(57)【要約】【課題】ＲＥＭを含有する炭素鋼鋳片において、介在物をピン止め粒子として活用することにより、溶接熱影響部の靭性を向上させることが可能な炭素鋼鋳片を提供する。【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ａｌ、ｔ．Ｓ、ｔ．Ｔｉ、ｔ．Ｏ、ｔ．Ｎ、を含有するとともに、ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭを所定の式を満足する範囲内で含有し、残部が鉄及び不純物からなり、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出しており、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であるＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上とされ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が５個／ｍｍ２未満とされていることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ；０．０３％以上０．１２％以下、
Ｓｉ；０．０１％以上１．５％以下、
Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、
Ｐ；０．００３０％以上０．０４０％以下、
Ａｌ；０．０１％以上１．５％以下、
ｔ．Ｓ；０．００１０％以上０．００７０％以下、
ｔ．Ｔｉ；０．００５％以上０．０２％以下、
ｔ．Ｏ；０．０００５％以上０．００４％以下、
ｔ．Ｎ；０．０００１％以上０．０１％以下、
を含有するとともに、
ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭを、ｔ．Ｏ，ｔ．Ｓ，ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭの質量％をそれぞれ［ｔ．Ｏ］，［ｔ．Ｓ］，［ｔ．Ｃａ］，［ｔ．Ｚｒ］，［ｔ．ＲＥＭ］とした場合に、下記の（１）〜（３）式を満足する範囲内で含有し、残部が鉄及び不純物からなり、
ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出しており、
円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であるＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上とされ、
円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が５個／ｍｍ２未満とされていることを特徴とする炭素鋼鋳片。
（１）式：９１．２／４８×［ｔ．Ｏ］＋９１．２／６４×［ｔ．Ｓ］≦［ｔ．Ｚｒ］≦９１．２／４８×［ｔ．Ｏ］＋１．６×［ｔ．Ｓ］
（２）式：４０／４８×［ｔ．Ｏ］≦［ｔ．Ｃａ］≦４０／１６×［ｔ．Ｏ］
（３）式：１４０／３２×（［ｔ．Ｓ］−３２／９１．２×［ｔ．Ｚｒ］）＋０．００５≦［ｔ．ＲＥＭ］≦１４０／３２×（［ｔ．Ｓ］−３２／９１．２×［ｔ．Ｚｒ］）＋０．０３０
【請求項２】
さらに、質量％で、
Ｃｒ；０．００１％以上２．０％以下、
Ｎｉ；０．００１％以上２．０％以下、
Ｃｕ；０．００１％以上２．０％以下、
Ｎｂ；０．００１％以上０．２％以下、
Ｖ；０．００１％以上１．０％以下、
Ｗ；０．００１％以上１．０％以下、
Ａｓ；０．０００１％以上０．５％以下、
Ｃｏ；０．０００１％以上１．０％以下、
Ｓｎ；０．０００１％以上０．２％以下、
Ｐｂ；０．０００１％以上０．２％以下、
Ｙ；０．０００１％以上０．２％以下、
Ｈｆ；０．０００１％以上０．２％以下、
Ｍｇ；０．０００３％以上０．００２％以下、
からなる群から選択される一種又は二種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の炭素鋼鋳片。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の炭素鋼鋳片を製造するための炭素鋼鋳片の製造方法であって、
ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭを除く元素の溶鋼中の含有量をそれぞれ請求項１又は請求項２に記載の範囲内に調整した後、前記溶鋼に対してＺｒ及びＣａを添加するＺｒ及びＣａ添加工程と、
Ｚｒ及びＣａを添加した溶鋼に、ＲＥＭを添加するＲＥＭ添加工程と、
ＲＥＭを添加した溶鋼を用いて連続鋳造する連続鋳造工程と、
連続鋳造工程の冷却過程において、鋳片の圧下を行う圧下工程と、
を備えており、
前記圧下工程においては、鋳片１／２厚部の温度が１２００℃以上１３９０℃以下の温度範囲内で、圧下率１０%以上５０%以下の圧下をすることを特徴とする炭素鋼鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法に関するものであり、特に、溶接熱影響部の靭性に優れた炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼中の介在物の形態を制御して、鋼材の特性を向上させる手段として、鋼中にＲＥＭを添加することが実施されている。
例えば、特許文献１には、ＲＥＭの一種であるＮｄを添加してＰを固定することにより、Ｐのミクロ偏析を抑制し、鋳片の特性向上を図る技術が提案されている。
特許文献２には、ＲＥＭとＣａを添加した鋼種において、直送圧延プロセスで製造した高張力鋼板が提案されている。
特許文献３には、ＲＥＭとＣａを添加した鋼種に対して、再加熱して圧延を行うことで、機械的特性を向上させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１００９２３号公報
【特許文献２】特開昭６２−１２０４２６号公報
【特許文献３】特開平０１−１５４８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鋼材の用途として、船舶、高層建築物その他の建築物、橋梁、海洋構造物、ＬＮＧ貯蔵タンクその他の大型タンク、ラインパイプ等が挙げられる。近年、建築構造物の高層化やコンテナ船の積載重量増大のため、溶接構造物の大型化が進められている。これに伴い、鋼材の板厚の厚肉化や高強度化が求められ、また、溶接部についてもより一層の安全性、信頼性の確保が必要とされ、溶接熱影響部の靱性（以下、「ＨＡＺ靱性」と称する場合がある。）の向上が課題になっている。
ここで、ＨＡＺ靱性の向上には、微細な介在物をピン止め粒子として活用し、溶接時の結晶粒の粗大化を抑制することが有効であることが知られている。
【０００５】
上述の特許文献１においては、ＲＥＭを添加することにより、Ｐのミクロ偏析を抑制しているが、粗大なＲＥＭリン化物が生成するため、生成した介在物をピン止め粒子として活用することができず、ＨＡＺ靭性を十分に向上させることはできなかった。また、粗大なＲＥＭリン化物によって靭性が低下してしまうことがあるといった問題があった。
【０００６】
また、特許文献２においては、「１１００℃から９５０℃間の温度範囲に於ける冷却、保持、あるいは昇温のいずれか一つまたは二つ以上の過程の経過時間の総計が６０分以上」とされており、鋳造から圧延までの時間が長く、鋳片内の温度が均一化され、靭性が劣化しやすい板厚中心部におけるリン化物の析出が不十分となる。このため、生成した介在物をピン止め粒子として活用することができず、ＨＡＺ靭性を向上させることはできなかった。
【０００７】
さらに、特許文献３においては、鋳片を再加熱して圧延しているが、再加熱した鋳片においては板厚中心部の温度が低く歪が入りにくいため、靭性が劣化しやすい板厚中心部におけるリン化物の析出が不十分となる。このため、生成した介在物をピン止め粒子として活用することができず、ＨＡＺ靭性を向上させることはできなかった。
【０００８】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、ＲＥＭを含有する炭素鋼鋳片において、介在物をピン止め粒子として活用することにより、溶接熱影響部の靭性を向上させることが可能な炭素鋼鋳片、及び、炭素鋼鋳片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】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本発明に係る炭素鋼鋳片は、質量％で、
Ｃ；０．０３％以上０．１２％以下、
Ｓｉ；０．０１％以上１．５％以下、
Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、
Ｐ；０．００３０％以上０．０４０％以下、
Ａｌ；０．０１％以上１．５％以下、
ｔ．Ｓ；０．００１０％以上０．００７０％以下、
ｔ．Ｔｉ；０．００５％以上０．０２％以下、
ｔ．Ｏ；０．０００５％以上０．００４％以下、
ｔ．Ｎ；０．０００１％以上０．０１％以下、
を含有するとともに、
ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭを、ｔ．Ｏ，ｔ．Ｓ，ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭの質量％をそれぞれ［ｔ．Ｏ］，［ｔ．Ｓ］，［ｔ．Ｃａ］，［ｔ．Ｚｒ］，［ｔ．ＲＥＭ］、とした場合に、下記の（１）〜（３）式を満足する範囲内で含有し、残部が鉄及び不純物からなり、
ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出しており、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下のＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上、かつ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が５個／ｍｍ２未満であることを特徴としている。
（１）式：９１．２／４８×［ｔ．Ｏ］＋９１．２／６４×［ｔ．Ｓ］≦［ｔ．Ｚｒ］≦９１．２／４８×［ｔ．Ｏ］＋１．６×［ｔ．Ｓ］
（２）式：４０／４８×［ｔ．Ｏ］≦［ｔ．Ｃａ］≦４０／１６×［ｔ．Ｏ］
（３）式：１４０／３２×（［ｔ．Ｓ］−３２／９１．２×［ｔ．Ｚｒ］）＋０．００５≦［ｔ．ＲＥＭ］≦１４０／３２×（［ｔ．Ｓ］−３２／９１．２×［ｔ．Ｚｒ］）＋０．０３０
【００１０】
この構成の炭素鋼鋳片によれば、ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭを、ｔ．Ｏ，ｔ．Ｓに応じて、上述の（１）〜（３）式を満足する範囲となるように、含有しているので、炭素鋼鋳片の状態ではＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出している。なお、溶接時の加熱過程においては、析出核であったＺｒＳが再溶融し、微細なＲＥＭリン化物が分散することになる。
【００１１】
そして、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出した状態で、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下のＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上とされているので、溶接時の加熱過程においてＺｒＳが再溶融した際に、サブミクロンオーダーのＲＥＭリン化物が多く分散することになり、ＲＥＭリン化物をピン止め粒子として活用することが可能となる。よって、溶接時に結晶粒が粗大化することを抑制し、ＨＡＺ靭性を向上させることができる。
また、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が５個／ｍｍ２未満に抑えられているので、粗大な介在物に起因する靭性の低下を抑制することができる。
【００１２】
ここで、本発明の炭素鋼鋳片においては、さらに、質量％で、
Ｃｒ；０．００１％以上２．０％以下、
Ｎｉ；０．００１％以上２．０％以下、
Ｃｕ；０．００１％以上２．０％以下、
Ｎｂ；０．００１％以上０．２％以下、
Ｖ；０．００１％以上１．０％以下、
Ｗ；０．００１％以上１．０％以下、
Ａｓ；０．０００１％以上０．５％以下、
Ｃｏ；０．０００１％以上１．０％以下、
Ｓｎ；０．０００１％以上０．２％以下、
Ｐｂ；０．０００１％以上０．２％以下、
Ｙ；０．０００１％以上０．２％以下、
Ｈｆ；０．０００１％以上０．２％以下、
Ｍｇ；０．０００３％以上０．００２％以下、
からなる群から選択される一種又は二種以上を含んでいてもよい。
【００１３】
本発明に係る炭素鋼鋳片の製造方法は、前述の炭素鋼鋳片を製造するための炭素鋼鋳片の製造方法であって、ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭを除く元素の溶鋼中の含有量をそれぞれ上述の範囲内に調整した後、前記溶鋼に対してＺｒ及びＣａを添加するＺｒ及びＣａ添加工程と、Ｚｒ及びＣａを添加した溶鋼に、ＲＥＭを添加するＲＥＭ添加工程と、ＲＥＭを添加した溶鋼を用いて連続鋳造する連続鋳造工程と、連続鋳造工程の冷却過程において、鋳片の圧下を行う圧下工程と、を備えており、前記圧下工程においては、鋳片１／２厚部の温度が１２００℃以上１３９０℃以下の温度範囲内で、圧下率１０％以上５０％以下の範囲で圧下することを特徴としている。
なお、本発明においては、圧下工程における圧下率（％）を、「｛（圧下前の鋳片厚み−圧下後の鋳片厚み）／圧下前の鋳片厚み｝×１００」と定義する。
【００１４】
介在物をピン止め粒子として活用するためには、サブミクロンオーダーの粒子を多量に生成させることが必要である。本発明ではＲＥＭリン化物を活用することとし、溶鋼中でＺｒＳを生成させて、そのＺｒＳを含んだ鋳片を連続鋳造中の完全凝固後に、鋳片表層部と中心部との温度差を利用して圧下することによって、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物を析出させる。
厚鋼板等の製品を溶接する際に、ＲＥＭリン化物をピン止め粒子として活用するためには、リン化物を鋳片全体に析出させる必要がある。Ｃａを添加すると溶鋼中のＯとＳがＣａＯとＣａＳになって安定化されるため、その後にＲＥＭを添加するとＲＥＭリン化物が生成され易くなる。しかし、Ｃａが溶存するとＲＥＭの活量を下げるために、凝固末期にＲＥＭリン化物が生成しやすくなる。凝固末期ではＲＥＭおよびＰが濃化しているため、周囲のＲＥＭおよびＰを吸収してＲＥＭリン化物が成長し、容易に粗大化しやすい。一方、Ｚｒは溶存するとＲＥＭの活量を上げるために、ＲＥＭリン化物が生成されやすくなるが、溶鋼中でＲＥＭリン化物が生成される結果として介在物が粗大化しやすい。ＲＥＭ添加量を少なくすると、生成されるリン化物量が減少してしまうために、ＨＡＺ靭性改善効果が小さくなってしまう。
そこで、本発明ではＣａとＺｒを溶存させないように添加してＲＥＭの活量変化を回避し、溶鋼中にＺｒＳを生成させるようにして、ＺｒＳをリン化物析出サイトとするＲＥＭリン化物の析出を、鋳片の凝固直後における圧下歪みを利用して起こさせる。その結果、ＲＥＭリン化物が微細に分散生成される。
【００１５】
本発明の炭素鋼鋳片の製造方法によれば、ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭを除く元素の溶鋼中の含有量をそれぞれ上述の範囲内に調整された溶鋼に対してＺｒとＣａを適量添加しているので、ＺｒとＣａが溶鋼中のＯおよびスラグと反応し、溶鋼中において安定な化合物であるＣａＺｒＯ３と共にＣａＯおよびＺｒＳが生成する。
次に、安定なＣａＺｒＯ３が形成されてＲＥＭが反応するＯが無くなった状態で溶鋼にＲＥＭを添加しているので、ＲＥＭが酸素によって消費されることがない。
そして、連続鋳造工程の冷却過程で鋳片の圧下を行う圧下工程において、ＲＥＭリン化物が析出する。ここで、ＺｒＳとＲＥＭリン化物の格子整合性が高いことから、ＲＥＭリン化物はＺｒＳを析出核として析出することになる。
【００１６】
ここで、鋳片１／２厚部の温度が１２００℃以上の状態で圧下工程を実施するので、靭性が低下しやすい鋳片１／２厚部に対して十分に歪を加えることができる。一方、鋳片１／２厚部の温度が１３９０℃以下で圧下工程を実施するので、ＲＥＭリン化物の析出核となるＺｒＳの個数が確保され、ＲＥＭリン化物を十分に生成させることができる。
この圧下工程における圧下率が１０％以上とされているので、鋳片に対して十分な歪を与えることができ、ＲＥＭリン化物を生成することができる。
一方、この圧下工程における圧下率が５０％以下とされているので、圧下時に鋳片における割れの発生を抑制することができる。
【００１７】
よって、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出しており、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であるＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上とされ、かつ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が５個／ｍｍ２未満とされた炭素鋼鋳片を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
上述のように、本発明によれば、ＲＥＭを含有する炭素鋼鋳片において、介在物をピン止め粒子として活用することにより、溶接熱影響部の靭性を向上させることが可能な炭素鋼鋳片、及び、炭素鋼鋳片の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】Ｓ−Ｚｒの二元状態図と概略ＨＡＺ温度域及び鋳造中の鋳片圧下温度域との関係を説明する図である。
【図２】図１の二元状態図の要部拡大説明図である。
【図３】本発明の実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法のフロー図である。
【図４】介在物の形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態である炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
本実施形態である炭素鋼鋳片は、質量％で、Ｃ；０．０３％以上０．１２％以下、Ｓｉ；０．０１％以上１．５％以下、Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、Ｐ；０．００３０％以上０．０４０％以下、Ａｌ；０．０１％以上１．５％以下、ｔ．Ｓ；０．００１０％以上０．００７０％以下、ｔ．Ｔｉ；０．００５％以上０．０２％以下、ｔ．Ｏ；０．０００５％以上０．００４％以下、ｔ．Ｎ；０．０００１％以上０．０１％以下、を含有するとともに、ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭを、ｔ．Ｏ，ｔ．Ｓ，ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭの質量％をそれぞれ［ｔ．Ｏ］，［ｔ．Ｓ］，［ｔ．Ｃａ］，［ｔ．Ｚｒ］，［ｔ．ＲＥＭ］、とした場合に、下記の（１）〜（３）式を満足する範囲内で含有し、残部が鉄及び不純物からなる組成とされている。
（１）式：９１．２／４８×［ｔ．Ｏ］＋９１．２／６４×［ｔ．Ｓ］≦［ｔ．Ｚｒ］≦９１．２／４８×［ｔ．Ｏ］＋１．６×［ｔ．Ｓ］
（２）式：４０／４８×［ｔ．Ｏ］≦［ｔ．Ｃａ］≦４０／１６×［ｔ．Ｏ］
（３）式：１４０／３２×（［ｔ．Ｓ］−３２／９１．２×［ｔ．Ｚｒ］）＋０．００５≦［ｔ．ＲＥＭ］≦１４０／３２×（［ｔ．Ｓ］−３２／９１．２×［ｔ．Ｚｒ］）＋０．０３０
【００２２】
そして、本実施形態である炭素鋼鋳片においては、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出しており、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であるＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上とされている。
また、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が５個／ｍｍ２未満とされている。
【００２３】
以下に、本実施形態である炭素鋼鋳片において、各成分及び介在物を上述のように規定した理由について説明する。
【００２４】
（Ｃ：炭素）
Ｃは、鋼の焼入れ性と強度を制御する最も基本的な元素であり、焼入れ硬化層を硬くかつ深く形成することで、疲労強度が向上する。
ここで、Ｃの含有量が０．０３％未満では、残留オーステナイト及び低温変態相を十分に生成できず、上述の作用効果を奏功せしめることができないおそれがある。一方、Ｃの含有量が０．１２％を超えると、加工性及び溶接性が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃの含有量を０．０３％以上０．１２％以下の範囲内に限定している。
【００２５】
（Ｓｉ：ケイ素）
Ｓｉは、焼入れのための加熱時にオーステナイトの核生成サイト数を増加させ、オーステナイトの粒成長を抑制して、焼入れ硬化層の粒径を微細化させる。また、Ｓｉは、炭化物の生成を抑制し、炭化物による粒界強度の低下を抑制し、さらに、ベイナイト組織の生成に対しても有効であり、材料全体の強度を確保する。
ここで、Ｓｉの含有量が０．０１％未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができないおそれがある。一方、Ｓｉの含有量が１．５％を超えると、介在物中のＳｉＯ２濃度が高くなり、介在物が粗大化し、靭性、延性、溶接性が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｉの含有量を０．０１％以上１．５％以下の範囲内に限定している。
【００２６】
（Ｍｎ：マンガン）
Ｍｎは、鋼の強度を向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、Ｍｎの含有量が０．０１％未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができないおそれがある。一方、Ｍｎの含有量が３．０％を超えると、Ｍｎの偏析及び固溶強化の増大により延性が低下するおそれがる。また、溶接性及び母材の靭性が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｍｎの含有量を０．０１％以上３．０％以下の範囲内に限定している。
【００２７】
（Ｐ：リン）
Ｐは、Ｆｅ原子よりも小さな置換型固溶強化元素として利用する場合において有効である。そして、ＲＥＭリン化物を生成するために必須の元素である。
ここで、Ｐの含有量が０．００３０％未満では、ＲＥＭリン化物を十分に生成することができないおそれがある。一方、Ｐの含有量が０．０４０％を超えると、ＲＥＭでＰを固定しても残存するＰがオーステナイトの粒界に偏析し、粒界強度が低下して、加工性が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．００３０％以上０．０４０％以下の範囲内に限定している。
【００２８】
（Ａｌ：アルミニウム）
Ａｌは、溶鋼の脱酸を促進するために添加される元素である。
ここで、Ａｌの含有量が０．０１％未満では、十分に脱酸をすることができないおそれがある。一方、Ａｌの含有量が１．５％を超えると、粗大な介在物（Ａｌ２Ｏ３クラスター）が発生し、靭性が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ａｌの含有量を０．０１％以上１．５％以下の範囲内に限定している。
【００２９】
（ｔ．Ｓ：硫黄）
Ｓは、鋼中に不純物として含まれて偏析しやすく、ＭｎＳ系の粗大な延伸介在物を形成して靭性を劣化させる。そして、ＲＥＭリン化物の析出核となるＺｒＳを生成するために必須の元素である。
ここで、ｔ．Ｓの含有量が０．００１０％未満では、ＺｒＳを十分に生成することができないおそれがある。一方、ｔ．Ｓの含有量が０．００７０％を超えると、ＺｒＳが粗大化し、ＲＥＭリン化物を微細に分散させることができないおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓの含有量を０．００１０％以上０．００７０％以下の範囲内に限定している。なお、ｔ．Ｓ（トータル硫黄）は、化合物の状態で鋳片に分散しているＳを含むものである。
【００３０】
（ｔ．Ｔｉ：チタン）
Ｔｉは、炭化物、窒化物、炭窒化物を形成し、結晶粒の微細化及び鋼板の高強度化に寄与し、靭性を向上させる。
ここで、ｔ．Ｔｉの含有量が０．００５％未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができないおそれがある。一方、ｔ．Ｔｉの含有量が０．０２％を超えると、粗大な炭窒化物が生成し、靭性が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、ｔ．Ｔｉの含有量を０．００５％以上０．０２％以下の範囲内に限定している。なお、ｔ．Ｔｉ（トータルチタン）は、化合物の状態で鋳片に分散しているＴｉを含むものである。
【００３１】
（ｔ．Ｏ：酸素）
ｔ．Ｏは、不可避的に０．０００５％は含有される。ここで、ｔ．Ｏの含有量が０．００４％を超えると、Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉ，ＲＥＭ等の元素と反応して粗大な酸化物等を生成し、靭性が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、ｔ．Ｏの含有量を０．０００５％以上０．００４％以下の範囲内に限定している。なお、ｔ．Ｏ（トータル酸素）は、化合物の状態で鋳片に分散しているＯを含むものである。
【００３２】
（ｔ．Ｎ：窒素）
Ｎは、Ａｌ、Ｔｉ等の元素と窒化物を形成し、母材組織の微細化を促進する作用効果を有する。
ここで、ｔ．Ｎの含有量を０．０００１％未満に低減するためには、多大なコストが掛かる。一方、ｔ．Ｎの含有量が０．０１％を超えると、Ａｌ，Ｔｉ等の元素と粗大な窒化物を形成し、靭性が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｎの含有量を０．０００１％以上０．０１％以下の範囲内に限定している。
【００３３】
（ｔ．Ｚｒ：ジルコニウム）
Ｚｒは、後述するＣａとともに安定なＣａＺｒＯ３を形成し、鋼中の酸素濃度を低下させ、ＲＥＭリン化物の生成を促進する。そして、Ｚｒは、Ｓと反応してＺｒＳを形成する。このＺｒＳがＲＥＭリン化物の析出核となり、ＲＥＭリン化物を微細に分散させることが可能となる。さらに、溶接時にＺｒＳが再溶解することにより、微細なＲＥＭリン化物がピン止め粒子として作用し、結晶粒の粗大化を抑制する。これにより、ＨＡＺ靭性が向上することになる。
【００３４】
ｔ．Ｚｒの上限及び下限は、以下の（１）式で規定される。
（１）式：９１．２／４８×［ｔ．Ｏ］＋９１．２／６４×［ｔ．Ｓ］≦［ｔ．Ｚｒ］≦９１．２／４８×［ｔ．Ｏ］＋１．６×［ｔ．Ｓ］
ここで、ｔ．Ｚｒの上限及び下限を（１）式で規定した理由について、図１及び図２のＳ−Ｚｒ二元状態図を用いて説明する。なお、図２においては、温度を（℃）で表示し、濃度を（ｍａｓｓ％）で表示している。
【００３５】
ｔ．Ｚｒの下限は、「ＣａＺｒＯ３としてＯを固定するために必要なＺｒ量」＋「ＺｒＳを生成するために最低限必要なＺｒ量」となる。すなわち、図１及び図２に示すように、ＺｒとＳの質量比Ｚｒ／Ｓが１．４２５（９１．２／６４）よりも少ないと、ＺｒＳが生成せずに、ＺｒＳ２が生成することになる。このため、（１）式では、ＺｒＳを生成するために最低限必要なＺｒ量を９１．２／６４×［ｔ．Ｓ］としている。
【００３６】
ｔ．Ｚｒの上限は、「ＣａＺｒＯ３としてＯを固定するために必要なＺｒ量」＋「１３９０℃で再溶融するＺｒＳを形成するためのＺｒ量」となる。すなわち、図１及び図２に示すように、ＺｒとＳの質量比Ｚｒ／Ｓを１．６以下とすることで、溶鋼温度が低下して凝固が進行すると共にＺｒＳが生成し、その生成量が増えて行き、最終的にはＺｒＳの表面（凝固鋼との界面）は融点が１３９０℃の共晶組織となる。このため、このＺｒＳを含む鋳片が再加熱されて１３９０℃以上になると、少なくとも共晶組織部分が溶解することになる。この共晶組織部分が大入熱溶接時に再溶解し、ＲＥＭリン化物と分離するために、ＲＥＭリン化物がピン止め粒子としてＨＡＺ靭性改善機能を発揮するようになる。このため、（１）式では、１３９０℃で再溶融する共晶組織を含むＺｒＳを形成するためのＺｒ量を、１．６×［ｔ．Ｓ］としている。
【００３７】
（ｔ．Ｃａ：カルシウム）
Ｃａは、Ｚｒとともに安定なＣａＺｒＯ３を形成し、鋼中の酸素濃度を低下させ、ＲＥＭリン化物の生成を促進する。
Ｃａの含有量が少ないと、ＣａＺｒＯ３を形成した後にもＺｒＯ２が残存してしまい、ＲＥＭ添加時にＲＥＭがＺｒＯ２を還元することでＲＥＭ２Ｏ３が形成される。これにより、ＲＥＭが消費され、ＲＥＭリン化物を十分に生成することができなくなる。また、このＲＥＭ２Ｏ３によりノズルの閉塞が発生しやすくなる。
一方、Ｃａの含有量が多いと、ＣａＯが生成することになり、このＣａＯと耐火物のＡｌ２Ｏ３と反応して液相介在物が形成され、凝固時に粗大な介在物となり、靭性を低下させるおそれがある。
【００３８】
ここで、ｔ．Ｃａの上限及び下限は、以下の（２）式で規定される。
（２）式：４０／４８×［ｔ．Ｏ］≦［ｔ．Ｃａ］≦４０／１６×［ｔ．Ｏ］
ｔ．Ｃａの下限は、「ＣａＺｒＯ３を形成するために必要なＣａ量」となる。ｔ．Ｃａの下限を上述のように規定することで、ＺｒＯ２の残存を防止でき、ＲＥＭリン化物の生成を促進することができる。
ｔ．Ｃａの上限は、「耐火物と反応して粗大なカルシウムアルミネートが生成しないＣａ量」となる。ｔ．Ｃａの上限を上述のように規定することで、耐火物と反応して粗大な液相介在物の生成を防止でき、靭性の低下を防止することができる。
【００３９】
（ｔ．ＲＥＭ：希土類元素）
ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ、およびＬａからＬｕまでのランタノイドを含む総称である。ＲＥＭは、ＲＥＭリン化物を形成し、Ｐによる靭性低下を防止する。そして、微細なＲＥＭリン化物を分散させることで、ピン止め粒子として作用し、溶接時の加熱の際に結晶粒が粗大化することを抑制でき、ＨＡＺ靭性を向上させる。
【００４０】
ここで、ｔ．ＲＥＭの上限及び下限は、以下の（３）式で規定される。
（３）式：１４０／３２×（［ｔ．Ｓ］−３２／９１．２×［ｔ．Ｚｒ］）＋０．００５≦［ｔ．ＲＥＭ］≦１４０／３２×（［ｔ．Ｓ］−３２／９１．２×［ｔ．Ｚｒ］）＋０．０３０
なお、ＲＥＭを添加する場合、主にミッシュメタルを用いており、ＲＥＭとしてＬａ、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄが主成分となるため、ＲＥＭの原子量を１４０として、（３）式を規定している。
【００４１】
ｔ．ＲＥＭの下限は、「Ｚｒで固定されずに残存したＳによって消費されるＲＥＭ量」＋「ＲＥＭリン化物を生成するために必要なＲＥＭ量（０．００５％）」である。ｔ．ＲＥＭの下限を上述のように規定することで、ＲＥＭリン化物を十分に形成することができ、ピン止め粒子として活用することができる。
ｔ．ＲＥＭの上限は、「Ｚｒで固定されずに残存したＳによって消費されるＲＥＭ量」＋「粗大なＲＥＭリン化物の生成を抑制するためのＲＥＭ量（０．０３％）」である。ｔ．ＲＥＭの上限を上述のように規定することで、粗大なＲＥＭリン化物の生成を抑制して、靭性の劣化を抑えることができる。
【００４２】
（ＲＥＭリン化物）
本実施形態である炭素鋼鋳片においては、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が生成することになる。ここで、各種化合物とＲＥＭリン化物（ＣｅＰ）との格子不整合度を表１に示す。なお、格子不整合度は、turnbull and Vonnegutによる理論に基づいて算出した。
【００４３】
【表１】
2019104955.tif 000002
【００４４】
表１から、ＲＥＭリン化物（ＣｅＰ）との格子不整合度が小さい化合物としては、ＺｒＳ，ＣａＳ、ＣｅＳ等が挙げられる。ここで、ＣａＳ及びＣｅＳは、溶接時に加熱しても再溶解しないため、溶接時にＲＥＭリン化物をピン止め粒子として作用させることができないおそれがある。このため、本実施形態では、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物を析出させている。
【００４５】
（円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であるＲＥＭリン化物の個数密度）
本実施形態の炭素鋼鋳片においては、上述のようにＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が生成している。この状態において、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下のＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上であることにより、溶接時に加熱した際に、ＺｒＳが再溶融して微細なＲＥＭリン化物が分散することになり、ＲＥＭリン化物をピン止め粒子として活用することが可能となる。
【００４６】
（円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度）
粗大な介在物が存在すると、靭性が低下してしまうとともに、粗大介在物に起因した欠陥が発生するおそれがある。
このため、本実施形態では、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度を５個／ｍｍ２以下に制限している。
【００４７】
＜炭素鋼鋳片の製造方法＞
次に、本実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法について、図３及び図４を参照しつつ説明する。
【００４８】
（溶製工程Ｓ０１）
まず、質量％で、Ｃ；０．０３％以上０．１２％以下、Ｓｉ；０．０１％以上１．５％以下、Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、Ｐ；０．００３０％以上０．０４０％以下、Ａｌ；０．０１％以上１．５％以下、ｔ．Ｓ；０．００１０％以上０．００７０％以下、ｔ．Ｔｉ；０．００５％以上０．０２％以下、ｔ．Ｏ；０．０００５％以上０．００４％以下、ｔ．Ｎ；０．０００１％以上０．０１％以下、を含む溶鋼を溶製する。
【００４９】
（Ｚｒ及びＣａ添加工程Ｓ０２）
次に、上述の溶鋼にＺｒとＣａを添加する。このときのＺｒの添加量は、上述の（１）式を満足するように、ｔ．Ｏ及びｔ．Ｓに応じて設定する。添加したＺｒと溶鋼中のＯ及びＳが反応し、溶鋼中にＺｒＯ２及びＺｒＳが形成されることになる。
また、Ｃａの添加量は、上述の（２）式を満足するように、Ｚｒ添加量を設定した時と同じようにｔ．Ｏに応じて設定する。ＺｒとＣａとＯが反応し、安定なＣａＺｒＯ３が形成される。これにより、ＺｒＯ２は溶鋼中に残存しなくなる。
ｔ．Ｏの濃度は、Ｚｒ及びＣａ添加前の溶鋼からサンプルを採取して迅速分析計を用いて測定すると正確に把握できるが、同一の設備を用いて同様な精錬処理を施した溶鋼中のｔ．Ｏを予め調べておくことでも本発明の実施は可能であり、その効果を享受することができる。ｔ．Ｓの濃度は、Ｚｒ及びＣａ添加前の溶鋼からサンプルを採取して、通常の方法で分析すればよい。
なお、Ｚｒより先にＣａを添加すると、Ｃａが粗大な液相介在物であるカルシウムアルミネートを生成するおそれがあるため、Ｚｒを添加した後にＣａを添加する方がより好ましい。
【００５０】
（ＲＥＭ添加工程Ｓ０３）
次に、Ｚｒ及びＣａを添加した溶鋼に対してＲＥＭを添加する。このときのＲＥＭの添加量は、前述の（３）式を満足するように、ｔ．Ｓ及びｔ．Ｚｒに応じて設定する。
【００５１】
（連続鋳造工程Ｓ０４及び圧下工程Ｓ０５）
次に、上述の溶鋼を連続鋳造装置の鋳型へと注入して炭素鋼鋳片を連続的に鋳造する。この連続鋳造中に、鋳片１/２厚部の温度が１２００℃以上１３９０℃以下の温度範囲で、圧下率１０%以上５０%以下の範囲で圧下する。これにより、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出する。この鋳片１／２厚部の温度は、熱流体解析ソフトを用いて算出することができる。
【００５２】
ここで、圧下工程Ｓ０５における鋳片１／２厚部の温度が１２００℃未満にまで低下してしまった後では、靭性が低下しやすい鋳片１／２厚部に対して十分に歪を加えることができず、ＲＥＭリン化物を十分に生成させることができないおそれがある。一方、圧下工程Ｓ０５における鋳片１／２厚部の温度が１３９０℃を超えた状態では、ＺｒＳが共晶を生成する温度まで至っていないために、ＲＥＭリン化物の析出核となるＺｒＳの生成数が不十分となり、ＲＥＭリン化物を十分に生成させることができないおそれがある。そのほか、ＲＥＭリン化物の析出核となったＺｒＳも、共晶ではないために、析出させたＲＥＭリン化物を溶接時のピン止め粒子として十分に活用できないおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、圧下工程Ｓ０５における鋳片１／２厚部の温度を１２００℃以上１３９０℃以下の範囲内に設定している。
また、圧下工程Ｓ０５における圧下率が１０％未満では、鋳片に対して十分な歪を与えることができず、ＲＥＭリン化物を十分に生成することができないおそれがある。一方、圧下工程Ｓ０５における圧下率が５０％を超えると、圧下時に鋳片に割れが発生するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、圧下工程Ｓ０５における圧下率を１０％以上５０％以下の範囲内に設定している。
【００５３】
以上のような工程により、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出しており、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であるＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上とされ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が５個／ｍｍ２未満とされた本実施形態である炭素鋼鋳片が製造される。
この炭素鋼鋳片は、圧延等によって鋼材とされ、溶接等が行われる。溶接時に入熱され、熱影響部が形成される。
【００５４】
ここで、溶鋼、凝固後の鋳片、凝固後圧下時及び、溶接時における介在物の形態について、図４を参照して説明する。なお、図４（ａ）は溶鋼中、（ｂ）は連続鋳造機内で完全凝固後、かつ、圧下前、（ｃ）は連続鋳造機内で完全凝固後、かつ、圧下後、（ｄ）は製品の溶接時における介在物の形態を、ＺｒＳとそれを析出核として析出するＲＥＭリン化物に関して示すものである。
【００５５】
図４（ａ）に示すように、溶鋼中（概ね１５００℃以上）においては、添加したＺｒと溶鋼中のＳとが反応し、ＺｒＳが生成する。
凝固後、かつ、圧下前（固相線温度以下で圧下時前の温度）には、図４（ｂ）に示すように、ＺｒＳが鋳片中に分散している。
凝固後の圧下時（１３９０℃から１２００℃の範囲）には、図４（ｃ）に示すように、ＺｒＳを析出核として、ＲＥＭリン化物が析出する。
すなわち、炭素鋼鋳片においては、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出した状態とされている。
【００５６】
そして、鋳片を圧延して厚板鋼材等とする際には１３９０℃まで至らないため、厚板鋼材等が溶接時に１３９０℃以上に加熱されるまでは、図４（ｃ）に示した状態が維持される。しかし、溶接時に加熱されると、１３９０℃以上になった部分では、存在しているＺｒＳの溶融点に応じて図４（ｄ）に示すように、ＺｒＳの少なくとも一部が再溶融し、微細なＲＥＭリン化物が分散することになる。このＲＥＭリン化物がピン止め粒子として作用することにより、溶接時の加熱過程における結晶粒の粗大化が抑制され、ＨＡＺ靭性が向上することになる。
【００５７】
以上のような構成とされた本実施形態である炭素鋼鋳片によれば、ｔ．Ｚｒを、ｔ．Ｏ，ｔ．Ｓに応じて、上述の（１）式を満足する範囲となるように、含有しているので、ＲＥＭリン化物の析出核となるとともに溶接時に再溶融するＺｒＳを十分に生成することが可能となる。
また、ｔ．Ｃａを、ｔ．Ｏに応じて、上述の（２）式を満足する範囲となるように、含有しているので、安定なＣａＺｒＯ３を形成し、ＺｒＯ２を消滅させるために、ＲＥＭリン化物の生成を促進するとともに、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを含む液相介在物の生成を抑制することができる。
さらに、ｔ．ＲＥＭを、ｔ．Ｓ，ｔ．Ｚｒに応じて、上述の（３）式を満足する範囲となるように含有しているので、微細なＲＥＭリン化物を生成することができる。
したがって、炭素鋼鋳片の状態ではＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出しており、溶接時の加熱過程においてＺｒＳの少なくとも一部が再溶融し、微細なＲＥＭリン化物が分散することになる。
【００５８】
そして、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出した状態で、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であるＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上とされているので、溶接時の加熱過程においてＺｒＳが再溶融し、サブミクロンオーダーのＲＥＭリン化物が均一に分散することになり、ＲＥＭリン化物をピン止め粒子として活用することができる。よって、溶接時に結晶粒が粗大化することを抑制し、ＨＡＺ靭性を向上させることができる。
また、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が５個／ｍｍ２未満に抑えられているので、粗大な介在物に起因する靭性の低下を抑制することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る炭素鋼鋳片の製造方法によれば、Ｚｒ及びＣａ添加工程Ｓ０２において、ｔ．Ｃａ，ｔ．Ｚｒ，ｔ．ＲＥＭを除く元素の溶鋼中の含有量を調整した溶鋼に対して、上記（１）式を満足するようにＺｒを添加しているので、添加したＺｒが溶鋼中のＯ及びＳと反応し、溶鋼中においてＺｒＯ２及びＺｒＳを生成する。
さらに、Ｚｒ及びＣａ添加工程Ｓ０２において、上記（２）式を満足するようにＣａを添加しているので、ＺｒとＣａとＯが反応し、安定なＣａＺｒＯ３が形成されるとともに、ＺｒＯ２を消滅させることができる。
次に、ＲＥＭ添加工程Ｓ０３において、安定なＣａＺｒＯ３が形成された溶鋼に対して、上記（３）式を満足するようにＲＥＭを添加しているので、ＲＥＭが酸素によって消費されることが無く、ＲＥＭリン化物を生成するためのＲＥＭが確保されることになる。
そして、連続鋳造工程Ｓ０４の冷却過程において、鋳片の圧下を行う圧下工程Ｓ０５を備えているので、鋳片に歪が加わり、ＲＥＭリン化物が生成される。ここで、ＺｒＳとＲＥＭリン化物の格子整合性が高いことから、ＲＥＭリン化物はＺｒＳを析出核として析出することになる。
【００６０】
そして、圧下工程Ｓ０５を実施する際の鋳片１／２厚部の温度が１２００℃以上とされているので、靭性が低下しやすい１／２厚部に対して十分に歪を加えることができ、ＲＥＭリン化物を生成させることが可能となる。一方、圧下工程Ｓ０５を実施する際の鋳片１／２厚部の温度が１３９０℃以下とされているので、ＲＥＭリン化物の析出核となるＺｒＳの個数が確保され、ＲＥＭリン化物を十分に生成させることができる。
また、圧下工程Ｓ０５における圧下率が１０％以上とされているので、鋳片に対して十分な歪を与えることができ、ＲＥＭリン化物を生成することができる。一方、圧下工程Ｓ０５における圧下率が５０％以下とされているので、圧下時に鋳片における割れの発生を抑制することができる。
【００６１】
以上により、ＺｒＳを析出核としてＲＥＭリン化物が析出しており、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であるＲＥＭリン化物の個数密度が２００個／ｍｍ２以上、かつ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が５個／ｍｍ２未満とされた炭素鋼鋳片を製造することが可能となる。
【００６２】
以上、本発明の実施形態である炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６３】
例えば、本発明の炭素鋼鋳片は、添加元素として、さらに、質量％で、Ｃｒ；０．００１％以上２．０％以下、Ｎｉ；０．００１％以上２．０％以下、Ｃｕ；０．００１％以上２．０％以下、Ｎｂ；０．００１％以上０．２％以下、Ｖ；０．００１％以上１．０％以下、Ｗ；０．００１％以上１．０％以下、Ａｓ；０．０００１％以上０．５％以下、Ｃｏ；０．０００１％以上１．０％以下、Ｓｎ；０．０００１％以上０．２％以下、Ｐｂ；０．０００１％以上０．２％以下、Ｙ；０．０００１％以上０．２％以下、Ｈｆ；０．０００１％以上０．２％以下、Ｍｇ；０．０００３％以上０．００２％以下、からなる群から選択される一種又は二種以上を含んでいてもよい。
【００６４】
これらの元素は、いずれも炭素鋼の特性の向上のために必要に応じて含有させるものであって、本発明の基本的な特徴であるＲＥＭリン化物を安定して微細に生成させてピン止め粒子として活用し、ＨＡＺ靭性を向上させるという作用効果に関して、影響を及ぼすものでは無い。
【００６５】
Ｃｒは、さらに鋼板の強度を確保するために、必要に応じて鋼中に含有させることができる。この効果を得るために、鋼中にＣｒを０．０１％以上添加することがある。しかし、Ｃｒを多量に含有させると強度と延性とのバランスが劣化するので、上限は２．０％である。なお、Ｃｒ濃度の下限は、スクラップ等からの混入の影響もあって０．００１％である。
ＮｉおよびＣｕは、焼入れ性を向上させて鋼の強度を高める元素で、いずれも０．００１％〜２．０％の範囲で必要に応じて鋼中に含有させることができる。
【００６６】
Ｎｂ，Ｖ，Ｗは、Ｃ又はＮと、炭化物、窒化物、炭窒化物を形成して、母材組織の細粒化を促進し、靭性を向上させる元素である。そのために、鋼中にＮｂを０．０１％以上添加しても良い。しかし、多量のＮｂを添加してこのＮｂ濃度が０．２％を超えても、母材の組織細粒化の効果が飽和し、製造コストが高くなるだけなので、上限は０．２％である。なお、Ｎｂ濃度の下限は、スクラップ等からの混入の影響もあって０．００１％である。同様に、Ｖ，Ｗは、０．０１％〜１．０％の範囲で添加しても良い。これらの元素も、濃度の下限は０．００１％である。
【００６７】
さらに、原料としてスクラップ等を用いた場合には、不可避的にＡｓ，Ｃｏ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｙ，Ｈｆが混入することがある。これらの元素が、鋼板の機械的特性等に悪影響を及ぼさないためには、次のように各元素の濃度を制限することが好ましい。Ａｓ濃度の上限は０．５％であり、Ｃｏ濃度の上限は１．０％である。また、Ｓｎ，Ｐｂ，Ｙ，Ｈｆの濃度の上限は、いずれも０．２％である。なお、これらの元素の濃度下限は、いずれも０．０００１％である。
【００６８】
Ｍｇは、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化を抑制する作用効果を有する。ここで、Ｍｇの含有量が０．０００３％未満では、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、Ｍｇの含有量が０．００２％を超えると、Ｍｇが耐火物を溶損するおそれがある。よって、Ｍｇを含む場合には、Ｍｇの含有量を０．０００３％以上０．００２％以下の範囲内とすることが好ましい。
【実施例】
【００６９】
以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。
【００７０】
（実施例１）
表２に記載した溶鋼成分に調整した溶鋼を、垂直曲げ連続鋳造装置を用いて、鋳造幅２０００ｍｍ、鋳片厚み２４０ｍｍの鋳型に鋳造した。記載した本発明例、比較例は、いずれも請求項１に規定した各成分の濃度範囲を満たすものである。
【００７１】
連続鋳造中の凝固完了後の位置に圧下ロールを設け、表３に示す鋳片１／２厚部の温度および圧下率に制御して圧下を行った。圧下時の鋳片１／２厚部の温度は、鋳造速度を０．５ｍ／分から１．５ｍ／分まで変化させることによって凝固完了位置を変化させて制御した。圧下位置での鋳片１／２厚部の温度は、熱流体解析ソフトＦＬＵＥＮＴを用いて、連続鋳造中の鋳片伝熱シミュレーションにより算出した。なお、あらかじめ鋳片１／２厚部の測温結果と伝熱シミュレーション結果が一致していることを確認している。
【００７２】
鋳造後、得られた鋳片の１／２厚部から観察試料を採取し、円相当直径が粒径１０μｍを超える介在物の個数密度を算出した。また、ＳＥＭ−ＥＤＳによって組成分析し、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下のＲＥＭリン化物の個数密度を算出した。評価結果を表３に示す。
【００７３】
ＨＡＺ靭性は、突合せ開先をエレクトロガス溶接（ＥＧＷ）により、入熱量３５ｋＪ／ｍｍで１パス溶接し、板厚１／２部の溶融線から１ｍｍ離れたＨＡＺにノッチを入れて調べた。この際、−２０℃及び−４０℃でそれぞれ３本のシャルピ―衝撃試験を行い、平均の吸収エネルギー値を評価した。評価結果を表３に示す。
【００７４】
【表２】
2019104955.tif 000003
【００７５】
【表３】
2019104955.tif 000004
【００７６】
圧下率が５％であった比較例１−１では、ＨＡＺの靭性が不十分であった。圧下時の歪が少なくＲＥＭリン化物が十分に生成せず、ピン止め粒子として作用しなかったためと推測される。
圧下率が６０％であった比較例１−２では、鋳片に割れが生じた。このため、その後の評価を中止した。
【００７７】
圧下工程における鋳片１／２厚部の温度が１１５２℃であった比較例１−３においては、ＨＡＺの靭性が不十分であった。圧下時に鋳１／２厚部に対して十分に歪を加えることができず、ＲＥＭリン化物が十分に生成せず、ピン止め粒子として作用しなかったためと推測される。
圧下工程における鋳片１／２厚部の温度が１４０４℃であった比較例１−４においては、ＨＡＺの靭性が不十分であった。ＲＥＭリン化物の析出核となるＺｒＳの個数が不足し、ＲＥＭリン化物を十分に生成させることができなかったためと推測される。
【００７８】
これに対して、圧下工程における鋳片１／２厚部の温度を１２００℃以上１３９０℃以下の範囲とし、かつ、圧下工程における圧下率を１０％以上５０％以下の範囲とした本発明例１−１〜１−７においては、いずれもＨＡＺ靭性に優れていた。微細なＲＥＭリン化物が分散しており、このＲＥＭリン化物がピン止め粒子として作用し、溶接時の加熱過程において結晶粒の粗大化を抑制できたためと推測される。
【００７９】
（実施例２）
次に、実施例１の結果に基づいて、炭素鋼鋳片の成分組成の影響について確認実験を行った。
表４に記載された溶鋼成分になるように、図３に示した手順で添加元素を添加して溶鋼を得た。連続鋳造中の冷却過程において、表５に示す条件で鋳片を圧下した。記載した本発明例、比較例は、いずれも請求項３に規定した鋳片の圧下条件の範囲を満たすものである。
【００８０】
鋳造後、得られた鋳片の１／２厚部から観察試料を採取し、実施例１と同様に、円相当直径が粒径１０μｍを超える介在物の個数密度、及び、円相当直径が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下のＲＥＭリン化物の個数密度を算出した。評価結果を表５に示す。
また、実施例１と同様の手順で、ＨＡＺ靭性（吸収エネルギー値）を評価した。評価結果を表５に示す。
【００８１】
【表４】
2019104955.tif 000005
【００８２】
【表５】
2019104955.tif 000006
【００８３】
ｔ．Ｚｒを（１）式の下限未満とした比較例２−１においては、ＨＡＺの靭性が不十分であった。析出核となるＺｒＳが形成されなかったために、ＲＥＭリン化物が十分に細かく分散して生成されず、ピン止め粒子として有効に作用しなかったためと推測される。
ｔ．Ｚｒが（１）式の上限を超えた比較例２−２においては、ＨＡＺの靭性が不十分であった。ｔ．Ｚｒの濃度が高過ぎて溶融温度が高いＺｒＳが生成し、ＺｒＳの共晶を生成しなかったために、ＺｒＳが溶接時の加熱過程において再溶融せず、ＲＥＭリン化物がピン止め粒子として有効に作用しなかったためと推測される。また、粗大なＺｒＳが生成し、靭性が低下したためと推測される。
【００８４】
ｔ．Ｃａが（２）式の下限未満であった比較例２−３においては、ＨＡＺの靭性が不十分であった。安定なＣａＺｒＯ３を形成した後にもＺｒＯ２が残存し、ＲＥＭがＺｒＯ２を還元することで消費され、十分にＲＥＭリン化物を生成できなかったためと推測される。
ｔ．Ｃａが（２）式の上限を超えた比較例２−４においては、ＨＡＺの靭性が不十分であった。生成したＣａＯが耐火物のＡｌ２Ｏ３と反応して液相介在物となり、粗大な介在物が形成されたためと推測される。
【００８５】
ｔ．ＲＥＭが（３）式の下限未満であった比較例２−５においては、ＨＡＺの靭性が不十分であった。十分にＲＥＭリン化物を生成できなかったためと推測される。
ｔ．ＲＥＭが（３）式の上限を超えた比較例２−６においては、ＨＡＺの靭性が不十分であった。粗大なＲＥＭリン化物が形成されたためと推測される。
【００８６】
これに対して、ｔ．Ｚｒが（１）式の範囲内、ｔ．Ｃａが（２）式の範囲内、ｔ．ＲＥＭが（３）式の範囲内とされた本発明例２−１〜２−１６においては、いずれもＨＡＺ靭性に優れていた。微細なＲＥＭリン化物が分散しており、このＲＥＭリン化物がピン止め粒子として作用し、溶接時の加熱過程において結晶粒の粗大化を抑制できたためと推測される。
【００８７】
以上のことから、本発明によれば、ＲＥＭを含有する炭素鋼鋳片において、介在物をピン止め粒子として活用することにより、溶接熱影響部の靭性を向上させることが可能な炭素鋼鋳片、及び、炭素鋼鋳片の製造方法を提供できることが確認された。
【符号の説明】
【００８８】
Ｓ０２  Ｚｒ及びＣａ添加工程
Ｓ０３  ＲＥＭ添加工程
Ｓ０４  連続鋳造工程
Ｓ０５  圧下工程
【図１】
2019104955.tif 000007
【図２】
2019104955.tif 000008
【図３】
2019104955.tif 000009
【図４】
2019104955.tif 000010