(57)【要約】【課題】大入熱溶接における溶接熱影響部の靭性に優れた溶接用高張力厚鋼板を提供すること。【解決手段】組成が質量％で、C:0.02〜0.12%、Si:0〜0.40%、Mn:1.0〜2.0%、P:0〜0.03%、S:0〜0.015%、Al:0〜0.050%、Ti:0.005〜0.100%、REM:0.0002〜0.0500%及び／又はCa:0.0003〜0.0100%、Zr:0.0001〜0.0500%、N:0.0020〜0.0300%、O:0.0005〜0.0100%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる。鋼中に存在する円相当径が２μｍより小さい酸化物が500 個／mm2 以上で、かつ円相当径が５μｍより大きい酸化物が５個／mm2 以下であり、鋼中において化合物を形成するMn、REM、Caの濃度から（１）式で定義されるＸ値が10.0未満である。但し、［insol Mn］、［insol REM］、［insol Ca］は、それぞれ鋼中において化合物を形成するMn、REM、Caの濃度（質量％）を示す。Ｘ＝100×［insol Mn］／（［insol REM］＋［insol Ca］＋0.05）……(1) 【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．０２〜０．１２％、
Ｓｉ：０．４０％以下（０％を含む）、
Ｍｎ：１．０〜２．０％、
Ｐ  ：０．０３％以下（０％を含む）、
Ｓ  ：０．０１５％以下（０％を含む）、
Ａｌ：０．０５０％以下（０％を含む）、
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、
ＲＥＭ：０．０００２〜０．０５００％及び／又はＣａ：０．０００３〜０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％
Ｎ  ：０．００２０〜０．０３００％、
Ｏ  ：０．０００５〜０．０１００％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的な不純物で構成される鋼であって、鋼中に存在する円相当径が２μｍより小さい酸化物が５００個／ｍｍ2 以上で、かつ円相当径が５μｍより大きい酸化物が５個／ｍｍ2 以下であり、鋼中において化合物を形成するＭｎ、ＲＥＭ、Ｃａの濃度から（１）式で定義されるＸ値が１０．０未満である、大入熱溶接時の熱影響部の靭性に優れた溶接用高張力厚鋼板。
Ｘ＝100×［insol Ｍｎ］／（［insol ＲＥＭ］＋［insol Ｃａ］＋0.05）……(1) 
但し、［insol Ｍｎ］、［insol ＲＥＭ］、［insol Ｃａ］は、それぞれ鋼中において化合物を形成するＭｎ、ＲＥＭ、Ｃａの濃度（質量％）を示す。
【請求項２】
さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０５〜１．５０％、
Ｃｕ：０．０５〜１．５０％、
Ｃｒ：０．０５〜１．５０％、
Ｍｏ：０．０５〜１．５０％、
のうち一種あるいは二種以上を含む、請求項１に記載した溶接用高張力厚鋼板。
【請求項３】
さらに、質量％で
Ｎｂ：０．００２〜０．１０％、
Ｖ  ：０．００２〜０．１０％
のうち一種あるいは二種以上を含む、請求項１または２のいずれかに記載した溶接用高張力厚鋼板。
【請求項４】
さらに、質量％で
Ｂ：０．００１０〜０．００５０％
を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載した溶接用高張力厚鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造船、建築等の分野において構造材として用いられ、大入熱溶接の適用に対し、溶接熱影響部（以下、「ＨＡＺ」と呼称する）の靭性に優れた溶接用高張力厚鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、造船、建築等の分野において構造材として用いられる鋼材は、溶接施工により接合されることが多く、母材靭性に加えて、優れたＨＡＺ靭性を有することが必須とされる。
【０００３】
近年、建築、造船分野における溶接構造物の大型化に伴い、板厚５０ｍｍ以上の厚鋼板の適用範囲が拡大しつつあり、溶接施工コスト低減の観点から、大入熱溶接が希求されている。しかしながら、一般に厚鋼板のＨＡＺは靭性劣化をきたしやすく、特に大入熱溶接において、その傾向はより顕著となる。すなわち、大入熱溶接においては、ＨＡＺは溶接時の加熱によって高温のオーステナイト域に保持された後に徐冷されるため、オーステナイト粒成長、オーステナイト粒界からの粗大粒界フェライト生成といった、組織粗大化がもたらされやすく、それに伴う靭性劣化が大きな課題となっている。
【０００４】
この課題に対し、ＨＡＺの靭性（以下、ＨＡＺ靭性と呼称する）を確保するための技術として、大きく分けて、酸化物、硫化物、あるいは窒化物といった介在物を利用したγ粒粗大化抑制技術、および粒内α変態促進技術が提案されている。前者は、鋼中に分散した介在物粒子がオーステナイト粒成長をピン止めすることで、高温加熱時のオーステナイト粒粗大化を抑制し、微細組織を得る技術であり、後者は、介在物を粒内α変態の起点として活用し、溶接終了後の徐冷過程における粒内α変態を促進することで、微細組織を得る技術である。
【０００５】
従来、γ粒粗大化抑制、粒内α変態促進に有効な介在物として、主にＴｉＮが用いられてきた。例えば、特開２００１−２００３１号公報（特許文献１）には、組成を適切に制御したＴｉ−ＲＥＭ−Ｃａ−Ａｌ系酸化物、およびＴｉＮを利用したＨＡＺ靭性改善技術が提示されている。また、特開２００３−１６６０１７号公報（特許文献２）には、ＴｉＮによるγ粒粗大化抑制、Ｍｎ硫化物による粒内α変態促進を利用した技術が示されている。さらに、特開２００３−３２１７２８号公報（特許文献３）には、Ｍｇ酸化物を内包するＴｉＮによるγ粒粗大化抑制、ＭｎＣａＳによる粒内α変態促進を組み合わせ、高いＨＡＺ靭性を得る技術が提案されている。
【０００６】
しかしながら、近年の溶接入熱増大傾向に対し、ＴｉＮは溶接時の消失・粗大化が進行しやすいため、安定したＨＡＺ靭性の確保が困難となりつつある。それに対し、γ粒粗大化抑制、粒内α変態促進に有効な介在物として、高温で安定な酸化物、硫化物、あるいは酸硫化物を用いた技術が提案され、数多くの検討がなされている。
【０００７】
例えば、特開２００５−２０６９１０号公報（特許文献４）には、ＲＥＭ，Ｍｎ含有酸硫化物によりγ粒粗大化を抑制し、高いＨＡＺ靭性を得る技術が示されている。また、特開２００３−２８６５４０号公報（特許文献５）には、ＲＥＭを適切に制御することでＭｎ酸硫化物を微細に分散させ、γ粒粗大化を抑制する技術が提示されている。また、特開２００７−１００２１３号公報（特許文献６）には、ＲＥＭ、Ｚｒを含む酸化物を用いたγ粒粗大化抑制により、高いＨＡＺ靭性を得る技術が提案されている。また、特公平４−５４７３４号公報（特許文献７）には、ＲＥＭあるいはＣａの酸化物、硫化物にＢＮを析出させ、粒内α変態の起点とする技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２００３１号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６０１７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２１７２８号公報
【特許文献４】特開２００５−２０６９１０号公報
【特許文献５】特開２００３−２８６５４０号公報
【特許文献６】特開２００７−１００２１３号公報
【特許文献７】特公平４−５４７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年の溶接入熱増大に伴う最高加熱温度上昇、高温保持時間長時間化は、組織粗大化を助長すると同時に、溶接時のＨＡＺにおけるＭｎ硫化物溶解をもたらし、その後の冷却過程で再析出するＭｎ硫化物微細粒子が析出強化によりＨＡＺ硬度を上昇させることで、ＨＡＺ靭性低下の原因となる。そのため、従来の組織微細化技術だけでは、ＨＡＺ靭性向上の効果は限定的なものとならざるを得ず、より優れたＨＡＺ靭性を得る手段が望まれている。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、特に大入熱溶接において、優れたＨＡＺ靭性を有する溶接用高張力厚鋼板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、上記の課題を達成するため、γ粒粗大化抑制による組織微細化、微細Ｍｎ硫化物再析出抑制を同時に達成することで、優れたＨＡＺ靭性を得る手段について実験、検討を行った。その結果、鋳造プロセスを適切に制御することで、γ粒粗大化抑制に有効な、円相当径が２μｍより小さい酸化物を高密度で分散させることができ、さらに鋼中において化合物を形成するＭｎ、ＲＥＭ、Ｃａの濃度に基づいて、鋼中に存在するＭｎ硫化物量を表すパラメータ（後述するＸ値）を所定の値未満に制御することで、微細Ｍｎ硫化物再析出が抑制されることを見出した。本発明はかかる知見を基に完成されたものである。
【００１１】
すなわち、本発明の溶接用高張力厚鋼板は、質量％（以下、「質量％」は単に「％」と記載する）で、
Ｃ  ：０．０２〜０．１２％、
Ｓｉ：０．４０％以下（０％を含む）、
Ｍｎ：１．０〜２．０％、
Ｐ  ：０．０３％以下（０％を含む）、
Ｓ  ：０．０１５％以下（０％を含む）、
Ａｌ：０．０５０％以下（０％を含む）、
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、
ＲＥＭ：０．０００２〜０．０５００％及び／又はＣａ：０．０００３〜０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％
Ｎ  ：０．００２０〜０．０３００％、
Ｏ  ：０．０００５〜０．０１００％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的な不純物で構成される。組織的には、鋼中に存在する円相当径が２μｍより小さい酸化物が５００個／ｍｍ2 以上で、かつ円相当径が５μｍより大きい酸化物が５個／ｍｍ2 以下であり、鋼中において化合物を形成するＭｎ、ＲＥＭ、Ｃａの濃度から（１）式で定義されるＸ値が１０．０未満である。
【００１２】
また、上記基本成分にＡ群（Ｎｉ：０．０５〜１．５０％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５０％、Ｍｏ：０．０５〜１．５０％）、Ｂ群（Ｎｂ：０．００２〜０．１０％、Ｖ：０．００２〜０．１０％）、Ｂ：０．００１０〜０．００５０％の内、１種以上の元素を添加して下記(1) から(3) の化学組成とすることができる。
(1) 基本成分＋Ａ群から１種以上
(2) 基本成分又は上記(1) の成分＋Ｂ群から１種以上
(3) 基本成分、上記(1) 又は上記(2) の成分＋Ｂ
【発明の効果】
【００１３】
本発明の溶接用高張力厚鋼板によると、所定の鋼組成の下、円相当径で２μｍ未満の小径酸化物を用いてγ粒粗大化を抑制して組織微細化を図ると共に脆性破壊の起点となる円相当径で５μｍ超の大径酸化物の生成を抑制し、さらに微細Ｍｎ硫化物の再析出を抑制することができる化合物組成としたので、従来に比して大入熱溶接に対して優れたＨＡＺ靭性を備えたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る溶接用高張力鋼板について、まず、その組織条件から以下詳細に説明する。
一般に、γ粒粗大化抑制に対しては、微細な介在物粒子を高密度に分散させる必要があり、粒子サイズが大きくなるにつれて、介在物粒子の個数密度が低下し、γ粒粗大化を抑制できなくなる。そこで、本発明者らは、十分なγ粒粗大化抑制効果が得られる介在物粒子サイズおよび個数密度を実験により求め、円相当径が２μｍより小さい酸化物を５００個／ｍｍ2 以上分散させることで、γ粒粗大化が抑制されることを見出した。円相当径が２μｍより小さい酸化物が５００個／ｍｍ2 より少ないと、必要なγ粒粗大化が得られなくなる。なお、円相当径が２μｍより小さい酸化物個数は、８００個／ｍｍ2 以上であることが好ましい。
【００１５】
また、ＨＡＺにおける微細Ｍｎ硫化物再析出を抑制する手段として、本発明者らは、Ｍｎ硫化物に比べより高温で安定なＲＥＭ硫化物及び／又はＣａ硫化物に着目し、鋼中において化合物を形成するＭｎ、ＲＥＭ、Ｃａの濃度から下記(1) 式のとおり定義されるＸ値を１０．０未満に制御することで、硫化物の主体がＣａ硫化物及び／又はＲＥＭ硫化物となり、ＨＡＺにおける微細Ｍｎ硫化物の再析出が抑制されることを見出した。
Ｘ＝100×［insol Ｍｎ］／（［insol ＲＥＭ］＋［insol Ｃａ］＋0.05）……(1) 
但し、［insol Ｍｎ］、［insol ＲＥＭ］、［insol Ｃａ］は、それぞれ鋼中において化合物を形成するＭｎ、ＲＥＭ、Ｃａの濃度（％）を示す。
【００１６】
前記Ｘ値の表す技術的意味については以下のとおりである。Ｘ値は、鋼中に存在するＭｎ硫化物量を表現するパラメータである。Ｍｎ硫化物に対しては、一般的に、光学顕微鏡、あるいは走査型電子顕微鏡等を用いた組織観察により、Ｍｎ硫化物粒子の個数、またはサイズが評価される。しかしながら、本発明の成分系においては、Ｍｎ硫化物は単独で存在することが少なく、大多数が、ＲＥＭ硫化物、Ｃａ硫化物等との複合粒子として存在するため、組織観察によりＭｎ硫化物量を求めるのは困難である。よって、本発明では、Ｘ値によりＭｎ硫化物量を間接的に評価する手法を採用した。すなわち、Ｘ値が１０．０未満の時、化合物として存在するＭｎ量に対し、化合物として存在するＲＥＭ、Ｃａ量が十分確保されることで、硫化物の主体は高温でより安定なＲＥＭ硫化物、Ｃａ硫化物となり、ＨＡＺにおける微細Ｍｎ硫化物の再析出は抑制される。Ｘ値が１０．０以上となると、鋼中の硫化物の主体がＭｎ硫化物となり、微細Ｍｎ硫化物の再析出が十分に抑制されなくなる。なお、Ｘ値は８．０未満であることが望ましい。
【００１７】
良好なＨＡＺ靭性を得るためには、上記の微細酸化物分散、微細Ｍｎ硫化物再析出抑制に加え、鋼中に存在する、円相当径が５μｍより大きい酸化物を５個／ｍｍ2 以下に制御する必要がある。円相当径が５μｍより大きい酸化物が５個／ｍｍ2 を上回ると、これらの酸化物が脆性破壊の起点として作用し、靭性が悪化する。なお、円相当径が５μｍより大きい酸化物は、３個ｍｍ2 以下であることが好ましい。
【００１８】
上記酸化物の分布、Ｘ値を得るには、鋳造工程において溶存酸素量、ＲＥＭ及び／又はＣａ、並びにＺｒの合金元素添加量、合金元素添加完了から鋳込み開始までの時間を以下のように制御する必要がある。すなわち、鋳造時において、Ｔｉ添加に先立ちＭｎ、Ｓｉ、Ａｌ等を添加し、Ｔｉ添加前の溶存酸素量を０．００２０〜０．０１００％に制御し、Ｔｉ添加前の溶存酸素量、硫黄量を基に、下記(2) 式から求まるＺ値が０．５８以上となるよう、ＲＥＭ及び／又はＣａ、並びにＺｒ添加量を決定したうえで、Ｔｉを添加した後に、ＲＥＭ及び／又はＣａ、並びにＺｒを添加し、さらに、これらの合金元素添加完了から鋳込み開始までの時間ｔ（ｍｉｎ）を下記(3) 式で定義される範囲に保ったうえで、鋳造時に凝固が進行する１４５０〜１５００℃の冷却時間を６０〜３００ｓに制御する。
Ｚ＝(3.5×([REM]＋[Ca])−0.7×[Ｏ]＋2.6×[Zr]＋0.3)／([S]＋0.5) ……(2) 
3＋200×[Ｏ]×[Ｓ]／([REM]＋[Ca]) ＜ｔ＜60……(3) 
なお、［Ｏ］、［Ｓ］はそれぞれ％で表される、Ｔｉ添加前の溶存Ｏ量、溶存Ｓ量であり、［ＲＥＭ］、［Ｃａ］、［Ｚｒ］はそれぞれ％で表される、ＲＥＭ、Ｃａ、Ｚｒの添加量である。
【００１９】
鋳造時、Ｔｉ添加前の溶存酸素量が０．００２０％より少ないと、円相当径が２μｍより小さい酸化物の量を十分に確保できない。また、同溶存酸素量が０．０１００％より多い、あるいはＴｉに先立ちＲＥＭ及び／又はＣａ、並びにＺｒを添加すると、円相当径が５μｍより大きい酸化物の量が増加する、あるいは円相当径が２μｍより小さい酸化物の量が十分に得られなくなる。
【００２０】
前記Ｚ値は、ＲＥＭ硫化物及び／又はＣａ硫化物の形成に寄与するＲＥＭ、Ｃａ、Ｓ量を考慮した値であり、Ｚ値が０．５８より小さいと、ＲＥＭ及び／又はＣａに対するＳの割合が高くなりすぎるため、より低温におけるＭｎ硫化物の生成量、あるいは固溶Ｓの増加を招き、ＨＡＺにおける微細Ｍｎ硫化物の再析出量が増加する。前記Ｚ値、ｔ（ｍｉｎ）の定義式に対し、式中の各係数は実験的に決定した。
【００２１】
また、合金元素添加完了から鋳込み開始までの時間ｔ（ｍｉｎ）が上記(3) 式の範囲から逸脱すると、十分なＨＡＺ靭性改善効果が得られなくなる。すなわち、ｔの値が３＋２００×［Ｏ］×［Ｓ］／（［ＲＥＭ］＋［Ｃａ］）以下となると、溶鋼中におけるＲＥＭ硫化物及び／又はＣａ硫化物の形成が十分に進行せず、微細Ｍｎ硫化物の再析出が十分抑制されなくなる。また、ｔの値が６０以上となると、酸化物の合体・成長により円相当径が５μｍより大きい酸化物が増加し、ＨＡＺ靭性低下の原因となる。
【００２２】
さらに、成分調整した溶湯を鋳型に鋳込み後、凝固までの間に１４５０〜１５００℃の温度域を通過する際の冷却時間が６０ｓより短いと、二次介在物としてＲＥＭ硫化物及び／又はＣａ硫化物が形成される時間が十分確保されないため、より低温におけるＭｎ硫化物生成量、あるいは固溶Ｓの増加を招き、ＨＡＺにおける微細Ｍｎ硫化物の再析出量が増加する。また、同冷却時間が３００ｓを超えると、凝固偏析による合金元素濃化域において円相当径が５μｍより大きい酸化物の形成が促進され、ＨＡＺ靭性低下をもたらす。
【００２３】
次に、実施形態に係る溶接用高張力厚鋼板の化学組成の基本成分について説明する。
Ｃ：０．０２〜０．１２％
Ｃは、強度確保に必須の元素であり、含有量が０．０２％より少ないと必要な強度が得られないため、下限を０．０２％とした。また、含有量が０．１２％を超えると、硬質ＭＡ組織増加によるＨＡＺ靭性低下を招くため、上限を０．１２％とした。なお、好ましい下限は０．０４％、好ましい上限は０．１０％である。
【００２４】
Ｓｉ：０．４０％以下（０％を含む）
Ｓｉは、固溶強化により強度を確保する元素であり、含有量が０．４０％を超えると、硬質ＭＡ組織（マルテンサイトと残留オーステナイトの混合組織）が増加し、ＨＡＺ靭性の低下を招くため、上限を０．４０％とした。なお、好ましくは０．３５％以下（０％を含む）である。
【００２５】
Ｍｎ：１．０〜２．０％
Ｍｎは、強度確保に有効な元素であり、１．０％より少ないと必要な強度が得られないため、下限を１．０％とした。また、含有量が２．０％を超えると、ＨＡＺ強度の過大な上昇を招いてＨＡＺ靭性低下の原因となるため、上限を２．０％とした。なお、好ましい下限は１．４％、好ましい上限は１．８％である。
【００２６】
Ｐ：０．０３％以下（０％を含む）
Ｐは、粒界偏析によって粒界破壊の原因となる不純物元素であり、含有量が０．０３％を超えると、ＨＡＺ靭性低下を招くため、上限を０．０３％とした。なお、好ましくは０．０２％以下（０％を含む）である。
【００２７】
Ｓ  ：０．０１５％以下（０％を含む）
Ｓは、Ｍｎ硫化物として存在することで、ＨＡＺにおける微細Ｍｎ硫化物の再析出によるＨＡＺ靭性低下をもたらす元素であり、含有量が０．０１５％を超えると、Ｍｎ硫化物の再析出が抑制されなくなるため、上限を０．０１５％とした。なお、好ましくは０．０１２％以下（０％を含む）である。
【００２８】
Ａｌ：０．０５０％以下（０％を含む）
Ａｌは、鋳造時の脱酸に用いられる元素であり、含有量が０．０５０％を超えると、粗大酸化物を形成してＨＡＺ靭性低下を招くため、上限を０．０５０％とした。なお、好ましくは０．０４０％以下である。
【００２９】
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％
Ｔｉは、ＲＥＭ、Ｚｒに先立ち添加されることで微細酸化物の形成に寄与する元素であり、含有量が０．００５％より少ないと、十分な効果が得られないため、下限を０．００５％とした。また、含有量が０．１００％を超えると、酸化物の粗大化によりＨＡＺ靭性低下を招くため、上限を０．１００％とした。なお、好ましい下限は０．０１０％、好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましい上限は０．０６０％、更に好ましい上限は０．０５０％である。
【００３０】
ＲＥＭ：０．０００２〜０．０５００％及び又はＣａ：０．０００３〜０．０１００％
ＲＥＭ（希土類元素）、Ｃａは、それぞれＲＥＭ硫化物、Ｃａ硫化物を形成することで、Ｍｎ硫化物量を減らし、微細Ｍｎ硫化物の再析出によるＨＡＺ靭性低下を抑制する。これらの効果を十分に得るためには、ＲＥＭで０．０００２％以上、Ｃａで０．０００３％以上含有させる必要がある。なお、好ましくは、ＲＥＭで０．０００５％以上、Ｃａで０．００１０％以上である。しかし、これら元素の含有量が過剰になると、粗大酸化物の形成によりＨＡＺ靭性が低下するため、ＲＥＭで０．０５００％以下、Ｃａで０．０１００％以下とする必要がある。なお、好ましくは、ＲＥＭで０．０４００％以下、Ｃａで０．００８０％以下である。
【００３１】
Ｚｒ：０．０００１〜０．０５００％
Ｚｒは、鋳造時において、Ｔｉ添加の後に添加されることで、円相当径が２μｍより小さい微細酸化物形成に寄与する元素であり、含有量が０．０００１％より少ないと、その効果が十分に得られなくなるため、下限を０．０００１％とした。また、含有量が０．０５００％より多いと、粗大酸化物、あるいは析出強化をもたらす微細な炭化物を形成して靭性低下を招くため、上限を０．０５００％とした。なお、好ましい下限は０．０００５％、好ましい上限は０．０４００％である。
【００３２】
Ｎ：０．００２０〜０．０３００％
Ｎは、Ｔｉ窒化物を形成して靭性向上をもたらす元素であり、含有量が０．００２０％より少ないと、十分な効果が得られないため、下限を０．００２０％とした。また、含有量が０．０３００％を超えると、固溶Ｎとして歪時効による靭性低下をもたらすため、上限を０．０３００％とした。なお、好ましい下限は０．００３０％、好ましい上限は０．０２５０％であり、より好ましい上限は０．０２００％、更に好ましい上限は０．０１５０％である。
【００３３】
Ｏ：０．０００５〜０．０１００％
Ｏは、微細酸化物の生成に必須の元素であり、含有量が０．０００５％より低いと、十分な量の酸化物が得られないため、下限を０．０００５％とした。また、含有量が０．０１００％を超えると、酸化物の粗大化によりＨＡＺ靭性低下を招くため、上限を０．０１００％とした。なお、好ましい下限は０．００１０％、好ましい上限は０．００８０％である。
【００３４】
上記基本成分に対して鋼板の機械的性質をより向上させるために、上記基本成分にＡ群（Ｎｉ：０．０５〜１．５０％、Ｃｕ：０．０５〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜１．５０％、Ｍｏ：０．０５〜１．５０％）、Ｂ群（Ｎｂ：０．００２〜０．１０％、Ｖ：０．００２〜０．１０％）、Ｂ：０．００１０〜０．００５０％の１種以上を添加して下記(1) から(3) の組成（残部はＦｅおよび不可避的不純物）とすることができる。
(1) 基本成分＋Ａ群から１種以上
(2) 基本成分又は上記(1) の成分＋Ｂ群から１種以上
(3) 基本成分、上記(1) 又は(2) のいずれかの成分＋Ｂ
【００３５】
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏは、いずれも鋼材の高強度化に有効な元素であり、それぞれ、含有量が０．０５％より少ないと、その効果が十分に得られないため、下限を０．０５％とした。また、それぞれ、含有量が１．５０％を超えると、強度の過大な上昇を招いて、靭性低下をもたらすため、上限を１．５０％とした。なお、好ましい下限はそれぞれ０．１０％、好ましい上限はそれぞれ１．２０％である。
【００３６】
Ｎｂ、Ｖは、いずれも炭窒化物として析出することで、オーステナイト粒粗大化を抑制する元素であり、それぞれ、含有量が０．００２％より少ないと、その効果が十分に得られないため、下限を０．００２％とした。また、それぞれ、含有量が０．１０％を超えると、粗大炭窒化物として靭性低下を招くため、上限を０．１０％とした。なお、好ましい下限はそれぞれ０．００５％、好ましい上限は０．０８％である。
【００３７】
Ｂは、粒界フェライト生成を抑制することで、靭性を向上させる元素であり、含有量が０．００１０％より少ないと、その効果が十分に得られないため、下限を０．００１０％とした。また、含有量が０．００５０％より多いと、ＢＮとしてオーステナイト粒界に析出し、靭性低下を招くため、上限を０．００５０％とした。なお、好ましい下限は０．００１５％、好ましい上限は０．００４０％である。
【００３８】
次に、上記溶接用高張力厚鋼板の製造方法について説明する。同厚鋼板の製造方法における特徴は鋳造工程にあり、これについてはすでに説明したので、以下、鋳造後の鋼塊に対する処理を簡単に説明する。上記鋳造プロセス、成分範囲等を満たして製造された鋳塊を、通常の熱間圧延手順に従い、圧延開始温度を１２００〜９００℃程度、圧延終了温度を９５０〜７５０℃程度として、圧延を終了したの後、室温〜５００℃程度の間の冷却停止温度まで冷却することで、厚鋼板が得られる。冷却終了後、さらにテンパー処理を施しても良い。なお、製造される厚鋼板の板厚については特に制限されないが、５０〜１２０mm程度が溶接用厚鋼板として求められており、本発明はかかる板厚であっても、優れたＨＡＺ靭性を得ることができる。
【００３９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例により限定的に解釈されるものではない。
【実施例】
【００４０】
真空溶解炉（１５０ｋｇ）を用い、シリコン等の添加量を調整してＴｉ添加前の溶存酸素量を変化させ、Ｚ値を考慮しつつ、ＲＥＭ及び／又はＣａ、並びにＺｒ添加量を決定のうえ、一部のもの（表１の鋼Ｎｏ．２６）を除き、Ｔｉを添加した後、ＲＥＭ及び／又はＣａ、Ｚｒを添加し、合金元素添加完了から鋳込み開始までの時間ｔ（ｍｉｎ）、および成分調整した溶湯を鋳型に鋳込み後、凝固までの間に１４５０〜１５００℃の温度域を通過する際の冷却時間ｔ１（ｓ）を変化させて鋼を溶製し、得られた鋳塊を、圧延開始温度を９５０℃程度、最終圧延温度を８８０℃程度として熱間圧延を施し、厚さ８０ｍｍの厚鋼板を製造した。その組成を表１、表２に、Ｔｉ添加前の溶存酸素量［Ｏ］（％）、およびＺ値、(3) 式に基づき、下記(4) 式で表現されるｔ（ｍｉｎ）の許容下限値Ｙ、ｔ（ｍｉｎ）、ｔ１（ｓ）の各値を表３に示す。
Ｙ＝３＋２００×［Ｏ］×［Ｓ］／（［ＲＥＭ］＋［Ｃａ］）……(4) 
なお、［Ｏ］、［Ｓ］  はそれぞれＴｉ添加前の溶存Ｏ量（％）、溶存Ｓ量（％）であり、［ＲＥＭ］、［Ｃａ］はそれぞれＲＥＭ、Ｃａの添加量（％）である。
【００４１】
得られた各厚鋼板のｔ（板厚）／４位置において、化合物を形成するＭｎ、ＲＥＭ、Ｃａの濃度を測定し、Ｘ値を算出した。化合物を形成するＭｎの濃度については、ヨウ素メタノール法により測定を行った。また、化合物を形成するＲＥＭ、Ｃａの濃度については、電解液としてメタノール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を含有する溶液を用いた電解抽出法により測定を行った。なお、残渣のろ過に際しては、ポアサイズ０．１μｍのフィルターを使用した。得られたＸ値を表３に示す。
【００４２】
また、得られた各厚鋼板のｔ（板厚）／４位置から試験片を切り出し、圧延方向および板厚方向に平行な断面（圧延面に垂直で圧延方向に沿った断面）を電界放射式走査型電子顕微鏡（装置名：SUPRA 35、Carl Zeiss社製）（以下、ＦＥ−ＳＥＭと呼称する）を用いて観察し、円相当径が２μｍより小さいの酸化物、および５μｍより大きい酸化物の個数密度を測定した。測定方法は以下のとおりである。
【００４３】
まず、ＦＥ−ＳＥＭの観察倍率を５０００倍に設定し、０．００２４ｍｍ2 の面積を有する視野を無作為に２０視野選択し、各視野の画像を撮影した。同時に、各視野に含まれる、最大径２μｍ以下の個々の介在物粒子中央部をＦＥ−ＳＥＭ付属のＥＤＳにて測定し、構成元素に酸素が含まれる介在物粒子を酸化物と判定した。なお、最大径にして０．２μｍ以下の介在物粒子については、ＥＤＳ測定の信頼性が低いため、測定対象から除外した。そのうえで、得られた画像を、画像処理ソフト（ソフト名：Image-Pro Plus、Media Cybernetic社製）を用いた画像解析にかけ、これら酸化物のうち円相当径が２μｍより小さいものの個数密度Ｎ１（個／ｍｍ2 ）を算出した。Ｎ１の値を表３に示す。同様に、ＦＥ−ＳＥＭの観察倍率を１０００倍に設定し、０．０６ｍｍ2 の面積を有する２０視野から算出された、円相当径が５μｍより大きい酸化物の個数密度ＮＬ（個／ｍｍ2 ）の値を表３に示す。
【００４４】
さらに、得られた各厚鋼板のｔ（板厚）／４位置から、圧延方向に対し平行に、シャルピー試験片（Ｖノッチ）を採取し、大入熱溶接時のＨＡＺ熱サイクルを模擬した、再現ＨＡＺ熱サイクルを施した際の靭性を評価した。上記再現ＨＡＺ熱サイクルは、試験片を１４００℃に加熱して６０ｓ間保持した後、８００〜５００℃の温度範囲を５００ｓかけて冷却したものである。シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に準拠し、３本の試験片について−４０℃での衝撃吸収エネルギーｖＥ-40 （Ｊ）を測定した値の最小値ｖＥ-40(min)が１００Ｊを超えるものを、ＨＡＺ靭性に優れると評価した。ｖＥ-40(min)の値を表３に示す。
【００４５】
表１〜表３から明らかなとおり、発明例No. １〜２５は、厚鋼板の組成、鋳造プロセスを適切に制御したので、酸化物を適切な形態で分散させ、加えてＸ値を１０．０未満とすることに成功した。このため、組織微細化および微細Ｍｎ硫化物再析出抑制を達成することができ、ＨＡＺ靭性（ｖＥ-40(min)）において高い値が得られた。一方、比較例No. ２６〜４７では、Ｔｉ、ＲＥＭ、Ｚｒの添加順、Ｔｉ添加前の溶存酸素量［Ｏ］（％）、およびＺ値、合金元素添加完了から鋳込み開始までの時間ｔ（ｍｉｎ）、および鋳込み後、１４５０〜１５００℃の温度域を通過する際の冷却時間ｔ１（ｓ）、あるいは鋼の組成が適正な範囲から逸脱するなどし、規定の酸化物形態が得られないため、或いはＸ値が１０．０を超えたため、あるいは、おそらくは粗大介在物の増加、不純物の増加、過度の強化、固溶元素の粒界偏析などの理由により、発明例に比してＨＡＺ靭性がかなり低下している。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
【表２】
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【００４８】
【表３】
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