專(zhuān)利名稱(chēng)：：焊接熱影響部的韌性?xún)?yōu)異的鋼材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及使用于橋梁和高層建筑物、船舶等的鋼材，特別是高熱能輸入焊接的焊接熱影響部(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)為"HAZ")的韌性?xún)?yōu)異的鋼材及其制造方法。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，隨著上述各種焊接結(jié)構(gòu)物的大型化，作為板厚50mm以上的厚鋼板的焊接變得不可避免。為此，在所有領(lǐng)域中，均以提高焊接施工效率和降低施工成本為目的，是指向高熱能輸入焊接的狀況。但是，進(jìn)行高熱能輸入焊接時(shí)，HAZ被加熱到高溫的奧氏體區(qū)域后緩冷，因此存在加熱時(shí)奧氏體粒成長(zhǎng)，緩冷時(shí)從奧氏體晶界生成的晶界鐵素體引起的HAZ的組織粗大化，該部分的韌性容易劣化的問(wèn)題。由此，希望確立一種即使實(shí)施高熱能輸入焊接，也能高水平地確保HAZ中的韌性(以下稱(chēng)為「HAZ韌性」)的技術(shù)。作為適用于改善HAZ韌性的代表技術(shù)，可以例舉通過(guò)促進(jìn)以氧化物和氮化物等的夾雜物為起因的晶內(nèi)鐵素體相變的組織微細(xì)化技術(shù)。該技術(shù)為在焊接完成后冷卻時(shí)，通過(guò)存在于晶內(nèi)的所述夾雜物，使微細(xì)的鐵素體相變組織發(fā)展，抑制粗大的鐵素體的生成，由此確保HAZ韌性。在所述夾雜物中，特別是由于氧化物是熱穩(wěn)定的，因此具有即使進(jìn)行高熱能輸入或超高熱能輸入焊接也能確保優(yōu)異的HAZ韌性的優(yōu)點(diǎn)。作為利用氧化物的技術(shù)，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中提出通過(guò)控制O濃度和Ca濃度，微細(xì)地分散使MnS復(fù)合析出的含Ti氧化物，促進(jìn)以其為核的晶內(nèi)鐵素體相變(即，抑制粗大的晶界鐵素體生成)的技術(shù)。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)有涉及復(fù)合添加Ti和Mn系，并且通過(guò)生成作為晶內(nèi)鐵素體核的含Ti氧化物和MnS的復(fù)合體，而得到HAZ韌性?xún)?yōu)異的焊接用高張力鋼的技術(shù)。在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)有通過(guò)生成規(guī)定量的REM的氧化物和/或CaO和Zr02，得到HAZ韌性?xún)?yōu)異的鋼材的技術(shù)。特開(kāi)平6-200319號(hào)公報(bào)特開(kāi)平9-157787號(hào)公報(bào)特開(kāi)2007-100213號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述狀況，本發(fā)明的目的在于，提供一種即使進(jìn)行高熱能輸入焊接時(shí)HAZ韌性?xún)?yōu)異的鋼材及其制造方法。能夠解決上述課題的本發(fā)明的焊接熱影響部的韌性?xún)?yōu)異的鋼材含有C:O.020.12%(質(zhì)量％的意思，下同)、Si:O.50%以下(含0%)、Mn:l2.0%、Ti:0.0050.10%、P:0.030%以下(含0%)、S:0.020%以下(含0%)、A1:0.05%以下(含0%)、N:0.00400.030%、0:0.00050.010%，并且還含有Zr:0.00020.050%和REM:0.00020.050%和/或Ca:0.00050.010%，余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并且具有以下主旨(a)所述鋼材包含含有Zr和REM和/或Ca的氧化物，(b)測(cè)定所述鋼材中包含的全部氧化物的組成作為單獨(dú)氧化物換算時(shí)，滿(mǎn)足ZrU:550%、REM的氧化物(以M的記號(hào)表示REM時(shí)為M203):1050%和/或CaO:550%，并且(c)在所述鋼材中包含的全部氧化物之中，當(dāng)量圓直徑在0.12.0um的氧化物為每平方毫米120個(gè)以上，當(dāng)量圓直徑超過(guò)5.0ym的氧化物為每平方毫米5個(gè)以下。所述鋼材，也可以含有以下等的其它的元素，(1)Ni:1.5%以下(不含0%)禾口/或Cu:L5呢以下(不含0%);(2)Cr:1.5%以下(不含0%)禾口/或Mo:1.5%以下(不含0%);(3)Nb:0.1%以下(不含0%)禾口/或V:0.1%以下(不含0%);(4)B:0.0050%以下(不含0%)。上述鋼材能夠通過(guò)以下工序制造，這些工序順序包括(1)調(diào)整溶解氧量為0.00100.0060%的鋼水的工序；(2)攪拌所述鋼水使鋼水中的氧化物上浮分離由此將全部氧量調(diào)整為0.00100.0070%的工序；(3)添加Ti后再添加Zr、REM和/或Ca的工序。在所述工序(3)后，還可以包括(4)在不超過(guò)40分鐘的范圍內(nèi)攪拌鋼水的工序。根據(jù)本發(fā)明，生成規(guī)定量作為晶內(nèi)鐵素體相變的核的氧化物(Zr02、REM的氧化物和/或CaO的氧化物，還優(yōu)選含有Ti203的氧化物)，并且也適當(dāng)控制鋼材中存在的氧化物的大小和個(gè)數(shù)(粒度分布)，特別是有意控制導(dǎo)致HAZ韌性降低的粗大的氧化物的生成，因此即使在高熱能輸入條件下進(jìn)行焊接也能改善HAZ韌性。具體實(shí)施例方式本發(fā)明改變了專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)的晶內(nèi)鐵素體相變技術(shù)，涉及即使在更高熱能輸入條件下進(jìn)行焊接時(shí)也能得到HAZ韌性?xún)?yōu)異的鋼材的技術(shù)。如上所述，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了利用Zr02、REM的氧化物和/或CaO的氧化物作為晶內(nèi)鐵素體相變的核(起點(diǎn))的鋼材?？紤]到所述氧化物是熱穩(wěn)定的，例如由于即使長(zhǎng)時(shí)間暴露在140(TC的高溫下，固溶也不消失，因此即使進(jìn)行高熱能輸入焊接或超高熱能輸入焊接，其性能也不損失。而且，根據(jù)本發(fā)明者們的討論結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該鋼材中的全部氧化物(不限于成為晶內(nèi)鐵素體相變的核的上述氧化物，以全部的氧化物為對(duì)象)的大小和個(gè)數(shù)與HAZ韌性的提高有很深的關(guān)聯(lián)，特別是如果將以當(dāng)量圓直徑計(jì)超過(guò)5.0um的粗大的氧化物抑制為5個(gè)以下，即使是進(jìn)行輸入熱量大致為50kJ/mm左右的高熱能輸入焊接，也能得到HAZ韌性?xún)?yōu)異的鋼材。本發(fā)明根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)而完成。在本說(shuō)明書(shū)中為了區(qū)別成為晶內(nèi)鐵素體相變的核的氧化物，艮P，"Zr02、REM的氧化物(以M表示REM時(shí)為M203)和/或CaO"的氧化物與鋼材中包含的全部氧化物，為方便說(shuō)明，將前者特別稱(chēng)為"Zr*REM/Ca系氧化物"，將后者特別稱(chēng)為"全部氧化物"。另外，將構(gòu)成上述"Zr*REM/Ca系氧化物"的必需成分(Zr、REM和/或Ca)特別稱(chēng)為晶內(nèi)鐵素體相變核生成元素。另外，在本說(shuō)明書(shū)中，在鋼材中含有的全部氧化物之中，將以當(dāng)量圓直徑計(jì)在0.l2.0um的氧化物稱(chēng)為"微小的氧化物"，另一方面，將以當(dāng)量圓直徑計(jì)超過(guò)5.0um的氧化物稱(chēng)為"粗大的氧化物"。根據(jù)本發(fā)明，由于顯著抑制了粗大的氧化物的個(gè)數(shù)，因此即使進(jìn)行比專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)的HAZ韌性評(píng)價(jià)方法(賦予在1400'C的加熱溫度下保持5秒鐘后，通過(guò)賦予用300秒從80(TC冷卻到50(TC的熱循環(huán)，測(cè)定在-40。C中吸收能量的方法)大的熱能輸入焊接，也能提高HAZ韌性(參照下述實(shí)施例)。首先，對(duì)作為晶內(nèi)鐵素體相變的起點(diǎn)的Zr*REM/Ca系氧化物進(jìn)行說(shuō)明。所述ZrREM/Ca系氧化物的意思為必須含有Zr的氧化物，并且含有REM的氧化物或Ca的氧化物的任意一種，或同時(shí)含有REM的氧化物和Ca的氧化物。構(gòu)成Zr*REM/Ca系氧化物的元素(晶內(nèi)鐵素體相變核生成元素)是Zr、REM和/或Ca，除所述以外也可以含有Ti、Mn、Si、Al等的氧化物形成元素和其它的鋼中成分。所述Zr*REM/Ca系氧化物的存在方式?jīng)]有特別地限制，可以作為單獨(dú)含有晶內(nèi)鐵素體相變核生成元素的單獨(dú)氧化物存在，也可以作為含有兩種以上晶內(nèi)鐵素體相變核生成元素的復(fù)合氧化物存在。作為單獨(dú)氧化物的例子，例如有Zr的氧化物Zr02;Ca的氧化物CaO;REM的氧化物為以M的記號(hào)表示REM時(shí)為M203、M305、M02等。另外，這些氧化物也可以相互凝集而存在，所述氧化物中硫化物和氮化物等的其他化合物也可以以復(fù)合析出的方式存在。所述Z"REM/Ca系氧化物還優(yōu)選含有Ti的氧化物。有Ti的氧化物存在時(shí)，可以促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體相變，HAZ韌性進(jìn)一步提高。Ti的氧化物可以作為單獨(dú)氧化物(例如Ti203、Ti305、Ti02)存在，也可與所述Zr'REM/Ca系氧化物以復(fù)合氧化物的方式存在。本發(fā)明的鋼材在測(cè)定鋼材中包含的全部氧化物的組成作為單獨(dú)氧化物以質(zhì)量換算時(shí)滿(mǎn)足Zr02:550%、REM的氧化物(以M的記號(hào)表示REM時(shí)為MA):1050%和/或CaO:550%，由此作為晶內(nèi)鐵素體相變的核而有效地發(fā)揮作用。如果低于各氧化物的下限值，則焊接時(shí)作為晶內(nèi)鐵素體的生成核的氧化物的量不足，不能發(fā)揮提高HAZ韌性的作用。另一方面，如超過(guò)各氧化物的上限值，則氧化物粗大化，作為晶內(nèi)鐵素體的生成核而有效發(fā)揮作用的微小的氧化物的個(gè)數(shù)變少，不能有效發(fā)揮提高HAZ韌性的作用。所述Zr(M尤選為10%以上，更優(yōu)選為13%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為15°/。以上。另一方面，上限優(yōu)選為45%，更優(yōu)選為40%。所述REM的氧化物優(yōu)選為15%以上，更優(yōu)選為20%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為30%以上。另一方面，上限優(yōu)選為45%，更優(yōu)選為40%。還有，REM的氧化物的意思是以M表示REM時(shí)，在鋼材中以MA、M305、M02等的方式存在，是將REM的氧化物全部換算為MA時(shí)的量。所述CaO優(yōu)選為10%以上，更優(yōu)選為15%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為18%以上。另一方面，上限優(yōu)選為45%，更優(yōu)選為40%。進(jìn)一步優(yōu)選為30%。還有，對(duì)上述氧化物組成的殘留成分沒(méi)有特別的限制，可以舉出本發(fā)明的鋼材中含有的氧化物形成元素的氧化物(例如Si02和A1203、Mn0等)。這些氧化物的合量?jī)?yōu)選為大致低于5%。鋼材中包含的全部氧化物的組成的測(cè)定如下所述，用EPMA(ElectronProbX-rayMicroAnalyzer;電子束微探針X線分析計(jì))觀察，對(duì)觀察區(qū)域內(nèi)公認(rèn)的氧化物進(jìn)行定量分析。詳細(xì)的測(cè)定條件在下述的實(shí)施例欄中進(jìn)行說(shuō)明。接著，對(duì)賦予本發(fā)明特征的全部氧化物(并沒(méi)有限定于所述的Zr*REM/Ca系氧化物，而是鋼材中存在的全部氧化物)的個(gè)數(shù)和大小加以說(shuō)明。本發(fā)明的鋼材中含有的全部氧化物滿(mǎn)足以下關(guān)系以當(dāng)量圓直徑計(jì)0.12.0um的微小的氧化物為每平方毫米120個(gè)以上，并且以當(dāng)量圓直徑計(jì)超過(guò)5.0um的粗大的氧化物為每平方毫米5個(gè)以下。本發(fā)明者們對(duì)全部氧化物的粒度分布和HAZ韌性的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)地調(diào)查，特別是明確了以下實(shí)事當(dāng)量圓直徑為0.12.0nm的微小的氧化物與超過(guò)5.0um的粗大的氧化物與高熱能輸入悍接的HAZ韌性有很深的關(guān)聯(lián)，對(duì)HAZ韌性提高有很大貢獻(xiàn)的是微小的氧化物的個(gè)數(shù)，粗大的氧化物成為脆性破壞的起點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致HAZ韌性的降低，另外，以當(dāng)量圓直徑計(jì)低于0.1pm的微小的氧化物基本上無(wú)助于氧化物的分散產(chǎn)生的提高HAZ韌性的作用。因此，為了提高HAZ韌性，微小的氧化物的個(gè)數(shù)優(yōu)選為盡可能多，由于與微小的氧化物變多相關(guān)的粗大的氧化物的個(gè)數(shù)也有變多的傾向，所以需要適當(dāng)?shù)乜刂莆⑿〉难趸锖痛执蟮难趸锏膫€(gè)數(shù)。微小的氧化物的個(gè)數(shù)優(yōu)選為每平方毫米200個(gè)以上，更優(yōu)選的個(gè)數(shù)為每平方毫米500個(gè)以上，進(jìn)一步優(yōu)選的個(gè)數(shù)為每平方毫米1000個(gè)以上。粗大的氧化物越少越好，優(yōu)選個(gè)數(shù)為每平方毫米3個(gè)以下，更優(yōu)選的個(gè)數(shù)為l個(gè)以下，最好為0個(gè)。對(duì)于上述尺寸以外的氧化物的個(gè)數(shù)，本發(fā)明沒(méi)做任何限制，控制上述尺寸的氧化物可以得到所希望的HAZ韌性以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到確認(rèn)。所謂上述"當(dāng)量圓直徑"是估計(jì)出的與氧化物的面積相等的圓的直徑，是在透過(guò)型電子顯微鏡(TEM)的觀察面上得到確認(rèn)的。接著，對(duì)本發(fā)明的鋼材(母材)中的成分組成進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的鋼材，作為基本成分含有C:O.020.12%、Si:O.50%以下(含0%)、Mn:l2.0%、Ti:0.0050.10%、P:0.030y。以下(含0%)、S:0.020%以下(含0%)、Al:0.05%以下(含0%)、N:0.00400.030%和O(氧):0.00050.010%，并且還含有Zr:0.00020.050%和REM:0.00020.050%和/或Ca:0.00050.010%。規(guī)定在如此范圍的理由如下所述。C是確保鋼材(母材)強(qiáng)度的不能欠缺的元素。為了發(fā)揮這樣的效果，需要含有0.02%以上。優(yōu)選含有C:0.04%以上，更優(yōu)選為0.05%以上。然而，超過(guò)O.12y。則在焊接時(shí)在HAZ中島狀馬氏體(MA)大量生成不僅招致HAZ的韌性劣化，也給焊接性帶來(lái)不良影響。因此C為0.12%以下，優(yōu)選為O.1%以下，更優(yōu)選為0.08%以下。Si是通過(guò)固溶強(qiáng)化有助于確保鋼材強(qiáng)度的元素。然而，Si超過(guò)0.50%，則在焊接時(shí)在HAZ中島狀馬氏體(MA)大量生成不僅招致HAZ的韌性劣化，也給焊接性帶來(lái)不良影響。因此將Si定為0.509&以下，優(yōu)選為0.3%以下，更優(yōu)選為0.2%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為O.18%以下。還有，為了確保鋼材的強(qiáng)度，添加的Si優(yōu)選含有0.02。/。以上，更優(yōu)選為0.05%以上，可以進(jìn)一步優(yōu)選含有0.1%以上。Mn是有助于提高鋼材(母材)強(qiáng)度的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，需要含有1%以上。Mn優(yōu)選為l.(m以上，更優(yōu)選為1.2%以上，可以進(jìn)一步優(yōu)選含有1.4%以上。但是，超過(guò)2.0%，則鋼材(母材)的焊接性劣化。因此Mn需要抑制在2.0%以下。優(yōu)選為1.8%以下，更優(yōu)選為1.6%以下。Ti在鋼材中生成TiN等的氮化物和Ti的氧化物，是有助于提高HAZ韌性的元素。為了發(fā)揮這樣的效果，Ti需要含有0.005%以上，優(yōu)選為0.007%以上，更優(yōu)選為0.010%以上。但是由于過(guò)量添加Ti時(shí)會(huì)使鋼材(原材)的韌性劣化，所以Ti應(yīng)當(dāng)抑制在O.10%以下。Ti優(yōu)選為0.07%以下，更優(yōu)選為0.06%以下。P是容易偏析的元素，特別是在鋼材中的結(jié)晶晶界中偏析破壞晶界，使HAZ韌性劣化。因此P需要抑制在0.03(m以下。P優(yōu)選為0.02y。以下，更優(yōu)選為0.01%以下。另外，P通常會(huì)不可避免地含有O.OOP/。左右。S也和P同樣是容易偏析的元素，特別是在鋼材中的結(jié)晶晶界中偏析使韌性劣化。另外，S與Mn結(jié)合生成硫化物(MnS)，是使母材的韌性和板厚方向的延展性劣化的有害的元素。因此S需要抑制在0.02(^以下。S優(yōu)選為0.015%以下，更優(yōu)選為0.010%以下。另外，S通常會(huì)不可避免地含有0.0005%左右。Al是作為脫氧劑起作用的元素。但是過(guò)量添加則還原氧化物而形成粗大的Al氧化物，HAZ韌性劣化。因此，Al需要抑制在0.05%以下。Al優(yōu)選為0.040%以下，更優(yōu)選為0.035%以下。另外，Al通常會(huì)不可避免地含有O.0005%左右。N是析出含Ti氮化物的元素，該氮化物，通過(guò)釘扎效果，防止焊接時(shí)在HAZ中生成的奧氏體粒的粗大化促進(jìn)鐵素體相變，有助于HAZ韌性的提高。為了發(fā)揮這樣的效果，需要含有0.0040%以上，N優(yōu)選為0.005%以上，更優(yōu)選為0.006%以上。由于N越多越促進(jìn)形成含Ti氮化物的奧氏體粒的微細(xì)化，因此對(duì)HAZ的韌性提高有效發(fā)揮作用。但是N超過(guò)0.030%,則固溶N量增大，母材自身的韌性劣化，HAZ韌性也降低。因此N需要抑制在0.030%以下。優(yōu)選為0.025%以下，更優(yōu)選為0.02%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.015%以下。0(氧)是為了使有助于HAZ韌性提高的作為晶內(nèi)鐵素體生成核的微小的氧化物生成的必要的元素。但是0低于0.0005%時(shí)，所述微小的氧化物量不足，不能提高HAZ韌性。因此0需要含有0.0005%以上。O優(yōu)選為0.0010%以上，更優(yōu)選為0.0015%以上。但是過(guò)量添加，則使氧化物粗大化，反而使HAZ韌性劣化。因此0應(yīng)當(dāng)抑制在0.010%以下。0優(yōu)選為0.008%以下，更優(yōu)選為0.005%以下。Zr是生成Zr02的必要的元素。由于含有Zr02，氧化物的微小分散變得容易，該微小分散的氧化物由于作為晶內(nèi)鐵素體的生成核，有助于HAZ韌性的提高。但是Zr低于0.0002呢時(shí)，由于所述作為晶內(nèi)鐵素體的生成核的微小的氧化物量變少，不能提高HAZ韌性。因此Zr需要含有0.0002%以上。Zr優(yōu)選為0.0005%以上，更優(yōu)選為0.0010%以上。但是過(guò)量添加Zr，則粗大的氧化物大量生成，HAZ韌性劣化。另外，形成導(dǎo)致析出強(qiáng)化的微小的Zr碳化物，導(dǎo)致母材自身韌性降低。因此Zr抑制在0.0509&以下。Zr優(yōu)選為0.04%以下，更優(yōu)選為0.01%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.008%以下。REM(稀土元素)和Ca是生成各自氧化物的必要的元素。由于含有它們的氧化物，氧化物的微小分散變得容易，該微小分散的氧化物由于作為晶內(nèi)鐵素體的生成核，有助于HAZ韌性的提高。在本發(fā)明的鋼材中，REM和Ca分別能夠單獨(dú)或合并使用。REM單獨(dú)或與Ca并用時(shí)，應(yīng)當(dāng)含有0.0002%以上，優(yōu)選為0.0005%以上，更優(yōu)選為0.0010%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0015%以上。但是過(guò)量添加REM，則形成粗大的氧化物，HAZ韌性反而劣化。因此REM應(yīng)當(dāng)抑制在0.050%以下。REM優(yōu)選為0.04%以下，更優(yōu)選為O.01%以下。另外，在本發(fā)明中，所謂REM意思是含有鑭系元素(從La到Ln的15種元素)與Sc(鈧)和Y(釔)。在這些元素中，優(yōu)選含有從La、Ce和Y中選出的至少一種元素，可以更優(yōu)選為含有La和/或Ce。Ca在單獨(dú)或與REM并用的情況中，應(yīng)當(dāng)含有0.0005%以上，優(yōu)選為0.001%以上，更優(yōu)選為0.0015%以上。但是過(guò)量添加Ca，則形成粗大的氧化物，HAZ韌性反而劣化。因此將Ca抑制在0.010呢以下。Ca優(yōu)選為0.008%以下，更優(yōu)選為0.005%以下。本發(fā)明的鋼材含有作為必須成分的上述元素，余量可以是鐵和不可避免的雜質(zhì)(例如Mg和As、Se等)。本發(fā)明的鋼材還含有以下等的其它有效元素。(1)Ni:1.5%以下(不含00/0)禾口/或Cu:1.5%以下(不含0%);(2)Cr:1.5%以下(不含0%)禾口/或Mo:1.5%以下(不含0%);(3)Nb:0.1%以下(不含0%)禾口/或V:0.1%以下(不含0%);(4)B:0.0050%以下(不含0%)。這些元素規(guī)定在如此范圍的理由如下所述。[(1)Ni禾口/或Cu]Ni和Cu均是有助于提高鋼材的彈度的元素。Ni和Cu能夠分別單獨(dú)或復(fù)合添加。但是由于Ni超過(guò)1.5%，則顯著提高母材的強(qiáng)度而使韌性劣化，HAZ韌性也降低。因此Ni優(yōu)選為1.5%以下。Ni更優(yōu)選為1.2%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1%以下。另外，在通過(guò)添加Ni有效地發(fā)揮作用時(shí)，優(yōu)選含有0.05。/o以上。Ni更優(yōu)選為0.1%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2%以上。Cu也和Ni同樣，如超過(guò)1.5%，則由于顯著提高母材的強(qiáng)度而使韌性劣化，HAZ韌性也降低。因此Cu優(yōu)選為1.5%以下。Cu更優(yōu)選為1.2%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為線以下。另外，在通過(guò)添加Cu有效地發(fā)揮作用時(shí)，優(yōu)選含有0.05%以上。Cu更優(yōu)選為0.1%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2%以上。Cr和Mo均是有助于提高鋼材的強(qiáng)度的元素。Cr和Mo能夠分別單獨(dú)或復(fù)合添加。但是如果Cr超過(guò)1.5%，則由于顯著過(guò)度提高母材的強(qiáng)度而使韌性劣化，HAZ韌性也降低。因此Cr優(yōu)選為1.5%以下。Cr更優(yōu)選為1.2%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1%以下。另外，在通過(guò)添加Cr有效地發(fā)揮作用時(shí)，優(yōu)選含有O.1%以上。Cr更優(yōu)選為0.2%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5%以上。Mo也和Cr同樣，如超過(guò)1.5%，則由于顯著過(guò)度提高母材的強(qiáng)度而使?fàn)幦行粤踊?，HAZ韌性降低。因此Mo優(yōu)選為1.5%以下。Mo更優(yōu)選為1.2y。以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1%以下。另外，在通過(guò)添加Mo有效地發(fā)揮作用時(shí)，優(yōu)選含有O.1%以上。Mo更優(yōu)選為0.2%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3%以上。Nb和V均作為氮化物析出，該氮化物，通過(guò)釘扎效果，防止焊接時(shí)奧氏體粒粗大化，是具有使HAZ韌性提高的作用的元素。Nb和V能夠分別單獨(dú)或復(fù)合添加。但是如果他超過(guò)0.1%，則析出的氮化物粗大化，反而使HAZ韌性劣化。因此Nb優(yōu)選為0.1%以下。Nb更優(yōu)選為0.08%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05%以下。另外，在通過(guò)添加Nb有效地發(fā)揮作用時(shí)，優(yōu)選含有0.002%以上。Nb更優(yōu)選為0.005%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.008%以上。V也和Nb同樣，如果超過(guò)O.1%，則析出的氮化物粗大化，反而使HAZ韌性劣化。因此V優(yōu)選為0.1%以下。V更優(yōu)選為0.08%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05%以下。另外，在通過(guò)添加V有效地發(fā)揮作用時(shí)，優(yōu)選含有0.002%以上。V更優(yōu)選為0.005%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01%以上。[(4)B硼]B是通過(guò)抑制晶界鐵素體的生成使韌性提高的元素。但是B超過(guò)0.0050%，則在奧氏體晶界上作為BN析出，導(dǎo)致韌性降低。因此B優(yōu)選為0.0050%以下。B更優(yōu)選為0.0040%以下。另夕卜，在通過(guò)添加B有效地發(fā)揮作用時(shí)，優(yōu)選含有0.0010%以上。B更優(yōu)選為0.0015y。以上。接著，在制造本發(fā)明的鋼材時(shí)，對(duì)可以適當(dāng)采用的制法加以說(shuō)明。本發(fā)明的制造方法順序包括(l)將鋼水的溶解氧量調(diào)整為0.00100.0060%的范圍的工序；(2)通過(guò)攪拌所述鋼水而使鋼水中的氧化物上浮分離將全部氧量調(diào)整為0.00100.0070%的工序，除此之外還包括(3)添加Ti后再添加Zr、REM和/或Ca的工序。在如此調(diào)整過(guò)溶解氧量和全部氧量的鋼水中，通過(guò)以規(guī)定的順序添加規(guī)定的合金元素，能夠生成作為晶內(nèi)鐵素體的生成核的所希望的氧化物。特別在本發(fā)明中，沒(méi)有生成粗大的氧化物，由此，在如所述工序(1)調(diào)整溶解氧量后，如上述工序(2)調(diào)整所述的全部氧量是極為重要的。所謂溶解氧量，意思是沒(méi)有形成氧化物，在鋼水中存在的自由狀態(tài)的氧，所謂全部氧量，意思是鋼水中所包含的全部氧，即，自由氧和形成氧化物的氧的總和。以下，對(duì)各工序進(jìn)行說(shuō)明。首先，將鋼水的溶解氧量調(diào)整為0.00100.0060%的范圍。鋼水的溶解氧量低于0.0010%時(shí)，由于鋼水中的溶解氧量不足，就不能確保作為晶內(nèi)鐵素體相變的核的Zr*REM/Ca系氧化物達(dá)到規(guī)定量，得不到優(yōu)異的HAZ韌性。另外，由于溶解氧量不足，則沒(méi)能形成氧化物的Zr形成氮化物，REM和Ca形成硫化物，因此成為使母材自身韌性劣化的原因。因此上述溶解氧量為0.0010%以上。所述溶解氧優(yōu)選為0.0015%以上，更優(yōu)選為0.0020%以上。另一方面，所述溶解氧量如果超過(guò)0.0060%，則由于鋼水中的氧量過(guò)多，鋼水中的氧與所述元素反應(yīng)劇烈，在熔制作業(yè)中不為優(yōu)選，而且生成粗大的氧化物反而使HAZ韌性劣化。因此所述溶解氧量應(yīng)當(dāng)抑制在0.0060%以下。所述溶解氧量?jī)?yōu)選為0.0050%以下，更優(yōu)選為0.0045%以下。不管怎樣，在轉(zhuǎn)爐和電爐中進(jìn)行過(guò)一次精煉的鋼水中的溶解氧量通常都超過(guò)0.0100%。其中在本發(fā)明的制法中，需要通過(guò)各種方法將鋼水中的溶解氧量調(diào)整到上述范圍中。作為調(diào)整鋼水中的溶解氧量的方法，例如可以舉出使用RH式脫氣精煉裝置進(jìn)行真空C脫氧的方法和添加Si和Mn，Ti、Al等的脫氧性元素的方法等，也可以適當(dāng)組合這些方法調(diào)整溶解氧量。另外，也可以使用鋼包加熱式精煉裝置和簡(jiǎn)易式鋼水處理設(shè)備等代替RH式脫氣精煉裝置調(diào)整溶解氧量。這時(shí)，由于通過(guò)真空C脫氧不能調(diào)整溶解氧量，因此，在溶解氧量的調(diào)整中采用添加Si等的脫氧性元素的方法即可。采用添加Si等的脫氧性元素的方法時(shí)，從轉(zhuǎn)爐向鋼包出鋼時(shí)添加脫氧性元素為好。[關(guān)于工序(2)]接在所述工序(1)之后，攪拌鋼水，將鋼水中的氧化物上浮分離由此將全部氧量調(diào)整為0.00100.0070%。由此在本發(fā)明中，攪拌溶解氧量被適當(dāng)控制的鋼水，除去不需要的氧化物，添加Zr等的晶內(nèi)鐵素體相變核生成元素，從而能夠防止粗大的氧化物的生成。在所述的專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，由于沒(méi)有進(jìn)行該工序(2)，生成粗大的氧化物，而不能確保良好的HAZ韌性(參照下述實(shí)施例)。上述全部氧量低于0.0010%時(shí)，所希望的氧化物的量不足，因此不能確保有助于HAZ韌性提高的作為晶內(nèi)鐵素體生成核的氧化物的量。因此所述全部氧量為0.0010%以上。所述全部氧量?jī)?yōu)選為0.0015%以上，更優(yōu)選為0.0020%以上。另一方面，如果所述全部氧量超過(guò)0.0070°/。，則鋼水中全部氧化物量變得過(guò)剩，粗大的氧化物生成，HAZ韌性劣化。因此所述全部氧量應(yīng)當(dāng)抑制在0.0070%以下。所述全部氧量?jī)?yōu)選為0.0060%以下，更優(yōu)選為0.0050%以下。鋼水中的全部氧量，大致與攪拌時(shí)間相關(guān)而變化，由此能夠通過(guò)調(diào)整攪拌時(shí)間等而進(jìn)行控制。具體是攪拌鋼水，除去上浮的氧化物后，一邊適當(dāng)測(cè)定鋼水中的全部氧量，一邊適當(dāng)控制鋼水中的全部氧量。[關(guān)于工序(3)]將鋼水中的全部氧量調(diào)整到所述范圍中后，添加過(guò)Ti后，添加Zr、REM和/或Ca進(jìn)行鑄造。通過(guò)向調(diào)整過(guò)全部氧量的鋼水中添加上述元素，得到所希望的作為晶內(nèi)鐵素體相變的核的ZrREM/Ca系氧化物。由于Ti氧化物與Zr*REM/Ca系氧化物相比，與鋼水的界面能小，如果用此順序添加合金元素，由于Ti氧化物微小化，因此其結(jié)果是能夠使有助于HAZ韌性的微小的氧化物生成。對(duì)向鋼水中添加的REM和Ca、Zr、Ti的形態(tài)沒(méi)有特別的限定，例如，作為REM，添加純La和純Ce、純Y等，或是純Ca、純Zr、純Ti，還有也可以添加Fe-Si-La合金、Fe-Si-Ce合金、Ti-Si-Ca合金、Fe-Si-La-Ce合金、Fe-Ca合金、Ni-Ca合金等。另外，也可以向鋼水中添加混合稀土。所謂混合稀土，是鈰族稀土類(lèi)元素的混合物，具體地說(shuō)，含有Ce:4050%左右，La:2040%左右。但是，在混合稀土中含有作為雜質(zhì)的Ca多，因此混合稀土含Ca的情況需要滿(mǎn)足本發(fā)明中規(guī)定的范圍。在本發(fā)明中，以促進(jìn)除去粗大的氧化物為目的，在上述工序(3)后，優(yōu)選在不超過(guò)40分鐘的范圍內(nèi)攪拌鋼水。如果攪拌時(shí)間超過(guò)40分鐘，則微小的氧化物在鋼水中凝集，結(jié)合的氧化物粗大化，HAZ韌性劣化。因此攪拌時(shí)間優(yōu)選為40分鐘以?xún)?nèi)。攪拌時(shí)間更優(yōu)選為35分鐘以?xún)?nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選為30分鐘以?xún)?nèi)。鋼水的攪拌時(shí)間的下限值沒(méi)有特別的限定，攪拌時(shí)間過(guò)短則添加元素的濃度變得不均，不能得到作為鋼材整體所希望的效果。因此需要有對(duì)應(yīng)于容器尺寸的所希望的攪拌時(shí)間。調(diào)整為如此成分得到的鋼水，根據(jù)規(guī)則連續(xù)鑄造制作厚板后，根據(jù)規(guī)則進(jìn)行熱軋即可。本發(fā)明的鋼材，能夠作為例如橋梁和高層建筑物、船舶等的結(jié)構(gòu)物的材料使用，不但是小中熱能輸入焊接，即使是輸入熱能在50KJ/mm以上的高熱能輸入焊接中也能防止焊接熱影響部的韌性劣化。本發(fā)明的鋼材以板厚約3mm以上的厚鋼板等的鋼材為對(duì)象。通過(guò)本發(fā)明，板厚為50mm以上，特別是80ram以上的厚鋼板，在進(jìn)行熱能輸入在50kJ/mm以上的高熱能輸入焊接時(shí)能夠有效地發(fā)揮提高HAZ韌性的作用。以下，通過(guò)實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，下述實(shí)施例沒(méi)有限定本發(fā)明的性質(zhì)，也可以在適合上、下所述的主旨的范圍中實(shí)施適當(dāng)?shù)淖兏?，這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍中。使用真空溶解爐(容量150kg)，在下述表l、表2所述的條件下，煉制含有下述表3、表4所示的化學(xué)成分(質(zhì)量％)余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)的供試鋼，鑄造冷卻150kg的鑄塊。隨后，進(jìn)行加熱、車(chē)L制，制造厚鋼板。用真空溶解爐熔制供試鋼時(shí)，對(duì)于Ti、Zr、Al、REM和Ca以外的元素進(jìn)行成分調(diào)整，并且使用從C、Si和Mn中選出的至少一種元素脫氧而調(diào)整鋼水的溶解氧量。調(diào)整后的溶解氧量如下述表l、表2所述。將調(diào)整過(guò)溶解氧量的鋼水?dāng)嚢?10分鐘左右，通過(guò)使鋼水中的氧化物上浮分離調(diào)整鋼水的整體氧量。調(diào)整后的全部氧量如下述表1、表2所示。向調(diào)整過(guò)全部氧量的鋼水中，添加過(guò)Ti后，添加Zr和REM和/或Ca。另外，Ti是以Fe-Ti合金的方式、Zr是以Fe-Zr合金的方式、REM是以含有La:約259()和Ce:約50%的混合稀土的方式、Ca是以Ni-Ca合金、或Ca-Se合金、或Fe-Ca壓坯的方式分別添加。但是，表4的No.35是沒(méi)有攪拌調(diào)整過(guò)溶解氧量的鋼水，而直接添加了Ti。添加上述元素后，鑄造冷卻鑄塊。攪拌鋼水的時(shí)間如下述表1、表2所示。熱軋得到的鑄塊，制造5080mm的厚鋼板。從得到的厚鋼板的D/4(其中，D為鋼板的厚度)位置中的橫斷面切下樣品，測(cè)定該樣品中含有的全部氧化物的組成，算出作為單獨(dú)氧化物以質(zhì)量換算的氧化物的平均組成。用島津制作所制"EPMA-8705(裝置名)"以600的倍率觀察切下的樣品的表面，對(duì)最大直徑為0.2pm以上的粒子的成分組成進(jìn)行定量分析。在以下觀察條件下通過(guò)特征X射線波長(zhǎng)分散分光對(duì)粒子中央部的成分組成進(jìn)行定量分析，觀察條件為加速電壓20kV，試料電流O.OluA，觀察區(qū)域面積l5cm2，分析個(gè)數(shù)100個(gè)。分析對(duì)象元素是Mn、Ti、Zr、La、Ce、Ca、Si、A1和0(氧)用己知物質(zhì)求出各元素的電子束強(qiáng)度和元素濃度的關(guān)系作為預(yù)測(cè)量線，接著，根據(jù)從上述粒子得到的電子束強(qiáng)度和預(yù)先的所述測(cè)量線對(duì)該粒子的元素濃度進(jìn)行定量。得到的定量結(jié)果中將氧含量為5%以上的粒子作為氧化物，作為單獨(dú)氧化物以質(zhì)量換算進(jìn)行平均，作為氧化物的平均組成。全部氧化物的平均組成如下述表5、表6所示。另外，REM的氧化物在以M表示金屬元素時(shí)，在鋼材中以MA和M305、M02的方式存在，將全部氧化物換算為M203，測(cè)定組成。另外，從一種夾雜物觀測(cè)多種元素時(shí)，從表示這些元素存在的X線強(qiáng)度的比換算成單獨(dú)氧化物算出氧化物的組成。用EPMA觀察上述樣品表面的結(jié)果是被觀察的氧化物大多是含有Ti和Zr與REM和/或Ca的復(fù)合氧化物，也生成作為單獨(dú)氧化物的Ti20:,、Zr02、REM的氧化物、CaO。另外，測(cè)定得到的定量結(jié)果中氧含量為5%以上的氧化物的當(dāng)量圓直徑，算出當(dāng)量圓直徑(粒徑)為O.12.0um的氧化物的個(gè)數(shù)和當(dāng)量圓直徑(粒徑)超過(guò)5.0um的氧化物的個(gè)數(shù)。將下述表5、表6中氧化物的個(gè)數(shù)換算表示為每lm2的觀察區(qū)域內(nèi)的個(gè)數(shù)。接著，為了評(píng)價(jià)焊接時(shí)受到熱影響的HAZ的韌性，模擬高熱能輸入焊接進(jìn)行如下述所示的焊接再現(xiàn)試驗(yàn)。焊接再現(xiàn)試驗(yàn)是將從厚鋼板切下的樣品加熱到140(TC，在該溫度保持30秒后，賦予冷卻的熱周期。冷卻速度調(diào)整到從80CTC到500"C的冷卻時(shí)間為300秒。冷卻后的樣品的沖擊特性是進(jìn)行V夏氏沖擊試驗(yàn)測(cè)定評(píng)價(jià)-4(TC中的吸收能量(vE-4。)。vE-化在100J以上合格(HAZ韌性良好)。測(cè)定結(jié)果如表5、表6所示。從下述表1表6能夠做如下的考察。No.131是滿(mǎn)足在本發(fā)明中規(guī)定的必要條件的例子，測(cè)定全部氧化物的組成作為單獨(dú)氧化物以質(zhì)量換算時(shí)，含有規(guī)定量ZK)2、REM的氧化物和/或CaO，進(jìn)行如此調(diào)整后，由于沒(méi)有生成粒徑超過(guò)5.0ym的如此粗大的氧化物，粒徑為0.12.0um的微小的氧化物大量生成，從而得到HAZ韌性良好的鋼材。另一方面，No.3254是超出本發(fā)明中規(guī)定的任一必要條件之外的例子。No.32是鋼水的溶解氧量不足的例子，不能確保有助于HAZ韌性提高的作為晶內(nèi)鐵素體生成核的氧化物量，不能改善HAZ韌性。No.33是鋼水的溶解氧量過(guò)剩的例子，由于粗大的氧化物生成反而使HAZ韌性劣化。No.34是鋼水的溶解氧量不足的例子，不能確保有助于HAZ韌性提高的作為晶內(nèi)鐵素體生成核的氧化物量，不能改善HAZ韌性。No.35是與本發(fā)明者們?cè)趯?zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)的類(lèi)似鋼材組成的例子。在調(diào)整過(guò)鋼水的溶解氧量后，由于沒(méi)有攪拌鋼水調(diào)整全部氧量，添加Ti前的全部氧量超出了本發(fā)明中規(guī)定的所規(guī)定的范圍。因此粗大的氧化物變多，HAZ韌性劣化。No.36和No.37是添加Zr和Al與REM和/或Ca后，由于長(zhǎng)時(shí)間攪拌鋼水，鋼水中的氧化物互相凝集粗大的氧化物大量生成。因此HAZ韌性劣化。No.38是Si過(guò)多的例子，焊接時(shí)HAZ中島狀馬氏體(MA)大量生成，HAZ韌性劣化。No.39是Mn過(guò)多的例子，由于母材的強(qiáng)度顯著提高，母材自身韌性降低，HAZ靭性也降低。No.40是P過(guò)多的例子，P在結(jié)晶晶界發(fā)生偏析HAZ韌性劣化。No.41是S過(guò)多的例子，S在結(jié)晶晶界發(fā)生偏析HAZ韌性劣化。No.42是Al過(guò)多的例子，生成粗大的氧化物，HAZ韌性劣化。No.43是Ti過(guò)少的例子，由于有助于HAZ韌性提高的作為晶內(nèi)鐵素體生成核的微小的氮化物變少，而不能提高HAZ韌性。No.44是Ti過(guò)多的例子，氧化物粗大化HAZ韌性劣化。No.45是REM過(guò)多的例子，過(guò)量生成REM的氧化物，而且形成粗大的氧化物，HAZ韌性反而劣化。No.46是Zr過(guò)少的例子，由于有助于HAZ韌性提高的作為晶內(nèi)鐵素體生成核的微小的氧化物變少，而不能提高HAZ韌性。No.47是Zr過(guò)多的例子，粗大的氧化物生成HAZ韌性劣化。No.48是Ca過(guò)多的例子，Ca0過(guò)量生成，而且形成粗大的氧化物，HAZ韌性反而劣化。No.49是N過(guò)多的例子，固溶N量增大母材自身的韌性劣化，HAZ韌性也降低。No.50是N過(guò)少的例子，由于抑制了含Ti氮化物的生成，通過(guò)釘扎效果也不能防止奧氏體粒的粗大化，HAZ韌性劣化。No.51是0過(guò)少的例子，作為晶內(nèi)鐵素體生成核的微小的氧化物量不足，不能提高HAZ韌性。No.52是0過(guò)多的例子，氧化物粗大化HAZ韌性劣化。No.53是N過(guò)多的例子，由于母材的強(qiáng)度變得顯著提高，母材韌性劣化，HAZ韌性也就降低。No.54是Cu過(guò)多的例子，由于母材的強(qiáng)度變得顯著提高，母材韌性劣化，HAZ韌性也就降低。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>權(quán)利要求1、一種焊接熱影響部的韌性?xún)?yōu)異的鋼材，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)含有C0.02～0.12％、Si0.50％以下且含0％、Mn1～2.0％、Ti0.005～0.10％、P0.030％以下且含0％、S0.020％以下且含0％、Al0.05％以下且含0％、N0.0040～0.030％、00.0005～0.010％，并且還含有Zr0.0002～0.050％和REM0.0002～0.050％和/或Ca0.0005～0.010％，余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并且，(a)所述鋼材包含含有Zr和REM和/或Ca的氧化物，(b)測(cè)定所述鋼材中包含的全部氧化物的組成并換算成單獨(dú)氧化物時(shí)，滿(mǎn)足ZrO25～50％和用M符號(hào)表示REM時(shí)的REM的氧化物M2O310～50％和/或CaO5～50％，并且，(c)在所述鋼材中包含的全部氧化物之中，以當(dāng)量圓直徑計(jì)0.1～2.0μm的氧化物為每平方毫米120個(gè)以上，以當(dāng)量圓直徑計(jì)超過(guò)5.0μm的氧化物為每平方毫米5個(gè)以下。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼材，其特征在于，所述鋼材中作為其他元素以質(zhì)量％計(jì)還含有從以下(A)(D)中選出的至少一種，(A)Ni:1.5%以下但不含0%和/或01:1.5%以下但不含0%;(B)Cr:1.5%以下但不含0%和/或^10:1.5%以下但不含0%;(C)Nb:0.P/。以下但不含0。/o和/或V:0.1%以下但不含0%;(D)B:0.0050%以下但不含0%。3、一種焊接熱影響部的韌性?xún)?yōu)異的鋼材的制造方法，是制造權(quán)利要求1或2所述鋼材的方法，其特征在于，依序包括如下工序(1)調(diào)整溶解氧量為0.00100.0060%的鋼水的工序；(2)通過(guò)攪拌所述鋼水使鋼水中的氧化物上浮分離，從而將全部氧量調(diào)整為0.00100.0070%的工序；(3)添加Ti后，添加Zr和REM和/或Ca的工序。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述工序(3)后，還包括(4)在不超過(guò)40分鐘的范圍內(nèi)攪拌鋼水的工序。全文摘要提供一種即使在高熱能輸入焊接時(shí)HAZ韌性也優(yōu)異的鋼材及其制造方法。作為鋼材的組成，特別含有Zr、REM和/或Ca，并且滿(mǎn)足如下條件即可，(a)該鋼材為包含含有Zr、REM和/或Ca的氧化物，(b)測(cè)定所述鋼材中包含的全部氧化物的組成而作為單獨(dú)氧化物換算時(shí)，滿(mǎn)足ZrO₂5～50％、REM的氧化物10～50％和/或CaO5～50％，并且(c)在所述鋼材中包含的全部氧化物之中，當(dāng)量圓直徑在0.1～2.0μm的氧化物為每平方毫米120個(gè)以上，當(dāng)量圓直徑超過(guò)5.0μm的氧化物為每平方毫米5個(gè)以下。文檔編號(hào)C21C7/00GK101514428SQ20091000965公開(kāi)日2009年8月26日申請(qǐng)日期2009年2月2日優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日發(fā)明者岡崎喜臣,出浦哲史,名古秀德,太田裕己,杉村朋子申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶(hù)制鋼所