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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-06
(45)【発行日】2023-01-17
(54)【発明の名称】鋼材
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20230110BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20230110BHJP
C21C 7/06 20060101ALN20230110BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 301B
C22C38/60
C21C7/06
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021513065
(86)(22)【出願日】2019-04-09
(86)【国際出願番号】 JP2019015469
(87)【国際公開番号】W WO2020208711
(87)【国際公開日】2020-10-15
【審査請求日】2021-09-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】吉村 信幸
(72)【発明者】
【氏名】重里 元一
(72)【発明者】
【氏名】新宅 祥晃
(72)【発明者】
【氏名】中村 真吾
(72)【発明者】
【氏名】星野 学
(72)【発明者】
【氏名】本間 竜一
【審査官】相澤 啓祐
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５２－００７３１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５５－０４７３６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２５６４２８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
Ｂ２２Ｄ １１／１０８
Ｃ２１Ｃ ７／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、Ｃ：０．０１～０．２０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１～２．５％、
Ｍｇ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．０１５～０．５００％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００３０％未満、
Ｃｕ：０～２．０％、
Ｎｉ：０～２．０％、
Ｃｒ：０～２．０％、
Ｍｏ：０～１．０％、
Ｎｂ：０～０．１０％、
Ｗ：０～２．０％、
Ｖ：０～０．２０％、
Ｂ：０～０．０１０％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ａｇ：０～０．１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
ＲＥＭ：０～０．０１０％、
Ｓｎ：０～０．５０％、
Ｓｂ：０～０．５０％
を含有し、
Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの合計含有量である［Ｘｔｏｔａｌ］が、０．０００１～０．０１００％であり、残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記［Ｘｔｏｔａｌ］とＣａ、Ｏ、Ｓの含有量と、で構成される下記式（１）、式（２）、式（３）の何れかによって求められる［Ｘｔｏｔａｌ ＊］が０．０００１～０．００５０％である鋼材であって、前記鋼材の表面から前記鋼材の厚さの１／４厚の位置において、
Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である
ことを特徴とする鋼材。
前記［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は、
｛［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］｝のときは、式（１）で表され、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（２）で表され、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（３）で表される。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８） … 式（３）、
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、
前記式（２）、（３）において、
ＭＸｔｏｔａｌ＝（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）である。
【請求項2】
質量％で、Ｃｕ：０．０２～２．０％、
Ｎｉ：０．０２～２．０％、
Ｃｒ：０．０２～２．０％、
Ｍｏ：０．０２～１．０％、
Ｎｂ：０．０１～０．１０％、
Ｗ：０．０１～２．０％、
Ｖ：０．０１～０．２０％、
Ｂ：０．０００３～０．０１０％、
Ｔｉ：０．００５～０．１００％、
Ｚｒ：０．０１～０．１０％、
Ｔａ：０．０１～０．１０％、
Ａｇ：０．０１～０．１０％、
Ｈｆ：０．０１～０．１０％
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋼材。
【請求項3】
質量％で、Ｃａ：０．０００１～０．０１００％、
ＲＥＭ：０．００１～０．０１０％
の一方又は両方を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼材。
【請求項4】
質量％で、Ｓｎ：０．０１～０．５０％、
Ｓｂ：０．０１～０．５０％
の一方又は両方を含有することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の鋼材。
【請求項5】
前記粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上の前記Ｘ元素を含む粒子の個数割合が３０％以上であることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の鋼材。
【請求項6】
前記粒子のうち、外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上の前記Ｘ元素を含む領域が存在する粒子の個数割合が３０％以上であることを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の鋼材。
【請求項7】
前記粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上の前記Ｘ元素を外周の５０％以上の領域に含む粒子の個数割合が３０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の鋼材。
【請求項8】
Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ、円相当径が０．０１～０．１０μｍである、粒子の個数密度が１．０×１０７～１．０×１０１１個／ｍｍ３であることを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は溶接熱影響部（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）靭性に優れる鋼材に関する。
【背景技術】
【0002】
降伏強度が３００～７００ＭＰａ程度の高張力鋼板は、建築、橋梁、造船、ラインパイプ、建設機械、海洋構造物、タンクなどの各種の溶接鋼構造物に用いられる。これらの構造物は、溶接入熱量が５ｋＪ／ｍｍ程度の小入熱溶接から、溶接入熱量が１３０ｋＪ／ｍｍを超える超大入熱溶接までの広範な溶接条件において良好なＨＡＺ靭性を有することが求められる。
【0003】
ＨＡＺにおいては溶融線に近づくほど溶接時の加熱温度が高くなり、特に溶融線近傍の１４００℃以上に加熱される領域ではオーステナイト（γ）が著しく粗大化してしまい、冷却後のＨＡＺ組織が粗大化して靭性が劣化する。この傾向は溶接入熱量が大きくなるほど顕著である。
【0004】
従来のＨＡＺの靭性向上に関する技術は、大きく分類すると主に二つの基本技術に基づいている。その一つは鋼中の粒子によるピン止め効果を利用してオーステナイトの粗大化を防止する技術である。ＨＡＺの結晶粒の微細化に寄与する微細な粒子をピンニング粒子という。他の一つはオーステナイトの粒内フェライト変態を利用して有効結晶粒径を微細化する技術である。
【0005】
国際公開第２０１４／０９１６０４号（特許文献１）、特開２０１３－２０４１１８号公報（特許文献２）、特開２００２－３９８６号公報（特許文献３）には、微細なＭｇ及びＭｎを含む硫化物粒子を鋼中に分散させ、硫化物粒子のピン止め効果により溶接時のγ粒成長を抑制して、ＨＡＺ靭性を向上させることが可能な鋼材が記載されている。
【0006】
また、国際公開第２００１／０２７３４２号（特許文献４）、特開２０００－８０４３７号公報（特許文献５）、特開２０００－８０４３６号公報（特許文献６）、特開平１１－２３６６４５号公報（特許文献７）には、微細なＴｉ及びＭｇを含む酸化物粒子を鋼中に分散させることにより、溶接時のγ粒成長を抑制して、ＨＡＺ靭性を向上させることが可能な鋼材が記載されている。
【0007】
更に、特開２００１－３４２５３７号公報（特許文献８）、特開２００１－２２６７３９号公報（特許文献９）、特開２００１－２８８５０９号公報（特許文献１０）には、微細なＴｉ、Ｃａ及びＡｌを含む酸化物粒子を鋼中に分散させ、これらの粒子をフェライト変態核として利用することにより、ＨＡＺ組織の粗大化を抑制して靭性を向上させた鋼材が記載されている。
【0008】
更にまた、国際公開第２０１１／１４８７５４号（特許文献１１）、特開２００９－１７４０５９号公報（特許文献１２）には、微細なＴｉＮ粒子を鋼中に分散させ、ＴｉＮ粒子のピン止め効果により溶接時のγ粒成長を抑制して、ＨＡＺ靭性を向上させることが可能な鋼材が記載されている。
【0009】
また、特開２０１５－７２６４号公報（特許文献１３）、特開２０１２－５２２２４号公報（特許文献１４）には、微細なＡｌＭｎ系の酸化物粒子を鋼中に分散させることにより、溶接時のγ粒成長を抑制して、ＨＡＺ靭性を向上させることが可能な鋼材が記載されている。
【0010】
更にまた、国際公開第２０１５／０７５７７１号（特許文献１５）、特開２０１５－９８６４２号公報（特許文献１６）、国際公開第２０１４／１９９４８８号（特許文献１７）には、ＴｉＮ粒子、ＭｎＳ粒子及びこれらの複合粒子やＴｉ酸化物粒子を鋼中に分散させ、これらの粒子をフェライト変態核として利用することにより、ＨＡＺ組織の粗大化を抑制して靭性を向上させた鋼材が記載されている。
【0011】
特開２００１－８９８２５号公報（特許文献１８）にはＨＡＺ靭性を高めるためにＭｇを含む酸化物の微細化を利用し、Ｂｉを任意成分として含む鋼材が記載されている。特開２００７－１００２０３号公報（特許文献１９）には、γ粒成長を抑制するために、Ｍｇ及びＡｇを含有し、又は、更にＢｉを含有する鋼材が記載されている。特開２０１１－２１８３７０号公報（特許文献２０）には、凝固組織を微細化するためにＢｉを含有する鋼材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【文献】国際公開第２０１４／０９１６０４号
【文献】日本国特開２０１３－２０４１１８号公報
【文献】日本国特開２００２－３９８６号公報
【文献】国際公開第２００１／０２７３４２号
【文献】日本国特開２０００－８０４３７号公報
【文献】日本国特開２０００－８０４３６号公報
【文献】日本国特開平１１－２３６６４５号公報
【文献】日本国特開２００１－３４２５３７号公報
【文献】日本国特開２００１－２２６７３９号公報
【文献】日本国特開２００１－２８８５０９号公報
【文献】国際公開第２０１１／１４８７５４号
【文献】日本国特開２００９－１７４０５９号公報
【文献】日本国特開２０１５－７２６４号公報
【文献】日本国特開２０１２－５２２２４号公報
【文献】国際公開第２０１５／０７５７７１号
【文献】日本国特開２０１５－９８６４２号公報
【文献】国際公開第２０１４／１９９４８８号
【文献】日本国特開２００１－８９８２５号公報
【文献】日本国特開２００７－１００２０３号公報
【文献】日本国特開２０１１－２１８３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
これらの技術によって製造された鋼材であっても、ＨＡＺの微細化効果は得られる。しかしながら、より厳しい溶接条件であっても優れた溶接性が得られる鋼材が求められている。
本発明の課題は、溶接後においても良好なＨＡＺ靭性を有する鋼材を提供することである。
本発明の課題は、溶接後においても良好なＨＡＺ靭性を有する鋼材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
発明者が鋭意検討したところ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ又はＴｅといった元素（以下、これらをＸ元素と称する場合がある）を鋼中に含有させるとともに、製鋼工程における製造条件を最適化することで、微細な粒子が多量に生成し、鋼材のＨＡＺ靭性が向上することを見出した。本発明の要旨は以下のとおりである。
【0015】
［１］質量％で、
Ｃ：０．０１～０．２０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１～２．５％、
Ｍｇ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．０１５～０．５００％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００３０％未満、
Ｃｕ：０～２．０％、
Ｎｉ：０～２．０％、
Ｃｒ：０～２．０％、
Ｍｏ：０～１．０％、
Ｎｂ：０～０．１０％、
Ｗ：０～２．０％、
Ｖ：０～０．２０％、
Ｂ：０～０．０１０％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ａｇ：０～０．１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
ＲＥＭ：０～０．０１０％、
Ｓｎ：０～０．５０％、
Ｓｂ：０～０．５０％
を含有し、更に、
Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種又は２種以上の合計含有量である［Ｘｔｏｔａｌ］が０．０００１～０．０１００％であり、残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記［Ｘｔｏｔａｌ］と、Ｃａ、Ｏ、Ｓの含有量と、で構成される下記式（１）、式（２）、式（３）の何れかによって求められる［Ｘｔｏｔａｌ ＊］が０．０００１～０．００５０％である鋼材であって、前記鋼材の表面から前記鋼材の厚さの１／４厚の位置において、
Ｃａ，Ｍｇ，Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上であることを特徴とする鋼材。
前記［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は、｛［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］｝のときは、式（１）で表され、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（２）で表され、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（３）で表される。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８） … 式（３）、
前記式（２）、（３）において、
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）である。
Ｃ：０．０１～０．２０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１～２．５％、
Ｍｇ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．０１５～０．５００％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００３０％未満、
Ｃｕ：０～２．０％、
Ｎｉ：０～２．０％、
Ｃｒ：０～２．０％、
Ｍｏ：０～１．０％、
Ｎｂ：０～０．１０％、
Ｗ：０～２．０％、
Ｖ：０～０．２０％、
Ｂ：０～０．０１０％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ａｇ：０～０．１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
ＲＥＭ：０～０．０１０％、
Ｓｎ：０～０．５０％、
Ｓｂ：０～０．５０％
を含有し、更に、
Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種又は２種以上の合計含有量である［Ｘｔｏｔａｌ］が０．０００１～０．０１００％であり、残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記［Ｘｔｏｔａｌ］と、Ｃａ、Ｏ、Ｓの含有量と、で構成される下記式（１）、式（２）、式（３）の何れかによって求められる［Ｘｔｏｔａｌ ＊］が０．０００１～０．００５０％である鋼材であって、前記鋼材の表面から前記鋼材の厚さの１／４厚の位置において、
Ｃａ，Ｍｇ，Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上であることを特徴とする鋼材。
前記［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は、｛［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］｝のときは、式（１）で表され、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（２）で表され、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（３）で表される。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８） … 式（３）、
前記式（２）、（３）において、
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）である。
【0016】
［２］質量％で、
Ｃｕ：０．０２～２．０％、
Ｎｉ：０．０２～２．０％、
Ｃｒ：０．０２～２．０％、
Ｍｏ：０．０２～１．０％、
Ｎｂ：０．０１～０．１０％、
Ｗ：０．０１～２．０％、
Ｖ：０．０１～０．２０％、
Ｂ：０．０００３～０．０１０％、
Ｔｉ：０．００５～０．１００％、
Ｚｒ：０．０１～０．１０％、
Ｔａ：０．０１～０．１０％、
Ａｇ：０．０１～０．１０％、
Ｈｆ：０．０１～０．１０％
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記［１］に記載の鋼材。
Ｃｕ：０．０２～２．０％、
Ｎｉ：０．０２～２．０％、
Ｃｒ：０．０２～２．０％、
Ｍｏ：０．０２～１．０％、
Ｎｂ：０．０１～０．１０％、
Ｗ：０．０１～２．０％、
Ｖ：０．０１～０．２０％、
Ｂ：０．０００３～０．０１０％、
Ｔｉ：０．００５～０．１００％、
Ｚｒ：０．０１～０．１０％、
Ｔａ：０．０１～０．１０％、
Ａｇ：０．０１～０．１０％、
Ｈｆ：０．０１～０．１０％
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記［１］に記載の鋼材。
【0017】
［３］質量％で、
Ｃａ：０．０００１～０．０１００％、
ＲＥＭ：０．００１～０．０１０％
の一方又は両方を含有することを特徴とする上記［１］又は［２］記載の鋼材。
Ｃａ：０．０００１～０．０１００％、
ＲＥＭ：０．００１～０．０１０％
の一方又は両方を含有することを特徴とする上記［１］又は［２］記載の鋼材。
【0018】
［４］質量％で、
Ｓｎ：０．０１～０．５０％、
Ｓｂ：０．０１～０．５０％
の一方又は両方を含有することを特徴とする上記［１］～［３］の何れか１項に記載の鋼材。
Ｓｎ：０．０１～０．５０％、
Ｓｂ：０．０１～０．５０％
の一方又は両方を含有することを特徴とする上記［１］～［３］の何れか１項に記載の鋼材。
【0019】
［５］前記粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上の前記Ｘ元素を含む粒子の個数割合が３０％以上であることを特徴とする上記［１］～［４］の何れか１項に記載の鋼材。
【0020】
［６］前記粒子のうち、外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上の前記Ｘ元素を含む領域が存在する粒子の個数割合が３０％以上であることを特徴とする上記［１］～［５］の何れか１項に記載の鋼材。
【0021】
［７］前記粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上の前記Ｘ元素を外周の５０％以上の領域に含む粒子の個数割合が３０％以上であることを特徴とする上記［６］に記載の鋼材
【0022】
［８］Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ、円相当径が０．０１～０．１０μｍである前記粒子の個数密度が１．０×１０７～１．０×１０１１個／ｍｍ３であることを特徴とする上記［１］～［７］の何れか１項に記載の鋼材。
【発明の効果】
【0023】
本発明の鋼材によれば、溶接後においても良好なＨＡＺ靭性を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】第一の実施形態における［Ｘｔｏｔａｌ
＊］と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。
【図2】第二の実施形態における［Ｘｔｏｔａｌ
＊］と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。
【図3】第二の実施形態における鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子（Ｘ含有粒子１）の個数割合と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。
【図4】第三の実施形態における［Ｘｔｏｔａｌ
＊］と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。
【図5】第三の実施形態における鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在する粒子（Ｘ含有粒子２）の個数割合と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示すグラフである。
【図6】第四の実施形態における［Ｘｔｏｔａｌ
＊］と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。
【図7】第四の実施形態における鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を外周の５０％以上の領域に含む粒子（Ｘ含有粒子３）の個数割合と再現熱サイクル試験後の靭性との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
第一の実施形態に係る鋼材は、Ａｌ、Ｍｇによる脱酸を含む製造方法により製造される鋼材であることを前提とする。本発明者らは、ＨＡＺの組織と靭性との関係に関する詳細な調査・研究を実施した。その結果、ＨＡＺ靭性の向上にはＨＡＺのオーステナイト粒を著しく微細化（細粒化）する必要があることを見出した。オーステナイト粒の微細化には鋼中粒子によるピン止め効果を利用することが有効である。しかし、溶接入熱や使用される温度によっては、ピン止め効果を利用する、ＨＡＺのオーステナイト粒の微細化による靭性の向上の効果は限られたものであった。
【0026】
本発明者らは、上記の事情に鑑み、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ又はＴｅからなる群から選択される１種又は２種以上のＸ元素を鋼中に含有させ、Ｘ元素がＨＡＺの靭性向上に寄与する有効Ｘｔｏｔａｌ［Ｘｔｏｔａｌ
＊］について検討を行った。更に、製鋼工程における製造条件を最適化することによって、所定量以上のＭｇを含む所定の大きさの粒子を鋼中に所定範囲の個数密度となるように生成させる条件についても検討を行った。また、その生成条件に加え、Ｘ元素がＨＡＺの靭性向上に寄与する条件についても検討を行った。ＨＡＺの靭性は、鋼材から採取した試料に、溶接を再現する熱履歴（溶接入熱４５０ｋＪ／ｃｍに相当）を与える再現熱サイクル試験を行って評価した。具体的には、再現熱サイクル試験後、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２００５に準拠して、試験数を３として－４０℃～－３０℃でシャルピー吸収エネルギーを測定し、最低値でＨＡＺ靭性を評価した。
【0027】
［Ｘｔｏｔａｌ
＊］は、Ｃａの酸化物、硫化物、酸・硫化物の生成と相関がある指標で、図１、図２、図４、図６に示すように、０．０００１～０．００５０％（１～５０ｐｐｍ）にすることで、ＨＡＺの靭性の向上の効果が顕著になることがわかった。ここで、［Ｘｔｏｔａｌ
＊］は、｛［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］｝のときは、式（１）で表され、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（２）で表され、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（３）で表される。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８） … 式（３）。
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、前記式（２）、（３）において、
ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］） ／（ ［Ｐｂ］／ ２０７＋ ［Ｂｉ］／ ２０９＋ ［Ｓｅ］／ ７９＋ ［Ｔｅ］／ １２８）である。なお、上記式（２）、（３）において、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］の値が負になる場合は［Ｘｔｏｔａｌ ＊］の値を０とする。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８） … 式（３）。
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、前記式（２）、（３）において、
ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］） ／（ ［Ｐｂ］／ ２０７＋ ［Ｂｉ］／ ２０９＋ ［Ｓｅ］／ ７９＋ ［Ｔｅ］／ １２８）である。なお、上記式（２）、（３）において、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］の値が負になる場合は［Ｘｔｏｔａｌ ＊］の値を０とする。
【0028】
更に、ＨＡＺの靭性の向上に寄与する微細な粒子について、後述するように、電子顕微鏡を用いて検討を行った。その結果、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上となるよう生成させることで、ＨＡＺ靭性の更なる向上が可能になることを新規に知見した。さらに、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ、円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度が１．０×１０７／ｍｍ３以上であり、それらの粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子の個数割合が３０％以上であると、図３に示すように、前述のＭｇを含有する粒子を含む場合よりもＨＡＺ靭性が更に向上することを知見した。
そして、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上であり、それらの粒子のうち、粒子の外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上Ｘ元素を含む領域が存在するＸ含有粒子の個数割合が３０％以上であると、図５に示すように、前述のＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子の個数割合が３０％以上である場合よりもＨＡＺ靭性が更に向上することを知見した。
また、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上であり、それらの粒子の内、粒子の外周の５０％以上の領域でＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子の個数割合が３０％以上であると、図７に示すように、前述の外周の一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在する粒子の個数割合が３０％以上である場合よりもＨＡＺ靭性が更に向上することを知見した。なお、本明細書では、円相当径とは、測定された粒子の投影面積と等しい面積をもつ円の直径を指すものとし、具体的には以下の式によって導出する。
円相当径＝ √ ｛４×（当該粒子の面積）÷π｝
そして、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上であり、それらの粒子のうち、粒子の外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上Ｘ元素を含む領域が存在するＸ含有粒子の個数割合が３０％以上であると、図５に示すように、前述のＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子の個数割合が３０％以上である場合よりもＨＡＺ靭性が更に向上することを知見した。
また、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上であり、それらの粒子の内、粒子の外周の５０％以上の領域でＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子の個数割合が３０％以上であると、図７に示すように、前述の外周の一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在する粒子の個数割合が３０％以上である場合よりもＨＡＺ靭性が更に向上することを知見した。なお、本明細書では、円相当径とは、測定された粒子の投影面積と等しい面積をもつ円の直径を指すものとし、具体的には以下の式によって導出する。
円相当径＝ √ ｛４×（当該粒子の面積）÷π｝
【0029】
（第一の実施形態）
以下、第一の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
以下、第一の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
【0030】
まず、第一の実施形態に係る鋼材の化学成分について説明する。
第一の実施形態に係る鋼材は、質量％で、Ｃ：０．０１～０．２０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．１～２．５％、Ｍｇ：０．０００５～０．０１００％、Ａｌ：０．０１５～０．５００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０．００３０％未満、Ｃｕ：０～２．０％、Ｎｉ：０～２．０％、Ｃｒ：０～２．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ｎｂ：０～０．１０％、Ｗ：０～２．０％、Ｖ：０～０．２０％、Ｂ：０～０．０１０％、Ｔｉ：０～０．１００％、Ｚｒ：０～０．１０％、Ｔａ：０～０．１０％、Ａｇ：０～０．１０％、Ｈｆ：０～０．１０％、Ｃａ：０～０．０１００％、ＲＥＭ：０～０．０１０％、Ｓｎ：０～０．５０％、Ｓｂ：０～０．５０％を含有し、更に、Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種又は２種以上の合計含有量が、０．０００１～０．０１００％であり、残部がＦｅ及び不純物からなる。
第一の実施形態に係る鋼材は、質量％で、Ｃ：０．０１～０．２０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．１～２．５％、Ｍｇ：０．０００５～０．０１００％、Ａｌ：０．０１５～０．５００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０．００３０％未満、Ｃｕ：０～２．０％、Ｎｉ：０～２．０％、Ｃｒ：０～２．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ｎｂ：０～０．１０％、Ｗ：０～２．０％、Ｖ：０～０．２０％、Ｂ：０～０．０１０％、Ｔｉ：０～０．１００％、Ｚｒ：０～０．１０％、Ｔａ：０～０．１０％、Ａｇ：０～０．１０％、Ｈｆ：０～０．１０％、Ｃａ：０～０．０１００％、ＲＥＭ：０～０．０１０％、Ｓｎ：０～０．５０％、Ｓｂ：０～０．５０％を含有し、更に、Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種又は２種以上の合計含有量が、０．０００１～０．０１００％であり、残部がＦｅ及び不純物からなる。
【0031】
なお、以下の化学成分の説明では、質量％を％と表記する。また、以下の説明において元素含有量の上限値と下限値を「～」で結んで範囲表示する場合、特に注釈しない限り、上限値と下限値を含む範囲を意味する。したがって、質量％で０．０１～０．２０％と表記した場合、その範囲は０．０１質量％以上、０．２０質量％以下の範囲を意味する。
【0032】
Ｃ：０．０１～０．２０％
Ｃは、母材の強度を上昇させる元素である。Ｃ含有量が０．０１％未満では母材強度の向上効果が小さいので０．０１％以上を下限とした。より好ましいＣ含有量の下限は０．０６％以上である。一方、Ｃ含有量が０．２０％を超えて含有すると、脆性破壊の起点となるセメンタイトやマルテンサイトとオーステナイトの混成物（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ－Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ：ＭＡという。）が増加するため、ＨＡＺ靭性が低下する。したがって、Ｃ含有量の上限を０．２０％以下とする。特に、大入熱溶接のＨＡＺ靭性や低温靭性に対しては、比較的少量の小さなセメンタイトやＭＡでも脆性破壊の起点となりやすくＨＡＺ靭性を低下させる場合があるため、Ｃ含有量の上限については厳格に規制することが好ましい。Ｃ含有量の上限は、好ましくは０．１５％以下であり、より好ましく０．１３％以下であり、より一層好ましくは０．１０％以下であり、更に好ましくは０．０８％以下である。
Ｃは、母材の強度を上昇させる元素である。Ｃ含有量が０．０１％未満では母材強度の向上効果が小さいので０．０１％以上を下限とした。より好ましいＣ含有量の下限は０．０６％以上である。一方、Ｃ含有量が０．２０％を超えて含有すると、脆性破壊の起点となるセメンタイトやマルテンサイトとオーステナイトの混成物（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ－Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ：ＭＡという。）が増加するため、ＨＡＺ靭性が低下する。したがって、Ｃ含有量の上限を０．２０％以下とする。特に、大入熱溶接のＨＡＺ靭性や低温靭性に対しては、比較的少量の小さなセメンタイトやＭＡでも脆性破壊の起点となりやすくＨＡＺ靭性を低下させる場合があるため、Ｃ含有量の上限については厳格に規制することが好ましい。Ｃ含有量の上限は、好ましくは０．１５％以下であり、より好ましく０．１３％以下であり、より一層好ましくは０．１０％以下であり、更に好ましくは０．０８％以下である。
【0033】
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは、脱酸剤として機能し、強度の上昇にも寄与するが、過剰に含有させるとＨＡＺのミクロ組織中に硬質な脆化組織であるＭＡが生成しやすくなる。このＭＡは、ＨＡＺの靭性を劣化させるため、Ｓｉの含有量を制限することが望ましいが、１．００％以下であれば、Ｓｉを意図的に含有させてもよい。Ｓｉ含有量の上限は、好ましくは０．５０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。ＨＡＺ靭性の向上のためにはＳｉ含有量は少ないほうが望ましいので、下限を特に制限する必要はなく、その下限は０％以上である。ただし、０．０３％未満へのＳｉ含有量の低減はコスト上昇を伴う場合があり、その場合には０．０３％以上を下限とすることが望ましい。
Ｓｉは、脱酸剤として機能し、強度の上昇にも寄与するが、過剰に含有させるとＨＡＺのミクロ組織中に硬質な脆化組織であるＭＡが生成しやすくなる。このＭＡは、ＨＡＺの靭性を劣化させるため、Ｓｉの含有量を制限することが望ましいが、１．００％以下であれば、Ｓｉを意図的に含有させてもよい。Ｓｉ含有量の上限は、好ましくは０．５０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。ＨＡＺ靭性の向上のためにはＳｉ含有量は少ないほうが望ましいので、下限を特に制限する必要はなく、その下限は０％以上である。ただし、０．０３％未満へのＳｉ含有量の低減はコスト上昇を伴う場合があり、その場合には０．０３％以上を下限とすることが望ましい。
【0034】
Ｍｎ：０．１～２．５％
Ｍｎは、母材の強度、靭性の確保に有効な成分として０．１％以上を含有させることが必要である。強度確保のため、より好ましいＭｎ含有量の下限は０．３％以上、更に好ましくは０．４％以上、より一層好ましくは０．５％以上である。多量のＭｎの含有は偏析や硬質相の生成に繋がり、ＨＡＺ靭性を低下させる。これらを許容できる範囲で上限を２．５％以下とした。Ｍｎ含有量のより好ましい上限は２．３％以下、更に好ましくは２．０％以下である。
Ｍｎは、母材の強度、靭性の確保に有効な成分として０．１％以上を含有させることが必要である。強度確保のため、より好ましいＭｎ含有量の下限は０．３％以上、更に好ましくは０．４％以上、より一層好ましくは０．５％以上である。多量のＭｎの含有は偏析や硬質相の生成に繋がり、ＨＡＺ靭性を低下させる。これらを許容できる範囲で上限を２．５％以下とした。Ｍｎ含有量のより好ましい上限は２．３％以下、更に好ましくは２．０％以下である。
【0035】
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、粒界脆化をもたらし、靭性に有害な元素である。そのため、Ｐ含有量は少ないほうが望ましい。０．０２０％超のＰを含有すると、ＨＡＺのオーステナイト粒を微細化してもＨＡＺ靭性が低下するのでＰ含有量の上限を０．０２０％以下に制限する。好ましくは、０．０１０％以下、更に好ましくは、０．００８％以下である。Ｐ含有量の下限を特に制限する必要はないが、Ｐ含有量を０％にするのは、技術的に容易ではないので、その下限を０％超としてもよい。Ｐ含有量の下限は０．００１％以上であってもよい。
Ｐは、粒界脆化をもたらし、靭性に有害な元素である。そのため、Ｐ含有量は少ないほうが望ましい。０．０２０％超のＰを含有すると、ＨＡＺのオーステナイト粒を微細化してもＨＡＺ靭性が低下するのでＰ含有量の上限を０．０２０％以下に制限する。好ましくは、０．０１０％以下、更に好ましくは、０．００８％以下である。Ｐ含有量の下限を特に制限する必要はないが、Ｐ含有量を０％にするのは、技術的に容易ではないので、その下限を０％超としてもよい。Ｐ含有量の下限は０．００１％以上であってもよい。
【0036】
Ｓ：０．０２０％以下
Ｓは、Ｍｇを含むピンニング粒子を形成し、ＨＡＺ靭性の改善に寄与する元素である。０．０２０％超のＳを含有すると、ピンニング粒子の高温での安定性が低下し、ＨＡＺ靭性の向上の効果が十分に得られなくなる可能性がある。したがって、Ｓ含有量の上限を０．０２０％以下とする。好ましいＳ含有量の上限は０．０１５％以下である。ＨＡＺ靭性向上のため、Ｓ含有量の上限を０．０１０％以下、０．００８％以下としてもよい。Ｓ含有量の下限を特に制限する必要はないが、Ｓ含有量を０％にするのは、技術的に容易ではないので、その下限を０％超としてもよい。一方、ピンニングに寄与する粒子の量を増加させるために、Ｓ含有量の下限は０．００２０％以上が好ましい。より多量の粒子を生成させるため、Ｓ含有量の下限を０．００２５％以上、又は、０．００３０％以上としてもよい。
Ｓは、Ｍｇを含むピンニング粒子を形成し、ＨＡＺ靭性の改善に寄与する元素である。０．０２０％超のＳを含有すると、ピンニング粒子の高温での安定性が低下し、ＨＡＺ靭性の向上の効果が十分に得られなくなる可能性がある。したがって、Ｓ含有量の上限を０．０２０％以下とする。好ましいＳ含有量の上限は０．０１５％以下である。ＨＡＺ靭性向上のため、Ｓ含有量の上限を０．０１０％以下、０．００８％以下としてもよい。Ｓ含有量の下限を特に制限する必要はないが、Ｓ含有量を０％にするのは、技術的に容易ではないので、その下限を０％超としてもよい。一方、ピンニングに寄与する粒子の量を増加させるために、Ｓ含有量の下限は０．００２０％以上が好ましい。より多量の粒子を生成させるため、Ｓ含有量の下限を０．００２５％以上、又は、０．００３０％以上としてもよい。
【0037】
Ｍｇ：０．０００５～０．０１００％
Ｍｇは、ピンニング粒子を形成し、ＨＡＺ靭性の改善に寄与する重要な元素である。Ｍｇ含有量が０．０００５％未満では、十分な数の粒子が得られない可能性があるため、下限を０．０００５％以上とする。より多量の粒子を生成させるために、好ましくはＭｇ含有量の下限を０．０００７％以上、より好ましくは０．０００８％以上、より一層好ましくは０．００１０％以上とする。一方、Ｍｇ含有量が０．０１００％を超えても、ＨＡＺ靭性を向上させる効果は飽和し、経済性を損なう。そのためＭｇ含有量の上限を０．０１００％以下とする。Ｍｇ含有量の上限は０．００８０％以下又は０．００５０％以下としてもよい。
Ｍｇは、ピンニング粒子を形成し、ＨＡＺ靭性の改善に寄与する重要な元素である。Ｍｇ含有量が０．０００５％未満では、十分な数の粒子が得られない可能性があるため、下限を０．０００５％以上とする。より多量の粒子を生成させるために、好ましくはＭｇ含有量の下限を０．０００７％以上、より好ましくは０．０００８％以上、より一層好ましくは０．００１０％以上とする。一方、Ｍｇ含有量が０．０１００％を超えても、ＨＡＺ靭性を向上させる効果は飽和し、経済性を損なう。そのためＭｇ含有量の上限を０．０１００％以下とする。Ｍｇ含有量の上限は０．００８０％以下又は０．００５０％以下としてもよい。
【0038】
Ａｌ：０．０１５～０．５００％
Ａｌは、脱酸剤として機能し、溶鋼の溶存酸素量を減少させる元素である。Ａｌ含有量の下限は、ピンニング粒子の生成を促進させるために０．０１５％以上とする。好ましいＡｌ含有量の下限は０．０２０％以上、より好ましくは０．０３０％以上である。ただし、Ａｌを過剰に含有させると、ＨＡＺ靭性が劣化するため、Ａｌ含有量の上限を０．５００％以下とする。好ましいＡｌ含有量の上限は０．３００％以下である。ＨＡＺ靭性を改善するため、Ａｌ含有量の上限を０．１５０％以下、０．１００％以下、又は、０．０８０％以下としてもよい。
Ａｌは、脱酸剤として機能し、溶鋼の溶存酸素量を減少させる元素である。Ａｌ含有量の下限は、ピンニング粒子の生成を促進させるために０．０１５％以上とする。好ましいＡｌ含有量の下限は０．０２０％以上、より好ましくは０．０３０％以上である。ただし、Ａｌを過剰に含有させると、ＨＡＺ靭性が劣化するため、Ａｌ含有量の上限を０．５００％以下とする。好ましいＡｌ含有量の上限は０．３００％以下である。ＨＡＺ靭性を改善するため、Ａｌ含有量の上限を０．１５０％以下、０．１００％以下、又は、０．０８０％以下としてもよい。
【0039】
Ｎ：０．０１００％以下
Ｎは、窒化物を形成する元素であり、Ｎ含有量が多いと粗大なＡｌＮやＴｉＮなどの窒化物を生成しやすくなる。これらの粗大な粒子は、脆性破壊の発生起点となり、ＨＡＺ靭性の低下を招く場合がある。そのためＮ含有量の上限を０．０１００％以下とする。Ｎ含有量の好ましい上限は０．００７０％以下であり、より好ましくは０．００５０％以下である。Ｎ含有量は少ないほうが望ましいが、０．００２０％未満へのＮ含有量の低減はコスト上昇を伴う場合があるので、０．００２０％以上を下限としてもよい。Ｎ含有量の下限は０．００３０％以上であってもよい。
Ｎは、窒化物を形成する元素であり、Ｎ含有量が多いと粗大なＡｌＮやＴｉＮなどの窒化物を生成しやすくなる。これらの粗大な粒子は、脆性破壊の発生起点となり、ＨＡＺ靭性の低下を招く場合がある。そのためＮ含有量の上限を０．０１００％以下とする。Ｎ含有量の好ましい上限は０．００７０％以下であり、より好ましくは０．００５０％以下である。Ｎ含有量は少ないほうが望ましいが、０．００２０％未満へのＮ含有量の低減はコスト上昇を伴う場合があるので、０．００２０％以上を下限としてもよい。Ｎ含有量の下限は０．００３０％以上であってもよい。
【0040】
Ｏ：０．００３０％未満
Ｏは、酸化物を形成する元素であり、含有量が多いと粗大な酸化物が生成しやすくなる。粗大な酸化物は破壊の発生起点となり、ＨＡＺ靭性を低下させるため、Ｏ含有量の上限を０．００３０％未満とする。好ましいＯ含有量の上限は０．００２８％であり、より好ましくは０．００２５％以下、より一層好ましくは０．００２２％である。一方、０．０００１％未満へのＯ含有量の低減はコスト上昇につながるため、好ましくない。５原子％以上のＭｇを含有し、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子を、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上となるように生成させるためには、０．０００１％以上のＯを含有することが好ましい。微細な粒子をより生成させるために、Ｏ含有量の下限を０．０００５％以上、又は、０．００１０％以上としてもよい。
Ｏは、酸化物を形成する元素であり、含有量が多いと粗大な酸化物が生成しやすくなる。粗大な酸化物は破壊の発生起点となり、ＨＡＺ靭性を低下させるため、Ｏ含有量の上限を０．００３０％未満とする。好ましいＯ含有量の上限は０．００２８％であり、より好ましくは０．００２５％以下、より一層好ましくは０．００２２％である。一方、０．０００１％未満へのＯ含有量の低減はコスト上昇につながるため、好ましくない。５原子％以上のＭｇを含有し、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子を、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上となるように生成させるためには、０．０００１％以上のＯを含有することが好ましい。微細な粒子をより生成させるために、Ｏ含有量の下限を０．０００５％以上、又は、０．００１０％以上としてもよい。
【0041】
Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの合計含有量［Ｘtotal]：０．０００１～０．０１００％
第一の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である。Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅを含有させると、Ｍｇを含む粒子が増加し、ＨＡＺにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、ＨＡＺ靭性が向上する。Ｍｇを含む粒子の個数密度を増加させるためには、Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種又は２種以上を含有し、Ｘ元素の合計含有量（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの合計の含有量：[Ｘｔｏｔａｌ]）の下限を０．０００１％以上とする必要がある。好ましくはＸ元素の合計含有量の下限を０．０００５％以上、より好ましくは０．００１０％以上、更に好ましくは０．００２０％以上とする。それぞれのＸ元素の含有量の下限は０％であってもよく、好ましくは０．０００１％以上、より好ましくは０．０００５％以上、更に好ましくは０．００１０％以上である。Ｘ元素の効果は必ずしも明確ではないが、Ｘ元素がピンニング粒子の微細化及び増加に寄与している可能性がある。一方、これらの元素を過剰に含有させると、ＨＡＺ靭性が低下する。したがって、Ｘ元素の合計の含有量の上限を０．０１００％以下とする。Ｘ元素の合計の含有量の上限は、０．００８０％以下がより好ましく、０．００５０％以下が更に好ましく、０．００３０％以下が最も好ましい。それぞれのＸ元素の含有量の上限は０．０１００％以上が好ましい。より好ましくは０．００８０％以下であり、更に好ましくは０．００５０％以下である。
第一の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、かつ、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である。Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅを含有させると、Ｍｇを含む粒子が増加し、ＨＡＺにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、ＨＡＺ靭性が向上する。Ｍｇを含む粒子の個数密度を増加させるためには、Ｘ元素であるＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種又は２種以上を含有し、Ｘ元素の合計含有量（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの合計の含有量：[Ｘｔｏｔａｌ]）の下限を０．０００１％以上とする必要がある。好ましくはＸ元素の合計含有量の下限を０．０００５％以上、より好ましくは０．００１０％以上、更に好ましくは０．００２０％以上とする。それぞれのＸ元素の含有量の下限は０％であってもよく、好ましくは０．０００１％以上、より好ましくは０．０００５％以上、更に好ましくは０．００１０％以上である。Ｘ元素の効果は必ずしも明確ではないが、Ｘ元素がピンニング粒子の微細化及び増加に寄与している可能性がある。一方、これらの元素を過剰に含有させると、ＨＡＺ靭性が低下する。したがって、Ｘ元素の合計の含有量の上限を０．０１００％以下とする。Ｘ元素の合計の含有量の上限は、０．００８０％以下がより好ましく、０．００５０％以下が更に好ましく、０．００３０％以下が最も好ましい。それぞれのＸ元素の含有量の上限は０．０１００％以上が好ましい。より好ましくは０．００８０％以下であり、更に好ましくは０．００５０％以下である。
【0042】
第一の実施形態に係る鋼材の化学成分の残部は、鉄（Ｆｅ）及び不純物である。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分であって、第一の実施形態に係る鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。ただし、不純物のうち、Ｐ、Ｓ、Ｏ及びＮについては上述のように上限値を制限する必要がある。
【0043】
また、第一の実施形態に係る鋼材は、上記の化学成分を含むことを基本とするが、鋼材（母材）の機械特性やＨＡＺ靭性を向上させるために、必要に応じて、Ｆｅの一部に代えて更に、Ｃｕ：０～２．０％、Ｎｉ：０～２．０％、Ｃｒ：０～２．０％、Ｍｏ：０～１．０％、Ｎｂ：０～０．１０％、Ｗ：０～２．０％、Ｖ：０～０．２０％、Ｂ：０～０．０１０％、Ｔｉ：０～０．１００％、Ｚｒ：０～０．１０％、Ｔａ：０～０．１０％、Ａｇ：０～０．１０％、Ｈｆ：０～０．１０％の１種又は２種以上を含有させてもよい。ただし、これらの元素は、必須成分ではないので、これらの元素の合計量の下限は０％である。
【0044】
Ｃｕ：０～２．０％
Ｃｕは、母材の強度の上昇に有効な元素であり、Ｃｕを含有させてもよいが、２．０％を超えてＣｕを含有させるとＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｃｕ含有量の上限を２．０％以下に制限する。好ましくは、Ｃｕ含有量の上限を１．０％以下、より好ましくは、０．８％以下、より一層好ましくは０．５％以下とする。Ｃｕは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度を向上させるためには、Ｃｕ含有量の下限は０．０２％以上が好ましい。より好ましくはＣｕ含有量の下限を０．１％以上とする。
Ｃｕは、母材の強度の上昇に有効な元素であり、Ｃｕを含有させてもよいが、２．０％を超えてＣｕを含有させるとＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｃｕ含有量の上限を２．０％以下に制限する。好ましくは、Ｃｕ含有量の上限を１．０％以下、より好ましくは、０．８％以下、より一層好ましくは０．５％以下とする。Ｃｕは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度を向上させるためには、Ｃｕ含有量の下限は０．０２％以上が好ましい。より好ましくはＣｕ含有量の下限を０．１％以上とする。
【0045】
Ｎｉ：０～２．０％
Ｎｉは、靭性及び強度の改善に有効な元素であり、Ｎｉを含有させてもよい。ただし、２．０％を超えてＮｉを含有させても効果が飽和するため、経済性の観点からＮｉ含有量の上限を２．０％以下に制限する。好ましくはＮｉ含有量の上限を１．５％以下、より好ましくは１．０％以下、より一層好ましくは、０．７％以下とする。Ｎｉは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度を向上させるためには、Ｎｉ含有量の下限は０．０２％以上が好ましい。より好ましくはＮｉ含有量の下限を０．１％以上とする。
Ｎｉは、靭性及び強度の改善に有効な元素であり、Ｎｉを含有させてもよい。ただし、２．０％を超えてＮｉを含有させても効果が飽和するため、経済性の観点からＮｉ含有量の上限を２．０％以下に制限する。好ましくはＮｉ含有量の上限を１．５％以下、より好ましくは１．０％以下、より一層好ましくは、０．７％以下とする。Ｎｉは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度を向上させるためには、Ｎｉ含有量の下限は０．０２％以上が好ましい。より好ましくはＮｉ含有量の下限を０．１％以上とする。
【0046】
Ｃｒ：０～２．０％
Ｃｒは、焼入れ性の向上や析出強化によって母材の強度を上昇させる元素であり、Ｃｒを含有させてもよい。ただし、２．０％を超えてＣｒを含有させると、ＨＡＺにＭＡが生成しやすくなり、ＨＡＺ靭性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量を２．０％以下に制限する。好ましくはＣｒ含有量の上限を１．０％以下、より好ましくは０．５％以下とする。Ｃｒは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度を向上させるためには、Ｃｒ含有量の下限は０．０２％以上が好ましい。より好ましくはＣｒ含有量の下限を０．１％以上とする。
Ｃｒは、焼入れ性の向上や析出強化によって母材の強度を上昇させる元素であり、Ｃｒを含有させてもよい。ただし、２．０％を超えてＣｒを含有させると、ＨＡＺにＭＡが生成しやすくなり、ＨＡＺ靭性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量を２．０％以下に制限する。好ましくはＣｒ含有量の上限を１．０％以下、より好ましくは０．５％以下とする。Ｃｒは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度を向上させるためには、Ｃｒ含有量の下限は０．０２％以上が好ましい。より好ましくはＣｒ含有量の下限を０．１％以上とする。
【0047】
Ｍｏ：０～１．０％
Ｍｏは、焼入れ性を向上させて、母材の強度を上昇させる元素であり、Ｍｏを含有させてもよい。ただし、１．０％を超えてＭｏを含有させると、ＨＡＺに硬質組織が生成し、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｍｏ含有量の上限を１．０％以下に制限する。好ましくはＭｏ含有量の上限を０．５％以下、より好ましくは０．３％以下とする。Ｍｏは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度の向上のためにはＭｏ含有量の下限は０．０２％以上が好ましい。より好ましくはＭｏ含有量の下限を０．１％以上とする。
Ｍｏは、焼入れ性を向上させて、母材の強度を上昇させる元素であり、Ｍｏを含有させてもよい。ただし、１．０％を超えてＭｏを含有させると、ＨＡＺに硬質組織が生成し、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｍｏ含有量の上限を１．０％以下に制限する。好ましくはＭｏ含有量の上限を０．５％以下、より好ましくは０．３％以下とする。Ｍｏは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度の向上のためにはＭｏ含有量の下限は０．０２％以上が好ましい。より好ましくはＭｏ含有量の下限を０．１％以上とする。
【0048】
Ｎｂ：０～０．１０％
Ｎｂは、焼入れ性を向上させる元素であり、また、析出物の生成や再結晶の抑制によって組織の微細化にも寄与する。母材の強度を上昇させるとともに、母材の靭性や生産性等を改善するためにＮｂを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＮｂを含有させるとＨＡＺに硬質組織や介在物が生成し、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｎｂ含有量を０．１０％以下に制限する。好ましくはＮｂ含有量を０．０５％以下、より好ましくは０．０４％以下とする。Ｎｂは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限は特に制限する必要がなく、０％以上であってもよい。母材の強度及び靭性の向上や経済性のためにはＮｂ含有量は０．０１％以上が好ましい。
Ｎｂは、焼入れ性を向上させる元素であり、また、析出物の生成や再結晶の抑制によって組織の微細化にも寄与する。母材の強度を上昇させるとともに、母材の靭性や生産性等を改善するためにＮｂを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＮｂを含有させるとＨＡＺに硬質組織や介在物が生成し、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｎｂ含有量を０．１０％以下に制限する。好ましくはＮｂ含有量を０．０５％以下、より好ましくは０．０４％以下とする。Ｎｂは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限は特に制限する必要がなく、０％以上であってもよい。母材の強度及び靭性の向上や経済性のためにはＮｂ含有量は０．０１％以上が好ましい。
【0049】
Ｗ：０～２．０％
Ｗは、焼入れ性の向上や析出強化に寄与する元素であり、母材の強度を上昇させ、靭性を向上させるために、Ｗを含有させてもよい。しかし、２．０％を超えてＷを含有させるとＨＡＺに硬質組織が生成し、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｗ含有量を２．０％以下に制限する。好ましくはＷ含有量を１．０％以下、より好ましくは０．５％以下とする。Ｗは、溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限は特に制限する必要がなく、０％以上であってもよい。母材の強度及び靭性の向上のためにはＷ含有量は０．０１％以上が好ましい。
Ｗは、焼入れ性の向上や析出強化に寄与する元素であり、母材の強度を上昇させ、靭性を向上させるために、Ｗを含有させてもよい。しかし、２．０％を超えてＷを含有させるとＨＡＺに硬質組織が生成し、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｗ含有量を２．０％以下に制限する。好ましくはＷ含有量を１．０％以下、より好ましくは０．５％以下とする。Ｗは、溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限は特に制限する必要がなく、０％以上であってもよい。母材の強度及び靭性の向上のためにはＷ含有量は０．０１％以上が好ましい。
【0050】
Ｖ：０～０．２０％
Ｖは、焼入れ性を向上させる元素であり、また、炭化物や窒化物を形成し、母材の強度の上昇に有効な元素であるため、Ｖを含有させてもよい。しかし、０．２０％を超えてＶを含有させるとＨＡＺにおける炭窒化物の析出が顕著になり、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｖ含有量を０．２０％以下に制限する。好ましくはＶ含有量を０．１０％以下とする。Ｖは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度を向上させるためにはＶ含有量は０．０１％以上が好ましい。
Ｖは、焼入れ性を向上させる元素であり、また、炭化物や窒化物を形成し、母材の強度の上昇に有効な元素であるため、Ｖを含有させてもよい。しかし、０．２０％を超えてＶを含有させるとＨＡＺにおける炭窒化物の析出が顕著になり、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｖ含有量を０．２０％以下に制限する。好ましくはＶ含有量を０．１０％以下とする。Ｖは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。母材の強度を向上させるためにはＶ含有量は０．０１％以上が好ましい。
【0051】
Ｂ：０～０．０１０％
Ｂは、焼き入れ性を顕著に高めて母材やＨＡＺの強度、靭性を向上させる元素であり、Ｂを含有させてもよい。しかし、０．０１０％を超えてＢを含有させるとＨＡＺ靭性や溶接性が劣化することがあるので、Ｂ含有量の上限を０．０１０％以下に制限する。好ましいＢ含有量の上限は０．００７％以下であり、より好ましくは０．００５％以下である。Ｂ含有量の下限は０％以上であってもよいが、強度の上昇の効果を得るために、Ｂ含有量の下限は０．０００３％以上が好ましい。より好ましくはＢ含有量の下限を０．０００５％以上、より一層好ましくは０．００１％以上とする。
Ｂは、焼き入れ性を顕著に高めて母材やＨＡＺの強度、靭性を向上させる元素であり、Ｂを含有させてもよい。しかし、０．０１０％を超えてＢを含有させるとＨＡＺ靭性や溶接性が劣化することがあるので、Ｂ含有量の上限を０．０１０％以下に制限する。好ましいＢ含有量の上限は０．００７％以下であり、より好ましくは０．００５％以下である。Ｂ含有量の下限は０％以上であってもよいが、強度の上昇の効果を得るために、Ｂ含有量の下限は０．０００３％以上が好ましい。より好ましくはＢ含有量の下限を０．０００５％以上、より一層好ましくは０．００１％以上とする。
【0052】
Ｔｉ：０～０．１００％
Ｔｉは、ＴｉＮを形成し、結晶粒の微細化に寄与する元素であり、強度及び靭性を向上させるためにＴｉを含有させてもよい。しかし、０．１００％を超えてＴｉを含有させると、ＴｉＣが過剰に生成してＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｔｉ含有量の上限を０．１００％以下に制限する。好ましくはＴｉ含有量の上限を０．０５０％以下、より好ましく０．０３０％以下とする。Ｔｉは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。好ましくはＴｉ含有量の下限を０．００５％以上、より好ましくは０．０１０％以上とする。
Ｔｉは、ＴｉＮを形成し、結晶粒の微細化に寄与する元素であり、強度及び靭性を向上させるためにＴｉを含有させてもよい。しかし、０．１００％を超えてＴｉを含有させると、ＴｉＣが過剰に生成してＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｔｉ含有量の上限を０．１００％以下に制限する。好ましくはＴｉ含有量の上限を０．０５０％以下、より好ましく０．０３０％以下とする。Ｔｉは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。好ましくはＴｉ含有量の下限を０．００５％以上、より好ましくは０．０１０％以上とする。
【0053】
Ｚｒ：０～０．１０％
Ｚｒは、炭化物や窒化物を形成し、母材の強度の上昇や組織の微細化に有効な元素であるため、Ｚｒを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＺｒを含有させると粗大な窒化物を形成し、靭性が低下することがあるため、Ｚｒ含有量の上限を０．１０％以下に制限する。好ましくはＺｒ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ｚｒ含有量の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよいが、母材の強度を向上させるためにはＺｒ含有量の下限は０．０１％以上が好ましい。
Ｚｒは、炭化物や窒化物を形成し、母材の強度の上昇や組織の微細化に有効な元素であるため、Ｚｒを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＺｒを含有させると粗大な窒化物を形成し、靭性が低下することがあるため、Ｚｒ含有量の上限を０．１０％以下に制限する。好ましくはＺｒ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ｚｒ含有量の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよいが、母材の強度を向上させるためにはＺｒ含有量の下限は０．０１％以上が好ましい。
【0054】
Ｔａ：０～０．１０％
Ｔａは、母材の強度と靭性を確保するために有効な元素であり、Ｔａを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＴａを含有させるとＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｔａ含有量の上限を０．１０％以下に制限する。好ましくはＴａ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ｔａは溶鋼製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ｔａ含有量の下限は０．０１％以上であってもよい。
Ｔａは、母材の強度と靭性を確保するために有効な元素であり、Ｔａを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＴａを含有させるとＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｔａ含有量の上限を０．１０％以下に制限する。好ましくはＴａ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ｔａは溶鋼製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ｔａ含有量の下限は０．０１％以上であってもよい。
【0055】
Ａｇ：０～０．１０％
Ａｇは、母材の強度の上昇及び組織の微細化に有効な元素であり、Ａｇを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＡｇを含有させるとＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ａｇ含有量の上限を０．１０％以下に制限する。好ましくはＡｇ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ａｇは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ａｇ含有量の下限は０．０１％以上であってもよい。
Ａｇは、母材の強度の上昇及び組織の微細化に有効な元素であり、Ａｇを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＡｇを含有させるとＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ａｇ含有量の上限を０．１０％以下に制限する。好ましくはＡｇ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ａｇは溶鋼の製造時にスクラップ等から不純物として混入する場合があるが、その下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ａｇ含有量の下限は０．０１％以上であってもよい。
【0056】
Ｈｆ：０～０．１０％
Ｈｆは、ピンニング粒子の生成に寄与する元素であり、Ｈｆを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＨｆを含有させるとＨＡＺに粗大な窒化物が形成され、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｈｆ含有量の上限を０．１０％以下に制限する。好ましくはＨｆ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ｈｆ含有量の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ｈｆ含有量の下限は０．０１％以上であってもよい。
Ｈｆは、ピンニング粒子の生成に寄与する元素であり、Ｈｆを含有させてもよい。しかし、０．１０％を超えてＨｆを含有させるとＨＡＺに粗大な窒化物が形成され、ＨＡＺ靭性が低下することがあるため、Ｈｆ含有量の上限を０．１０％以下に制限する。好ましくはＨｆ含有量の上限を０．０５％以下とする。Ｈｆ含有量の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ｈｆ含有量の下限は０．０１％以上であってもよい。
【0057】
また、第一の実施形態に係る鋼材は、介在物の形態を制御するために、必要に応じて、Ｆｅの一部に代えて更に、Ｃａ：０～０．０１００％、ＲＥＭ：０～０．０１０％以下の一方又は両方を含有させてもよい。
【0058】
Ｃａ：０～０．０１００％
Ｃａは、酸化物や硫化物を形成する元素であり、介在物の形態を制御するために含有させてもよい。しかし、０．０１００％を超えてＣａを含有させると粗大な酸化物を生成しやすくなるため、Ｃａ含有量の上限を０．０１００％以下に制限する。好ましくはＣａ含有量の上限を０．００６０％以下、より好ましくは０．００５０％以下、より一層好ましくは０．００４０％以下、更に好ましくは０．００３０％以下とする。ピンニング粒子の生成を促進させるためには、Ｃａ含有量の上限を０．０００５％以下に制限することが好ましい。Ｃａ含有量の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ｃａ含有量の下限は、好ましくは０．０００１％以上である。
Ｃａは、酸化物や硫化物を形成する元素であり、介在物の形態を制御するために含有させてもよい。しかし、０．０１００％を超えてＣａを含有させると粗大な酸化物を生成しやすくなるため、Ｃａ含有量の上限を０．０１００％以下に制限する。好ましくはＣａ含有量の上限を０．００６０％以下、より好ましくは０．００５０％以下、より一層好ましくは０．００４０％以下、更に好ましくは０．００３０％以下とする。ピンニング粒子の生成を促進させるためには、Ｃａ含有量の上限を０．０００５％以下に制限することが好ましい。Ｃａ含有量の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ｃａ含有量の下限は、好ましくは０．０００１％以上である。
【0059】
ＲＥＭ：０～０．０１０％
ＲＥＭは、酸化物や硫化物を形成する元素であり、介在物の形態を制御するためにＲＥＭを含有させてもよい。しかし、ＲＥＭ含有量が多いと粗大な酸化物を生成しやすくなり、ＨＡＺ靭性が低下する場合があるので、ＲＥＭ含有量の上限を０．０１０％以下に制限する。好ましくはＲＥＭ含有量の上限を０．００５％以下、より好ましくは０．００４％以下とする。ピンニング粒子を生成させるためには、ＲＥＭ含有量の上限を０．０００５％以下に制限することが好ましい。ＲＥＭ含有量の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。ＲＥＭ含有量の下限は０．００１％以上であってもよい。本発明でのＲＥＭとは、Ｌａ、Ｃｅなどのランタノイド系の元素と、Ｓｃ、Ｙとの合計１７元素の総称を指す。これらの元素の添加にあたっては、これらの元素が混在したミッシュメタルを用いても、何らその効果は変わるものではない。
ＲＥＭは、酸化物や硫化物を形成する元素であり、介在物の形態を制御するためにＲＥＭを含有させてもよい。しかし、ＲＥＭ含有量が多いと粗大な酸化物を生成しやすくなり、ＨＡＺ靭性が低下する場合があるので、ＲＥＭ含有量の上限を０．０１０％以下に制限する。好ましくはＲＥＭ含有量の上限を０．００５％以下、より好ましくは０．００４％以下とする。ピンニング粒子を生成させるためには、ＲＥＭ含有量の上限を０．０００５％以下に制限することが好ましい。ＲＥＭ含有量の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。ＲＥＭ含有量の下限は０．００１％以上であってもよい。本発明でのＲＥＭとは、Ｌａ、Ｃｅなどのランタノイド系の元素と、Ｓｃ、Ｙとの合計１７元素の総称を指す。これらの元素の添加にあたっては、これらの元素が混在したミッシュメタルを用いても、何らその効果は変わるものではない。
【0060】
また、第一の実施形態に係る鋼材は、耐食性を向上させるために、必要に応じて、Ｆｅの一部に代えて更に、Ｓｎ：０～０．５０％、Ｓｂ：０～０．５０％の一方又は両方を含有させてもよい。
【0061】
Ｓｎ：０～０．５０％、Ｓｂ：０～０．５０％
ＳｎやＳｂは、耐食性の観点などから含有させてもよいが、過剰に含有させるとＨＡＺ靭性を損なう場合がある。そのため、Ｓｎ及びＳｂの含有量は、それぞれ０．５０％以下とし、０．２０％以下であることがより好ましく、０．１０％以下であることがより一層好ましい。これらの元素の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ｓｎ及びＳｂの含有量は、それぞれ０．０１％以上であってもよい。
ＳｎやＳｂは、耐食性の観点などから含有させてもよいが、過剰に含有させるとＨＡＺ靭性を損なう場合がある。そのため、Ｓｎ及びＳｂの含有量は、それぞれ０．５０％以下とし、０．２０％以下であることがより好ましく、０．１０％以下であることがより一層好ましい。これらの元素の下限を特に制限する必要はなく、０％以上であってもよい。Ｓｎ及びＳｂの含有量は、それぞれ０．０１％以上であってもよい。
【0062】
第一の実施形態に係る鋼材の化学成分は、ＨＡＺ靭性の観点から、下記式で表される炭素当量Ｃｅｑが０．２５～０．５０の範囲であることが好ましい。Ｃｅｑが０．３０以上であると、よりＨＡＺ靭性に優れた鋼材となる。また、Ｃｅｑが０．４５以下であると、ＭＡの生成が抑制され、ＨＡＺ靭性が向上するため、より好ましい。Ｃｅｑは０．４０以下であることが更に好ましい。
【0063】
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５
式中の［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］は、それぞれ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入する。
式中の［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］は、それぞれ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入する。
【0064】
第一の実施形態に係る鋼材の化学成分においては、前記Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの含有量の合計［Ｘｔｏｔａｌ］と、前記Ｃａ、Ｏ、Ｓの含有量と、で構成される下記式（１）、式（２）、式（３）の何れかによって求められる［Ｘｔｏｔａｌ
＊］が０．０００１～０．００５０％である。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は、｛［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］｝のときは、式（１）で表され、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（２）で表され、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（３）で表される。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８）… 式（３）。
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、前記式（２）、（３）において、
ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）である。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は、｛［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］｝のときは、式（１）で表され、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（２）で表され、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（３）で表される。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８）… 式（３）。
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、前記式（２）、（３）において、
ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）である。
【0065】
［Ｘｔｏｔａｌ
＊］が０．０００１％以上であると、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が十分に高いものとなる。［Ｘｔｏｔａｌ
＊］は、０．０００５％以上であることが好ましい。また、［Ｘｔｏｔａｌ
＊］が０．００５０％以下であると、ＨＡＺ靭性に優れた鋼材となる。［Ｘｔｏｔａｌ
＊］は、０．００３５％以下であることが好ましく、０．００２０％以下であることがより好ましい。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］が上記範囲である鋼材中に５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子が所定の個数密度で存在していると、鋼材のＨＡＺ靭性の向上に寄与する。この粒子の生成に寄与するＸ元素量（質量％）である［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は以下のように考えられる。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］が上記範囲である鋼材中に５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子が所定の個数密度で存在していると、鋼材のＨＡＺ靭性の向上に寄与する。この粒子の生成に寄与するＸ元素量（質量％）である［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は以下のように考えられる。
【0066】
第一の実施形態に係る鋼材の成分組成では、酸素は、Ｃａと結合してＣａ酸化物を形成する。ここで、Ｃａ酸化物の形成に使用される酸素のことを有効Ｏとする。鋼材中のＣａ含有量がＯ含有量に対して少ない場合は、全てのＣａがＣａ酸化物となり、ＣａＳは生成されない（ケース１）。鋼材中のＣａ含有量がＯ含有量に対して多い場合、Ｃａ酸化物の形成に使用されなかったＣａ（有効Ｃａ）は、Ｓ及びＸ元素と結合してＸ元素を含むＣａＳを生成する。そして、鋼材中のＳ含有量が有効Ｃａに対して多い場合、Ｘ元素を含むＣａＳの形成量は有効Ｃａによって決定される（ケース２）。一方、鋼材中のＳ含有量が有効Ｃａに対して少ない場合、Ｘ元素を含むＣａＳの形成量はＳ含有量によって決定される（ケース３）。
【0067】
一般に、ＣａＳ系の介在物（ＣａＳを主成分とする介在物）はサイズが大きくなってしまう。具体的には、ＣａＳ系の介在物は、ほとんどが円相当径が１．０μｍ以上の粒子となる。そのため、Ｘ元素を含むＣａＳの形成に使用されたＸ元素は、ＨＡＺ靭性の向上に寄与する粒子（５原子％以上のＭｇを含む円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子）の生成に用いられない。したがって、［Ｘｔｏｔａｌ
＊］（質量％）は、鋼材中に含まれるＸ元素から、Ｘ元素を含むＣａＳの形成に使用されたＸ元素を除いたＸ元素量である。［Ｘｔｏｔａｌ
＊］は上記のケース１、ケース２、ケース３に対して、それぞれ、下記に示す式（１）、式（２）、式（３）で示される。また、Ｃａ、Ｏ、Ｓの原子量は、それぞれ、４０、１６、３２であるから、ケース１、ケース２、ケース３は、それぞれ、以下の条件式によって表現される。
ケース１：［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］ である場合。
ケース２：｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝ である場合。
ケース３：｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝ である場合。
ケース１：［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］ である場合。
ケース２：｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝ である場合。
ケース３：｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝ である場合。
【0068】
以下に［Ｘｔｏｔａｌ
＊］の式の導出過程を示す。以下の式では、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの含有量の合計含有量を［Ｘｔｏｔａｌ］で表す。「％」の後ろに元素記号が記載されている場合は、鋼材中の元素の質量％での含有量を示す。例えば、「％Ｘｔｏｔａｌ」は鋼中のＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの含有量の合計Ｘｔｏｔａｌである。更に、その後ろに「（ａｓ ＣａＳ）」が付されている場合は、Ｘ元素を含むＣａＳに含まれる元素の質量％での含有量である。すなわち、［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］はＸ元素を含むＣａＳに含まれるＸ元素の質量％での含有量を示し、［％Ｃａ（ａｓ ＣａＳ）］はＸ元素を含むＣａＳに含まれるＣａの質量％での含有量を示し、［％Ｓ（ａｓ ＣａＳ）］はＸ元素を含むＣａＳに含まれるＳの質量％での含有量を示す。［％Ｃａ（ａｓ ＣａＯ）］はＣａ酸化物に含まれるＣａの質量％での含有量を示し、［％Ｃａ＊］はＸ元素を含むＣａＳの形成に使用されるＣａ（有効Ｃａ）の質量％での含有量を示し、［％Ｏ］はＣａ酸化物の形成に使用されるＯ（有効Ｏ（酸素））の質量％での含有量を示す。「Ｍ」は原子量を示し、その後ろに添え字として元素記号が記載されている。例えば、「ＭＣａ」はＣａの原子量である。
【0069】
［Ｘｔｏｔａｌ
＊］（質量％）は、鋼材中に含まれるＸ元素の量［％Ｘｔｏｔａｌ］から、Ｘ元素を含むＣａＳの形成に使用されたＸ元素［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］を除いたＸ元素量であり、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］
で示される。
Ｃａ含有量がＯ含有量に対して少なく、全てのＣａがＣａ酸化物となり、ＣａＳが生成されないケース１では、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は下記式（１）となる。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］
で示される。
Ｃａ含有量がＯ含有量に対して少なく、全てのＣａがＣａ酸化物となり、ＣａＳが生成されないケース１では、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は下記式（１）となる。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）
【0070】
次に、鋼材中のＣａ含有量がＯ含有量に対して多い場合、Ｃａ酸化物の形成に使用されなかったＣａ（有効Ｃａ）は、Ｓ及びＸ元素と結合してＸ元素を含むＣａＳを生成する。本発明者らは、本開示の鋼材での成分系において、Ｘ元素を含むＣａＳにおける各元素の含有割合（原子数比）を測定した。その結果、Ｘ元素を含むＣａＳにおける原子数比は、おおむねＣａ：Ｓ：Ｘ元素＝５０：４５：５の割合であることを知見した。この知見をもとに、［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］は、Ｘ元素を含むＣａＳ中における原子数比がＣａ：Ｓ：Ｘ元素＝５０：４５：５であることを前提とし、Ｘ元素を含むＣａＳの形成量がＣａ含有量で制限されるか、Ｓ含有量で制限されるかを考慮する必要がある。ＣａＳの形成量がＣａ含有量で制限される場合は、Ｃａ：Ｘ元素＝５０：５＝１０：１であり、
［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］＝［％Ｃａ＊］ＭＸtotal／１０ＭＣａ
となる。一方、ＣａＳの形成量がＳ含有量で制限される場合は、Ｓ：Ｘ元素＝４５：５＝９：１であり、
［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］＝［％Ｓ］ＭＸtotal／９ＭＳ
となる。
［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］＝［％Ｃａ＊］ＭＸtotal／１０ＭＣａ
となる。一方、ＣａＳの形成量がＳ含有量で制限される場合は、Ｓ：Ｘ元素＝４５：５＝９：１であり、
［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］＝［％Ｓ］ＭＸtotal／９ＭＳ
となる。
【0071】
Ｘ元素を含むＣａＳ中における原子数比は、Ｃａ、Ｓ、Ｘ元素を含む種々の化学組成を有する鋼材を用いて、介在物の解析を行って求めたものである。具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）に付属するエネルギー分散型Ｘ線元素分析装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＤＳ）によって鋼中の介在物の元素分析を行い、２０個のＣａＳの測定結果に基づいて原子数比を決定した。
【0072】
鋼材中のＳ含有量が有効Ｃａに対して多く、Ｘ元素を含むＣａＳの形成量が有効Ｃａによって決定されるケース２では、［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］は、［％Ｃａ＊］ＭＸtotal／１０ＭＣａとなる。したがって、［Ｘｔｏｔａｌ
＊］は下記の式で示される。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］
＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｃａ＊］ＭＸtotal／１０ＭＣａ
＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－（［％Ｃａ］－［％Ｃａ（ａｓ ＣａＯ）］）ＭＸtotal／１０ＭＣａ
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］
＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｃａ＊］ＭＸtotal／１０ＭＣａ
＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－（［％Ｃａ］－［％Ｃａ（ａｓ ＣａＯ）］）ＭＸtotal／１０ＭＣａ
【0073】
一方、Ｓ含有量が有効Ｃａに対して少なく、Ｘ元素を含むＣａＳの形成量はＳ含有量によって決定されるケース３では、以下の関係が成立する。
［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］＝［％Ｓ］ＭＸtotal／９ＭＳ
Ｓ含有量が有効Ｃａに対して少なく、Ｘ元素を含むＣａＳの形成量が鋼材中のＳ含有量によって決定されるケース３では、［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］は［％Ｓ］ＭＸtotal／９ＭＳとなる。したがって、有効Ｘは下記の式で示される。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］
＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｓ］ＭＸtotal／９ＭＳ
［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］＝［％Ｓ］ＭＸtotal／９ＭＳ
Ｓ含有量が有効Ｃａに対して少なく、Ｘ元素を含むＣａＳの形成量が鋼材中のＳ含有量によって決定されるケース３では、［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］は［％Ｓ］ＭＸtotal／９ＭＳとなる。したがって、有効Ｘは下記の式で示される。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｘ（ａｓ ＣａＳ）］
＝［％Ｘｔｏｔａｌ］－［％Ｓ］ＭＸtotal／９ＭＳ
【0074】
ＭＸｔｏｔａｌは、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量から計算されるＸ元素の換算原子量であり、原子量（Ｐｂ：２０７、Ｂｉ：２０９、Ｓｅ：７９、Ｔｅ：１２８）によって以下の式で求められる。
ＭＸｔｏｔａｌ＝（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）
ＭＸｔｏｔａｌ＝（［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）
【0075】
以上を整理すると、有効Ｘｔｏｔａｌは、｛［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］｝のときは、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８） … 式（３）
となる。
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、また、前記式（２）、（３）において、
ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）である。ただし、原子量は、Ｏ：１６、Ｃａ：４０、Ｓ：３２、Ｐｂ：２０７、Ｂｉ：２０９、Ｓｅ：７９、Ｔｅ：１２８である。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８） … 式（３）
となる。
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、また、前記式（２）、（３）において、
ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）である。ただし、原子量は、Ｏ：１６、Ｃａ：４０、Ｓ：３２、Ｐｂ：２０７、Ｂｉ：２０９、Ｓｅ：７９、Ｔｅ：１２８である。
【0076】
次に、鋼中に含まれる粒子について説明する。
第一の実施形態に係る鋼材には、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置（鋼材が鋼板の場合には表面から板厚方向に板厚の１／４深さの位置、鋼材が断面円形状を有する場合は、表面から中心に向かって直径の１／４の位置）において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径で０．０１μｍ以上０．１０μｍ以下の粒子が、１．０×１０７個／ｍｍ３以上の個数密度で存在する。これらの粒子には、ＭｇＳ系、（Ｍｇ，Ｍｎ）Ｓ系など、５原子％以上のＭｇを含有する粒子が含まれる。Ｍｇを含む粒子は特に、高温での安定性が高く、かつ、微細分散しやすいため、溶接時の入熱によって鋼が加熱されてから冷却される過程でオーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が大きい。［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を０．０００１～０．００５０％とすることにより、オーステナイト粒の粒成長を抑制する、Ｍｇを含む粒子の効果がより高くなるものと推測される。
第一の実施形態に係る鋼材には、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置（鋼材が鋼板の場合には表面から板厚方向に板厚の１／４深さの位置、鋼材が断面円形状を有する場合は、表面から中心に向かって直径の１／４の位置）において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径で０．０１μｍ以上０．１０μｍ以下の粒子が、１．０×１０７個／ｍｍ３以上の個数密度で存在する。これらの粒子には、ＭｇＳ系、（Ｍｇ，Ｍｎ）Ｓ系など、５原子％以上のＭｇを含有する粒子が含まれる。Ｍｇを含む粒子は特に、高温での安定性が高く、かつ、微細分散しやすいため、溶接時の入熱によって鋼が加熱されてから冷却される過程でオーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が大きい。［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を０．０００１～０．００５０％とすることにより、オーステナイト粒の粒成長を抑制する、Ｍｇを含む粒子の効果がより高くなるものと推測される。
【0077】
円相当径が０．０１μｍ未満の粒子は、オーステナイトの粒成長を抑制する効果が小さく、円相当径が０．１０μｍを超える粒子は、結果的に微細な粒子の生成を妨げる。したがって、本発明では、オーステナイトの粒成長を抑制する効果が高い、５原子％以上のＭｇを含み円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子を対象とするが、円相当径が０．０１μｍ未満、０．１０μｍ超の粒子が存在してもよい。
【0078】
また、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度は、１．０×１０７個／ｍｍ３以上であればオーステナイトの粒成長を抑制する効果が顕著となるので、１．０×１０７個／ｍｍ３以上を下限とする。一方、５原子％以上のＭｇを含み円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度に上限はない。本発明者らによる知見では、１．０×１０１１個／ｍｍ３を超えるとオーステナイトの粒成長を抑制する効果が飽和するので、１．０×１０１１個／ｍｍ３以下であることが好ましい。［Ｘｔｏｔａｌ
＊］が０．０００１％以上０．００５０％以下であり、５原子％以上のＭｇを含み円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度が、１．０×１０７個／ｍｍ３以上であれば、ＨＡＺ靭性の向上効果が顕著になる。Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度は、円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子の個数密度に、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む円相当径０．０１～０．１０μｍの粒子の個数割合を掛けて求める。
【0079】
第一の実施形態に係る鋼材に含まれる粒子の円相当径、個数密度、円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子のうちＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む粒子の個数割合は、電子顕微鏡を用いた元素分析及び画像解析により決定する。粒子に含まれているＭｇの含有量については、エネルギー分散型Ｘ線元素分析装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＤＳ）による元素マッピングにより、粒子全体について測定し、その平均値として求めることができる。
【0080】
具体的には、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）で観察可能な粒子のうち、まず、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度を計測する。次に、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む粒子の個数割合を計測する。電子顕微鏡は電界放出形透過電子顕微鏡（Ｆｉｅｌｄ－Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＦＥ－ＴＥＭ）など、他の形式の電子顕微鏡を用いても良い。
【0081】
粒子個数は、鋼材を１４００℃に加熱し、３秒程度保持して急冷した鋼材から収束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ、ＦＩＢ）で薄膜試料を作製して測定してもよい。これは、例えば、セメンタイトや合金の炭窒化物などが生成していると、観察対象である０．０１～０．１０μｍのサイズの粒子の個数を測定し難いためである。高温に加熱して観察対象以外の析出物を固溶させ、その後急冷するか、又は、急冷途中でフェライトが生成する熱サイクルを付与すれば、セメンタイトや炭窒化物が少ない試料を作製することができる。Ｍｇを含む粒子は高温に加熱しても安定であり、冷却中に形態がほぼ変化しないため、このような熱サイクルを付与しても粒子個数の測定結果はほとんど変わらない。また、このＭｇを含む粒子は、圧延時に形態がほぼ変化しないため、例えば、熱間圧延や冷間圧延の前後で粒子の形態はほとんど変わらない。
【0082】
薄膜試料をＴＥＭで観察し、少なくとも１００μｍ２以上の面積を持つ視野につき、０．０１～０．１０μｍの大きさの粒子の個数を測定し、１立方ｍｍあたりの個数に換算する。測定試料の厚さは電子エネルギー損失分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ－Ｌｏｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＥＬＳ法）で測定することができる。本実施の形態では、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置が観察位置となるように、厚さ０．０５～０．２０μｍの薄膜試料を作成し、その試料において１０μｍ×１０μｍの視野における粒子の個数をカウントした。１視野において５０個以上の粒子が検出できる場合には、その視野において検出できた個数を、その視野における試料体積（縦１０μｍ×横１０μｍ×厚さ（μｍ）×１０-９）で割ることにより、１立方ｍｍあたりの０．０１～０．１０μｍの大きさの円相当径を有する粒子の個数を算出した。１視野において検出できた粒子数が５０個未満であれば、検出された粒子数が計５０個以上となるまで別の視野での観察を行い、検出粒子数が５０個以上となった時点で検出された粒子の総個数を、観察した全体積で割ることにより、１立方ｍｍあたりの個数を算出した。また逆に、１視野に１０００個以上の粒子が見込まれる場合には、視野から粒子個数を測定する領域（たとえば、２μｍ×３μｍの領域）を抽出して個数密度を算出した。仮に、厚さが０．１０μｍの薄膜試料において、視野から２μｍ×３μｍの領域を抽出してカウントし、粒子の個数が６０個であった場合には、粒子の個数密度は１立方ｍｍあたり１．０×１０１１個となる。
【0083】
第一の実施形態では、Ｍｇの濃度が５原子％以上の粒子を、Ｍｇを含有する粒子とする。このような粒子はオーステナイトを微細化する効果が高く、Ｍｇ以外の元素が検出されても構わない。粒子に含まれるＭｇの濃度は、ＥＤＳによって定量して求める。この定量時に使用する電子ビーム径は０．０００１～０．０１μｍ、ＴＥＭ観察倍率は１００００～１０００００倍とし、粒子内の任意の位置を定量する。
【0084】
次に、個数を測定した０．０１～０．１０μｍの円相当径の粒子における、５原子％以上のＭｇを含有する粒子の個数割合を測定する。一視野における粒子個数が多い場合、全粒子を逐一同定することは大変な作業となる。そのため、少なくとも２０個以上の円相当径０．０１～０．１０μｍの粒子について、５原子％以上のＭｇが含まれるかどうかを同定し、その存在割合から個数密度を求めることとする。
【0085】
鋼中にＸ元素を含有させることによって、円相当径が０．０１～０．１０μｍの範囲のＭｇ含有粒子の個数密度が著しく増加し、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が高くなるものと推測される。Ｘ元素の含有によって、Ｍｇ含有粒子の個数密度が著しく増加する理由は必ずしも明確ではないが、例えば、Ｘ元素がＭｇ含有粒子のオストワルド成長を抑制している可能性がある。
【0086】
次に、第一の実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。
Ｘ元素の鋼中での存在状態を制御する場合、溶製工程を制御することが有効である。具体的には、鋼の溶製方法として、例えば溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼のＯ濃度を０．０１００％以下に制御した状態で、Ａｌ等の脱酸元素を添加し、Ｘ元素とＭｇとを同時に添加するか、又は、Ｘ元素を添加した後、Ｍｇを添加し、その間には他の工程を含まない。溶鋼のＯ濃度を０．０１００％以下に制御するには、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ等による予備脱酸を行えばよい。Ｍｇを添加した後、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を０．０００１～０．００５０％の範囲内に制御してもよい。鋳造は連続鋳造を採用することが好ましい。これにより、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有する鋳片を得ることができる。
Ｘ元素の鋼中での存在状態を制御する場合、溶製工程を制御することが有効である。具体的には、鋼の溶製方法として、例えば溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼のＯ濃度を０．０１００％以下に制御した状態で、Ａｌ等の脱酸元素を添加し、Ｘ元素とＭｇとを同時に添加するか、又は、Ｘ元素を添加した後、Ｍｇを添加し、その間には他の工程を含まない。溶鋼のＯ濃度を０．０１００％以下に制御するには、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ等による予備脱酸を行えばよい。Ｍｇを添加した後、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を０．０００１～０．００５０％の範囲内に制御してもよい。鋳造は連続鋳造を採用することが好ましい。これにより、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有する鋳片を得ることができる。
【0087】
溶鋼のＯ濃度を０．０１００％以下に制御した状態で、Ａｌ等の脱酸元素を添加し、Ｘ元素を添加して、更にＭｇを添加する（又は、Ｘ元素とＭｇとを同時に添加する）ことでＭｇを含む粒子が溶鋼中で形成され、鋳造後の鋼中に微細に分散する。この微細な粒子は高温で安定であるため、溶接によって加熱されたγ粒の粗大化を抑止することができる。一方、溶鋼のＯ濃度が０．０１００％超である状態でＡｌ等の脱酸元素を添加した場合は、酸硫化物などの介在物がＸ元素を取り込んで凝集浮上するため、Ｘ元素も排出される。したがって、Ａｌ等の脱酸元素を添加する前の溶鋼のＯ量を０．０１００％以下に制御しておくことで、Ｘ元素の排出を抑制し、効果的に活用できるものと推測できる。
【0088】
より好ましくは、鋼の溶製方法として、例えば、溶鋼のＯ濃度を０．０１００％以下、溶鋼のＳ濃度を０．０２００％以下に制御した状態で、Ａｌ等の脱酸元素を添加した後で、Ｘ元素を添加した後、Ｍｇを添加する。このように、溶鋼のＯ濃度及びＳ濃度を制御しながら脱酸元素、Ｘ元素、Ｍｇを添加することにより、粗大な介在物の形成や、Ｘ元素の排出を抑制することができる。
【0089】
Ａｌ等による脱酸が不十分な場合は、脱酸を促進する元素としてＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭを添加してもよい。Ｍｇを含む粒子の形成を促進するためには、Ｍｇを添加する前の溶鋼中のＣａ量及びＲＥＭ量を０．０００５％以下に制限することが好ましい。硫化物を形成するＣａ、ＲＥＭの含有量を制限することにより、Ｓをピンニング粒子の形成に利用することができる。Ｃａ、ＲＥＭは意図的に添加しない場合でも、溶鋼鍋に使用される耐火物や、脱硫などの目的で添加されるフラックスやスラグ、合金原料中などから溶鋼中に混入する場合がある。Ｃａ、ＲＥＭの含有量を０．０００５％以下に抑制するには、耐火物、フラックス、スラグや合金原料中などに含まれるＣａ、ＲＥＭ量を管理すればよい。溶鋼中のＣａ、ＲＥＭの形態、形状を、溶鋼中に混入し難い安定な酸化物等とするように管理してもよい。
【0090】
上述のように、溶鋼のＯ濃度と、Ｘ元素、Ａｌ等の脱酸元素、Ｍｇの添加順序とを規定する理由について説明する。単に鋼中にＸ元素を添加しただけでは、Ｘ元素を含む粒子はほとんど生成しない。その理由は定かではないが、Ｘ元素は溶鋼中での蒸気圧が高く、多量に添加しても溶鋼中に残存し難いためであると推定される。［Ｘｔｏｔａｌ
＊］の制御に加えて、Ｘ元素を含む粒子の核となる脱酸生成物の制御を行うことで、Ｘ元素が介在物に捕捉されてＨＡＺの靭性の向上に寄与する粒子が生成するものと推測される。
【0091】
鋳造後の加熱、圧延、熱処理条件は、鋼材の目標とする機械的性質に応じて、例えば、制御圧延・制御冷却、圧延後直接焼入れ・焼き戻し、圧延後一旦冷却後焼入れ・焼戻し、など適宜選定すればよい。
【0092】
（第二の実施形態）
次に、第二の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
次に、第二の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
【0093】
第二の実施形態は、第一の実施形態の特徴に加え、さらに下記の特徴を有する。
【0094】
第二の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子１の個数割合が３０％以上である。このようなＸ含有粒子を増加させると、ＨＡＺにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、ＨＡＺ靭性が向上する。
【0095】
第二の実施形態に係る鋼材において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含有し、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子（Ｍｇを含む粒子）のうち、３０％以上の粒子が、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子１である。理由は必ずしも明らかでないが、Ｍｇを含む粒子にＸ元素（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種以上）が含まれると、粒成長が抑制され、高温での安定性も高くなると推測される。このような効果を得るために、Ｍｇを含む粒子のうちＸ含有粒子１の個数割合を３０％以上とする。Ｘ含有粒子１の個数割合は５０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
【0096】
第二の実施形態に係る鋼材に含まれる粒子の円相当径、個数密度、円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む粒子の個数割合、更に、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、Ｘ含有粒子１の個数割合は、電子顕微鏡を用いた元素分析及び画像解析により決定する。粒子に含まれているＭｇ及びＸ元素の含有量については、エネルギー分散型Ｘ線元素分析装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＤＳ）による元素マッピングにより、粒子全体について測定し、その平均値として求めることができる。
【0097】
具体的には、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）で観察可能な粒子のうち、まず、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度を計測する。次に、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち５原子％以上のＭｇを含む粒子の個数割合を計測する。更に、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む円相当径０．０１～０．１０μｍの粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子の個数割合を測定する。電子顕微鏡は電界放出形透過電子顕微鏡（Ｆｉｅｌｄ－Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＦＥ－ＴＥＭ）など、他の形式の電子顕微鏡を用いても良い。粒子に含まれる元素の濃度が０．５原子％以上であれば分析機器で確実に検出可能であるため、０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子を計測対象とすることができる。
【0098】
更に、個数密度を測定した、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含有する円相当径０．０１～０．１０μｍの粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子１の存在割合は、ＥＤＳによって判定し、求めることができる。この場合も、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む粒子の個数密度の測定と同様に、個数を測定した粒子のうち、少なくとも２０個以上の粒子についてＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素が含まれるかどうかを同定し、その存在割合を求めればよい。ここで、「０．５原子％以上のＸ元素を含む」とは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ、Ｘ元素の合計に対し、Ｘ原子の割合が０．５原子％以上であることを示す。
【0099】
Ｘ含有粒子１は特に、高温での安定性が高く、かつ、微細分散しやすいため、溶接時の入熱によって鋼が加熱されてから冷却される過程で、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が大きいものと推測される。Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、Ｘ含有粒子１の個数割合が高いほど、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が高くなるものと推測される。Ｘ元素を含むＸ含有粒子１が高温安定性に優れ、かつ、微細分散しやすい理由は、今のところ不明であるが、例えば、Ｘ元素がＭｇを含む粒子のオストワルド成長を抑制している可能性がある。
【0100】
次に、第二の実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。
第二の実施形態に係る製造方法は、第一の実施形態に係る製造方法において、さらにＭｇを添加するタイミングを制御する。具体的には、Ａｌ等の脱酸元素を添加し、Ｘ元素とＭｇとを同時に添加するか、又は、Ｘ元素を添加した後、４０分以内にＭｇを添加する。これにより、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうちＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子の個数割合が３０％以上である鋳片を得ることができる。
第二の実施形態に係る製造方法は、第一の実施形態に係る製造方法において、さらにＭｇを添加するタイミングを制御する。具体的には、Ａｌ等の脱酸元素を添加し、Ｘ元素とＭｇとを同時に添加するか、又は、Ｘ元素を添加した後、４０分以内にＭｇを添加する。これにより、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうちＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子の個数割合が３０％以上である鋳片を得ることができる。
【0101】
Ｘ元素の添加からＭｇの添加までの時間を４０分以内（０分を含む）に制限することにより、Ｘ元素の歩留まりや均一性を保つとともに、Ｘ元素が溶鋼中に溶解した状態を維持してＭｇを添加することができる。このように、Ｘ元素を溶鋼中に溶解させてＭｇを添加することによって、Ｘ含有粒子１の生成が促進される。
【0102】
（第三の実施形態）
次に、第三の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
次に、第三の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
【0103】
第三の実施形態は、第一の実施形態又は第二の実施形態の特徴に加え、さらに下記の特徴を有する。
第三の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうち、外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在するＸ含有粒子２の個数割合が３０％以上である。ここで外周とは、粒子と鋼の界面に沿った厚さ２ｎｍの領域の事を言う。このようなＸ含有粒子２を増加させると、ＨＡＺにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、ＨＡＺ靭性が向上する。理由は必ずしも明らかでないが、Ｍｇを含む粒子の外周の少なくとも一部にＸ元素（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種以上）が含まれると、粒成長が抑制され、高温での安定性も高くなると推測される。このような効果を得るために、Ｍｇを含む粒子のうちＸ含有粒子２の個数割合を３０％以上とする。Ｘ含有粒子２の個数割合は５０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
第三の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうち、外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在するＸ含有粒子２の個数割合が３０％以上である。ここで外周とは、粒子と鋼の界面に沿った厚さ２ｎｍの領域の事を言う。このようなＸ含有粒子２を増加させると、ＨＡＺにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、ＨＡＺ靭性が向上する。理由は必ずしも明らかでないが、Ｍｇを含む粒子の外周の少なくとも一部にＸ元素（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種以上）が含まれると、粒成長が抑制され、高温での安定性も高くなると推測される。このような効果を得るために、Ｍｇを含む粒子のうちＸ含有粒子２の個数割合を３０％以上とする。Ｘ含有粒子２の個数割合は５０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
【0104】
Ｘ含有粒子２は、第二の実施形態に記載の方法と同様の方法で観察できる。外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在するＸ含有粒子の同定は、収差補正機能付きＴＥＭを用いて行う。具体的には、粒子の外周のＸ元素の含有量を、ＥＤＳによって、１ｎｍ間隔で測定し、１以上の測定点のＸ元素の含有量がＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上である粒子を、外周の少なくとも一部に０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子２とする。ＥＤＳに使用する電子ビーム径は０．０００１～０．００１ｎｍとする。この場合も、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む粒子の個数密度の測定と同様に、個数を測定した粒子のうち、少なくとも２０個以上の粒子について、外周の少なくとも一部に０．５原子％以上のＸ元素が含まれるかどうかを同定し、その存在割合を求めればよい。第三の実施形態においては、Ｘ元素を含む測定点が、外周の５０％未満の部位であってもよい。
【0105】
Ｘ含有粒子は特に、高温での安定性が高く、かつ、微細分散しやすいため、溶接時の入熱によって鋼が加熱されてから冷却される過程で、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が大きいものと推測される。Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、Ｘ含有粒子２の個数割合が高いほど、オーステナイト粒の粒成長を抑制する効果が高くなるものと推測される。外周の少なくとも一部にＸ元素を含むＸ含有粒子２が高温安定性に優れ、かつ、微細分散しやすい理由は、今のところ不明であるが、例えば、Ｘ元素がＭｇ含有粒子のオストワルド成長を抑制している可能性がある。
【0106】
次に、第三の実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。
第三の実施形態に係る製造方法は、第二の実施形態に係る製造方法において、更に連続鋳造を開始するタイミングを制御する。具体的には、連続鋳造は、Ｍｇの添加後、３０分以内に開始する。これにより、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうち外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子の個数割合が３０％以上である鋳片を得ることができる。
第三の実施形態に係る製造方法は、第二の実施形態に係る製造方法において、更に連続鋳造を開始するタイミングを制御する。具体的には、連続鋳造は、Ｍｇの添加後、３０分以内に開始する。これにより、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうち外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子の個数割合が３０％以上である鋳片を得ることができる。
【0107】
Ｍｇの添加後、３０分以内に連続鋳造を開始することにより、Ｍｇが粗大な介在物を形成する時間を与えることなく鋼片を製造することができる。その結果、Ｍｇを含む微細な粒子の外周の少なくとも一部にＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在するＸ含有粒子２の生成が促進される。
【0108】
（第四の実施形態）
次に、第四の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
次に、第四の実施形態に係る鋼材を詳細に説明する。
【0109】
第四の実施形態は、第三の実施形態の特徴に加え、さらに下記の特徴を有する。
第四の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を外周の５０％以上の領域に含むＸ含有粒子３の個数割合が３０％以上である。このようなＸ含有粒子３を増加させると、ＨＡＺにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、ＨＡＺ靭性が向上する。理由は必ずしも明らかでないが、Ｍｇを含む粒子の外周の５０％以上の領域にＸ元素（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種以上）が含まれると、粒成長が抑制され、高温での安定性も高くなると推測される。このような効果を得るために、Ｍｇを含む粒子のうちＸ含有粒子３の個数割合を３０％以上とする。Ｘ含有粒子３の個数割合は５０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
第四の実施形態に係る鋼材は、鋼材の表面から鋼材の厚さの１／４厚の位置において、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を外周の５０％以上の領域に含むＸ含有粒子３の個数割合が３０％以上である。このようなＸ含有粒子３を増加させると、ＨＡＺにおけるオーステナイト粒の粒成長が抑制され、ＨＡＺ靭性が向上する。理由は必ずしも明らかでないが、Ｍｇを含む粒子の外周の５０％以上の領域にＸ元素（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの１種以上）が含まれると、粒成長が抑制され、高温での安定性も高くなると推測される。このような効果を得るために、Ｍｇを含む粒子のうちＸ含有粒子３の個数割合を３０％以上とする。Ｘ含有粒子３の個数割合は５０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
【0110】
Ｘ含有粒子３は、第三の実施形態に記載の方法と同様の方法で観察できる。外周の５０％以上の領域でＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子の同定は、収差補正機能付きＴＥＭを用いて行い、粒子の外周のＸ元素の含有量を、ＥＤＳによって、１ｎｍ間隔で測定し、半数以上の測定点のＸ元素の含有量がＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上である粒子を、外周の５０％以上の領域で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子３とする。この場合も、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む粒子の個数密度の測定と同様に、個数を測定した粒子のうち、少なくとも２０個以上の粒子について、外周の５０％以上の領域でＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素が含まれるかどうかを同定し、その存在割合を求めればよい。
【0111】
外周の５０％以上の領域でＸ元素を含むＸ含有粒子３が高温安定性に優れ、かつ、微細分散しやすい理由は、今のところ不明であるが、例えば、Ｘ元素がＭｇ含有粒子のオストワルド成長を抑制している可能性がある。
【0112】
次に、第四の実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。第四の実施形態に係る製造方法は、第三の実施形態に係る製造方法において、さらにＭｇを添加するタイミングを制御する。具体的には、Ｘ元素を添加した後、４０分以内、かつ、Ｏ濃度の調整後、９０分以内にＭｇを添加する。これにより、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍであり、個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である粒子を有し、このうち外周の５０％以上の領域でＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含む粒子の個数割合が３０％以上である鋳片を得ることができる。
【0113】
Ｘ元素の添加後、４０分以内、かつ、Ｏ濃度の調整後、９０分以内にＭｇを添加することにより、Ｘ元素の歩留まりや均一性を保つとともに、Ｘ元素が溶鋼中に溶解した状態を維持してＭｇを添加することができる。このように、Ｘ元素を溶鋼中に溶解させてＭｇを添加することによって、外周の５０％以上の領域で０．５原子％以上のＸ含有粒子３の生成が促進される。
【実施例】
【0114】
（第一の実施例）
以下、第一の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
以下、第一の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【0115】
鋼を溶製し、鋳造して得た鋳片を、熱間圧延し、鋼板（板厚 ２５ｍｍ）とした。
溶製工程では、溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼Ｏ濃度を０．０１００％以下とした状態で、Ａｌ、Ｘ元素、Ｍｇを表５及び表６に示す順序で添加し、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。
溶製工程では、溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼Ｏ濃度を０．０１００％以下とした状態で、Ａｌ、Ｘ元素、Ｍｇを表５及び表６に示す順序で添加し、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。
【0116】
得られた鋼板から試料を採取し、蛍光Ｘ線分析法、燃焼－赤外線吸収法、不活性ガス融解法、誘導結合プラズマ質量分析法（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＩＣＰ質量分析法）などを用いて鋼板の成分の分析を行った。鋼板に含まれるＸ元素（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ）の含有量は、ＩＣＰ質量分析法によって求めた。鋼板成分の分析結果を表１～表４に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味し、下線部は発明範囲から外れることを示す。
【0117】
なお、表２及び表４に示す炭素当量Ｃｅｑは、下記式により求めた。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５
式中の［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］は、それぞれ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入する。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５
式中の［Ｃ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］は、それぞれ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入する。
【0118】
また、表２及び表４に示す［Ｘｔｏｔａｌ
＊］は、下記式（１）～（３）の何れかにより求めた。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は、｛［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］｝のときは、式（１）であり、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（２）であり、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（３）である。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８） … 式（３）。
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、前記式（２）、（３）において、
ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）である。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］は、｛［Ｃａ］≦（４０／１６）×［Ｏ］｝のときは、式（１）であり、
｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）≦（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（２）であり、｛［Ｃａ］＞（４０／１６）×［Ｏ］｝かつ｛（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）＞（４０／３２）×［Ｓ］｝のときは、式（３）である。
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］… 式（１）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｃａ］－（４０／１６）×［Ｏ］）×ＭＸｔｏｔａｌ／４００… 式（２）、
［Ｘｔｏｔａｌ ＊］＝［Ｘｔｏｔａｌ］－（［Ｓ］×ＭＸｔｏｔａｌ／２８８） … 式（３）。
［Ｃａ］、［Ｏ］、［Ｓ］、［Ｐｂ］、［Ｂｉ］、［Ｓｅ］、［Ｔｅ］は、それぞれ、Ｃａ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅの質量％での含有量であり、含有しない場合は０を代入し、前記式（２）、（３）において、
ＭＸｔｏｔａｌ＝ （［Ｐｂ］＋［Ｂｉ］＋［Ｓｅ］＋［Ｔｅ］）／（［Ｐｂ］／２０７＋［Ｂｉ］／２０９＋［Ｓｅ］／７９＋［Ｔｅ］／１２８）である。
【0119】
【表1】
【0120】
【表2】
【0121】
【表3】
【0122】
【表4】
【0123】
得られた鋼板（板厚 ２５ｍｍ）の表面から板厚の１／４厚の位置から試料を採取し、１４００℃で３秒間加熱保持した後、急冷し、ＦＩＢで薄膜試料を作成した。この薄膜試料をＴＥＭで観察し、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子個数を１００μｍ２以上の面積につき測定した。
本測定において、厚さ０．０５～０．２０μｍの薄膜試料を作成し、その試料において１０μｍ×１０μｍの視野における粒子の個数をカウントした。１視野において５０個以上の粒子が検出できる場合には、その視野において検出できた個数を、その視野における試料体積（縦１０μｍ×横１０μｍ×厚さ（μｍ）×１０-９）で割ることにより、１立方ｍｍあたりの０．０１～０．１０μｍの大きさの粒子の個数を算出した。１視野において検出できた粒子数が５０個未満であれば、検出された粒子数が計５０個以上となるまで別の視野での観察を行い、検出粒子数が５０個以上となった時点で検出された粒子の総個数を、観察した全体積で割ることにより、１立方ｍｍあたりの個数を算出した。また逆に、１視野に１０００個以上の粒子が見込まれる場合には、視野から粒子個数を測定する領域（たとえば、２μｍ×２μｍの領域）を抽出して個数密度を算出した。
薄膜試料の厚さはＥＥＬＳ法で測定した。そして、薄膜試料の厚さの測定結果を用いて、薄膜試料の粒子個数を１立方ｍｍあたりの個数に換算し、粒子の個数密度（個／ｍｍ３）を求めた。
本測定において、厚さ０．０５～０．２０μｍの薄膜試料を作成し、その試料において１０μｍ×１０μｍの視野における粒子の個数をカウントした。１視野において５０個以上の粒子が検出できる場合には、その視野において検出できた個数を、その視野における試料体積（縦１０μｍ×横１０μｍ×厚さ（μｍ）×１０-９）で割ることにより、１立方ｍｍあたりの０．０１～０．１０μｍの大きさの粒子の個数を算出した。１視野において検出できた粒子数が５０個未満であれば、検出された粒子数が計５０個以上となるまで別の視野での観察を行い、検出粒子数が５０個以上となった時点で検出された粒子の総個数を、観察した全体積で割ることにより、１立方ｍｍあたりの個数を算出した。また逆に、１視野に１０００個以上の粒子が見込まれる場合には、視野から粒子個数を測定する領域（たとえば、２μｍ×２μｍの領域）を抽出して個数密度を算出した。
薄膜試料の厚さはＥＥＬＳ法で測定した。そして、薄膜試料の厚さの測定結果を用いて、薄膜試料の粒子個数を１立方ｍｍあたりの個数に換算し、粒子の個数密度（個／ｍｍ３）を求めた。
【0124】
次に、個数を測定した円相当径が０．０１～０．１０μｍの粒子のうち、２０個以上の粒子について、ＥＤＳにてそれぞれ粒子全体についてマッピングし、Ｍｇの濃度の平均値を求めた。そして、上記粒子のうちＭｇの濃度が５原子％以上の粒子の個数割合を求めた。なお、ここで、Ｍｇの濃度は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対するＭｇの割合を言う。この個数割合を上記の方法により求めた粒子の個数密度（個／ｍｍ３）に掛けて、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度（個／ｍｍ３）を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表５及び表６に示す。
【0125】
（粒子の個数密度基準）
Ｇｏｏｄ：５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である。
Ｂａｄ：５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３未満である。
Ｇｏｏｄ：５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３以上である。
Ｂａｄ：５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子の個数密度が１．０×１０７個／ｍｍ３未満である。
【0126】
また、得られた鋼板（板厚 ２５ｍｍ）の表面から板厚の１／４厚の位置から試料を採取し、溶接を再現する熱履歴を小片に与える再現熱サイクル試験を行った。具体的には、再現熱サイクル試験は、１４００℃で２３ｓ保持し、８００℃から５００℃までを３００ｓで冷却する条件（溶接入熱４５０ｋＪ／ｃｍに相当）で行った。
そして、再現熱サイクル試験後の試料からＶノッチ試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２００５に準拠してシャルピー試験を行った。シャルピー試験は、試験温度－３０℃で試験数を３として行い、測定したシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ－３０）の最低値で評価した。３つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が１００Ｊ以上であればＨＡＺ靭性に優れると判定した。その結果を表５及び表６に示す。なお、表中の下線部は発明範囲から外れることを示す。
そして、再現熱サイクル試験後の試料からＶノッチ試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２００５に準拠してシャルピー試験を行った。シャルピー試験は、試験温度－３０℃で試験数を３として行い、測定したシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ－３０）の最低値で評価した。３つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が１００Ｊ以上であればＨＡＺ靭性に優れると判定した。その結果を表５及び表６に示す。なお、表中の下線部は発明範囲から外れることを示す。
【0127】
【表5】
【0128】
【表6】
【0129】
表５に示すように、鋼成分及び［Ｘｔｏｔａｌ
＊］（有効Ｘ量）が本発明の範囲内であり、適切な製造条件で製造した鋼材（Ｎｏ．Ａ１～Ａ３８）は、再現熱サイクル試験後の－３０℃におけるシャルピー吸収エネルギーが高いことが判る。一方、表６に示すように、鋼成分又は［Ｘｔｏｔａｌ
＊］（有効Ｘ量）が本発明の範囲外である鋼材（Ｎｏ．Ａ１０１～Ａ１１０）は、再現熱サイクル試験後の－３０℃におけるシャルピー吸収エネルギーが、発明例に比べて低いことが判る。
【0130】
Ｎｏ．１０１は、Ｘ元素が含有されず、Ｘ元素を含む粒子の個数割合が３０％未満となり、シャルピー吸収エネルギーが低下した。Ｎｏ．Ａ１０２～Ｎｏ．Ａ１０５は、それぞれ、Ｐｂ量、Ｂｉ量、Ｓｅ量、Ｔｅ量が多く、シャルピー吸収エネルギーが低下した。
【0131】
Ｎｏ．１０６はＭｇを含有しておらず、Ｎｏ．Ａ１０７はＡｌ量が少ないため、シャルピー吸収エネルギーが低下した。Ｎｏ．Ａ１０８は、Ｏ量が過剰であるため、シャルピー吸収エネルギーが低下した。Ｎｏ．Ａ１０９は有効Ｘ量が不足し、Ｎｏ．Ａ１１０は有効Ｘ量が過剰であり、シャルピー吸収エネルギーが低下した。
【0132】
（第二の実施例）
以下、第二の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
以下、第二の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【0133】
鋼を溶製し、鋳造して得た鋳片を、熱間圧延し、鋼板とした。
溶製工程では、溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼Ｏ濃度を０．０１００％以下とした状態で、Ａｌ、Ｘ元素、Ｍｇを表９に示す順序で添加した。Ｘ元素の添加後、Ｍｇを添加するまでの時間を表９に示すように調整し、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。
第二の実施形態の鋼板成分の分析は、第一の実施例と同様の方法で行った。その分析結果を表７及び表８に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味する。
溶製工程では、溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼Ｏ濃度を０．０１００％以下とした状態で、Ａｌ、Ｘ元素、Ｍｇを表９に示す順序で添加した。Ｘ元素の添加後、Ｍｇを添加するまでの時間を表９に示すように調整し、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。
第二の実施形態の鋼板成分の分析は、第一の実施例と同様の方法で行った。その分析結果を表７及び表８に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味する。
【0134】
【表7】
【0135】
【表8】
【0136】
（Ｘ含有粒子１の個数割合）
ＥＤＳで、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである２０個以上の粒子について、Ｘ元素の含有量の平均値を測定した。そして、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及びＸ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子１の個数割合を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表９に示す。
ＥＤＳで、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである２０個以上の粒子について、Ｘ元素の含有量の平均値を測定した。そして、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及びＸ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子１の個数割合を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表９に示す。
【0137】
Ｇｏｏｄ：Ｘ含有粒子の個数割合が３０％以上である。
Ｂａｄ：Ｘ含有粒子の個数割合が３０％未満である。
Ｂａｄ：Ｘ含有粒子の個数割合が３０％未満である。
【0138】
（シャルピー試験）
シャルピー試験は、第一の実施例と同じ条件で測定を行い、測定したシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ－３０）の最低値で評価した。３つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が１５０Ｊ以上であればＨＡＺ靭性に優れると判定した。その結果を表９に示す。
シャルピー試験は、第一の実施例と同じ条件で測定を行い、測定したシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ－３０）の最低値で評価した。３つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が１５０Ｊ以上であればＨＡＺ靭性に優れると判定した。その結果を表９に示す。
【0139】
【表9】
【0140】
表９に示すように、鋼成分及び［Ｘｔｏｔａｌ
＊］（有効Ｘ量）が本発明の範囲内であり、適切な製造条件で製造した鋼材（Ｎｏ．Ｂ１～Ｂ３８）は、再現熱サイクル試験後の－３０℃におけるシャルピー吸収エネルギーが高いことが判る。一方、Ｘ元素を添加してからＭｇを添加するまでの時間が４０分超のＮｏ．Ｂ３９は、Ｘ含有粒子の条件を満足しなかったため、シャルピー吸収エネルギーの最低値が１５０Ｊ以上を満たさなかった。なお、Ｎｏ．Ｂ３９においても、－３０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が１００Ｊ以上であった。
【0141】
（第三の実施例）
以下、第三の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
以下、第三の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【0142】
鋼を溶製し、鋳造して得た鋳片を、熱間圧延し、鋼板とした。
溶製工程では、溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼Ｏ濃度を０．０１００％以下とした状態で、Ａｌ、Ｘ元素、Ｍｇを表１２に示す順序で添加した。さらに、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。Ｘ元素の添加後、Ｍｇを添加するまでの時間、Ｍｇの添加から連続鋳造を開始するまでの時間を表１２に示す。
第三の実施形態の鋼板成分の分析は、第一の実施例と同様の方法で行った。その分析結果を表１０及び１１に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味する。
溶製工程では、溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼Ｏ濃度を０．０１００％以下とした状態で、Ａｌ、Ｘ元素、Ｍｇを表１２に示す順序で添加した。さらに、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。Ｘ元素の添加後、Ｍｇを添加するまでの時間、Ｍｇの添加から連続鋳造を開始するまでの時間を表１２に示す。
第三の実施形態の鋼板成分の分析は、第一の実施例と同様の方法で行った。その分析結果を表１０及び１１に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味する。
【0143】
【表10】
【0144】
【表11】
【0145】
（Ｘ含有粒子２の個数割合）
ＥＤＳで、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである２０個以上の粒子について、粒子の外周におけるＸ元素の含有量を１ｎｍ間隔で測定した（スポットサイズ：０．０００１～０．００１ｎｍ）。そして、少なくとも１測定点のＸ元素の含有量がＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上である粒子を、外周の少なくとも一部に０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在する粒子とした。その結果から、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、外周の少なくとも一部に０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在するＸ含有粒子２の個数割合を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表１２に示す。
ＥＤＳで、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである２０個以上の粒子について、粒子の外周におけるＸ元素の含有量を１ｎｍ間隔で測定した（スポットサイズ：０．０００１～０．００１ｎｍ）。そして、少なくとも１測定点のＸ元素の含有量がＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓ及び前記Ｘ元素の合計に対する割合で０．５原子％以上である粒子を、外周の少なくとも一部に０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在する粒子とした。その結果から、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、外周の少なくとも一部に０．５原子％以上のＸ元素を含む領域が存在するＸ含有粒子２の個数割合を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表１２に示す。
【0146】
Ｇｏｏｄ：Ｘ含有粒子２の個数割合が３０％以上である。
Ｂａｄ：Ｘ含有粒子２の個数割合が３０％未満である。
Ｂａｄ：Ｘ含有粒子２の個数割合が３０％未満である。
【0147】
（シャルピー試験）
シャルピー試験は、試験温度を―４０℃にした以外は第一の実施例と同じ条件で測定を行い、測定したシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ－４０）の最低値で評価した。３つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が１００Ｊ以上であればＨＡＺ靭性に優れると判定した。その結果を表１２に示す。
シャルピー試験は、試験温度を―４０℃にした以外は第一の実施例と同じ条件で測定を行い、測定したシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ－４０）の最低値で評価した。３つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が１００Ｊ以上であればＨＡＺ靭性に優れると判定した。その結果を表１２に示す。
【0148】
【表12】
【0149】
表１２に示すように、鋼成分及び［Ｘｔｏｔａｌ
＊］（有効Ｘ量）が本発明の範囲内であり、適切な製造条件で製造した鋼材（Ｎｏ．Ｃ１～Ｃ３８）は、再現熱サイクル試験後の－４０℃におけるシャルピー吸収エネルギーが高いことが判る。Ｘ添加元素の添加後Ｍｇを添加するまでの時間が４０分超のＮｏ．Ｃ３９とＭｇの添加から連続鋳造を開始するまでの時間が３０分超のＮｏ．Ｃ４０は、Ｘ含有粒子２の条件を満足しなかったため、－４０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が１００Ｊ以上を満たさなかった。なお、－４０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が１００Ｊを満たさなかったＮｏ．Ｃ３９及びＮｏ．Ｃ４０を含め、Ｎｏ．Ｃ１～Ｎｏ．Ｃ４０は、－３０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が１００Ｊ以上であった。
【0150】
（第四の実施例）
以下、第四の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
以下、第四の実施形態に係る鋼材について、実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、下記実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【0151】
鋼を溶製し、鋳造して得た鋳片を、熱間圧延し、鋼板とした。
溶製工程では、溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼Ｏ濃度を０．０１００％以下とした状態で、Ａｌ、Ｘ元素、Ｍｇを表１５に示す順序で添加した。さらに、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。Ｘ元素の添加後Ｍｇを添加するまでの時間、溶鋼のＯ濃度の調整からＭｇを添加するまでの時間、Ｍｇの添加から連続鋳造を開始するまでの時間を表１５に示す。
第四の実施形態の鋼板成分の分析は、第一の実施例と同様の方法で行った。その分析結果を表１３及び１４に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味する。
溶製工程では、溶鋼温度を１６５０℃以下として、溶鋼Ｏ濃度を０．０１００％以下とした状態で、Ａｌ、Ｘ元素、Ｍｇを表１５に示す順序で添加した。さらに、その他の元素の含有量を所定の範囲に調整し、［Ｘｔｏｔａｌ ＊］を調整し、次いで連続鋳造により鋳造し、鋳片を得た。Ｘ元素の添加後Ｍｇを添加するまでの時間、溶鋼のＯ濃度の調整からＭｇを添加するまでの時間、Ｍｇの添加から連続鋳造を開始するまでの時間を表１５に示す。
第四の実施形態の鋼板成分の分析は、第一の実施例と同様の方法で行った。その分析結果を表１３及び１４に示す。なお、表中の空欄は意図的に添加しないことを意味する。
【0152】
【表13】
【0153】
【表14】
【0154】
（Ｘ含有粒子３の個数割合）
ＥＤＳで、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む円相当径０．０１～０．１０μｍである２０個以上の粒子について、粒子の外周におけるＸ元素の含有量を１ｎｍ間隔で測定した。そして、測定点の５０％以上でＸ元素の含有量がＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で０．５原子％以上である粒子を、Ｘ元素含有粒子３とした。その結果から、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、外周の５０％以上の領域で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子３の個数割合を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表１５に示す。
ＥＤＳで、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で５原子％以上のＭｇを含む円相当径０．０１～０．１０μｍである２０個以上の粒子について、粒子の外周におけるＸ元素の含有量を１ｎｍ間隔で測定した。そして、測定点の５０％以上でＸ元素の含有量がＣａ、Ｍｇ、Ｍｎ及びＳの合計に対する割合で０．５原子％以上である粒子を、Ｘ元素含有粒子３とした。その結果から、５原子％以上のＭｇを含み、円相当径が０．０１～０．１０μｍである粒子のうち、外周の５０％以上の領域で０．５原子％以上のＸ元素を含むＸ含有粒子３の個数割合を求め、以下に示す基準により評価した。その結果を表１５に示す。
【0155】
Ｇｏｏｄ：Ｘ含有粒子３の個数割合が３０％以上である。
Ｂａｄ：Ｘ含有粒子３の個数割合が３０％未満である。
Ｂａｄ：Ｘ含有粒子３の個数割合が３０％未満である。
【0156】
（シャルピー試験）
シャルピー試験は、第三の実施例と同じ条件で測定を行い、３つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が１５０Ｊ以上であればＨＡＺ靭性に優れると判定した。その結果を表１５に示す。
シャルピー試験は、第三の実施例と同じ条件で測定を行い、３つの試験片のシャルピー吸収エネルギーの最低値が１５０Ｊ以上であればＨＡＺ靭性に優れると判定した。その結果を表１５に示す。
【0157】
【表15】
【0158】
表１５に示すように、鋼成分及び［Ｘｔｏｔａｌ
＊］（有効Ｘ量）が本発明の範囲内であり、適切な製造条件で製造した鋼材（Ｎｏ．Ｄ１～Ｄ３８）は、再現熱サイクル試験後の－４０℃におけるシャルピー吸収エネルギーが高いことが判る。Ｘ元素の添加後Ｍｇを添加するまでの時間が４０分超のＮｏ．Ｄ３９、Ｍｇの添加から連続鋳造を開始するまでの時間が３０分超のＮｏ．Ｄ４０及び溶鋼のＯ濃度の調整からＭｇを添加するまでの時間が８０分超のＮｏ．Ｄ４１は、Ｘ含有粒子３の条件を満足しなかったため、－４０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が１５０Ｊを満たさなかった。なお、－４０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が１５０Ｊを満たさなかったＮｏ．Ｄ３９、Ｎｏ．Ｄ４０、Ｎｏ．Ｄ４１を含めＮｏ．Ｄ１～Ｄ４１は、－３０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの最低値が１００Ｊ以上であった。
【産業上の利用可能性】
【0159】
本発明によれば、溶接後に良好なＨＡＺ靭性を有する鋼材を提供することができる。特に、本発明の鋼材は、降伏強度が３００～７００ＭＰａ程度の高張力が要求される、建築、橋梁、造船、ラインパイプ、建設機械、海洋構造物、タンクなどの各種の溶接鋼構造物に好適に用いることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】