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm containing 5 atomic % or more of Mg with respect to the total of Ca, Mg, Mn and S.

第一の実施形態に係る鋼材に含まれる粒子の円相当径、個数密度、円相当径が0.01~0.10μmの粒子のうちCa、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含む粒子の個数割合は、電子顕微鏡を用いた元素分析及び画像解析により決定する。粒子に含まれているMgの含有量については、エネルギー分散型X線元素分析装置(Energy Dispersive X-ray Spectrometry、EDS)による元素マッピングにより、粒子全体について測定し、その平均値として求めることができる。 Among the particles contained in the steel material according to the first embodiment having an equivalent circle diameter, a number density, and an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, 5 atomic % as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn and S The above number ratio of Mg-containing particles is determined by elemental analysis and image analysis using an electron microscope. The content of Mg contained in the particles is measured for the entire particles by elemental mapping with an energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), and can be obtained as the average value. .

具体的には、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope、TEM)で観察可能な粒子のうち、まず、円相当径が0.01~0.10μmである粒子の個数密度を計測する。次に、円相当径が0.01~0.10μmである粒子のうち、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含む粒子の個数割合を計測する。電子顕微鏡は電界放出形透過電子顕微鏡(Field-Emission Transmission Electron Microscopy、FE-TEM)など、他の形式の電子顕微鏡を用いても良い。 Specifically, among particles observable with a transmission electron microscope (TEM), first, the number density of particles having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is measured. Next, among particles having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, the number ratio of particles containing 5 atomic % or more of Mg to the total of Ca, Mg, Mn and S is measured. Other types of electron microscopes such as Field-Emission Transmission Electron Microscopy (FE-TEM) may be used as the electron microscope.

粒子個数は、鋼材を1400℃に加熱し、3秒程度保持して急冷した鋼材から収束イオンビーム(Focused Ion Beam、FIB)で薄膜試料を作製して測定してもよい。これは、例えば、セメンタイトや合金の炭窒化物などが生成していると、観察対象である0.01~0.10μmのサイズの粒子の個数を測定し難いためである。高温に加熱して観察対象以外の析出物を固溶させ、その後急冷するか、又は、急冷途中でフェライトが生成する熱サイクルを付与すれば、セメンタイトや炭窒化物が少ない試料を作製することができる。Mgを含む粒子は高温に加熱しても安定であり、冷却中に形態がほぼ変化しないため、このような熱サイクルを付与しても粒子個数の測定結果はほとんど変わらない。また、このMgを含む粒子は、圧延時に形態がほぼ変化しないため、例えば、熱間圧延や冷間圧延の前後で粒子の形態はほとんど変わらない。 The number of particles may be measured by heating a steel material to 1400° C., holding the steel material for about 3 seconds, and then rapidly cooling the steel material by using a focused ion beam (FIB) to prepare a thin film sample. This is because, for example, when cementite or alloy carbonitrides are formed, it is difficult to measure the number of particles having a size of 0.01 to 0.10 μm, which is the object of observation. It is possible to prepare a sample with little cementite or carbonitride by heating to a high temperature to dissolve precipitates other than those to be observed, followed by rapid cooling, or by applying a thermal cycle in which ferrite is generated during rapid cooling. can. Particles containing Mg are stable even when heated to a high temperature, and their morphology does not change substantially during cooling. Therefore, even if such a heat cycle is applied, the measurement result of the number of particles hardly changes. In addition, since the particles containing Mg do not substantially change their morphology during rolling, the morphology of the particles hardly changes before and after hot rolling or cold rolling, for example.

薄膜試料をTEMで観察し、少なくとも100μm以上の面積を持つ視野につき、0.01~0.10μmの大きさの粒子の個数を測定し、1立方mmあたりの個数に換算する。測定試料の厚さは電子エネルギー損失分光法(Electron Energy-Loss Spectroscopy、EELS法)で測定することができる。本実施の形態では、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置が観察位置となるように、厚さ0.05~0.20μmの薄膜試料を作成し、その試料において10μm×10μmの視野における粒子の個数をカウントした。1視野において50個以上の粒子が検出できる場合には、その視野において検出できた個数を、その視野における試料体積(縦10μm×横10μm×厚さ(μm)×10-9)で割ることにより、1立方mmあたりの0.01~0.10μmの大きさの円相当径を有する粒子の個数を算出した。1視野において検出できた粒子数が50個未満であれば、検出された粒子数が計50個以上となるまで別の視野での観察を行い、検出粒子数が50個以上となった時点で検出された粒子の総個数を、観察した全体積で割ることにより、1立方mmあたりの個数を算出した。また逆に、1視野に1000個以上の粒子が見込まれる場合には、視野から粒子個数を測定する領域(たとえば、2μm×3μmの領域)を抽出して個数密度を算出した。仮に、厚さが0.10μmの薄膜試料において、視野から2μm×3μmの領域を抽出してカウントし、粒子の個数が60個であった場合には、粒子の個数密度は1立方mmあたり1.0×1011個となる。A thin film sample is observed with a TEM, and the number of particles with a size of 0.01 to 0.10 μm is measured in a visual field having an area of at least 100 μm 2 and converted to the number per cubic mm. The thickness of the measurement sample can be measured by electron energy-loss spectroscopy (EELS method). In this embodiment, a thin film sample having a thickness of 0.05 to 0.20 μm is prepared so that the observation position is a quarter of the thickness of the steel material from the surface of the steel material, and the sample has a thickness of 10 μm×10 μm. The number of particles in a 10 μm field of view was counted. When 50 or more particles can be detected in one field of view, the number of particles detected in that field of view is divided by the volume of the sample in that field of view (vertical 10 µm x horizontal 10 µm x thickness (µm) x 10 -9 ). , the number of particles having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm per 1 cubic mm was calculated. If the number of particles detected in one field of view is less than 50, another field of view is observed until the total number of detected particles reaches 50 or more, and when the number of detected particles reaches 50 or more. The number per cubic mm was calculated by dividing the total number of particles detected by the total volume observed. Conversely, when 1,000 or more particles were expected in one field of view, a region (for example, a region of 2 μm×3 μm) where the number of particles was to be measured was extracted from the field of view to calculate the number density. If a thin film sample with a thickness of 0.10 μm is counted by extracting an area of 2 μm × 3 μm from the field of view, and the number of particles is 60, the number density of particles is 1 per cubic mm. .0×10 11 pieces.

第一の実施形態では、Mgの濃度が5原子%以上の粒子を、Mgを含有する粒子とする。このような粒子はオーステナイトを微細化する効果が高く、Mg以外の元素が検出されても構わない。粒子に含まれるMgの濃度は、EDSによって定量して求める。この定量時に使用する電子ビーム径は0.0001~0.01μm、TEM観察倍率は10000~100000倍とし、粒子内の任意の位置を定量する。 In the first embodiment, particles having a Mg concentration of 5 atomic % or more are defined as Mg-containing particles. Such particles are highly effective in refining austenite, and elements other than Mg may be detected. The concentration of Mg contained in the particles is quantified by EDS. An electron beam diameter of 0.0001 to 0.01 μm and a TEM observation magnification of 10,000 to 100,000 times are used for this quantification, and an arbitrary position within the particles is quantified.

次に、個数を測定した0.01~0.10μmの円相当径の粒子における、5原子%以上のMgを含有する粒子の個数割合を測定する。一視野における粒子個数が多い場合、全粒子を逐一同定することは大変な作業となる。そのため、少なくとも20個以上の円相当径0.01~0.10μmの粒子について、5原子%以上のMgが含まれるかどうかを同定し、その存在割合から個数密度を求めることとする。 Next, the number ratio of particles containing 5 atomic % or more of Mg among the particles having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm whose number was measured is measured. When the number of particles in one field of view is large, it is a difficult task to identify all the particles one by one. Therefore, at least 20 or more particles with an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm are identified as to whether they contain 5 atomic % or more of Mg, and the number density is obtained from the abundance ratio.

鋼中にX元素を含有させることによって、円相当径が0.01~0.10μmの範囲のMg含有粒子の個数密度が著しく増加し、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が高くなるものと推測される。X元素の含有によって、Mg含有粒子の個数密度が著しく増加する理由は必ずしも明確ではないが、例えば、X元素がMg含有粒子のオストワルド成長を抑制している可能性がある。 By including the X element in the steel, the number density of Mg-containing particles with an equivalent circle diameter in the range of 0.01 to 0.10 μm is remarkably increased, and the effect of suppressing the grain growth of austenite grains is enhanced. guessed. The reason why the number density of Mg-containing particles increases significantly due to the inclusion of the X element is not necessarily clear, but for example, the X element may suppress the Ostwald growth of the Mg-containing particles.

次に、第一の実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。
X元素の鋼中での存在状態を制御する場合、溶製工程を制御することが有効である。具体的には、鋼の溶製方法として、例えば溶鋼温度を1650℃以下として、溶鋼のO濃度を0.0100%以下に制御した状態で、Al等の脱酸元素を添加し、X元素とMgとを同時に添加するか、又は、X元素を添加した後、Mgを添加し、その間には他の工程を含まない。溶鋼のO濃度を0.0100%以下に制御するには、Si、Mn、Al等による予備脱酸を行えばよい。Mgを添加した後、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、[Xtotal ]を0.0001~0.0050%の範囲内に制御してもよい。鋳造は連続鋳造を採用することが好ましい。これにより、5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmであり、個数密度が1.0×10個/mm以上である粒子を有する鋳片を得ることができる。
Next, a method for manufacturing a steel material according to the first embodiment will be described.
When controlling the state of existence of the X element in steel, it is effective to control the smelting process. Specifically, as a steel melting method, for example, the molten steel temperature is set to 1650 ° C. or less, and the O concentration of the molten steel is controlled to 0.0100% or less. Mg is added at the same time, or after the X element is added, Mg is added without any other steps in between. In order to control the O concentration of molten steel to 0.0100% or less, preliminary deoxidation with Si, Mn, Al, or the like may be performed. After adding Mg, the content of other elements may be adjusted to a predetermined range to control [X total * ] within the range of 0.0001 to 0.0050%. Casting preferably employs continuous casting. Thereby, a cast slab having particles containing 5 atomic % or more of Mg, having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, and having a number density of 1.0×10 7 /mm 3 or more is obtained. can be done.

溶鋼のO濃度を0.0100%以下に制御した状態で、Al等の脱酸元素を添加し、X元素を添加して、更にMgを添加する(又は、X元素とMgとを同時に添加する)ことでMgを含む粒子が溶鋼中で形成され、鋳造後の鋼中に微細に分散する。この微細な粒子は高温で安定であるため、溶接によって加熱されたγ粒の粗大化を抑止することができる。一方、溶鋼のO濃度が0.0100%超である状態でAl等の脱酸元素を添加した場合は、酸硫化物などの介在物がX元素を取り込んで凝集浮上するため、X元素も排出される。したがって、Al等の脱酸元素を添加する前の溶鋼のO量を0.0100%以下に制御しておくことで、X元素の排出を抑制し、効果的に活用できるものと推測できる。 In a state where the O concentration of the molten steel is controlled to 0.0100% or less, a deoxidizing element such as Al is added, the X element is added, and then Mg is added (or the X element and Mg are added simultaneously. ), Mg-containing particles are formed in the molten steel and finely dispersed in the steel after casting. Since these fine particles are stable at high temperatures, it is possible to suppress coarsening of the γ grains heated by welding. On the other hand, when a deoxidizing element such as Al is added in a state where the O concentration of molten steel exceeds 0.0100%, inclusions such as oxysulfides take in the X element and aggregate and float, so the X element is also discharged. be done. Therefore, it can be inferred that by controlling the amount of O in molten steel before adding a deoxidizing element such as Al to 0.0100% or less, the emission of the X element can be suppressed and effectively utilized.

より好ましくは、鋼の溶製方法として、例えば、溶鋼のO濃度を0.0100%以下、溶鋼のS濃度を0.0200%以下に制御した状態で、Al等の脱酸元素を添加した後で、X元素を添加した後、Mgを添加する。このように、溶鋼のO濃度及びS濃度を制御しながら脱酸元素、X元素、Mgを添加することにより、粗大な介在物の形成や、X元素の排出を抑制することができる。 More preferably, as a steel smelting method, for example, after adding a deoxidizing element such as Al while controlling the O concentration of the molten steel to 0.0100% or less and the S concentration of the molten steel to 0.0200% or less , Mg is added after adding the X element. By adding the deoxidizing element, the X element, and Mg while controlling the O concentration and the S concentration of the molten steel in this way, the formation of coarse inclusions and the discharge of the X element can be suppressed.

Al等による脱酸が不十分な場合は、脱酸を促進する元素としてCa、Mg、REMを添加してもよい。Mgを含む粒子の形成を促進するためには、Mgを添加する前の溶鋼中のCa量及びREM量を0.0005%以下に制限することが好ましい。硫化物を形成するCa、REMの含有量を制限することにより、Sをピンニング粒子の形成に利用することができる。Ca、REMは意図的に添加しない場合でも、溶鋼鍋に使用される耐火物や、脱硫などの目的で添加されるフラックスやスラグ、合金原料中などから溶鋼中に混入する場合がある。Ca、REMの含有量を0.0005%以下に抑制するには、耐火物、フラックス、スラグや合金原料中などに含まれるCa、REM量を管理すればよい。溶鋼中のCa、REMの形態、形状を、溶鋼中に混入し難い安定な酸化物等とするように管理してもよい。 If deoxidation by Al or the like is insufficient, Ca, Mg, or REM may be added as an element that promotes deoxidation. In order to promote the formation of particles containing Mg, it is preferable to limit the amount of Ca and the amount of REM in the molten steel before adding Mg to 0.0005% or less. By limiting the content of Ca, which forms sulfides, and REM, S can be used to form pinning particles. Even if Ca and REM are not intentionally added, they may be mixed into molten steel from refractories used in molten steel ladle, flux or slag added for purposes such as desulfurization, alloy raw materials, and the like. In order to suppress the content of Ca and REM to 0.0005% or less, the amount of Ca and REM contained in the refractory, flux, slag, alloy raw material, etc. should be controlled. The forms and shapes of Ca and REM in the molten steel may be controlled so as to be stable oxides that are difficult to mix into the molten steel.

上述のように、溶鋼のO濃度と、X元素、Al等の脱酸元素、Mgの添加順序とを規定する理由について説明する。単に鋼中にX元素を添加しただけでは、X元素を含む粒子はほとんど生成しない。その理由は定かではないが、X元素は溶鋼中での蒸気圧が高く、多量に添加しても溶鋼中に残存し難いためであると推定される。[Xtotal ]の制御に加えて、X元素を含む粒子の核となる脱酸生成物の制御を行うことで、X元素が介在物に捕捉されてHAZの靭性の向上に寄与する粒子が生成するものと推測される。The reasons for specifying the O concentration of the molten steel and the order of addition of the X element, the deoxidizing element such as Al, and Mg as described above will be explained. Simply adding the X element to the steel hardly produces particles containing the X element. Although the reason for this is not clear, it is presumed that the X element has a high vapor pressure in molten steel and does not easily remain in the molten steel even if it is added in a large amount. In addition to the control of [X total * ], by controlling the deoxidation product that becomes the nucleus of the particles containing the X element, the X element is captured by the inclusions and the particles that contribute to the improvement of the toughness of the HAZ are produced. presumed to generate

鋳造後の加熱、圧延、熱処理条件は、鋼材の目標とする機械的性質に応じて、例えば、制御圧延・制御冷却、圧延後直接焼入れ・焼き戻し、圧延後一旦冷却後焼入れ・焼戻し、など適宜選定すればよい。 The heating, rolling, and heat treatment conditions after casting are appropriately selected according to the target mechanical properties of the steel material, such as controlled rolling/controlled cooling, direct quenching/tempering after rolling, and quenching/tempering after cooling once after rolling. You can choose.

(第二の実施形態)
次に、第二の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
(Second embodiment)
Next, the steel material according to the second embodiment will be described in detail.

第二の実施形態は、第一の実施形態の特徴に加え、さらに下記の特徴を有する。 The second embodiment has the following features in addition to the features of the first embodiment.

第二の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmであり、個数密度が1.0×10個/mm以上である粒子を有し、このうち、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含むX含有粒子1の個数割合が30%以上である。このようなX含有粒子を増加させると、HAZにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、HAZ靭性が向上する。The steel material according to the second embodiment contains Mg of 5 atomic% or more in a ratio to the total of Ca, Mg, Mn and S at a position 1/4 of the thickness of the steel material from the surface of the steel material, and is equivalent to a circle It has particles with a diameter of 0.01 to 0.10 μm and a number density of 1.0×10 7 /mm 3 or more, among which the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element The number ratio of the X-containing particles 1 containing 0.5 atomic % or more of the X element is 30% or more. When such X-containing particles are increased, grain growth of austenite grains in the HAZ is suppressed, and HAZ toughness is improved.

第二の実施形態に係る鋼材において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含有し、円相当径が0.01~0.10μmであり、個数密度が1.0×10個/mm以上である粒子(Mgを含む粒子)のうち、30%以上の粒子が、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含むX含有粒子1である。理由は必ずしも明らかでないが、Mgを含む粒子にX元素(Pb、Bi、Se、Teの1種以上)が含まれると、粒成長が抑制され、高温での安定性も高くなると推測される。このような効果を得るために、Mgを含む粒子のうちX含有粒子1の個数割合を30%以上とする。X含有粒子1の個数割合は50%以上が好ましく、70%以上がより好ましい。In the steel material according to the second embodiment, the steel material contains 5 atomic% or more of Mg as a proportion of the total of Ca, Mg, Mn and S, has an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, and has a number density of 1 0×10 7 particles/mm 3 or more (particles containing Mg), 30% or more of the particles are 0.5 atomic % in proportion to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element X-containing particles 1 containing the above X element. Although the reason is not necessarily clear, it is speculated that when the Mg-containing particles contain an X element (at least one of Pb, Bi, Se, and Te), grain growth is suppressed and stability at high temperatures is enhanced. In order to obtain such an effect, the number ratio of the X-containing particles 1 among the Mg-containing particles is set to 30% or more. The number ratio of the X-containing particles 1 is preferably 50% or more, more preferably 70% or more.

第二の実施形態に係る鋼材に含まれる粒子の円相当径、個数密度、円相当径が0.01~0.10μmの粒子のうち、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含む粒子の個数割合、更に、5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子のうち、X含有粒子1の個数割合は、電子顕微鏡を用いた元素分析及び画像解析により決定する。粒子に含まれているMg及びX元素の含有量については、エネルギー分散型X線元素分析装置(Energy Dispersive X-ray Spectrometry、EDS)による元素マッピングにより、粒子全体について測定し、その平均値として求めることができる。 Among the particles contained in the steel material according to the second embodiment and having an equivalent circle diameter, a number density, and an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, 5 atoms in the proportion to the total of Ca, Mg, Mn and S % or more of Mg, and further, among particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, the number ratio of X-containing particles 1 is determined by an electron microscope. Determined by elemental analysis and image analysis using The content of Mg and X elements contained in the particles is measured for the entire particle by elemental mapping using an energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), and the average value is obtained. be able to.

具体的には、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope、TEM)で観察可能な粒子のうち、まず、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、円相当径が0.01~0.10μmである粒子の個数密度を計測する。次に、円相当径が0.01~0.10μmである粒子のうち5原子%以上のMgを含む粒子の個数割合を計測する。更に、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含む円相当径0.01~0.10μmの粒子のうち、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む粒子の個数割合を測定する。電子顕微鏡は電界放出形透過電子顕微鏡(Field-Emission Transmission Electron Microscopy、FE-TEM)など、他の形式の電子顕微鏡を用いても良い。粒子に含まれる元素の濃度が0.5原子%以上であれば分析機器で確実に検出可能であるため、0.5原子%以上のX元素を含む粒子を計測対象とすることができる。 Specifically, among the particles observable with a transmission electron microscope (TEM), first, at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material, the equivalent circle diameter is 0.01. A particle number density of ˜0.10 μm is measured. Next, the number ratio of particles containing 5 atomic % or more of Mg among particles having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is measured. Furthermore, among particles having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm containing Mg in an amount of 5 atomic% or more in proportion to the total of Ca, Mg, Mn and S, the sum of Ca, Mg, Mn, S and the X element The number ratio of particles containing 0.5 atomic % or more of the X element is measured. Other types of electron microscopes such as Field-Emission Transmission Electron Microscopy (FE-TEM) may be used as the electron microscope. If the concentration of the element contained in the particles is 0.5 atomic % or more, it can be reliably detected by an analytical instrument, so particles containing 0.5 atomic % or more of the X element can be measured.

更に、個数密度を測定した、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含有する円相当径0.01~0.10μmの粒子のうち、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含むX含有粒子1の存在割合は、EDSによって判定し、求めることができる。この場合も、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含む粒子の個数密度の測定と同様に、個数を測定した粒子のうち、少なくとも20個以上の粒子についてCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素が含まれるかどうかを同定し、その存在割合を求めればよい。ここで、「0.5原子%以上のX元素を含む」とは、Ca、Mg、Mn、S、X元素の合計に対し、X原子の割合が0.5原子%以上であることを示す。 Furthermore, among the particles with an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm containing Mg at a ratio of 5 atomic% or more to the total of Ca, Mg, Mn and S, whose number density was measured, Ca, Mg, Mn, The abundance of the X-containing particles 1 containing 0.5 atomic % or more of the X element relative to the sum of the S and the X element can be obtained by determining by EDS. Also in this case, in the same manner as the measurement of the number density of particles containing 5 atomic % or more of Mg as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn and S, Ca , Mg, Mn, S, and the X element in a proportion of 0.5 atomic % or more to the total of the X element is identified, and the existence ratio thereof is determined. Here, "containing 0.5 atomic % or more of X element" means that the proportion of X atoms is 0.5 atomic % or more with respect to the total of Ca, Mg, Mn, S, and X elements. .

X含有粒子1は特に、高温での安定性が高く、かつ、微細分散しやすいため、溶接時の入熱によって鋼が加熱されてから冷却される過程で、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が大きいものと推測される。Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子のうち、X含有粒子1の個数割合が高いほど、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が高くなるものと推測される。X元素を含むX含有粒子1が高温安定性に優れ、かつ、微細分散しやすい理由は、今のところ不明であるが、例えば、X元素がMgを含む粒子のオストワルド成長を抑制している可能性がある。 Since the X-containing particles 1 are particularly stable at high temperatures and tend to be finely dispersed, they have the effect of suppressing grain growth of austenite grains in the process of heating the steel by the heat input during welding and then cooling it. is assumed to be large. Among the particles containing 5 atomic% or more of Mg in the proportion to the total of Ca, Mg, Mn and S and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, the higher the number ratio of X-containing particles 1, the more austenite It is presumed that the effect of suppressing the grain growth of grains is increased. The reason why the X-containing particles 1 containing the X element are excellent in high temperature stability and easily finely dispersed is unknown at present, but it is possible that the X element suppresses the Ostwald growth of the particles containing Mg, for example. have a nature.

次に、第二の実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。
第二の実施形態に係る製造方法は、第一の実施形態に係る製造方法において、さらにMgを添加するタイミングを制御する。具体的には、Al等の脱酸元素を添加し、X元素とMgとを同時に添加するか、又は、X元素を添加した後、40分以内にMgを添加する。これにより、5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmであり、個数密度が1.0×10個/mm以上である粒子を有し、このうちCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む粒子の個数割合が30%以上である鋳片を得ることができる。
Next, a method for manufacturing a steel material according to the second embodiment will be described.
The manufacturing method according to the second embodiment further controls the timing of adding Mg in the manufacturing method according to the first embodiment. Specifically, a deoxidizing element such as Al is added, and the X element and Mg are added at the same time, or Mg is added within 40 minutes after adding the X element. As a result, particles containing 5 atomic % or more of Mg, having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, and having a number density of 1.0×10 7 particles/mm 3 or more, of which Ca , Mg, Mn, S, and the above-mentioned X element, the number ratio of particles containing 0.5 atomic % or more of the X element is 30% or more.

X元素の添加からMgの添加までの時間を40分以内(0分を含む)に制限することにより、X元素の歩留まりや均一性を保つとともに、X元素が溶鋼中に溶解した状態を維持してMgを添加することができる。このように、X元素を溶鋼中に溶解させてMgを添加することによって、X含有粒子1の生成が促進される。 By limiting the time from the addition of the X element to the addition of Mg to within 40 minutes (including 0 minutes), the yield and uniformity of the X element can be maintained, and the state of the X element dissolved in the molten steel can be maintained. Mg can be added by Thus, by dissolving the X element in the molten steel and adding Mg, the generation of the X-containing particles 1 is promoted.

(第三の実施形態)
次に、第三の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
(Third embodiment)
Next, the steel material according to the third embodiment will be described in detail.

第三の実施形態は、第一の実施形態又は第二の実施形態の特徴に加え、さらに下記の特徴を有する。
第三の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmであり、個数密度が1.0×10個/mm以上である粒子を有し、このうち、外周の少なくとも一部にCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む領域が存在するX含有粒子2の個数割合が30%以上である。ここで外周とは、粒子と鋼の界面に沿った厚さ2nmの領域の事を言う。このようなX含有粒子2を増加させると、HAZにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、HAZ靭性が向上する。理由は必ずしも明らかでないが、Mgを含む粒子の外周の少なくとも一部にX元素(Pb、Bi、Se、Teの1種以上)が含まれると、粒成長が抑制され、高温での安定性も高くなると推測される。このような効果を得るために、Mgを含む粒子のうちX含有粒子2の個数割合を30%以上とする。X含有粒子2の個数割合は50%以上が好ましく、70%以上がより好ましい。
The third embodiment has the following features in addition to the features of the first or second embodiment.
The steel material according to the third embodiment contains Mg of 5 atomic% or more as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn and S at a position 1/4 of the thickness of the steel material from the surface of the steel material, and is equivalent to a circle Particles having a diameter of 0.01 to 0.10 μm and a number density of 1.0×10 7 particles/mm 3 or more, of which Ca, Mg, Mn, S and The ratio of the number of the X-containing particles 2 having a region containing 0.5 atomic % or more of the X element to the total of the X elements is 30% or more. Here, the perimeter refers to a 2 nm thick region along the grain-steel interface. When such X-containing particles 2 are increased, grain growth of austenite grains in the HAZ is suppressed, and HAZ toughness is improved. Although the reason is not necessarily clear, when the X element (one or more of Pb, Bi, Se, and Te) is contained in at least part of the outer circumference of the Mg-containing particles, grain growth is suppressed and stability at high temperatures is also improved. presumed to be higher. In order to obtain such an effect, the number ratio of the X-containing particles 2 among the particles containing Mg is set to 30% or more. The number ratio of the X-containing particles 2 is preferably 50% or more, more preferably 70% or more.

X含有粒子2は、第二の実施形態に記載の方法と同様の方法で観察できる。外周の少なくとも一部にCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む領域が存在するX含有粒子の同定は、収差補正機能付きTEMを用いて行う。具体的には、粒子の外周のX元素の含有量を、EDSによって、1nm間隔で測定し、1以上の測定点のX元素の含有量がCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上である粒子を、外周の少なくとも一部に0.5原子%以上のX元素を含むX含有粒子2とする。EDSに使用する電子ビーム径は0.0001~0.001nmとする。この場合も、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含む粒子の個数密度の測定と同様に、個数を測定した粒子のうち、少なくとも20個以上の粒子について、外周の少なくとも一部に0.5原子%以上のX元素が含まれるかどうかを同定し、その存在割合を求めればよい。第三の実施形態においては、X元素を含む測定点が、外周の50%未満の部位であってもよい。 The X-containing particles 2 can be observed by a method similar to the method described in the second embodiment. Identification of X-containing particles in which at least a part of the outer periphery contains Ca, Mg, Mn, S and a region containing 0.5 atomic% or more of the X element in a proportion to the total of the X elements is performed by a TEM with an aberration correction function. using Specifically, the content of the X element on the periphery of the particle is measured by EDS at intervals of 1 nm, and the content of the X element at one or more measurement points is the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element X-containing particles 2 containing 0.5 atomic % or more of the X element in at least part of the outer periphery. The electron beam diameter used for EDS is 0.0001 to 0.001 nm. Also in this case, in the same manner as the measurement of the number density of particles containing 5 atomic % or more of Mg as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn and S, at least 20 particles among the particles whose number was measured, It is sufficient to identify whether or not 0.5 atomic % or more of the X element is contained in at least a part of the outer circumference, and to obtain the abundance ratio. In the third embodiment, the measurement points containing the X element may be less than 50% of the circumference.

X含有粒子は特に、高温での安定性が高く、かつ、微細分散しやすいため、溶接時の入熱によって鋼が加熱されてから冷却される過程で、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が大きいものと推測される。Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子のうち、X含有粒子2の個数割合が高いほど、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が高くなるものと推測される。外周の少なくとも一部にX元素を含むX含有粒子2が高温安定性に優れ、かつ、微細分散しやすい理由は、今のところ不明であるが、例えば、X元素がMg含有粒子のオストワルド成長を抑制している可能性がある。 X-containing particles are particularly stable at high temperatures and tend to be finely dispersed, so they have the effect of suppressing the grain growth of austenite grains in the process of heating the steel by the heat input during welding and then cooling it. presumed to be large. Among the particles containing 5 atomic% or more of Mg in the proportion to the total of Ca, Mg, Mn and S and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, the higher the number ratio of X-containing particles 2, the more austenite It is presumed that the effect of suppressing the grain growth of grains is enhanced. The reason why the X-containing particles 2 containing the X element in at least a part of the outer circumference are excellent in high-temperature stability and easily finely dispersed is unknown at present. may have been suppressed.

次に、第三の実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。
第三の実施形態に係る製造方法は、第二の実施形態に係る製造方法において、更に連続鋳造を開始するタイミングを制御する。具体的には、連続鋳造は、Mgの添加後、30分以内に開始する。これにより、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmであり、個数密度が1.0×10個/mm以上である粒子を有し、このうち外周の少なくとも一部にCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む粒子の個数割合が30%以上である鋳片を得ることができる。
Next, a method for manufacturing a steel material according to the third embodiment will be described.
The manufacturing method according to the third embodiment further controls the timing of starting continuous casting in the manufacturing method according to the second embodiment. Specifically, continuous casting starts within 30 minutes after the addition of Mg. As a result, the ratio of Ca, Mg, Mn and S to the total contains Mg of 5 atomic% or more, the equivalent circle diameter is 0.01 to 0.10 μm, and the number density is 1.0 × 10 7 / mm 3 or more particles, of which the number ratio of particles containing 0.5 atomic % or more of the X element in at least a part of the outer periphery with respect to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element is 30 % or more can be obtained.

Mgの添加後、30分以内に連続鋳造を開始することにより、Mgが粗大な介在物を形成する時間を与えることなく鋼片を製造することができる。その結果、Mgを含む微細な粒子の外周の少なくとも一部にCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む領域が存在するX含有粒子2の生成が促進される。 By starting continuous casting within 30 minutes after the addition of Mg, steel slabs can be produced without giving time for Mg to form coarse inclusions. As a result, X-containing particles in which a region containing 0.5 atomic % or more of the X element as a proportion of the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element exists in at least a part of the outer periphery of the fine particle containing Mg. The production of 2 is promoted.

(第四の実施形態)
次に、第四の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
(Fourth embodiment)
Next, the steel material according to the fourth embodiment will be described in detail.

第四の実施形態は、第三の実施形態の特徴に加え、さらに下記の特徴を有する。
第四の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの1/4厚の位置において、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmであり、個数密度が1.0×10個/mm以上である粒子を有し、このうち、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を外周の50%以上の領域に含むX含有粒子3の個数割合が30%以上である。このようなX含有粒子3を増加させると、HAZにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、HAZ靭性が向上する。理由は必ずしも明らかでないが、Mgを含む粒子の外周の50%以上の領域にX元素(Pb、Bi、Se、Teの1種以上)が含まれると、粒成長が抑制され、高温での安定性も高くなると推測される。このような効果を得るために、Mgを含む粒子のうちX含有粒子3の個数割合を30%以上とする。X含有粒子3の個数割合は50%以上が好ましく、70%以上がより好ましい。
The fourth embodiment has the following features in addition to the features of the third embodiment.
The steel material according to the fourth embodiment contains Mg of 5 atomic% or more in proportion to the total of Ca, Mg, Mn and S at a position 1/4 of the thickness of the steel material from the surface of the steel material, and is equivalent to a circle It has particles with a diameter of 0.01 to 0.10 μm and a number density of 1.0×10 7 /mm 3 or more, among which the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element The number ratio of the X-containing particles 3 containing 0.5 atomic % or more of the X element in 50% or more of the outer peripheral region is 30% or more. When such X-containing particles 3 are increased, grain growth of austenite grains in the HAZ is suppressed, and HAZ toughness is improved. Although the reason is not necessarily clear, when the X element (one or more of Pb, Bi, Se, and Te) is contained in 50% or more of the outer peripheral region of the Mg-containing particles, grain growth is suppressed and stability at high temperatures is improved. presumed to be more likely. In order to obtain such an effect, the number ratio of the X-containing particles 3 among the Mg-containing particles is set to 30% or more. The number ratio of the X-containing particles 3 is preferably 50% or more, more preferably 70% or more.

X含有粒子3は、第三の実施形態に記載の方法と同様の方法で観察できる。外周の50%以上の領域でCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む粒子の同定は、収差補正機能付きTEMを用いて行い、粒子の外周のX元素の含有量を、EDSによって、1nm間隔で測定し、半数以上の測定点のX元素の含有量がCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上である粒子を、外周の50%以上の領域で0.5原子%以上のX元素を含むX含有粒子3とする。この場合も、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含む粒子の個数密度の測定と同様に、個数を測定した粒子のうち、少なくとも20個以上の粒子について、外周の50%以上の領域でCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素が含まれるかどうかを同定し、その存在割合を求めればよい。 X-containing particles 3 can be observed by a method similar to the method described in the third embodiment. Identification of particles containing 0.5 atomic % or more of the X element as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element in a region of 50% or more of the outer circumference is performed using a TEM with an aberration correction function, The content of the X element in the outer periphery of the particle was measured by EDS at intervals of 1 nm, and the content of the X element at more than half of the measurement points was 0.00 as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element. Particles containing 5 atomic % or more are defined as X-containing particles 3 containing 0.5 atomic % or more of the X element in 50% or more of the outer peripheral region. Also in this case, in the same manner as the measurement of the number density of particles containing 5 atomic % or more of Mg as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn and S, at least 20 particles among the particles whose number was measured, It is sufficient to identify whether or not 50% or more of the outer circumference contains 0.5 atomic % or more of the X element in terms of the total ratio of Ca, Mg, Mn, S and the X element, and determine the abundance ratio.

外周の50%以上の領域でX元素を含むX含有粒子3が高温安定性に優れ、かつ、微細分散しやすい理由は、今のところ不明であるが、例えば、X元素がMg含有粒子のオストワルド成長を抑制している可能性がある。 The reason why the X-containing particles 3 containing the X element in 50% or more of the outer peripheral region are excellent in high-temperature stability and easily finely dispersed is unknown at present. It may inhibit growth.

次に、第四の実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。第四の実施形態に係る製造方法は、第三の実施形態に係る製造方法において、さらにMgを添加するタイミングを制御する。具体的には、X元素を添加した後、40分以内、かつ、O濃度の調整後、90分以内にMgを添加する。これにより、5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmであり、個数密度が1.0×10個/mm以上である粒子を有し、このうち外周の50%以上の領域でCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含む粒子の個数割合が30%以上である鋳片を得ることができる。Next, a method for manufacturing a steel material according to the fourth embodiment will be described. The manufacturing method according to the fourth embodiment further controls the timing of adding Mg in the manufacturing method according to the third embodiment. Specifically, Mg is added within 40 minutes after adding the X element and within 90 minutes after adjusting the O concentration. As a result, particles containing 5 atomic % or more of Mg, having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, and having a number density of 1.0×10 7 /mm 3 or more, of which the outer circumference In the region of 50% or more of the above, a cast slab having a number ratio of 30% or more of particles containing 0.5 atomic% or more of the X element as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element can be obtained. can.

X元素の添加後、40分以内、かつ、O濃度の調整後、90分以内にMgを添加することにより、X元素の歩留まりや均一性を保つとともに、X元素が溶鋼中に溶解した状態を維持してMgを添加することができる。このように、X元素を溶鋼中に溶解させてMgを添加することによって、外周の50%以上の領域で0.5原子%以上のX含有粒子3の生成が促進される。 By adding Mg within 40 minutes after adding the X element and within 90 minutes after adjusting the O concentration, the yield and uniformity of the X element can be maintained, and the state in which the X element is dissolved in the molten steel can be maintained. Mg can be added while maintaining the By dissolving the X element in the molten steel and adding Mg in this way, the generation of the X-containing particles 3 of 0.5 atomic % or more in 50% or more of the outer peripheral area is promoted.

(第一の実施例)
以下、第一の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
(First embodiment)
Hereinafter, the steel material according to the first embodiment will be specifically described with reference to examples. However, the conditions in the following examples are examples of conditions adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

鋼を溶製し、鋳造して得た鋳片を、熱間圧延し、鋼板(板厚 25mm)とした。
溶製工程では、溶鋼温度を1650℃以下として、溶鋼O濃度を0.0100%以下とした状態で、Al、X元素、Mgを表5及び表6に示す順序で添加し、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、[Xtotal ]を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。
A slab obtained by melting and casting steel was hot-rolled into a steel plate (thickness: 25 mm).
In the melting process, the molten steel temperature is set to 1650° C. or lower, and the molten steel O concentration is set to 0.0100% or lower. The content was adjusted to a predetermined range, [X total * ] was adjusted, and then cast by continuous casting to obtain a slab.

得られた鋼板から試料を採取し、蛍光X線分析法、燃焼-赤外線吸収法、不活性ガス融解法、誘導結合プラズマ質量分析法(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry、ICP質量分析法)などを用いて鋼板の成分の分析を行った。鋼板に含まれるX元素(Pb、Bi、Se、Te)の含有量は、ICP質量分析法によって求めた。鋼板成分の分析結果を表1~表4に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味し、下線部は発明範囲から外れることを示す。 A sample is collected from the obtained steel plate, and is analyzed using X-ray fluorescence analysis, combustion-infrared absorption, inert gas fusion, inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP mass spectrometry), or the like. An analysis of the components of the steel sheet was carried out. The content of X elements (Pb, Bi, Se, Te) contained in the steel sheet was determined by ICP mass spectrometry. Tables 1 to 4 show the analysis results of the steel sheet components. Blanks in the table mean that they are not intentionally added, and underlined parts indicate that they are out of the scope of the invention.

なお、表2及び表4に示す炭素当量Ceqは、下記式により求めた。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
式中の[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[V]、[Cu]、[Ni]は、それぞれ、C、Mn、Cr、Mo、V、Cu、Niの質量%での含有量であり、含有しない場合は0を代入する。
The carbon equivalent Ceq shown in Tables 2 and 4 was determined by the following formula.
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15
[C], [Mn], [Cr], [Mo], [V], [Cu], and [Ni] in the formula are mass % of C, Mn, Cr, Mo, V, Cu, and Ni, respectively. , and 0 is substituted if it does not contain.

また、表2及び表4に示す[Xtotal ]は、下記式(1)~(3)の何れかにより求めた。
[Xtotal ]は、{[Ca]≦(40/16)×[O]}のときは、式(1)であり、
{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}のときは、式(2)であり、{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])>(40/32)×[S]}のときは、式(3)である。
[Xtotal ]=[Xtotal]… 式(1)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([Ca]-(40/16)×[O])×MXtotal/400… 式(2)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([S]×MXtotal/288) … 式(3)。
[Ca]、[O]、[S]、[Pb]、[Bi]、[Se]、[Te]は、それぞれ、Ca、O、S、Pb、Bi、Se、Teの質量%での含有量であり、含有しない場合は0を代入し、前記式(2)、(3)において、
Xtotal= ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128)である。
Further, [X total * ] shown in Tables 2 and 4 was determined by any one of the following formulas (1) to (3).
[X total * ] is the formula (1) when {[Ca] ≤ (40/16) x [O]},
When {[Ca]>(40/16)×[O]} and {([Ca]−(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}, formula (2 ), and when {[Ca]>(40/16)×[O]} and {([Ca]-(40/16)×[O])>(40/32)×[S]} , Equation (3).
[X total * ]=[X total ]... formula (1),
[X total * ]=[X total ]−([Ca]−( 40/16 )×[O])×M X total /400 Formula (2),
[X total * ]=[X total ]−([S]×M X total / 288 ) Equation (3).
[Ca], [O], [S], [Pb], [Bi], [Se], and [Te] are Ca, O, S, Pb, Bi, Se, and Te content in % by mass, respectively. is the amount, and if it does not contain, 0 is substituted, and in the above formulas (2) and (3),
M Xtotal = ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128).

Figure 0007205619000001
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Figure 0007205619000002
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Figure 0007205619000003
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Figure 0007205619000004
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得られた鋼板(板厚 25mm)の表面から板厚の1/4厚の位置から試料を採取し、1400℃で3秒間加熱保持した後、急冷し、FIBで薄膜試料を作成した。この薄膜試料をTEMで観察し、円相当径が0.01~0.10μmである粒子個数を100μm以上の面積につき測定した。
本測定において、厚さ0.05~0.20μmの薄膜試料を作成し、その試料において10μm×10μmの視野における粒子の個数をカウントした。1視野において50個以上の粒子が検出できる場合には、その視野において検出できた個数を、その視野における試料体積(縦10μm×横10μm×厚さ(μm)×10-9)で割ることにより、1立方mmあたりの0.01~0.10μmの大きさの粒子の個数を算出した。1視野において検出できた粒子数が50個未満であれば、検出された粒子数が計50個以上となるまで別の視野での観察を行い、検出粒子数が50個以上となった時点で検出された粒子の総個数を、観察した全体積で割ることにより、1立方mmあたりの個数を算出した。また逆に、1視野に1000個以上の粒子が見込まれる場合には、視野から粒子個数を測定する領域(たとえば、2μm×2μmの領域)を抽出して個数密度を算出した。
薄膜試料の厚さはEELS法で測定した。そして、薄膜試料の厚さの測定結果を用いて、薄膜試料の粒子個数を1立方mmあたりの個数に換算し、粒子の個数密度(個/mm)を求めた。
A sample was taken from the surface of the obtained steel plate (thickness: 25 mm) at a position 1/4 the thickness of the plate, heated and held at 1400° C. for 3 seconds, then rapidly cooled to prepare a thin film sample by FIB. This thin film sample was observed with a TEM, and the number of particles having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm was measured per area of 100 μm 2 or more.
In this measurement, a thin film sample having a thickness of 0.05 to 0.20 μm was prepared, and the number of particles in the sample was counted in a field of view of 10 μm×10 μm. When 50 or more particles can be detected in one field of view, the number of particles detected in that field of view is divided by the volume of the sample in that field of view (vertical 10 µm x horizontal 10 µm x thickness (µm) x 10 -9 ). , the number of particles with a size of 0.01 to 0.10 μm per cubic mm was calculated. If the number of particles detected in one field of view is less than 50, another field of view is observed until the total number of detected particles reaches 50 or more, and when the number of detected particles reaches 50 or more. The number per cubic mm was calculated by dividing the total number of particles detected by the total volume observed. Conversely, when 1000 or more particles were expected in one field of view, a region (for example, a region of 2 μm×2 μm) where the number of particles was to be measured was extracted from the field of view to calculate the number density.
The thickness of the thin film samples was measured by the EELS method. Then, using the measurement result of the thickness of the thin film sample, the number of particles of the thin film sample was converted to the number per cubic mm, and the particle number density (particles/mm 3 ) was obtained.

次に、個数を測定した円相当径が0.01~0.10μmの粒子のうち、20個以上の粒子について、EDSにてそれぞれ粒子全体についてマッピングし、Mgの濃度の平均値を求めた。そして、上記粒子のうちMgの濃度が5原子%以上の粒子の個数割合を求めた。なお、ここで、Mgの濃度は、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対するMgの割合を言う。この個数割合を上記の方法により求めた粒子の個数密度(個/mm)に掛けて、5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子の個数密度(個/mm)を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表5及び表6に示す。Next, 20 or more particles out of the particles having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm were counted, and the whole particles were mapped by EDS to obtain the average concentration of Mg. Then, the number ratio of particles having a Mg concentration of 5 atomic % or more among the above particles was determined. Here, the concentration of Mg refers to the ratio of Mg to the sum of Ca, Mg, Mn and S. Multiplying this number ratio by the particle number density (particles/mm 3 ) obtained by the above method, the number density of particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm. (number/mm 3 ) was determined and evaluated according to the criteria shown below. The results are shown in Tables 5 and 6.

(粒子の個数密度基準)
Good:5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子の個数密度が1.0×10個/mm以上である。
Bad:5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子の個数密度が1.0×10個/mm未満である。
(Particle number density standard)
Good: The number density of particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is 1.0×10 7 particles/mm 3 or more.
Bad: The number density of particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is less than 1.0×10 7 /mm 3 .

また、得られた鋼板(板厚 25mm)の表面から板厚の1/4厚の位置から試料を採取し、溶接を再現する熱履歴を小片に与える再現熱サイクル試験を行った。具体的には、再現熱サイクル試験は、1400℃で23s保持し、800℃から500℃までを300sで冷却する条件(溶接入熱450kJ/cmに相当)で行った。
そして、再現熱サイクル試験後の試料からVノッチ試験片を作製し、JIS Z 2242:2005に準拠してシャルピー試験を行った。シャルピー試験は、試験温度-30℃で試験数を3として行い、測定したシャルピー吸収エネルギー(vE-30)の最低値で評価した。3つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が100J以上であればHAZ靭性に優れると判定した。その結果を表5及び表6に示す。なお、表中の下線部は発明範囲から外れることを示す。
Also, a sample was taken from the surface of the obtained steel plate (thickness: 25 mm) at a position 1/4 of the plate thickness, and a simulated heat cycle test was performed to give a small piece a heat history that reproduces welding. Specifically, the simulated heat cycle test was performed under the conditions of holding at 1400° C. for 23 seconds and cooling from 800° C. to 500° C. in 300 seconds (corresponding to a welding heat input of 450 kJ/cm).
Then, a V-notch test piece was produced from the sample after the simulated thermal cycle test, and a Charpy test was performed in accordance with JIS Z 2242:2005. The Charpy test was performed at a test temperature of −30° C. with 3 tests, and the minimum value of the measured Charpy absorbed energy (vE −30 ) was evaluated. If the minimum value of the Charpy absorbed energy of the three test pieces was 100 J or more, it was determined that the HAZ toughness was excellent. The results are shown in Tables 5 and 6. Note that the underlined parts in the table indicate that they are out of the scope of the invention.

Figure 0007205619000005
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Figure 0007205619000006
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表5に示すように、鋼成分及び[Xtotal ](有効X量)が本発明の範囲内であり、適切な製造条件で製造した鋼材(No.A1~A38)は、再現熱サイクル試験後の-30℃におけるシャルピー吸収エネルギーが高いことが判る。一方、表6に示すように、鋼成分又は[Xtotal ](有効X量)が本発明の範囲外である鋼材(No.A101~A110)は、再現熱サイクル試験後の-30℃におけるシャルピー吸収エネルギーが、発明例に比べて低いことが判る。As shown in Table 5, the steel components and [X total * ] (effective X amount) are within the scope of the present invention, and the steel materials (No. A1 to A38) manufactured under appropriate manufacturing conditions were subjected to the simulated heat cycle test. It can be seen that the Charpy absorption energy at −30° C. afterward is high. On the other hand, as shown in Table 6, the steel materials (No. A101 to A110) whose steel composition or [X total * ] (effective X amount) is outside the range of the present invention are It can be seen that the Charpy absorbed energy is lower than that of the invention examples.

No.101は、X元素が含有されず、X元素を含む粒子の個数割合が30%未満となり、シャルピー吸収エネルギーが低下した。No.A102~No.A105は、それぞれ、Pb量、Bi量、Se量、Te量が多く、シャルピー吸収エネルギーが低下した。 No. In No. 101, the X element was not contained, the number ratio of particles containing the X element was less than 30%, and the Charpy absorbed energy was lowered. No. A102-No. A105 had large amounts of Pb, Bi, Se, and Te, respectively, and the Charpy absorbed energy decreased.

No.106はMgを含有しておらず、No.A107はAl量が少ないため、シャルピー吸収エネルギーが低下した。No.A108は、O量が過剰であるため、シャルピー吸収エネルギーが低下した。No.A109は有効X量が不足し、No.A110は有効X量が過剰であり、シャルピー吸収エネルギーが低下した。 No. 106 does not contain Mg, and No. Since A107 has a small amount of Al, the Charpy absorbed energy decreased. No. A108 had an excessive amount of O, so the Charpy absorbed energy was lowered. No. A109 lacks the effective amount of X, and No. A110 had an excessive amount of effective X, and the Charpy absorbed energy decreased.

(第二の実施例)
以下、第二の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
(Second embodiment)
Hereinafter, the steel material according to the second embodiment will be specifically described with reference to examples. However, the conditions in the following examples are examples of conditions adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

鋼を溶製し、鋳造して得た鋳片を、熱間圧延し、鋼板とした。
溶製工程では、溶鋼温度を1650℃以下として、溶鋼O濃度を0.0100%以下とした状態で、Al、X元素、Mgを表9に示す順序で添加した。X元素の添加後、Mgを添加するまでの時間を表9に示すように調整し、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、[Xtotal ]を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。
第二の実施形態の鋼板成分の分析は、第一の実施例と同様の方法で行った。その分析結果を表7及び表8に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味する。
A slab obtained by melting and casting steel is hot-rolled into a steel plate.
In the smelting process, Al, X element, and Mg were added in the order shown in Table 9 with the molten steel temperature set to 1650° C. or lower and the molten steel O concentration set to 0.0100% or lower. After the addition of the X element, the time until the addition of Mg was adjusted as shown in Table 9, the content of the other elements was adjusted to a predetermined range, [X total * ] was adjusted, and then continuous casting was performed. It was cast to obtain a slab.
The steel sheet components of the second embodiment were analyzed in the same manner as in the first example. The analysis results are shown in Tables 7 and 8. A blank column in the table means not intentionally added.

Figure 0007205619000007
Figure 0007205619000007

Figure 0007205619000008
Figure 0007205619000008

(X含有粒子1の個数割合)
EDSで、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである20個以上の粒子について、X元素の含有量の平均値を測定した。そして、5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子のうち、Ca、Mg、Mn、S及びX元素の合計に対する割合で0.5原子%以上のX元素を含むX含有粒子1の個数割合を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表9に示す。
(Number ratio of X-containing particles 1)
By EDS, for 20 or more particles containing 5 atomic% or more of Mg with respect to the total of Ca, Mg, Mn and S and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, the content of element X Mean values were measured. Among the particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, 0.5 atomic % or more in terms of the total of Ca, Mg, Mn, S and X elements The number ratio of the X-containing particles 1 containing the X element was determined and evaluated according to the criteria shown below. Table 9 shows the results.

Good:X含有粒子の個数割合が30%以上である。
Bad:X含有粒子の個数割合が30%未満である。
Good: The number ratio of X-containing particles is 30% or more.
Bad: The number ratio of X-containing particles is less than 30%.

(シャルピー試験)
シャルピー試験は、第一の実施例と同じ条件で測定を行い、測定したシャルピー吸収エネルギー(vE-30)の最低値で評価した。3つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が150J以上であればHAZ靭性に優れると判定した。その結果を表9に示す。
(Charpy test)
The Charpy test was measured under the same conditions as in the first example, and evaluated by the lowest value of the measured Charpy absorbed energy (vE −30 ). If the minimum value of the Charpy absorbed energy of the three test pieces was 150 J or more, it was determined that the HAZ toughness was excellent. Table 9 shows the results.

Figure 0007205619000009
Figure 0007205619000009

表9に示すように、鋼成分及び[Xtotal ](有効X量)が本発明の範囲内であり、適切な製造条件で製造した鋼材(No.B1~B38)は、再現熱サイクル試験後の-30℃におけるシャルピー吸収エネルギーが高いことが判る。一方、X元素を添加してからMgを添加するまでの時間が40分超のNo.B39は、X含有粒子の条件を満足しなかったため、シャルピー吸収エネルギーの最低値が150J以上を満たさなかった。なお、No.B39においても、-30℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が100J以上であった。As shown in Table 9, the steel components and [X total * ] (effective X amount) are within the scope of the present invention, and the steel materials (No. B1 to B38) manufactured under appropriate manufacturing conditions were subjected to the simulated heat cycle test. It can be seen that the Charpy absorption energy at −30° C. afterward is high. On the other hand, No. in which the time from the addition of X element to the addition of Mg exceeds 40 minutes. Since B39 did not satisfy the conditions for X-containing particles, the minimum value of Charpy absorbed energy was not 150 J or more. In addition, No. Also in B39, the minimum value of Charpy absorbed energy at -30°C was 100 J or more.

(第三の実施例)
以下、第三の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
(Third embodiment)
Hereinafter, the steel material according to the third embodiment will be specifically described with reference to examples. However, the conditions in the following examples are examples of conditions adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

鋼を溶製し、鋳造して得た鋳片を、熱間圧延し、鋼板とした。
溶製工程では、溶鋼温度を1650℃以下として、溶鋼O濃度を0.0100%以下とした状態で、Al、X元素、Mgを表12に示す順序で添加した。さらに、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、[Xtotal ]を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。X元素の添加後、Mgを添加するまでの時間、Mgの添加から連続鋳造を開始するまでの時間を表12に示す。
第三の実施形態の鋼板成分の分析は、第一の実施例と同様の方法で行った。その分析結果を表10及び11に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味する。
A slab obtained by melting and casting steel is hot-rolled into a steel plate.
In the smelting process, Al, X element, and Mg were added in the order shown in Table 12 with the molten steel temperature set to 1650° C. or lower and the molten steel O concentration set to 0.0100% or lower. Furthermore, the content of other elements was adjusted to a predetermined range, [X total * ] was adjusted, and then continuous casting was performed to obtain a slab. Table 12 shows the time from the addition of the X element to the addition of Mg and the time from the addition of Mg to the start of continuous casting.
The steel sheet components of the third embodiment were analyzed in the same manner as in the first example. The analysis results are shown in Tables 10 and 11. A blank column in the table means not intentionally added.

Figure 0007205619000010
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Figure 0007205619000011
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(X含有粒子2の個数割合)
EDSで、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである20個以上の粒子について、粒子の外周におけるX元素の含有量を1nm間隔で測定した(スポットサイズ:0.0001~0.001nm)。そして、少なくとも1測定点のX元素の含有量がCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上である粒子を、外周の少なくとも一部に0.5原子%以上のX元素を含む領域が存在する粒子とした。その結果から、5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子のうち、外周の少なくとも一部に0.5原子%以上のX元素を含む領域が存在するX含有粒子2の個数割合を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表12に示す。
(Number ratio of X-containing particles 2)
By EDS, for 20 or more particles containing Mg at a ratio of 5 atomic% or more to the total of Ca, Mg, Mn and S and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, X element in the outer periphery of the particle content was measured at intervals of 1 nm (spot size: 0.0001 to 0.001 nm). Then, the content of the X element at at least one measurement point is 0.5 atomic % or more in proportion to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element, and 0.5 atoms are added to at least a part of the outer circumference % or more of the X element. From the results, among the particles containing 5 atomic % or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, at least a part of the outer periphery has a region containing 0.5 atomic % or more of the element X. The number ratio of the X-containing particles 2 was determined and evaluated according to the criteria shown below. The results are shown in Table 12.

Good:X含有粒子2の個数割合が30%以上である。
Bad:X含有粒子2の個数割合が30%未満である。
Good: The number ratio of the X-containing particles 2 is 30% or more.
Bad: The number ratio of X-containing particles 2 is less than 30%.

(シャルピー試験)
シャルピー試験は、試験温度を―40℃にした以外は第一の実施例と同じ条件で測定を行い、測定したシャルピー吸収エネルギー(vE-40)の最低値で評価した。3つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が100J以上であればHAZ靭性に優れると判定した。その結果を表12に示す。
(Charpy test)
The Charpy test was performed under the same conditions as in the first example except that the test temperature was -40°C, and the minimum value of the measured Charpy absorbed energy (vE -40 ) was evaluated. If the minimum value of the Charpy absorbed energy of the three test pieces was 100 J or more, it was determined that the HAZ toughness was excellent. The results are shown in Table 12.

Figure 0007205619000012
Figure 0007205619000012

表12に示すように、鋼成分及び[Xtotal ](有効X量)が本発明の範囲内であり、適切な製造条件で製造した鋼材(No.C1~C38)は、再現熱サイクル試験後の-40℃におけるシャルピー吸収エネルギーが高いことが判る。X添加元素の添加後Mgを添加するまでの時間が40分超のNo.C39とMgの添加から連続鋳造を開始するまでの時間が30分超のNo.C40は、X含有粒子2の条件を満足しなかったため、-40℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が100J以上を満たさなかった。なお、-40℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が100Jを満たさなかったNo.C39及びNo.C40を含め、No.C1~No.C40は、-30℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が100J以上であった。As shown in Table 12, the steel components and [X total * ] (effective X amount) are within the range of the present invention, and the steel materials (No. C1 to C38) manufactured under appropriate manufacturing conditions were subjected to the simulated heat cycle test. It can be seen that the Charpy absorption energy at −40° C. afterward is high. No. in which the time from the addition of the X additive element to the addition of Mg exceeds 40 minutes. No. 3 in which the time from the addition of C39 and Mg to the start of continuous casting exceeds 30 minutes. Since C40 did not satisfy the conditions for X-containing particles 2, the minimum value of Charpy absorbed energy at -40°C did not satisfy 100 J or more. In addition, No. 1, whose minimum value of Charpy absorbed energy at -40°C did not satisfy 100J. C39 and No. Including C40, No. C1-No. C40 had a minimum Charpy absorbed energy of 100 J or more at -30°C.

(第四の実施例)
以下、第四の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the steel material according to the fourth embodiment will be specifically described with reference to examples. However, the conditions in the following examples are examples of conditions adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

鋼を溶製し、鋳造して得た鋳片を、熱間圧延し、鋼板とした。
溶製工程では、溶鋼温度を1650℃以下として、溶鋼O濃度を0.0100%以下とした状態で、Al、X元素、Mgを表15に示す順序で添加した。さらに、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、[Xtotal ]を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。X元素の添加後Mgを添加するまでの時間、溶鋼のO濃度の調整からMgを添加するまでの時間、Mgの添加から連続鋳造を開始するまでの時間を表15に示す。
第四の実施形態の鋼板成分の分析は、第一の実施例と同様の方法で行った。その分析結果を表13及び14に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味する。
A slab obtained by melting and casting steel is hot-rolled into a steel plate.
In the melting process, Al, X element, and Mg were added in the order shown in Table 15 with the molten steel temperature set to 1650°C or lower and the molten steel O concentration set to 0.0100% or lower. Furthermore, the content of other elements was adjusted to a predetermined range, [X total * ] was adjusted, and then continuous casting was performed to obtain a slab. Table 15 shows the time from the addition of the X element to the addition of Mg, the time from the adjustment of the O concentration of the molten steel to the addition of Mg, and the time from the addition of Mg to the start of continuous casting.
The steel sheet composition of the fourth embodiment was analyzed in the same manner as in the first example. The analysis results are shown in Tables 13 and 14. A blank column in the table means not intentionally added.

Figure 0007205619000013
Figure 0007205619000013

Figure 0007205619000014
Figure 0007205619000014

(X含有粒子3の個数割合)
EDSで、Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含む円相当径0.01~0.10μmである20個以上の粒子について、粒子の外周におけるX元素の含有量を1nm間隔で測定した。そして、測定点の50%以上でX元素の含有量がCa、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で0.5原子%以上である粒子を、X元素含有粒子3とした。その結果から、5原子%以上のMgを含み、円相当径が0.01~0.10μmである粒子のうち、外周の50%以上の領域で0.5原子%以上のX元素を含むX含有粒子3の個数割合を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表15に示す。
(Number ratio of X-containing particles 3)
In EDS, for 20 or more particles with an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm containing Mg of 5 atomic% or more in the ratio to the total of Ca, Mg, Mn and S, the content of X element in the outer periphery of the particle Quantities were measured at 1 nm intervals. Particles in which the content of the X element in 50% or more of the measurement points is 0.5 atomic % or more with respect to the total of Ca, Mg, Mn and S were defined as X element-containing particles 3 . From the results, of the particles containing 5 atomic% or more of Mg and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm, 50% or more of the outer peripheral region contains 0.5 atomic% or more of the X element. The number ratio of contained particles 3 was determined and evaluated according to the criteria shown below. The results are shown in Table 15.

Good:X含有粒子3の個数割合が30%以上である。
Bad:X含有粒子3の個数割合が30%未満である。
Good: The number ratio of the X-containing particles 3 is 30% or more.
Bad: The number ratio of X-containing particles 3 is less than 30%.

(シャルピー試験)
シャルピー試験は、第三の実施例と同じ条件で測定を行い、3つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が150J以上であればHAZ靭性に優れると判定した。その結果を表15に示す。
(Charpy test)
The Charpy test was conducted under the same conditions as in the third example, and it was determined that the HAZ toughness was excellent if the minimum value of the Charpy absorbed energy of the three test pieces was 150 J or more. The results are shown in Table 15.

Figure 0007205619000015
Figure 0007205619000015

表15に示すように、鋼成分及び[Xtotal ](有効X量)が本発明の範囲内であり、適切な製造条件で製造した鋼材(No.D1~D38)は、再現熱サイクル試験後の-40℃におけるシャルピー吸収エネルギーが高いことが判る。X元素の添加後Mgを添加するまでの時間が40分超のNo.D39、Mgの添加から連続鋳造を開始するまでの時間が30分超のNo.D40及び溶鋼のO濃度の調整からMgを添加するまでの時間が80分超のNo.D41は、X含有粒子3の条件を満足しなかったため、-40℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が150Jを満たさなかった。なお、-40℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が150Jを満たさなかったNo.D39、No.D40、No.D41を含めNo.D1~D41は、-30℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が100J以上であった。As shown in Table 15, the steel components and [X total * ] (effective X amount) are within the range of the present invention, and the steel materials (No. D1 to D38) manufactured under appropriate manufacturing conditions were subjected to the simulated heat cycle test. It can be seen that the Charpy absorption energy at −40° C. afterward is high. No. in which the time from the addition of the X element to the addition of Mg exceeds 40 minutes. D39, No. where the time from the addition of Mg to the start of continuous casting exceeds 30 minutes. No. D40 and the time from adjustment of O concentration of molten steel to addition of Mg exceeds 80 minutes. Since D41 did not satisfy the conditions of X-containing particles 3, the minimum value of Charpy absorbed energy at -40°C did not satisfy 150J. In addition, No. 1 did not satisfy 150 J in the lowest value of Charpy absorbed energy at -40°C. D39, No. D40, No. No. including D41. D1 to D41 had a minimum Charpy absorbed energy of 100 J or more at -30°C.

本発明によれば、溶接後に良好なHAZ靭性を有する鋼材を提供することができる。特に、本発明の鋼材は、降伏強度が300~700MPa程度の高張力が要求される、建築、橋梁、造船、ラインパイプ、建設機械、海洋構造物、タンクなどの各種の溶接鋼構造物に好適に用いることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the steel material which has favorable HAZ toughness after welding can be provided. In particular, the steel material of the present invention is suitable for various welded steel structures such as buildings, bridges, shipbuilding, line pipes, construction machinery, offshore structures, tanks, etc., which require high tensile strength with a yield strength of about 300 to 700 MPa. can be used for

Claims (8)

質量%で、
C:0.01~0.20%、
Si:1.00%以下、
Mn:0.1~2.5%、
Mg:0.0005~0.0100%、
Al:0.015~0.500%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
N:0.0100%以下、
O:0.0030%未満、
Cu:0~2.0%、
Ni:0~2.0%、
Cr:0~2.0%、
Mo:0~1.0%、
Nb:0~0.10%、
W:0~2.0%、
V:0~0.20%、
B:0~0.010%、
Ti:0~0.100%、
Zr:0~0.10%、
Ta:0~0.10%、
Ag:0~0.10%、
Hf:0~0.10%、
Ca:0~0.0100%、
REM:0~0.010%、
Sn:0~0.50%、
Sb:0~0.50%
を含有し、
X元素であるPb、Bi、Se、Teの合計含有量である[Xtotal]が、0.0001~0.0100%であり、残部がFe及び不純物からなり、
前記[Xtotal]とCa、O、Sの含有量と、で構成される下記式(1)、式(2)、式(3)の何れかによって求められる[Xtotal ]が0.0001~0.0050%である鋼材であって、前記鋼材の表面から前記鋼材の厚さの1/4厚の位置において、
Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、かつ、円相当径が0.01~0.10μmであ粒子の個数密度が1.0×10個/mm以上である
ことを特徴とする鋼材。
前記[Xtotal ]は、
{[Ca]≦(40/16)×[O]}のときは、式(1)で表され、
{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}のときは、式(2)で表され、
{[Ca]>(40/16)×[O]}かつ{([Ca]-(40/16)×[O])>(40/32)×[S]}のときは、式(3)で表される。
[Xtotal ]=[Xtotal]… 式(1)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([Ca]-(40/16)×[O])×MXtotal/400… 式(2)、
[Xtotal ]=[Xtotal]-([S]×MXtotal/288) … 式(3)、
[Ca]、[O]、[S]、[Pb]、[Bi]、[Se]、[Te]は、それぞれ、Ca、O、S、Pb、Bi、Se、Teの質量%での含有量であり、含有しない場合は0を代入し、
前記式(2)、(3)において、
Xtotal=([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128)である。
in % by mass,
C: 0.01 to 0.20%,
Si: 1.00% or less,
Mn: 0.1-2.5%,
Mg: 0.0005-0.0100%,
Al: 0.015 to 0.500%,
P: 0.020% or less,
S: 0.020% or less,
N: 0.0100% or less,
O: less than 0.0030%,
Cu: 0-2.0%,
Ni: 0 to 2.0%,
Cr: 0 to 2.0%,
Mo: 0-1.0%,
Nb: 0 to 0.10%,
W: 0 to 2.0%,
V: 0 to 0.20%,
B: 0 to 0.010%,
Ti: 0 to 0.100%,
Zr: 0 to 0.10%,
Ta: 0 to 0.10%,
Ag: 0-0.10%,
Hf: 0-0.10%,
Ca: 0 to 0.0100%,
REM: 0-0.010%,
Sn: 0-0.50%,
Sb: 0-0.50%
contains
[X total ], which is the total content of the X elements Pb, Bi, Se, and Te, is 0.0001 to 0.0100%, the balance being Fe and impurities,
[X total * ] obtained by any one of the following formulas (1), (2), and (3) composed of the [X total ] and the content of Ca, O, and S is 0.0001 0.0050% of the steel material, and at a position 1/4 the thickness of the steel material from the surface of the steel material,
The number density of particles containing 5 atomic% or more of Mg with respect to the total of Ca, Mg, Mn and S and having an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm is 1.0 × 10 7 / A steel material characterized by being 3 mm or more.
The [X total * ] is
When {[Ca] ≤ (40/16) × [O]}, it is represented by formula (1),
When {[Ca]>(40/16)×[O]} and {([Ca]−(40/16)×[O])≦(40/32)×[S]}, formula (2 ),
When {[Ca]>(40/16)×[O]} and {([Ca]-(40/16)×[O])>(40/32)×[S]}, formula (3 ).
[X total * ]=[X total ]... formula (1),
[X total * ]=[X total ]−([Ca]−( 40/16 )×[O])×M X total /400 Formula (2),
[X total * ]=[X total ]−([S]×M X total / 288 ) Equation (3),
[Ca], [O], [S], [Pb], [Bi], [Se], and [Te] are the percentages by mass of Ca, O, S, Pb, Bi, Se, and Te, respectively. is the amount, and if it does not contain, 0 is substituted,
In the above formulas (2) and (3),
M Xtotal = ([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])/([Pb]/207+[Bi]/209+[Se]/79+[Te]/128).
質量%で、
Cu:0.02~2.0%、
Ni:0.02~2.0%、
Cr:0.02~2.0%、
Mo:0.02~1.0%、
Nb:0.01~0.10%、
W:0.01~2.0%、
V:0.01~0.20%、
B:0.0003~0.010%、
Ti:0.005~0.100%、
Zr:0.01~0.10%、
Ta:0.01~0.10%、
Ag:0.01~0.10
Hf:0.01~0.10
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の鋼材。
in % by mass,
Cu: 0.02-2.0%,
Ni: 0.02 to 2.0%,
Cr: 0.02 to 2.0%,
Mo: 0.02-1.0%,
Nb: 0.01 to 0.10%,
W: 0.01 to 2.0%,
V: 0.01 to 0.20%,
B: 0.0003 to 0.010%,
Ti: 0.005 to 0.100%,
Zr: 0.01 to 0.10%,
Ta: 0.01 to 0.10%,
Ag: 0.01-0.10 % ,
Hf: 0.01-0.10 %
The steel material according to claim 1, characterized by containing one or more of
質量%で、
Ca:0.0001~0.0100%、
REM:0.001~0.010%
の一方又は両方を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼材。
in % by mass,
Ca: 0.0001 to 0.0100%,
REM: 0.001-0.010%
The steel material according to claim 1 or 2, characterized by containing one or both of.
質量%で、
Sn:0.01~0.50%、
Sb:0.01~0.50%
の一方又は両方を含有することを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の鋼材。
in % by mass,
Sn: 0.01 to 0.50%,
Sb: 0.01-0.50%
The steel material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it contains one or both of.
前記粒子のうち、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上の前記X元素を含む粒子の個数割合が30%以上であることを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の鋼材。 3. The number ratio of particles containing 0.5 atomic % or more of the X element as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element among the particles is 30% or more. The steel material according to any one of 1 to 4. 前記粒子のうち、外周の少なくとも一部にCa、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上の前記X元素を含む領域が存在する粒子の個数割合が30%以上であることを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の鋼材。 Among the particles, the number ratio of particles in which at least a part of the outer circumference has a region containing 0.5 atomic% or more of the X element as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element is 30%. The steel material according to any one of claims 1 to 5, characterized by the above. 前記粒子のうち、Ca、Mg、Mn、S及び前記X元素の合計に対する割合で0.5原子%以上の前記X元素を外周の50%以上の領域に含む粒子の個数割合が30%以上であることを特徴とする請求項6に記載の鋼材。 Among the particles, the number ratio of particles containing 0.5 atomic% or more of the X element in a region of 50% or more of the outer periphery as a ratio to the total of Ca, Mg, Mn, S and the X element is 30% or more. The steel material according to claim 6, characterized in that there is Ca、Mg、Mn及びSの合計に対する割合で5原子%以上のMgを含み、かつ、円相当径が0.01~0.10μmである、粒子の個数密度が1.0×10~1.0×1011個/mmであることを特徴とする請求項1~7の何れか一項に記載の鋼材。 The number density of particles is 1.0×10 7 to 1, which contains Mg in an amount of 5 atomic % or more relative to the total of Ca, Mg, Mn, and S, and has an equivalent circle diameter of 0.01 to 0.10 μm. The steel material according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is 0×10 11 pieces/mm 3 .
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