(57)【要約】【課題】母材強度及びＨＡＺ靭性に優れる鋼板の提供を目的とする。【解決手段】本発明の鋼板は、Ｃ：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、Ｓｉ：０質量％以上０．０４質量％以下、Ｍｎ：１．４質量％以上２．０質量％以下、Ｐ：０質量％超０．０１０質量％以下、Ｓ：０質量％超０．００７質量％以下、Ａｌ：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以上１．５０質量％以下、Ｃｕ：０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｎｂ：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、Ｎ：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、Ｃａ：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有し、酸不溶性のＴｉの含有量の組成全体を基準とするＴｉの含有量に対する比が０．８０以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、
Ｓｉ：０質量％以上０．０４質量％以下、
Ｍｎ：１．４質量％以上２．０質量％以下、
Ｐ：０質量％超０．０１０質量％以下、
Ｓ：０質量％超０．００７質量％以下、
Ａｌ：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、
Ｎｉ：０．１質量％以上１．５０質量％以下、
Ｃｕ：０．１質量％以上０．８質量％以下、
Ｎｂ：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、
Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、
Ｎ：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、
Ｃａ：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに
残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
である組成を有し、
酸不溶性のＴｉの含有量［質量％］を［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］、上記組成全体を基準とするＴｉの含有量［質量％］を［Ｔｉ］とした場合に下記式（１）を満たす鋼板。
［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］≦０．８０  ・・・（１）
【請求項２】
Ｎの含有量［質量％］を［Ｎ］とした場合に［Ｔｉ］／［Ｎ］が２．０以上５．０以下であり、
円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が２．０×１０５個／ｍｍ２以上、かつ円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物における円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が１５％以下である請求項１に記載の鋼板。
【請求項３】
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＢの含有量［質量％］をそれぞれ［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］及び［Ｂ］とした場合に下記式（２）を満たす請求項１又は請求項２に記載の鋼板。
（［Ｃ］／１０）０．５×（１＋０．７×［Ｓｉ］）×（１＋３．３３×［Ｍｎ］）×（１＋０．３５×［Ｃｕ］）×（１＋０．３６×［Ｎｉ］）×（１＋２．１６×［Ｃｒ］）×（１＋３×［Ｍｏ］）×（１＋１．７５×［Ｖ］）×（１＋２００×［Ｂ］）×１．１１５≧０．７２  ・・・（２）
【請求項４】
Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶの含有量［質量％］をそれぞれ［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］及び［Ｖ］とした場合に下記式（３）を満たす請求項１、請求項２又は請求項３に記載の鋼板。
１１０×［Ｃ］＋７×［Ｍｎ］＋４×［Ｃｕ］＋５×［Ｎｉ］＋２．８×［Ｃｒ］＋５×［Ｍｏ］＋７．２×［Ｖ］≦２１．５  ・・・（３）
【請求項５】
Ｃｒ：０質量％超１．００質量％以下、
Ｍｏ：０質量％超０．５０質量％以下、
Ｖ：０質量％超０．５０質量％以下、
Ｂ：０質量％超０．０００９質量％以下、
希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及び
Ｚｒ：０質量％超０．００５０質量％以下
のうち少なくとも１種をさらに含有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鋼板。
【請求項６】
Ｃ：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、
Ｓｉ：０質量％以上０．０４質量％以下、
Ｍｎ：１．４質量％以上２．０質量％以下、
Ｐ：０質量％超０．０１０質量％以下、
Ｓ：０質量％超０．００７質量％以下、
Ａｌ：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、
Ｎｉ：０．１質量％以上１．５０質量％以下、
Ｃｕ：０．１質量％以上０．８質量％以下、
Ｎｂ：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、
Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、
Ｎ：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、
Ｃａ：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに
残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
である組成を有する溶鋼を鋳造する工程と、
上記鋳造工程で得られた鋳塊を７５０℃以上８２０℃以下の最終圧延温度で熱間圧延する工程と、
上記熱間圧延工程後の鋼材を５℃／秒以上の冷却速度で冷却する冷却工程と
を備え、
上記鋳造工程で１，５００℃から１，４５０℃までの冷却を３００秒未満で行うことを特徴とする鋼板の製造方法。
【請求項７】
上記溶鋼が、
Ｃｒ：０質量％超１．００質量％以下、
Ｍｏ：０質量％超０．５０質量％以下、
Ｖ：０質量％超０．５０質量％以下、
Ｂ：０質量％超０．０００９質量％以下、
希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及び
Ｚｒ：０質量％超０．００５０質量％以下
のうち少なくとも１種をさらに含有する請求項６に記載の鋼板の製造方法。
【請求項８】
Ｃ：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、
Ｓｉ：０質量％以上０．０４質量％以下、
Ｍｎ：１．４質量％以上２．０質量％以下、
Ｐ：０質量％超０．０１０質量％以下、
Ｓ：０質量％超０．００７質量％以下、
Ａｌ：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、
Ｎｉ：０．１質量％以上１．５０質量％以下、
Ｃｕ：０．１質量％以上０．８質量％以下、
Ｎｂ：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、
Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、
Ｎ：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、
Ｃａ：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに
残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
である組成を有し、
上記組成全体を基準とするＮの含有量［質量％］を［Ｎ］、Ｔｉの含有量［質量％］を［Ｔｉ］とした場合に［Ｔｉ］／［Ｎ］が２．０以上５．０以下であり、
円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が２．０×１０５個／ｍｍ２以上、かつ円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物における円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が１５％以下である鋼板。
【請求項９】
Ｃｒ：０質量％超１．００質量％以下、
Ｍｏ：０質量％超０．５０質量％以下、
Ｖ：０質量％超０．５０質量％以下、
Ｂ：０質量％超０．０００９質量％以下、
希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及び
Ｚｒ：０質量％超０．００５０質量％以下
のうち少なくとも１種をさらに含有する請求項８に記載の鋼板。
【請求項１０】
Ｃ：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、
Ｓｉ：０質量％以上０．０４質量％以下、
Ｍｎ：１．４質量％以上２．０質量％以下、
Ｐ：０質量％超０．０１０質量％以下、
Ｓ：０質量％超０．００７質量％以下、
Ａｌ：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、
Ｎｉ：０．１質量％以上１．５０質量％以下、
Ｃｕ：０．１質量％以上０．８質量％以下、
Ｎｂ：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、
Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、
Ｎ：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、
Ｃａ：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに
残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
である組成を有する溶鋼を鋳造する工程と、
上記鋳造工程で得られた鋳塊を熱間圧延する工程と、
上記熱間圧延工程後の鋼材を５℃／秒以上の冷却速度で冷却する冷却工程と
を備え、
上記鋳造工程で、１，５００℃から１，４５０℃までの冷却を３００秒未満、１，３００℃から１，２００℃までの冷却を４５０秒以上６８０秒以下で行い、
上記熱間圧延工程で、圧延前の鋳塊を１，０５０℃以上１，２００℃以下で２０分以上５時間以下保持し、９００℃以上での累積圧下量を３０％以上、８２０℃以上９００℃未満での累積圧下量を１５％以上とすることを特徴とする鋼板の製造方法。
【請求項１１】
上記溶鋼が、
Ｃｒ：０質量％超１．００質量％以下、
Ｍｏ：０質量％超０．５０質量％以下、
Ｖ：０質量％超０．５０質量％以下、
Ｂ：０質量％超０．０００９質量％以下、
希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及び
Ｚｒ：０質量％超０．００５０質量％以下
のうち少なくとも１種をさらに含有する請求項１０に記載の鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
造船分野における溶接構造物の大型化に伴い、板厚が５０ｍｍ以上かつ降伏強度が４９０ＭＰａ以上の高強度鋼板の適用が拡大しつつある。このような鋼板では、入熱量が増加するため、溶接施工効率向上の観点とも相まって、大入熱溶接の需要が高まっている。大入熱溶接では、溶接熱影響部（Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）において、加熱によりオーステナイト温度に長時間保持されることで粗大オーステナイト組織が形成され、その後の冷却過程で旧オーステナイト粒界に沿った粗大粒界フェライト及び粗大粒界ベイナイトが生成される。その結果、ＨＡＺにおける靭性（以下、「ＨＡＺ靭性」ともいう）が安定して得られなくなる。
【０００３】
このような不都合に対し、Ｔｉ含有窒化物の形態を制御することで大入熱溶接でのＨＡＺ靭性を改善する方法が提案されている（特開２０１０−９５７８１号公報及び特開２０１１−２１２６３号公報参照）。しかしながら、これらの方法では、Ｔｉ含有窒化物の制御のために鋳造工程に制約があり、生産コストの増大を招くおそれがある。また、母材の強度については考慮されていない。
【０００４】
また、酸化物系介在物の大きさを制御することで大入熱溶接でのＨＡＺ靭性を改善する方法が提案されている（特開２０１０−２２２６５２号公報参照）。しかしながら、この方法では、酸化物の制御のために精緻な製鋼プロセスが求められるため、生産コストの増大を招くおそれがある。また、この方法でも母材の強度については考慮されていない。
【０００５】
さらに、Ｃａ、Ｓ、Ｏ等の量を制御し、粒内変態核を導入することでＨＡＺ組織を微細化し、ＨＡＺ靭性を改善する方法が提案されている（特開２０１３−１４７７４０号公報参照）。しかしながら、この方法で得られる母材の降伏強度は大半が４９０ＭＰａ未満と不十分であり、一方で降伏強度が４９０ＭＰａ以上のものではＨＡＺ靭性が十分とは言い難い。
【０００６】
また、Ｔｉ−Ｃａ複合添加並びにＣａＯ及びＣａＳ量の最適化により、高い母材強度と良好なＨＡＺ靭性とを実現する方法が提案されている（特開２００２−３１７２４３号公報）。しかしながら、この方法では圧延前の保持温度が１１５０〜１２５０℃と高く、生産性について改善の余地がある。また、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板における特性が考慮されていない。
【０００７】
さらに、０．１μｍ以下のＴｉＮ析出物を制御することで、ＨＡＺ靭性を改善する方法が提案されている（特開２００１−９８３４０号公報参照）。しかしながら、検討されている入熱量が最大で４５０ｋＪ／ｃｍであり、大入熱溶接における改善が十分とは言えない。また、母材の強度についても考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−９５７８１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１２６３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２２６５２号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４７７４０号公報
【特許文献５】特開２００２−３１７２４３号公報
【特許文献６】特開２００１−９８３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、母材強度及びＨＡＺ靭性に優れる鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討した結果、鋼板のＴｉ添加量を増やすと、ＨＡＺ靭性の改善に有効な微細ＴｉＮが増加する一方で、ＨＡＺ靭性を低下させる例えば粒径が２．０μｍ以上の粗大ＴｉＮも増加することを見出した。そこで、本発明者らはＴｉ添加量を増やした際に生成する粗大ＴｉＮの量を低減することで、大入熱溶接時のＨＡＺ靭性を改善できる本発明に至った。
【００１１】
すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、Ｃ：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、Ｓｉ：０質量％以上０．０４質量％以下、Ｍｎ：１．４質量％以上２．０質量％以下、Ｐ：０質量％超０．０１０質量％以下、Ｓ：０質量％超０．００７質量％以下、Ａｌ：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以上１．５０質量％以下、Ｃｕ：０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｎｂ：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、Ｎ：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、Ｃａ：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有し、酸不溶性のＴｉの含有量［質量％］を［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］、上記組成全体を基準とするＴｉの含有量［質量％］を［Ｔｉ］とした場合に下記式（１）を満たす鋼板である。
［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］≦０．８０  ・・・（１）
【００１２】
当該鋼板は、全Ｔｉの含有量と、主にＴｉＮとして存在する酸不溶性のＴｉの含有量との比を、上記式（１）を満たす値に調整することで、微細なＴｉＮが粗大なＴｉＮに対し相対的に増加するので、粗大ＴｉＮに起因する脆性破壊が抑制され、ＨＡＺ靭性に優れる。また、当該鋼板は、上記組成を有することで母材強度にも優れる。
【００１３】
Ｎの含有量［質量％］を［Ｎ］とした場合に［Ｔｉ］／［Ｎ］が２．０以上５．０以下であり、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が２．０×１０５個／ｍｍ２以上、かつ円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物における円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が１５％以下であるとよい。このように［Ｔｉ］／［Ｎ］、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度及び円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合を上記範囲に調整することで、大入熱溶接時のＴｉＮのオストワルド成長を抑制し、入熱後溶け残るＴｉＮにより、旧オーステナイト粒径の粗大化が抑制される。その結果、粗大粒界フェライト及び粗大粒界ベイナイトの生成が抑制されるので、ＨＡＺ靭性の向上を促進することができる。
【００１４】
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＢの含有量［質量％］をそれぞれ［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］及び［Ｂ］とした場合に下記式（２）を満たすとよい。
（［Ｃ］／１０）０．５×（１＋０．７×［Ｓｉ］）×（１＋３．３３×［Ｍｎ］）×（１＋０．３５×［Ｃｕ］）×（１＋０．３６×［Ｎｉ］）×（１＋２．１６×［Ｃｒ］）×（１＋３×［Ｍｏ］）×（１＋１．７５×［Ｖ］）×（１＋２００×［Ｂ］）×１．１１５≧０．７２  ・・・（２）
【００１５】
上記式（２）を満たすことで、ＨＡＺ靭性を維持しつつ、母材強度をさらに向上することができる。
【００１６】
Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶの含有量［質量％］をそれぞれ［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］及び［Ｖ］とした場合に下記式（３）を満たすとよい。
１１０×［Ｃ］＋７×［Ｍｎ］＋４×［Ｃｕ］＋５×［Ｎｉ］＋２．８×［Ｃｒ］＋５×［Ｍｏ］＋７．２×［Ｖ］≦２１．５  ・・・（３）
【００１７】
上記式（３）を満たすことで、固相線の温度が上昇し、鋳造時に早期に凝固が完了するため、粗大ＴｉＮの低減が容易に達成できる。その結果、ＨＡＺ靭性をさらに向上することができる。
【００１８】
Ｃｒ：０質量％超１．００質量％以下、Ｍｏ：０質量％超０．５０質量％以下、Ｖ：０質量％超０．５０質量％以下、Ｂ：０質量％超０．０００９質量％以下、希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及びＺｒ：０質量％超０．００５０質量％以下のうち少なくとも１種をさらに含有するとよい。このような元素をさらに含有することで、母材強度をさらに向上することができる。
【００１９】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、Ｃ：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、Ｓｉ：０質量％以上０．０４質量％以下、Ｍｎ：１．４質量％以上２．０質量％以下、Ｐ：０質量％超０．０１０質量％以下、Ｓ：０質量％超０．００７質量％以下、Ａｌ：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以上１．５０質量％以下、Ｃｕ：０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｎｂ：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、Ｎ：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、Ｃａ：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有する溶鋼を鋳造する工程と、上記鋳造工程で得られた鋳塊を７５０℃以上８２０℃以下の最終圧延温度で熱間圧延する工程と、上記熱間圧延工程後の鋼材を５℃／秒以上の冷却速度で冷却する冷却工程とを備え、上記鋳造工程で１，５００℃から１，４５０℃までの冷却を３００秒未満で行うことを特徴とする鋼板の製造方法である。
【００２０】
当該鋼板の製造方法は、上記組成を有する溶鋼を１，５００℃から１，４５０℃まで３００秒未満で冷却する鋳造工程により、微細なＴｉＮが粗大なＴｉＮに対し相対的に増加するので、粗大ＴｉＮに起因する脆性破壊が抑制され、ＨＡＺ靭性に優れる鋼板を製造することができる。また、当該鋼板の製造方法では、上述の条件で熱間圧延及び冷却を行うことで、母材強度にも優れる鋼板を得ることができる。
【００２１】
上記溶鋼が、Ｃｒ：０質量％超１．００質量％以下、Ｍｏ：０質量％超０．５０質量％以下、Ｖ：０質量％超０．５０質量％以下、Ｂ：０質量％超０．０００９質量％以下、希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及びＺｒ：０質量％超０．００５０質量％以下のうち少なくとも１種をさらに含有するとよい。溶鋼がこのような元素をさらに含有することで、得られる鋼板の母材強度をさらに向上することができる。
【００２２】
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、Ｃ：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、Ｓｉ：０質量％以上０．０４質量％以下、Ｍｎ：１．４質量％以上２．０質量％以下、Ｐ：０質量％超０．０１０質量％以下、Ｓ：０質量％超０．００７質量％以下、Ａｌ：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以上１．５０質量％以下、Ｃｕ：０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｎｂ：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、Ｎ：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、Ｃａ：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有し、上記組成全体を基準とするＮの含有量［質量％］を［Ｎ］、Ｔｉの含有量［質量％］を［Ｔｉ］とした場合に［Ｔｉ］／［Ｎ］が２．０以上５．０以下であり、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が２．０×１０５個／ｍｍ２以上、かつ円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物における円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が１５％以下である鋼板である。
【００２３】
当該鋼板は、［Ｔｉ］／［Ｎ］、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度及び円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合を上記範囲に調整することで、大入熱溶接時のＴｉＮのオストワルド成長を抑制し、入熱後溶け残るＴｉＮにより、旧オーステナイト粒径の粗大化が抑制される。その結果、当該鋼板は、溶接時の粗大粒界フェライト及び粗大粒界ベイナイトの生成が抑制され、ＨＡＺ靭性に優れる。また、当該鋼板は、上記組成を有することで母材強度にも優れる。
【００２４】
Ｃｒ：０質量％超１．００質量％以下、Ｍｏ：０質量％超０．５０質量％以下、Ｖ：０質量％超０．５０質量％以下、Ｂ：０質量％超０．０００９質量％以下、希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及びＺｒ：０質量％超０．００５０質量％以下のうち少なくとも１種をさらに含有するとよい。このような元素をさらに含有することで、母材強度をさらに向上することができる。
【００２５】
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、Ｃ：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、Ｓｉ：０質量％以上０．０４質量％以下、Ｍｎ：１．４質量％以上２．０質量％以下、Ｐ：０質量％超０．０１０質量％以下、Ｓ：０質量％超０．００７質量％以下、Ａｌ：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、Ｎｉ：０．１質量％以上１．５０質量％以下、Ｃｕ：０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｎｂ：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、Ｎ：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、Ｃａ：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有する溶鋼を鋳造する工程と、上記鋳造工程で得られた鋳塊を熱間圧延する工程と、上記熱間圧延工程後の鋼材を５℃／秒以上の冷却速度で冷却する冷却工程とを備え、上記鋳造工程で、１，５００℃から１，４５０℃までの冷却を３００秒未満、１，３００℃から１，２００℃までの冷却を４５０秒以上６８０秒以下で行い、上記熱間圧延工程で、圧延前の鋳塊を１，０５０℃以上１，２００℃以下で２０分以上５時間以下保持し、９００℃以上での累積圧下量を３０％以上、８２０℃以上９００℃未満での累積圧下量を１５％以上とすることを特徴とする鋼板の製造方法である。
【００２６】
当該鋼板の製造方法は、上記組成を有する溶鋼を上記条件で冷却する鋳造工程と、上記条件で鋳塊の温度を保持した後に圧延する熱間圧延工程とにより、大入熱溶接後に溶け残る一定の大きさのＴｉＮの数を増加させる。これにより、旧オーステナイト粒界の粗大化が抑制され、ひいては粗大粒界フェライト及び粗大粒界ベイナイトの生成が抑制されるので、当該鋼板の製造方法によれば、ＨＡＺ靭性に優れる鋼板を製造することができる。また、当該鋼板の製造方法では、上述の条件で熱間圧延及び冷却を行うことで、母材強度にも優れる鋼板を得ることができる。
【００２７】
上記溶鋼が、Ｃｒ：０質量％超１．００質量％以下、Ｍｏ：０質量％超０．５０質量％以下、Ｖ：０質量％超０．５０質量％以下、Ｂ：０質量％超０．０００９質量％以下、希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及びＺｒ：０質量％超０．００５０質量％以下のうち少なくとも１種をさらに含有するとよい。溶鋼がこのような元素をさらに含有することで、得られる鋼板の母材強度をさらに向上することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の鋼板は、母材強度及びＨＡＺ靭性に優れるため、大型の溶接構造物に好適に使用できる。また、本発明の鋼板の製造方法は、母材強度及びＨＡＺ靭性に優れる鋼板を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る鋼板及びその製造方法の実施形態について説明する。
【００３０】
〔第一実施形態〕
まず、本発明の第一実施形態について説明する。
【００３１】
＜鋼板＞
当該鋼板は、Ｃ（炭素）：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０質量％以上０．０４質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：１．４質量％以上２．０質量％以下、Ｐ（リン）：０質量％超０．０１０質量％以下、Ｓ（硫黄）：０質量％超０．００７質量％以下、Ａｌ（アルミニウム）：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：０．１質量％以上１．５０質量％以下、Ｃｕ（銅）：０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｎｂ（ニオブ）：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、Ｔｉ（チタン）：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、Ｎ（窒素）：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、Ｃａ（カルシウム）：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ（鉄）及び不可避的不純物である組成を有する。
【００３２】
当該鋼板の平均厚さの下限としては、特に限定されないが、例えば５０ｍｍであり、６０ｍｍがより好ましい。一方、当該鋼板の平均厚さの上限としては、特に限定されないが、例えば１００ｍｍである。当該鋼板の平均厚さが上記下限より小さい場合、船舶等の用途に不向きとなるおそれがある。逆に、当該鋼板の平均厚さが上記上限を超える場合、加工等が困難となるおそれがある。
【００３３】
［Ｃ（炭素）］
以下、当該鋼板の各成分について説明する。Ｃは、当該鋼板の強度確保のために必要な元素である。Ｃの含有量の下限としては、０．００５質量％であり、０．０１質量％が好ましく、０．０２質量％がより好ましい。一方、Ｃの含有量の上限としては、０．０７質量％であり、０．０６質量％が好ましく、０．０５質量％がより好ましい。Ｃの含有量が上記下限より小さい場合、当該鋼板の強度が不十分となるおそれがある。逆に、Ｃの含有量が上記上限を超える場合、当該鋼板の固相線温度が低下することで粗大ＴｉＮの生成が助長され、ＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。
【００３４】
［Ｓｉ（ケイ素）］
Ｓｉは、当該鋼板の脱酸に有用な元素である。Ｓｉの含有量の下限としては、０質量％である。一方、Ｓｉの含有量の上限としては、０．０４質量％であり、０．０３質量％が好ましく、０．０２質量％がより好ましい。Ｓｉの含有量が上記上限を超える場合、Ｔｉの活量が増加することで粗大ＴｉＮの生成が助長され、ＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。
【００３５】
［Ｍｎ（マンガン）］
Ｍｎは、当該鋼板の強度確保のために必要な元素である。Ｍｎの含有量の下限としては、１．４質量％であり、１．５０質量％が好ましく、１．６０質量％がより好ましい。一方、Ｍｎの含有量の上限としては、２．０質量％であり、１．９５質量％が好ましく、１．９２質量％がより好ましい。Ｍｎの含有量が上記下限より小さい場合、当該鋼板の強度が不十分となるおそれがある。逆に、Ｍｎの含有量が上記上限を超える場合、大入熱溶接のＨＡＺに島状マルテンサイトが生じると共に、硬度が過度に上昇して靭性が低下するおそれがある。
【００３６】
［Ｐ（リン）］
Ｐは、当該鋼板に不可避的に含まれ、ＨＡＺ靭性を低下させる元素である。Ｐの含有量は、０質量％超である。Ｐの含有量は小さいほど好ましいが、工業的に０質量％とすることは困難である。一方、Ｐの含有量の上限としては、０．０１０質量％であり、０．００９質量％が好ましく、０．００８質量％がさらに好ましい。Ｐの含有量が上記上限を超える場合、当該鋼板のＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。
【００３７】
［Ｓ（硫黄）］
Ｓは、当該鋼板に不可避的に含まれ、ＨＡＺ靭性を低下させる元素である。Ｓの含有量は、０質量％超である。Ｓの含有量は小さいほど好ましいが、工業的に０質量％とすることは困難である。一方、Ｓの含有量の上限としては、０．００７質量％であり、０．００５質量％が好ましく、０．００３質量％がより好ましい。Ｓの含有量が上記上限を超える場合、当該鋼板のＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。
【００３８】
［Ａｌ（アルミニウム）］
Ａｌは、当該鋼板の脱酸に必要な元素である。Ａｌの含有量の下限としては、０．０１０質量％であり、０．０１５質量％が好ましく、０．０２０質量％がより好ましい。一方、Ａｌの含有量の上限としては、０．０４０質量％であり、０．０３８質量％が好ましく、０．０３６質量％がさらに好ましい。Ａｌの含有量が上記下限より小さい場合、当該鋼板中の酸素濃度が上昇し、酸化物の増加によってＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。逆に、Ａｌの含有量が上記上限を超える場合、粗大酸化物が増加し、ＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。
【００３９】
［Ｎｉ（ニッケル）］
Ｎｉは、当該鋼板の強度向上に寄与する元素である。Ｎｉの含有量の下限としては、０．１質量％であり、０．１５質量％が好ましく、０．２０質量％がより好ましい。一方、Ｎｉの含有量の上限としては、１．５０質量％であり、１．００質量％が好ましく、０．８０質量％がより好ましい。Ｎｉの含有量が上記下限より小さい場合、当該鋼板の強度が低下するおそれがある。逆に、Ｎｉの含有量が上記上限を超える場合、硬度が過度に上昇して靭性が低下するおそれがある。
【００４０】
［Ｃｕ（銅）］
Ｃｕは、当該鋼板の強度向上に寄与する元素である。Ｃｕの含有量の下限としては、０．１質量％であり、０．１２質量％が好ましく、０．１５質量％がより好ましい。一方、Ｃｕの含有量の上限としては、０．８質量％であり、０．６０質量％が好ましく、０．５０質量％がより好ましい。Ｃｕの含有量が上記下限より小さい場合、当該鋼板の強度が低下するおそれがある。逆に、Ｃｕの含有量が上記上限を超える場合、硬度が過度に上昇して靭性が低下するおそれがある。
【００４１】
［Ｎｂ（ニオブ）］
Ｎｂは、当該鋼板の強度確保に必要な元素である。Ｎｂの含有量の下限としては、０．００４質量％であり、０．００６質量％が好ましく、０．００７質量％がより好ましい。一方、Ｎｂの含有量の上限としては、０．０２５質量％であり、０．０２２質量％が好ましく、０．０２０質量％がより好ましい。Ｎｂの含有量が上記下限より小さい場合、当該鋼板の強度が不十分となるおそれがある。逆に、Ｎｂの含有量が上記上限を超える場合、大入熱溶接のＨＡＺに島状マルテンサイトが生じると共に、硬度が過度に上昇して靭性が低下するおそれがある。
【００４２】
［Ｔｉ（チタン）］
Ｔｉは、Ｎと共にＴｉＮとして析出し、大入熱溶接のＨＡＺ組織を微細化し、靭性を向上させる元素である。Ｔｉの含有量の下限としては、０．０１０質量％であり、０．０１２質量％が好ましく、０．０１３質量％がより好ましい。一方、Ｔｉの含有量の上限としては、０．０２５質量％であり、０．０２２質量％が好ましく、０．０２０質量％がより好ましい。Ｔｉの含有量が上記下限より小さい場合、微細なＴｉＮの絶対量が不足し、ＨＡＺ靭性の向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、Ｔｉの含有量が上記上限を超える場合、ＨＡＺにおいて固溶Ｔｉが増加し、粗大なベイナイト組織が形成されるようになってＨＡＺ靭性が確保できなくなるおそれがある。
【００４３】
［Ｎ（窒素）］
Ｎは、Ｔｉと共にＴｉＮとして析出し、大入熱溶接のＨＡＺ組織を微細化し、靭性を向上させる元素である。Ｎの含有量の下限としては、０．００４０質量％であり、０．００４５質量％が好ましく、０．００５０質量％がより好ましい。一方、Ｎの含有量の上限としては、０．００８０質量％であり、０．００７５質量％が好ましく、０．００７０質量％がより好ましい。Ｎの含有量が上記下限より小さい場合、微細なＴｉＮによるＨＡＺ靭性の向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、Ｎの含有量が上記上限を超える場合、大入熱溶接のＨＡＺにおける固溶Ｎが増加し、靭性が低下するおそれがある。
【００４４】
［Ｃａ（カルシウム）］
Ｃａは、当該鋼板の脱酸に必要な元素である。Ｃａの含有量の下限としては、０．０００５質量％であり、０．０００８質量％が好ましく、０．００１０質量％がより好ましい。一方、Ｃａの含有量の上限としては、０．００３０質量％であり、０．００２５質量％が好ましく、０．００２２質量％がより好ましい。Ｃａの含有量が上記下限より小さい場合、酸化物粒子を起点とする粗大ＴｉＮの生成が助長され、ＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。逆に、Ｃａの含有量が上記上限を超える場合、粗大酸化物の増加により、ＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。
【００４５】
当該鋼板は、上述の組成に加え、Ｃｒ（クロム）：０質量％超１．００質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：０質量％超０．５０質量％以下、Ｖ（バナジウム）：０質量％超０．５０質量％以下、Ｂ（ホウ素）：０質量％超０．０００９質量％以下、希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及びＺｒ（ジルコニウム）：０質量％超０．００５０質量％以下のうち少なくとも１種をさらに含有するとよい。
【００４６】
［Ｃｒ（クロム）］
Ｃｒは、当該鋼板の強度向上に寄与する元素である。強度を向上するためには、Ｃｒを０．０１質量％以上含有させることが好ましく、０．０５質量％以上含有させることがより好ましい。一方、Ｃｒの添加により、大入熱溶接のＨＡＺ硬度が過度に上昇して靭性が低下する可能性がある。そのため、Ｃｒの含有量の上限としては、１．００質量％が好ましく、０．５０質量％がより好ましく、０．１０質量％がさらに好ましい。
【００４７】
［Ｍｏ（モリブデン）］
Ｍｏは、当該鋼板の強度向上に寄与する元素である。強度を向上するためには、Ｍｏを０．０１質量％以上含有させることが好ましく、０．０３質量％以上含有させることがより好ましく、０．０５質量％以上含有させることがさらに好ましい。一方、Ｍｏの添加により、大入熱溶接のＨＡＺ硬度が過度に上昇して靭性が低下する可能性がある。そのため、Ｍｏの含有量の上限としては、０．５０質量％が好ましく、０．３０質量％がより好ましく、０．２０質量％がさらに好ましい。
【００４８】
［Ｖ（バナジウム）］
Ｖは、当該鋼板の強度向上に寄与する元素である。強度を向上するためには、Ｖを０．００３質量％以上含有させることが好ましく、０．０２質量％以上含有させることがより好ましく、０．０５質量％以上含有させることがさらに好ましい。一方、Ｖの含有量の上限としては、０．５０質量％が好ましく、０．３５質量％がより好ましく、０．１５質量％がさらに好ましい。Ｖの含有量が上記上限を超える場合、大入熱溶接のＨＡＺ硬度が過度に上昇して靭性が低下するおそれがある。
【００４９】
［Ｂ（ホウ素）］
Ｂは、当該鋼板の強度及びＨＡＺ靭性向上に寄与する元素である。強度を向上するためには、Ｂを０．０００２質量％以上含有させることが好ましく、０．０００４質量％以上含有させることがより好ましく、０．０００５質量％以上含有させることがさらに好ましい。一方、Ｂの含有量の上限としては、０．０００９質量％が好ましく、０．０００８質量％がより好ましく、０．０００７質量％がさらに好ましい。Ｂの含有量が上記上限を超える場合、当該鋼板の靭性が不安定となるおそれがある。
【００５０】
［希土類金属］
希土類金属は、当該鋼板の脱酸に寄与する元素であり、０．０００３質量％以上含有させることが好ましく、０．００１０質量％以上含有させることがより好ましく、０．００１５質量％以上含有させることがさらに好ましい。一方、希土類金属の含有量の上限としては、０．００５０質量％が好ましく、０．００４０質量％がより好ましく、０．００３０質量％がさらに好ましい。希土類金属の含有量が上記上限を超える場合、粗大酸化物の増加により、ＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。ここで「希土類金属」とは、原子番号５７のＬａ（ランタン）から原子番号７１のＬｕ（ルテチウム）までの１５のランタノイド元素と、Ｓｃ（スカンジウム）及びＹ（イットリウム）とを意味する。
【００５１】
［Ｚｒ（ジルコニウム）］
Ｚｒは当該鋼板の脱酸に寄与する元素であり、０．０００３質量％以上含有させることが好ましく、０．０００８質量％以上含有させることがより好ましく、０．００１０質量％以上含有させることがさらに好ましい。一方、Ｚｒの含有量の上限としては、０．００５０質量％が好ましく、０．００４０質量％がより好ましく、０．００３０質量％がさらに好ましい。Ｚｒの含有量が上記上限を超える場合、粗大酸化物の増加により、ＨＡＺ靭性が低下するおそれがある。
【００５２】
［残部］
当該鋼板は、上述した各元素以外にＦｅ（鉄）及び不可避的不純物を残部として含有する。この不可避的不純物としては、例えばＳｎ（スズ）、Ａｓ（砒素）、Ｐｂ（鉛）等が挙げられる。
【００５３】
当該鋼板は、酸不溶性のＴｉの含有量［質量％］を［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］、組成全体を基準とするＴｉの含有量［質量％］を［Ｔｉ］とした場合に下記式（１）を満たす。
［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］≦０．８０  ・・・（１）
【００５４】
上記式（１）の右辺としては、０．７７が好ましく、０．７５がより好ましい。［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］がこれらの値を超えると、粗大ＴｉＮによりＨＡＺ靭性が低下し易くなる。なお、［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］が同等でＴｉ添加量が異なる鋼材を比較すると、Ｔｉ添加量の多いものほど粗大ＴｉＮの生成量も多い。しかし、Ｔｉ添加量の多いものは同時にＨＡＺ組織の微細化に寄与する微細ＴｉＮも増加しているため、［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］が等しければ、得られるＨＡＺ靭性もほぼ同等となる。
【００５５】
ここで、酸不溶性のＴｉの含有量は、鋼板の厚さ方向で板厚の１／４の位置で採取した試験片に対し電解液を用いた電解抽出法を実施し、得られた残渣をろ過して化合物を抽出し、この化合物について、例えばＩＣＰ発光分光分析法により、Ｔｉ含有量を測定することで得られる。
【００５６】
なお、本発明における酸不溶性のＴｉは、主にＴｉＮとして存在するが、Ｔｉ酸化物等、他の化合物として存在するものも含まれる。また、上記酸不溶性のＴｉは、後述の鋳造工程において、溶鋼中で生成する晶出物が大部分であるが、固体鉄中に生成する析出物も一部含むものである。
【００５７】
また、Ｎの含有量［質量％］を［Ｎ］とした場合、［Ｔｉ］／［Ｎ］の下限としては、２．０が好ましく、２．５がより好ましい。一方、［Ｔｉ］／［Ｎ］の上限としては、５．０が好ましく、４．５がより好ましい。［Ｔｉ］／［Ｎ］が上記下限より小さいと、ＴｉＮの数は増加するが、ＴｉＮのサイズが小さくなり、後述する円相当径が一定範囲のＴｉＮ含有析出物の断面密度が不足するおそれがある。逆に、［Ｔｉ］／［Ｎ］が上記上限を超えると、Ｔｉ拡散律速成長であるＴｉＮのサイズが大きくなり、粗大なＴｉＮが増加するおそれがある。
【００５８】
当該鋼板は、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が２．０×１０５個／ｍｍ２以上、かつ円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物における円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が１５％以下であるとよい。
【００５９】
また、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度の下限としては、２．５×１０５個／ｍｍ２がより好ましく、３．０×１０５個／ｍｍ２がさらに好ましい。円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が上記下限より小さいと、旧オーステナイト粒径粗大化抑制に寄与する微細ＴｉＮが減少し、ＨＡＺ靭性が低下し易くなるおそれがある。一方、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度の上限は特に限定されないが、例えば１．０×１０６個／ｍｍ２である。
【００６０】
さらに、円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合の上限としては、１０％がより好ましく、６％がさらに好ましい。円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が上記上限を超えると、溶接時の高温保持におけるオストワルド成長が促進されてＴｉＮが消失し、旧オーステナイト粒径が粗大化するため、ＨＡＺ靭性が低下し易くなるおそれがある。一方、円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合の下限は特に限定されず、実質的に０％である。
【００６１】
ここで、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度、及び円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合は、以下の方法により測定した値をいう。まず、当該鋼板の任意の部位を切断し、得られた切断面を透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）等の電子顕微鏡で観察する。上記観察においては、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＥＤＸ）装置等によってＴｉを含有する析出物を判別し、これをＴｉＮ含有析出物とする。次に、画像解析によって観察視野中の各ＴｉＮ含有析出物の面積を測定して円相当径に換算し、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数と、円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数とを計測し、１ｍｍ２あたりの個数を算出することで断面密度を求め、上記個数の比から個数割合を求める。
【００６２】
当該鋼板は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＢの含有量［質量％］をそれぞれ［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］及び［Ｂ］とした場合に下記式（２）を満たすことが好ましい。
Ｄｉ＝（［Ｃ］／１０）０．５×（１＋０．７×［Ｓｉ］）×（１＋３．３３×［Ｍｎ］）×（１＋０．３５×［Ｃｕ］）×（１＋０．３６×［Ｎｉ］）×（１＋２．１６×［Ｃｒ］）×（１＋３×［Ｍｏ］）×（１＋１．７５×［Ｖ］）×（１＋２００×［Ｂ］）×１．１１５≧０．７２  ・・・（２）
【００６３】
上記式（２）の右辺としては、０．７５がより好ましく、０．７７がさらに好ましい。Ｄｉがこれらの値未満であると、母材強度が不十分となるおそれがある。
【００６４】
Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶの含有量［質量％］をそれぞれ［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］及び［Ｖ］とした場合に下記式（３）を満たすことが好ましい。
Ａ＝１１０×［Ｃ］＋７×［Ｍｎ］＋４×［Ｃｕ］＋５×［Ｎｉ］＋２．８×［Ｃｒ］＋５×［Ｍｏ］＋７．２×［Ｖ］≦２１．５  ・・・（３）
【００６５】
上記式（３）の右辺としては、２１．２がより好ましく、２１．０がさらに好ましい。Ａがこれらの値を超えると、固相線温度の低下により粗大ＴｉＮが生成され易くなり、ＨＡＺ靭性が不十分となるおそれがある。
【００６６】
［用途］
当該鋼板は、強度及び大入熱溶接時のＨＡＺ靭性に優れるので、船舶等の大型溶接構造物に好適に使用することができる。
【００６７】
＜鋼板の製造方法＞
第一実施形態の当該鋼板の製造方法としては、例えば溶鋼を鋳造する鋳造工程と、得られた鋳塊を熱間圧延する熱間圧延工程と、熱間圧延後の鋼材を冷却する工程とを備える方法等が挙げられる。以下、各工程について説明する。
【００６８】
［鋳造工程］
本工程では、上記組成を有する溶鋼をスラブ形状等に鋳造し、鋳塊を得る。上記組成を有する溶鋼は、脱硫処理、脱酸処理、各元素の添加等の従来公知の方法を適宜組み合わせることで得ることができる。
【００６９】
鋳造工程では、１，５００℃から１，４５０℃までの温度範囲の冷却処理を３００秒未満の冷却時間で行う。粗大ＴｉＮは、鋳造過程において鋼が一部凝固した温度域（固液共存温度域）で生成する。つまり、液相鉄が凝固して固体となる過程で、固体鉄から液相鉄にＴｉが排出され、液相鉄中のＴｉ濃度が上昇する。Ｔｉ濃度の高まった液相鉄中ではＴｉＮが生成され易くなり、加えて、液相中で生成したＴｉＮは容易に粗大化する。そのため、粗大ＴｉＮを低減するには、固液共存温度域を速やかに通過し、ＴｉＮの生成及び粗大化を抑制することが重要である。従って、１，５００℃から１，４５０℃までの冷却時間が３００秒以上であると、鋳造時に粗大なＴｉＮが生成され、［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］が上記式（１）を満たさなくなり、ひいてはＨＡＺ靭性が低下する。なお、１，５００℃から１，４５０℃までの冷却時間は２８５秒未満がより好ましい。また、鋳塊が厚さｔ［ｍｍ］の板状の場合、上記冷却温度は鋳塊の表面から厚さ方向にｔ／４の位置での測定温度とする。
【００７０】
［熱間圧延工程］
本工程では、上記鋳造工程で得られた鋳塊を熱間圧延することで鋼板を得る。この熱間圧延時の鋳塊の最終圧延温度としては、７５０℃以上８２０℃以下である。最終圧延温度が上記下限より小さいと、オーステナイト粒が微細化し、続く冷却工程でのフェライト析出が助長されるため、所定の強度を得ることが難しくなるおそれがある。逆に、最終圧延温度が上記上限を超えると、鋼材の靭性が低下するおそれがある。
【００７１】
［冷却工程］
熱間圧延後には、鋼材の冷却を行う。この冷却速度としては、５℃／秒以上とする。冷却速度が上記下限より小さいと、フェライトが析出し、所定の強度を得ることが難しくなるおそれがある。
【００７２】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
【００７３】
＜鋼板＞
当該鋼板は、Ｃ（炭素）：０．００５質量％以上０．０７質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０質量％以上０．０４質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：１．４質量％以上２．０質量％以下、Ｐ（リン）：０質量％超０．０１０質量％以下、Ｓ（硫黄）：０質量％超０．００７質量％以下、Ａｌ（アルミニウム）：０．０１０質量％以上０．０４０質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：０．１質量％以上１．５０質量％以下、Ｃｕ（銅）：０．１質量％以上０．８質量％以下、Ｎｂ（ニオブ）：０．００４質量％以上０．０２５質量％以下、Ｔｉ（チタン）：０．０１０質量％以上０．０２５質量％以下、Ｎ（窒素）：０．００４０質量％以上０．００８０質量％以下、Ｃａ（カルシウム）：０．０００５質量％以上０．００３０質量％以下、並びに残部：Ｆｅ（鉄）及び不可避的不純物である組成を有する。
【００７４】
当該鋼板の平均厚さは上記第一実施形態の鋼板と同様とすることができる。また、当該鋼板のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｎ及びＣａの好ましい含有量、並びに残部は上記第一実施形態の鋼板と同様とすることができる。
【００７５】
当該鋼板は、上述の組成に加え、Ｃｒ（クロム）：０質量％超１．００質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：０質量％超０．５０質量％以下、Ｖ（バナジウム）：０質量％超０．５０質量％以下、Ｂ（ホウ素）：０質量％超０．０００９質量％以下、希土類金属：０質量％超０．００５０質量％以下、及びＺｒ（ジルコニウム）：０質量％超０．００５０質量％以下のうち少なくとも１種をさらに含有するとよい。また、当該鋼板のこれらの組成の好ましい含有量は上記第一実施形態の鋼板と同様とすることができる。
【００７６】
また、当該鋼板の［Ｔｉ］／［Ｎ］の下限としては、２．０であり、２．５が好ましい。一方、［Ｔｉ］／［Ｎ］の上限としては、５．０であり、４．５が好ましい。［Ｔｉ］／［Ｎ］が上記下限より小さいと、ＴｉＮの数は増加するが、ＴｉＮのサイズが小さくなり、後述する円相当径が一定範囲のＴｉＮ含有析出物の断面密度が不足し易くなる。逆に、［Ｔｉ］／［Ｎ］が上記上限を超えると、Ｔｉ拡散律速成長であるＴｉＮのサイズが大きくなり、粗大なＴｉＮが増加し易くなる。
【００７７】
当該鋼板は、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が２．０×１０５個／ｍｍ２以上、かつ円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物における円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が１５％以下である。
【００７８】
また、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度の下限としては、２．５×１０５個／ｍｍ２が好ましく、３．０×１０５個／ｍｍ２がより好ましい。円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が上記下限より小さいと、旧オーステナイト粒径抑制に寄与する微細ＴｉＮが減少し、ＨＡＺ靭性が低下し易くなる。一方、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度の上限は特に限定されないが、例えば５．０×１０５個／ｍｍ２である。
【００７９】
さらに、円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合の上限としては、１０％が好ましく、６％がより好ましい。円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が上記上限を超えると、溶接時の高温保持におけるＴｉＮのオストワルド成長が促進され、旧オーステナイト粒径抑制に寄与するＴｉＮ数が少なくなり、ＨＡＺ靭性が低下し易くなる。一方、円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合の下限は特に限定されず、実質的に０％である。
【００８０】
［用途］
当該鋼板は、強度及び大入熱溶接時のＨＡＺ靭性に優れるので、船舶等の大型溶接構造物に好適に使用することができる。
【００８１】
＜鋼板の製造方法＞
第二実施形態の当該鋼板の製造方法としては、例えば溶鋼を鋳造する鋳造工程と、得られた鋳塊を熱間圧延する熱間圧延工程と、熱間圧延後の鋼材を冷却する工程とを備える方法等が挙げられる。以下、各工程について説明する。
【００８２】
［鋳造工程］
本工程では、上記組成を有する溶鋼をスラブ形状等に鋳造し、鋳塊を得る。上記組成を有する溶鋼は、脱硫処理、脱酸処理、各元素の添加等の従来公知の方法を適宜組み合わせることで得ることができる。
【００８３】
鋳造工程では、１，５００℃から１，４５０℃までの温度範囲の冷却処理を３００秒未満の冷却時間で行う。粗大ＴｉＮは、鋳造過程において鋼が一部凝固した温度域（固液共存温度域）で生成する。つまり、液相鉄が凝固して固体となる過程で、固体鉄から液相鉄にＴｉが排出され、液相鉄中のＴｉ濃度が上昇する。Ｔｉ濃度の高まった液相鉄中ではＴｉＮが生成され易くなり、加えて、液相中で生成したＴｉＮは容易に粗大化する。そのため、粗大ＴｉＮを低減するには、固液共存温度域を速やかに通過し、ＴｉＮの生成及び粗大化を抑制することが重要である。従って、１，５００℃から１，４５０℃までの冷却時間が３００秒以上であると、鋳造時に粗大なＴｉＮが生成され、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が小さくなり、ひいてはＨＡＺ靭性が低下する。なお、１，５００℃から１，４５０℃までの冷却時間は２８５秒未満がより好ましい。また、鋳塊が厚さｔ［ｍｍ］の板状の場合、上記冷却温度は鋳塊の表面から厚さ方向にｔ／４の位置での測定温度とする。
【００８４】
さらに、鋳造工程では、１，３００℃から１，２００℃までの温度範囲の冷却処理を４５０秒以上６８０秒以下で行う。上記温度範囲の冷却処理時間の下限としては５００秒が好ましく、上限としては６００秒が好ましい。上記冷却処理時間が上記下限未満であると、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物が減少し、ＨＡＺ靭性が低下する。一方、上記冷却処理時間が上記上限を超えると、円相当径０．１μｍ以上のＴｉＮ含有析出物が増加することで円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が大きくなり、ＨＡＺ靭性が低下する。
【００８５】
［熱間圧延工程］
本工程では、上記鋳造工程で得られた鋳塊を熱間圧延することで鋼板を得る。本工程では、熱間圧延の前に圧延前の鋳塊を１，０５０℃以上１，２００℃以下で２０分以上５時間以下保持する。また、上記保持時間の下限としては、２時間が好ましい。保持温度又は時間が上記下限未満であると、０．０４０μｍ未満の微小なＴｉＮが成長しないため、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物が減少し、ＨＡＺ靭性が低下する。一方、保持温度又は時間が上記上限を超えると、オストワルド成長が過剰に進行し円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物が減少し、ＨＡＺ靭性が低下する。
【００８６】
熱間圧延工程では、９００℃以上での累積圧下量を３０％以上、８２０℃以上９００℃未満での累積圧下量を１５％以上となるよう圧延を行う。これにより歪から誘起されるＴｉの拡散により微細ＴｉＮが成長し、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数が増加し、ＨＡＺ靭性を向上できる。一方で、上記範囲を逸脱して圧延を行うと、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数が減少し、ＨＡＺ靭性が低下する。なお、各温度範囲での累積圧下量の上限は特に限定されないが、例えば５０％である。また、「累積圧下量」とは、１パス当たりの圧下量の総和であり、「圧下量」は、下記式（４）により計算される値である。
圧下量＝（ｔ０−ｔ１）／ｔ０×１００  ・・・（４）
式（４）中、ｔ０は、表面の温度が圧延温度範囲にあるときの鋼片の圧延開始厚み［ｍｍ］、ｔ１は、表面の温度が圧延温度範囲にあるときの鋼片の圧延終了厚み［ｍｍ］をそれぞれ示す。
【００８７】
［冷却工程］
熱間圧延後には、鋼材の冷却を行う。この冷却速度としては、５℃／秒以上であり、６℃／秒以上が好ましい。冷却速度が上記下限より小さいと、フェライトが析出し、所定の強度を得ることが難しくなるおそれがある。
【００８８】
〔その他の実施形態〕
本発明の鋼板及びその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００８９】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００９０】
＜鋼板の作製（１）＞
１５０ｋｇ真空誘導炉を用い、表１に示す組成を有する溶鋼を溶製し、この溶鋼を鋳造することでスラブを作製した。ここで１，５００℃から１，４５０℃までの冷却時間は表２に示す時間とした。このスラブを１，１００℃で３時間保持後、最終仕上げ温度７８０℃で熱間圧延し、冷却速度７．５℃／秒で水冷することにより平均厚さ６５ｍｍの実施例１〜１０及び比較例１〜６の鋼板を得た。
【００９１】
＜［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］の測定＞
得られた鋼板の厚さ方向で板厚の１／４の位置で試験片を採取し、電解液を用いた電解抽出法により上記試験片から抽出した酸不溶性のＴｉの濃度を測定することで［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］の測定を行った。なお、電解液としては、メタノール１００ｃｃ中に、トリエタノールアミン２ｃｃと、テトラメチルアンモニウムクロライド１ｇとを含有するものを用いた。測定に際しては、上記電解液での電解抽出により得られた溶液を孔径２．０μｍのフィルタでろ過して残渣を得た後、この残渣をＩＣＰ発光分光分析法によって化学成分を分析し、［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］を求めた。なお、上記電解液での電解抽出で不溶であるＴｉは、本発明で定義する酸不溶性のＴｉと判断できる。この測定結果を表２に示す。
【００９２】
＜鋼板の評価（１）＞
以下の方法により、各鋼板の降伏強度、及びＨＡＺ靭性を評価した。評価結果を表２に示す。なお、表２中、「Ｄｉ」は上記（２）式の左辺を示し、「Ａ」は上記（３）式の左辺を示す。
【００９３】
［降伏強度］
各鋼板から、ＪＩＳ−Ｚ２２４１：２０１１に規定の棒状の４号試験片を切り出した。この切り出しにおいては、試験片の軸方向が鋼板の幅方向と一致し、試験片の中心軸と鋼板の一方の表面との距離が鋼板の板厚の１／４となるようにした。次に、ＪＩＳ−Ｚ２２４１：２０１１に記載の方法で引張り試験を行い、降伏強度ＹＳ［ＭＰａ］を測定した。降伏強度は、その値が大きいほど強度に優れることを示し、４９０ＭＰａ以上を「良好」、４９０ＭＰａ未満を「良好ではない」と判断できる。
【００９４】
［ＨＡＺ靭性］
各鋼板の厚さ方向で板厚の１／４の位置から、１２．５ｍｍ×３２ｍｍ×５５ｍｍの試験片を切り出し、１４００℃で６０秒間保持した後、８００℃から５００℃までの冷却時間が４００秒となるように速度を制御して冷却した。これは、入熱量が５５ｋＪ／ｍｍの大入熱溶接を模擬した熱サイクルである。次に、ＪＩＳ−Ｚ２２４２：２００５に準拠し、規定のシャルピー衝撃試験片を３本ずつ採取し、−２０℃でシャルピー衝撃試験を行い、吸収エネルギーｖＥ［Ｊ］を測定した。ＨＡＺ靭性は、ｖＥが１００Ｊを超えるものを「良好」、１００Ｊ以下を「良好ではない」と判断できる。
【００９５】
【表１】
2018009239.tif 000002
【００９６】
【表２】
2018009239.tif 000003
【００９７】
表１、２から明らかなように、実施例１〜１０の鋼板は、降伏強度及びＨＡＺ靭性が共に良好であった。
【００９８】
また、Ｄｉが０．７２以上である実施例２、６〜９は、実施例１、３〜５、１０に比べて降伏強度に優れていた。このことから、Ｄｉの値を０．７２以上とすることで、ＨＡＺ靭性を維持しつつ、母材強度を向上することができると判断される。
【００９９】
さらに、Ａが２１．５以下の実施例３〜５、１０は、実施例１、２に比べてＨＡＺ靭性に優れていた。このことから、Ａの値を２１．５以下とすることで、ＨＡＺ靭性をより向上することができると判断される。
【０１００】
さらに、Ｃｒ含有量が０．１０質量％以下、及びＭｏ含有量が０．２０質量％以下である実施例３〜５は、実施例６〜９に比べてＨＡＺ靱性に優れていた。このことから、Ｃｒ含有量を０．１０質量％以下、及びＭｏ含有量を０．２０質量％以下とすることで、ＨＡＺ靭性をより向上することができると判断される。
【０１０１】
一方で、Ｃｒ含有量が０．１０質量％超、又はＭｏ含有量が０．２０質量％超である実施例６〜９は、実施例３〜５に比べて降伏強度に優れていた。このことから、Ｃｒ含有量を０．１０質量％超、又はＭｏ含有量を０．２０質量％超とすることで、降伏強度をより向上することができると判断される。
【０１０２】
一方で、比較例１〜４は、［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］が０．８超であるため、粗大なＴｉＮが多くなり、ＨＡＺ靭性が良好でない。また、比較例５は、［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］が０．８以下であるが、Ｔｉの含有量が多すぎるため、固溶Ｔｉが多くなり、ＨＡＺ靭性が良好でない。さらに、比較例６も、［ｉｎｓｏｌ．Ｔｉ］／［Ｔｉ］が０．８以下であるが、Ｔｉ及びＮの含有量が小さいため、微細なＴｉＮの絶対量が不足し、ＨＡＺ靭性が良好でない。
【０１０３】
＜鋼板の作製（２）＞
次に、１５０ｋｇ真空誘導炉を用い、表３に示す組成を有する溶鋼を溶製し、この溶鋼を鋳造することでスラブを作製した。ここで１，５００℃から１，４５０℃までの冷却時間及び１，３００℃から１，２００℃までの冷却時間は表４に示す時間とした。このスラブを表４に示す温度及び時間で保持後、９００℃以上及び８２０℃以上９００℃未満でそれぞれ表４に示す累積圧下量となるよう熱間圧延し、さらに表４に示す冷却速度で水冷することにより平均厚さ６５ｍｍの実施例１１〜２０及び比較例７〜１５の鋼板を得た。なお、表３の「ＲＥＭ」は、希土類金属（ｒａｒｅ  ｅａｒｔｈ  ｍｅｔａｌ）を示す。
【０１０４】
＜ＴｉＮ含有析出物の測定＞
得られた鋼板の厚さ方向で板厚の１／４の位置で試験片を採取し、各鋼板から、柱体状の試験片を切り出した。この切り出しにおいては、試験片の軸方向が鋼板の圧延方向と一致し、試験片の中心軸と鋼板の一方の表面との距離が鋼板の平均厚さの１／４となり、かつ試験片の一方の底面が鋼板の縦断面となるようにした。次に、この試験片の上記鋼板の縦断面に相当する底面からレプリカＴＥＭ試験片を作成し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。観察条件は、観察倍率１５，０００倍、観察視野５２．７μｍ２とし、２視野観察した。観察においては、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析（ＥＤＸ）装置によってＴｉを含有する析出物を判別し、この析出物をＴｉＮ含有析出物とした。次に、画像解析によって観察視野中の各ＴｉＮ含有析出物の面積を測定して円相当径に換算し、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数と、円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数とを計測し、１ｍｍ２あたりの個数を算出することで断面密度を求めると共に、円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合を求めた。測定結果を表４に示す。
【０１０５】
＜鋼板の評価（２）＞
上述の方法により、各鋼板の降伏強度、及びＨＡＺ靭性を評価した。評価結果を表４に示す。
【０１０６】
【表３】
2018009239.tif 000004
【０１０７】
【表４】
2018009239.tif 000005
【０１０８】
表３、４から明らかなように、実施例１１〜２０の鋼板は、降伏強度及びＨＡＺ靭性が共に良好であった。
【０１０９】
また、実施例を比較すると、円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が小さいほどＨＡＺ靭性に優れる傾向があり、特に個数割合が６％以下の実施例１１、１３、１４、１８は他の実施例よりも良好なＨＡＺ靭性を有する。
【０１１０】
一方で、比較例７〜１０は、組成が本願発明の範囲を満たさないため、降伏強度又はＨＡＺ靭性のどちらかが良好ではない。また、比較例１１、１３、１４は、円相当径０．０４０μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の断面密度が不十分であるため、ＨＡＺ靭性が良好でない。比較例１１は１，５００℃から１，４５０℃までの冷却時間が大きすぎること、比較例１３は９００℃以上での累積圧下量が小さすぎること、比較例１４は８２０℃以上９００℃未満での累積圧下量が小さすぎることにより、上記断面密度が不十分となったと考えられる。さらに、比較例１２は、円相当径０．１μｍ以上１μｍ以下のＴｉＮ含有析出物の個数割合が大きすぎるため、ＨＡＺ靭性が良好でない。比較例１２は１，３００℃から１，２００℃までの冷却時間が大きすぎることにより、上記個数割合が増大したと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の鋼板は、母材強度及びＨＡＺ靭性に優れる。また、本発明の鋼板の製造方法は、母材強度及びＨＡＺ靭性に優れる鋼板を得ることができる。