專利名稱：：焊接熱影響部的韌性優(yōu)異的鋼材及其制造方法
技術領域：
：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，簡稱為"HAZ")的韌性優(yōu)異的鋼材及其制造方法。
背景技術：
：近年來，隨著上述各種焊接結構物的大型化，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，進行高熱能輸入焊接時，HAZ被加熱到高溫的奧氏體區(qū)域后緩冷，因此存在加熱時奧氏體粒成長，緩冷時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題。由此，希望確立一種即使實施高熱能輸入焊接，也能高水平地確保HAZ中的韌性(以下稱為「HAZ韌性」)的技術。作為適用于改善HAZ韌性的代表技術，可以例舉通過促進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化技術。該技術為在焊接完成后冷卻時，通過存在于晶內(nèi)的所述夾雜物，使微細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。作為利用氧化物的技術，在專利文獻1中提出通過控制O濃度和Ca濃度，微細地分散使MnS復合析出的含Ti氧化物，促進以其為核的晶內(nèi)鐵素體相變(即，抑制粗大的晶界鐵素體生成)的技術。在專利文獻2中公開有涉及復合添加Ti和Mn系，并且通過生成作為晶內(nèi)鐵素體核的含Ti氧化物和MnS的復合體，而得到HAZ韌性優(yōu)異的焊接用高張力鋼的技術。在專利文獻3中公開有通過生成規(guī)定量的REM的氧化物和/或CaO和Zr02，得到HAZ韌性優(yōu)異的鋼材的技術。特開平6-200319號公報特開平9-157787號公報特開2007-100213號公報
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述狀況，本發(fā)明的目的在于，提供一種即使進行高熱能輸入焊接時HAZ韌性優(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優(yōu)異的鋼材含有C:O.020.12%(質量％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構成，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)測定所述鋼材中包含的全部氧化物的組成作為單獨氧化物換算時，滿足ZrU:550%、REM的氧化物(以M的記號表示REM時為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，當量圓直徑在0.12.0um的氧化物為每平方毫米120個以上，當量圓直徑超過5.0ym的氧化物為每平方毫米5個以下。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)，并且也適當控制鋼材中存在的氧化物的大小和個數(shù)(粒度分布)，特別是有意控制導致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行焊接也能改善HAZ韌性。具體實施例方式本發(fā)明改變了專利文獻3中公開的晶內(nèi)鐵素體相變技術，涉及即使在更高熱能輸入條件下進行焊接時也能得到HAZ韌性優(yōu)異的鋼材的技術。如上所述，在專利文獻3中公開了利用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)的鋼材?？紤]到所述氧化物是熱穩(wěn)定的，例如由于即使長時間暴露在140(TC的高溫下，固溶也不消失，因此即使進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象)的大小和個數(shù)與HAZ韌性的提高有很深的關聯(lián)，特別是如果將以當量圓直徑計超過5.0um的粗大的氧化物抑制為5個以下，即使是進行輸入熱量大致為50kJ/mm左右的高熱能輸入焊接，也能得到HAZ韌性優(yōu)異的鋼材。本發(fā)明根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)而完成。在本說明書中為了區(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，為方便說明，將前者特別稱為"Zr*REM/Ca系氧化物"，將后者特別稱為"全部氧化物"。另外，將構成上述"Zr*REM/Ca系氧化物"的必需成分(Zr、REM和/或Ca)特別稱為晶內(nèi)鐵素體相變核生成元素。另外，在本說明書中，在鋼材中含有的全部氧化物之中，將以當量圓直徑計在0.l2.0um的氧化物稱為"微小的氧化物"，另一方面，將以當量圓直徑計超過5.0um的氧化物稱為"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數(shù)，因此即使進行比專利文獻3中公開的HAZ韌性評價方法(賦予在1400'C的加熱溫度下保持5秒鐘后，通過賦予用300秒從80(TC冷卻到50(TC的熱循環(huán)，測定在-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(參照下述實施例)。首先，對作為晶內(nèi)鐵素體相變的起點的Zr*REM/Ca系氧化物進行說明。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，或同時含有REM的氧化物和Ca的氧化物。構成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，可以作為單獨含有晶內(nèi)鐵素體相變核生成元素的單獨氧化物存在，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合氧化物存在。作為單獨氧化物的例子，例如有Zr的氧化物Zr02;Ca的氧化物CaO;REM的氧化物為以M的記號表示REM時為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，可以促進晶內(nèi)鐵素體相變，HAZ韌性進一步提高。Ti的氧化物可以作為單獨氧化物(例如Ti203、Ti305、Ti02)存在，也可與所述Zr'REM/Ca系氧化物以復合氧化物的方式存在。本發(fā)明的鋼材在測定鋼材中包含的全部氧化物的組成作為單獨氧化物以質量換算時滿足Zr02:550%、REM的氧化物(以M的記號表示REM時為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，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時的量。所述CaO優(yōu)選為10%以上，更優(yōu)選為15%以上，進一步優(yōu)選為18%以上。另一方面，上限優(yōu)選為45%，更優(yōu)選為40%。進一步優(yōu)選為30%。還有，對上述氧化物組成的殘留成分沒有特別的限制，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)。這些氧化物的合量優(yōu)選為大致低于5%。鋼材中包含的全部氧化物的組成的測定如下所述，用EPMA(ElectronProbX-rayMicroAnalyzer;電子束微探針X線分析計)觀察，對觀察區(qū)域內(nèi)公認的氧化物進行定量分析。詳細的測定條件在下述的實施例欄中進行說明。接著，對賦予本發(fā)明特征的全部氧化物(并沒有限定于所述的Zr*REM/Ca系氧化物，而是鋼材中存在的全部氧化物)的個數(shù)和大小加以說明。本發(fā)明的鋼材中含有的全部氧化物滿足以下關系以當量圓直徑計0.12.0um的微小的氧化物為每平方毫米120個以上，并且以當量圓直徑計超過5.0um的粗大的氧化物為每平方毫米5個以下。本發(fā)明者們對全部氧化物的粒度分布和HAZ韌性的關系進行了詳細地調(diào)查，特別是明確了以下實事當量圓直徑為0.12.0nm的微小的氧化物與超過5.0um的粗大的氧化物與高熱能輸入悍接的HAZ韌性有很深的關聯(lián)，對HAZ韌性提高有很大貢獻的是微小的氧化物的個數(shù)，粗大的氧化物成為脆性破壞的起點會導致HAZ韌性的降低，另外，以當量圓直徑計低于0.1pm的微小的氧化物基本上無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，微小的氧化物的個數(shù)優(yōu)選為盡可能多，由于與微小的氧化物變多相關的粗大的氧化物的個數(shù)也有變多的傾向，所以需要適當?shù)乜刂莆⑿〉难趸锖痛执蟮难趸锏膫€數(shù)。微小的氧化物的個數(shù)優(yōu)選為每平方毫米200個以上，更優(yōu)選的個數(shù)為每平方毫米500個以上，進一步優(yōu)選的個數(shù)為每平方毫米1000個以上。粗大的氧化物越少越好，優(yōu)選個數(shù)為每平方毫米3個以下，更優(yōu)選的個數(shù)為l個以下，最好為0個。對于上述尺寸以外的氧化物的個數(shù)，本發(fā)明沒做任何限制，控制上述尺寸的氧化物可以得到所希望的HAZ韌性以通過實驗得到確認。所謂上述"當量圓直徑"是估計出的與氧化物的面積相等的圓的直徑，是在透過型電子顯微鏡(TEM)的觀察面上得到確認的。接著，對本發(fā)明的鋼材(母材)中的成分組成進行說明。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O.12y。則在焊接時在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是通過固溶強化有助于確保鋼材強度的元素。然而，Si超過0.50%，則在焊接時在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，進一步優(yōu)選為O.18%以下。還有，為了確保鋼材的強度，添加的Si優(yōu)選含有0.02。/。以上，更優(yōu)選為0.05%以上，可以進一步優(yōu)選含有0.1%以上。Mn是有助于提高鋼材(母材)強度的元素。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，可以進一步優(yōu)選含有1.4%以上。但是，超過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。但是由于過量添加Ti時會使鋼材(原材)的韌性劣化，所以Ti應當抑制在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晶晶界中偏析使韌性劣化。另外，S與Mn結合生成硫化物(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，通過釘扎效果，防止焊接時在HAZ中生成的奧氏體粒的粗大化促進鐵素體相變，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越多越促進形成含Ti氮化物的奧氏體粒的微細化，因此對HAZ的韌性提高有效發(fā)揮作用。但是N超過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，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。但是過量添加，則使氧化物粗大化，反而使HAZ韌性劣化。因此0應當抑制在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，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，形成導致析出強化的微小的Zr碳化物，導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分別能夠單獨或合并使用。REM單獨或與Ca并用時，應當含有0.0002%以上，優(yōu)選為0.0005%以上，更優(yōu)選為0.0010%以上，進一步優(yōu)選為0.0015%以上。但是過量添加REM，則形成粗大的氧化物，HAZ韌性反而劣化。因此REM應當抑制在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在單獨或與REM并用的情況中，應當含有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(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能夠分別單獨或復合添加。但是由于Ni超過1.5%，則顯著提高母材的強度而使韌性劣化，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，進一步優(yōu)選為1%以下。另外，在通過添加Ni有效地發(fā)揮作用時，優(yōu)選含有0.05。/o以上。Ni更優(yōu)選為0.1%以上，進一步優(yōu)選為0.2%以上。Cu也和Ni同樣，如超過1.5%，則由于顯著提高母材的強度而使韌性劣化，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，進一步優(yōu)選為線以下。另外，在通過添加Cu有效地發(fā)揮作用時，優(yōu)選含有0.05%以上。Cu更優(yōu)選為0.1%以上，進一步優(yōu)選為0.2%以上。Cr和Mo均是有助于提高鋼材的強度的元素。Cr和Mo能夠分別單獨或復合添加。但是如果Cr超過1.5%，則由于顯著過度提高母材的強度而使韌性劣化，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，進一步優(yōu)選為1%以下。另外，在通過添加Cr有效地發(fā)揮作用時，優(yōu)選含有O.1%以上。Cr更優(yōu)選為0.2%以上，進一步優(yōu)選為0.5%以上。Mo也和Cr同樣，如超過1.5%，則由于顯著過度提高母材的強度而使爭刃性劣化，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，進一步優(yōu)選為1%以下。另外，在通過添加Mo有效地發(fā)揮作用時，優(yōu)選含有O.1%以上。Mo更優(yōu)選為0.2%以上，進一步優(yōu)選為0.3%以上。Nb和V均作為氮化物析出，該氮化物，通過釘扎效果，防止焊接時奧氏體粒粗大化，是具有使HAZ韌性提高的作用的元素。Nb和V能夠分別單獨或復合添加。但是如果他超過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，進一步優(yōu)選為0.05%以下。另外，在通過添加Nb有效地發(fā)揮作用時，優(yōu)選含有0.002%以上。Nb更優(yōu)選為0.005%以上，進一步優(yōu)選為0.008%以上。V也和Nb同樣，如果超過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，進一步優(yōu)選為0.05%以下。另外，在通過添加V有效地發(fā)揮作用時，優(yōu)選含有0.002%以上。V更優(yōu)選為0.005%以上，進一步優(yōu)選為0.01%以上。[(4)B硼]B是通過抑制晶界鐵素體的生成使韌性提高的元素。但是B超過0.0050%，則在奧氏體晶界上作為BN析出，導致韌性降低。因此B優(yōu)選為0.0050%以下。B更優(yōu)選為0.0040%以下。另夕卜，在通過添加B有效地發(fā)揮作用時，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，對可以適當采用的制法加以說明。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)整過溶解氧量和全部氧量的鋼水中，通過以規(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，對各工序進行說明。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，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0.0060%，則由于鋼水中的氧量過多，鋼水中的氧與所述元素反應劇烈，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當抑制在0.0060%以下。所述溶解氧量優(yōu)選為0.0050%以下，更優(yōu)選為0.0045%以下。不管怎樣，在轉爐和電爐中進行過一次精煉的鋼水中的溶解氧量通常都超過0.0100%。其中在本發(fā)明的制法中，需要通過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易式鋼水處理設備等代替RH式脫氣精煉裝置調(diào)整溶解氧量。這時，由于通過真空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，從轉爐向鋼包出鋼時添加脫氧性元素為好。[關于工序(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。在所述的專利文獻3中，由于沒有進行該工序(2)，生成粗大的氧化物，而不能確保良好的HAZ韌性(參照下述實施例)。上述全部氧量低于0.0010%時，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。所述全部氧量優(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0.0070°/。，則鋼水中全部氧化物量變得過剩，粗大的氧化物生成，HAZ韌性劣化。因此所述全部氧量應當抑制在0.0070%以下。所述全部氧量優(yōu)選為0.0060%以下，更優(yōu)選為0.0050%以下。鋼水中的全部氧量，大致與攪拌時間相關而變化，由此能夠通過調(diào)整攪拌時間等而進行控制。具體是攪拌鋼水，除去上浮的氧化物后，一邊適當測定鋼水中的全部氧量，一邊適當控制鋼水中的全部氧量。[關于工序(3)]將鋼水中的全部氧量調(diào)整到所述范圍中后，添加過Ti后，添加Zr、REM和/或Ca進行鑄造。通過向調(diào)整過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，因此其結果是能夠使有助于HAZ韌性的微小的氧化物生成。對向鋼水中添加的REM和Ca、Zr、Ti的形態(tài)沒有特別的限定，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，是鈰族稀土類元素的混合物，具體地說，含有Ce:4050%左右，La:2040%左右。但是，在混合稀土中含有作為雜質的Ca多，因此混合稀土含Ca的情況需要滿足本發(fā)明中規(guī)定的范圍。在本發(fā)明中，以促進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40分鐘的范圍內(nèi)攪拌鋼水。如果攪拌時間超過40分鐘，則微小的氧化物在鋼水中凝集，結合的氧化物粗大化，HAZ韌性劣化。因此攪拌時間優(yōu)選為40分鐘以內(nèi)。攪拌時間更優(yōu)選為35分鐘以內(nèi)，進一步優(yōu)選為30分鐘以內(nèi)。鋼水的攪拌時間的下限值沒有特別的限定，攪拌時間過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。因此需要有對應于容器尺寸的所希望的攪拌時間。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、船舶等的結構物的材料使用，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象。通過本發(fā)明，板厚為50mm以上，特別是80ram以上的厚鋼板，在進行熱能輸入在50kJ/mm以上的高熱能輸入焊接時能夠有效地發(fā)揮提高HAZ韌性的作用。以下，通過實施例更詳細地說明本發(fā)明，下述實施例沒有限定本發(fā)明的性質，也可以在適合上、下所述的主旨的范圍中實施適當?shù)淖兏?，這些均包含在本發(fā)明的技術范圍中。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所示的化學成分(質量％)余量是鐵和不可避免的雜質的供試鋼，鑄造冷卻150kg的鑄塊。隨后，進行加熱、車L制，制造厚鋼板。用真空溶解爐熔制供試鋼時，對于Ti、Zr、Al、REM和Ca以外的元素進行成分調(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)整過溶解氧量的鋼水攪拌110分鐘左右，通過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)整過全部氧量的鋼水中，添加過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是沒有攪拌調(diào)整過溶解氧量的鋼水，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，測定該樣品中含有的全部氧化物的組成，算出作為單獨氧化物以質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，對最大直徑為0.2pm以上的粒子的成分組成進行定量分析。在以下觀察條件下通過特征X射線波長分散分光對粒子中央部的成分組成進行定量分析，觀察條件為加速電壓20kV，試料電流O.OluA，觀察區(qū)域面積l5cm2，分析個數(shù)100個。分析對象元素是Mn、Ti、Zr、La、Ce、Ca、Si、A1和0(氧)用己知物質求出各元素的電子束強度和元素濃度的關系作為預測量線，接著，根據(jù)從上述粒子得到的電子束強度和預先的所述測量線對該粒子的元素濃度進行定量。得到的定量結果中將氧含量為5%以上的粒子作為氧化物，作為單獨氧化物以質量換算進行平均，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，在鋼材中以MA和M305、M02的方式存在，將全部氧化物換算為M203，測定組成。另外，從一種夾雜物觀測多種元素時，從表示這些元素存在的X線強度的比換算成單獨氧化物算出氧化物的組成。用EPMA觀察上述樣品表面的結果是被觀察的氧化物大多是含有Ti和Zr與REM和/或Ca的復合氧化物，也生成作為單獨氧化物的Ti20:,、Zr02、REM的氧化物、CaO。另外，測定得到的定量結果中氧含量為5%以上的氧化物的當量圓直徑，算出當量圓直徑(粒徑)為O.12.0um的氧化物的個數(shù)和當量圓直徑(粒徑)超過5.0um的氧化物的個數(shù)。將下述表5、表6中氧化物的個數(shù)換算表示為每lm2的觀察區(qū)域內(nèi)的個數(shù)。接著，為了評價焊接時受到熱影響的HAZ的韌性，模擬高熱能輸入焊接進行如下述所示的焊接再現(xiàn)試驗。焊接再現(xiàn)試驗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的冷卻時間為300秒。冷卻后的樣品的沖擊特性是進行V夏氏沖擊試驗測定評價-4(TC中的吸收能量(vE-4。)。vE-化在100J以上合格(HAZ韌性良好)。測定結果如表5、表6所示。從下述表1表6能夠做如下的考察。No.131是滿足在本發(fā)明中規(guī)定的必要條件的例子，測定全部氧化物的組成作為單獨氧化物以質量換算時，含有規(guī)定量ZK)2、REM的氧化物和/或CaO，進行如此調(diào)整后，由于沒有生成粒徑超過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)明者們在專利文獻3中公開的類似鋼材組成的例子。在調(diào)整過鋼水的溶解氧量后，由于沒有攪拌鋼水調(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，由于長時間攪拌鋼水，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過多的例子，焊接時HAZ中島狀馬氏體(MA)大量生成，HAZ韌性劣化。No.39是Mn過多的例子，由于母材的強度顯著提高，母材自身韌性降低，HAZ靭性也降低。No.40是P過多的例子，P在結晶晶界發(fā)生偏析HAZ韌性劣化。No.41是S過多的例子，S在結晶晶界發(fā)生偏析HAZ韌性劣化。No.42是Al過多的例子，生成粗大的氧化物，HAZ韌性劣化。No.43是Ti過少的例子，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過多的例子，氧化物粗大化HAZ韌性劣化。No.45是REM過多的例子，過量生成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過多的例子，粗大的氧化物生成HAZ韌性劣化。No.48是Ca過多的例子，Ca0過量生成，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過少的例子，由于抑制了含Ti氮化物的生成，通過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過多的例子，氧化物粗大化HAZ韌性劣化。No.53是N過多的例子，由于母材的強度變得顯著提高，母材韌性劣化，HAZ韌性也就降低。No.54是Cu過多的例子，由于母材的強度變得顯著提高，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>權利要求1、一種焊接熱影響部的韌性優(yōu)異的鋼材，其特征在于，以質量％計含有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構成，并且，(a)所述鋼材包含含有Zr和REM和/或Ca的氧化物，(b)測定所述鋼材中包含的全部氧化物的組成并換算成單獨氧化物時，滿足ZrO25～50％和用M符號表示REM時的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，以當量圓直徑計0.1～2.0μm的氧化物為每平方毫米120個以上，以當量圓直徑計超過5.0μm的氧化物為每平方毫米5個以下。2、根據(jù)權利要求1所述的鋼材，其特征在于，所述鋼材中作為其他元素以質量％計還含有從以下(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優(yōu)異的鋼材的制造方法，是制造權利要求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)測定所述鋼材中包含的全部氧化物的組成而作為單獨氧化物換算時，滿足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，當量圓直徑在0.1～2.0μm的氧化物為每平方毫米120個以上，當量圓直徑超過5.0μm的氧化物為每平方毫米5個以下。文檔編號C21C7/00GK101514428SQ20091000965公開日2009年8月26日申請日期2009年2月2日優(yōu)先權日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,杉村朋子申請人:株式會社神戶制鋼所