特許 7260779 大入熱溶接用高強度鋼板

(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】2023-04-11

(45)【発行日】2023-04-19

(54)【発明の名称】大入熱溶接用高強度鋼板

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20230412BHJP

   C22C 38/54 20060101ALI20230412BHJP

   C21D 8/02 20060101ALN20230412BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 301B

C22C38/54

C21D8/02 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019112156

(22)【出願日】2019-06-17

(65)【公開番号】P2020204073

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2022-02-03

(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】田中 駿

(72)【発明者】

【氏名】重里 元一

(72)【発明者】

【氏名】本間 竜一

(72)【発明者】

【氏名】児島 明彦

(72)【発明者】

【氏名】吉村 信幸

【審査官】相澤 啓祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０５６１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０２５５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１０５３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１５９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７２２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２７０３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１７６７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３２０６２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０

Ｃ２１Ｄ ８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、
Ｃ ：０．１２％以上、０．１８％以下、
Ｍｎ：０．５％以上、１．５％以下、
Ｎｉ：１．０％以上、３．０％以下、
Ｂ ：０．０００３％以上、０．００３０％以下、
Ｔｉ：０．００５％以上、０．０２０％以下、
Ｎ ：０．００１０％以上、０．０１００％以下、
Ｏ ：０．００１０％以上、０．００４０％以下、
Ｃｕ：０％以上、２．０％以下、
Ｃｒ：０％以上、１．０％以下、
Ｍｏ：０％以上、１．０％以下、
Ｗ ：０％以上、１．０％以下、
Ｃｏ：０％以上、１．０％以下、
Ｎｂ：０％以上、０．１０％以下、
Ｖ ：０％以上、０．１０％以下、
Ｃａ：０％以上、０．００５％以下、
ＲＥＭ：０％以上、０．００５％以下、
Ｚｒ：０％以上、０．００５％以下
を含有し、
Ｓｉ：０．３０％以下、
Ｐ ：０．０１５％以下、
Ｓ ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．００３％以下
に制限し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
Ｍｎ及びＮｉの含有量の比Ｍｎ/Ｎｉが０．８０以下であり、
下記（１）式で計算される炭素当量ＣｅｑＷＥＳが０．４３％以上、０．５３％以下である大入熱溶接用高強度鋼板。
ＣｅｑＷＥＳ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ … （１）
ここで、（１）式中の、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは各元素の含有量［質量％］であり、含有しない元素の項には０を代入する。

【請求項2】

更に、質量％で、
Ｃｕ：０．１％以上、２．０％以下、
Ｃｒ：０．１％以上、１．０％以下、
Ｍｏ：０．１％以上、１．０％以下、
Ｗ ：０．１％以上、１．０％以下、
Ｃｏ：０．１％以上、１．０％以下、
Ｎｂ：０．００５％以上、０．１０％以下、
Ｖ ：０．００５％以上、０．１０％以下
の１種又は２種以上を含有する、請求項１に記載の大入熱溶接用高強度鋼板。

【請求項3】

更に、質量％で、
Ｃａ：０．０００１％以上、０．００５％以下、
ＲＥＭ：０．０００１％以上、０．００５％以下、
Ｚｒ：０．０００１％以上、０．００５％以下
の１種又は２種以上を含有する、請求項１または２に記載の大入熱溶接用高強度鋼板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大入熱溶接が適用される高強度鋼板に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、高層建築に代表される溶接構造物の鉄骨に対する要求は、建築物の大型化、建造の高能率化、地震時の破壊に対する安全性（耐震性）の向上の観点から、高度化している。そして、溶接構造物の鉄骨に使用される厚鋼板は、高強度化、厚手化に加えて、大入熱溶接ＨＡＺの靭性の確保が求められている。なお、「大入熱溶接ＨＡＺ」とは、大入熱溶接によって形成された溶接熱影響部（Heat Affected Zone、ＨＡＺ）のことを意味する。以下、大入熱溶接ＨＡＺを単に、大入熱ＨＡＺという場合がある。大入熱溶接とは、大入熱の溶接であり、高能率なエレクトロスラグ溶接やサブマージアーク溶接などが例として挙げられる。

【0003】

従来、高強度厚鋼板に上述の大入熱溶接を適用する場合、ＨＡＺにおいて良好な靱性を確保することは困難であるとされていた。例えば、引張強度７８０ＭＰａ級厚鋼板におけるエレクトロスラグ溶接部のＨＡＺ靱性が非特許文献１及び非特許文献２に示されている。非特許文献１の図６によれば、溶融線（Fusion Line、ＦＬ）、ＦＬから１ｍｍ（ＨＡＺ１）、ＦＬから３ｍｍ（ＨＡＺ３）、及びＦＬから５ｍｍ（ＨＡＺ５）のノッチ位置におけるシャルピー吸収エネルギーの平均値は４０Ｊ以下である。また、非特許文献２の図３及び図５によれば、ＦＬのノッチ位置におけるシャルピー吸収エネルギーの平均値は５０Ｊ以下である。

【0004】

このような問題に対して、厚鋼板に降伏比を低減させる２相域焼入れ処理を施し、フェライトとオーステナイトとの境界にＭｎ、Ｃｕ、Ｎｉ等の合金元素を分布させることで、大入熱溶接ＨＡＺの靭性を改善した引張強度７８０ＭＰａ級厚鋼板が提案されている（例えば、特許文献１、参照）。この技術は、焼入れ性を高める合金元素の濃淡を生じさせ、ＨＡＺの合金濃度が低い領域に粒内ベイナイトを核生成させて組織を微細化することにより、ＨＡＺの靱性を高めるものである。

【0005】

また、Ｖの炭窒素化物（Ｖ（Ｃ、Ｎ））を利用して、ＨＡＺにおいて粒内フェライトを生成させ、組織を微細化することでＨＡＺの靭性を高めた、降伏強度が３２５～５００ＭＰａ級の厚鋼板が提案されている（例えば、特許文献２、参照）。この技術は、Ｎの含有量を低減すると共にＣの含有量を増加させ、大入熱ＨＡＺにＶ（Ｃ、Ｎ）を析出させるための析出核としてＭｎＳを利用するものである。

【0006】

また、特許文献３では、Ｔｉ、Ａｌ、ＯおよびＮの含有量のバランスを制御することで結晶粒を微細化し、ＨＡＺの靱性を向上させる技術が開示されている。この技術は、粗大なオーステナイト粒の成長を、鋼中に分散させた微細なＴｉＮによって抑制する効果と、Ｔｉ含有介在物を変態核として粒内フェライトの析出を促進する効果とを重畳している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１０－２８０９７６号公報

【文献】特開２００７－３２７０９９号公報

【文献】国際公開第２０１７／１８３７２０号

【非特許文献】

【0008】

【文献】徳納一成、他７名「建築用大入熱溶接型予熱低減７８０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼板」、新日鉄技報、１９９７年、Ｎｏ．３６５、ｐ．３７～４３

【文献】廣田実、他５名、「オンライン製造プロセスによる建築構造用低降伏比７８０Ｎ／ｍｍ２級鋼材 その３ 大入熱溶接部継手特性」、日本建築学会大会学術講演梗概集、２０１２年、Ｎｏ．１０１７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

鋼板の高強度化を図るためには、鋼の焼入れ性の指標である炭素当量ＣｅｑＷＥＳを高めることが有効である。しかし、ＭｎやＮｉなどの合金元素の含有量を増加させると、大入熱ＨＡＺはベイナイトが主体の硬化組織となり、脆化相であるマルテンサイト・オーステナイト混合相（Martensite - Austenite constituent、ＭＡ）の生成が促進される。ＭＡの生成は、鋼板に含まれるＭｎやＮｉなどの合金元素が局所的に濃化して形成されたミクロ偏析部に起因する。ミクロ偏析部は、溶接熱影響によって加熱され、冷却された後、相変態によってＭＡとなる。ＭＡは硬い相であり、破壊の起点となってＨＡＺ靭性を低下させる。

【0010】

また、大入熱ＨＡＺは高温に加熱されるため、オーステナイトの粒成長が促進され、鋼の結晶粒が粗大化する。更に、合金元素の含有量を増加させるとＨＡＺが硬化する。これらもＨＡＺの靭性を低下させる原因となる。このように、鋼板を強度化するために炭素当量ＣｅｑＷＥＳを高めると、大入熱ＨＡＺにはＭＡが生成した粗大なベイナイト主体の組織が形成されて靭性が低下しやすくなる。

【0011】

以上のように、強度を高める合金元素であるＭｎ及びＮｉを含有する厚鋼板の場合、大入熱溶接ＨＡＺの靱性は、ミクロ偏析に起因するＭＡの生成、旧オーステナイトの粗大化、ベイナイトの硬化によって著しく低下する。そのため、従来の厚鋼板の成分設計の指針に基づいて鋼板（母材）高強度化と、大入熱ＨＡＺの靭性の確保とを両立させることは困難であった。

【0012】

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、新たな成分設計の指針を提案し、これに基づいて大入熱溶接用高強度鋼板を提供することを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者らは、高強度鋼板の大入熱ＨＡＺを著しく脆化させるＭＡの生成を抑制するという視点から、鋼板（母材）の高強度化と大入熱ＨＡＺの靭性の確保とを両立させるために検討を行った。その結果、鋼成分のＭｎ／Ｎｉを０．８０以下に制御し、かつＣの含有量を０．１２％以上に高めることが、ミクロ偏析部におけるＭＡの低減に有効であるという知見を得た。

【0014】

また、ＨＡＺの結晶粒の粗大化の抑制には、粒内変態の生成核として作用するＴｉ系酸化物の利用が有効である。

【0015】

さらに、ＨＡＺの硬化を抑制し、かつ十分な母材の強度を確保するために、焼入れ性を高める合金元素の含有量を低減し、微量でも顕著に焼入れ性を高めるＢを利用することが有効である。そして、焼入れ性を高めるＢの効果が発現しやすくなるように、Ｔｉを鋼に含有させてＴｉＮを形成し、ＢＮの生成を抑制する。また、微細なＴｉＮは、旧オーステナイト粒界のピン止めにも利用することができる。

【0016】

このように、Ｃの含有量を高め、Ｍｎ／Ｎｉを制御し、Ｔｉ系酸化物とＢとを活用し、炭素当量ＣｅｑＷＥＳを制御して、結晶粒の微細化及びＨＡＺの硬化を抑制することによって、母材の強度及び大入熱ＨＡＺの靭性の確保の両立が可能となる、という新たな知見を得た。

【0017】

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

【0018】

［１］ 質量％で、
Ｃ ：０．１２％以上、０．１８％以下、
Ｍｎ：０．５％以上、１．５％以下、
Ｎｉ：１．０％以上、３．０％以下、
Ｂ ：０．０００３％以上、０．００３０％以下、
Ｔｉ：０．００５％以上、０．０２０％以下、
Ｎ ：０．００１０％以上、０．０１００％以下、
Ｏ ：０．００１０％以上、０．００４０％以下、
Ｃｕ：０％以上、２．０％以下、
Ｃｒ：０％以上、１．０％以下、
Ｍｏ：０％以上、１．０％以下、
Ｗ ：０％以上、１．０％以下、
Ｃｏ：０％以上、１．０％以下、
Ｎｂ：０％以上、０．１０％以下、
Ｖ ：０％以上、０．１０％以下、
Ｃａ：０％以上、０．００５％以下、
ＲＥＭ：０％以上、０．００５％以下、
Ｚｒ：０％以上、０．００５％以下
を含有し、
Ｓｉ：０．３０％以下、
Ｐ ：０．０１５％以下、
Ｓ ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．００３％以下
に制限し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
Ｍｎ及びＮｉの含有量の比Ｍｎ／Ｎｉが０．８０以下であり、
下記（１）式で計算される炭素当量ＣｅｑＷＥＳが０．４３％以上、０．５３％以下である大入熱溶接用高強度鋼板。
ＣｅｑＷＥＳ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ … （１）
ここで、（１）式中の、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは各元素の含有量［質量％］であり、含有しない元素の項には０を代入する。
［２］ 更に、質量％で、
Ｃｕ：０．１％以上、２．０％以下、
Ｃｒ：０．１％以上、１．０％以下、
Ｍｏ：０．１％以上、１．０％以下、
Ｗ ：０．１％以上、１．０％以下、
Ｃｏ：０．１％以上、１．０％以下、
Ｎｂ：０．００５％以上、０．１０％以下、
Ｖ ：０．００５％以上、０．１０％以下
の１種又は２種以上を含有する、［１］に記載の大入熱溶接用高強度鋼板。
［３］ 更に、質量％で、
Ｃａ：０．０００１％以上、０．００５％以下、
ＲＥＭ：０．０００１％以上、０．００５％以下、
Ｚｒ：０．０００１％以上、０．００５％以下
の１種又は２種以上を含有する、［１］または［２］に記載の大入熱溶接用高強度鋼板。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、新たな成分設計の指針に基づく大入熱溶接用高強度鋼板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】エレクトロスラグ溶接Ｔ字継手におけるシャルピー試験片の採取要領を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の一実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板について説明する。まず、本発明を完成するに至った本発明者らの検討結果や、得られた新たな知見について詳述する。

【0022】

本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板（以下、単に「鋼板」とも称する。）は、焼入れ性を高める合金元素であるＣ、Ｍｎ、Ｎｉを含有する。そして、本実施形態に係る鋼板は、鋼を溶製、鋳造して得られた鋼片に熱間圧延を施すことで製造される。このようにして製造される鋼板は、鋳造時の凝固によって凝固組織の界面に形成されるミクロ偏析部を有している。このミクロ偏析部のＭｎ、Ｎｉなどの合金元素の濃化は、溶接の熱影響のような短時間の加熱では解消され難い。そのため、Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉを含有する鋼板に大入熱溶接を適用した場合、ＨＡＺのミクロ偏析部は、加熱によってＣが濃化した残留オーステナイトとなり、冷却後に硬質のＭＡとなる。このようなＭＡは破壊の起点となってＨＡＺ靭性を低下させるので、安定なオーステナイトの残留、換言すると残留オーステナイトの生成を抑制することが望ましい。そして、本発明者らは、鋭意検討の結果、ＭｎはＮｉに比較して、大入熱ＨＡＺの冷却時における残留オーステナイトの分解を遅延させるという新たな知見を得た。

【0023】

上述したように、大入熱ＨＡＺの冷却時において、ミクロ偏析部の残留オーステナイトが分解されずに大入熱ＨＡＺが室温まで冷却されると、この残留オーステナイトがＭＡとなってＨＡＺの靱性を劣化させる。Ｍｎは、Ｎｉと比較すると、残留オーステナイトの分解を遅延させることから、ＭＡの増加を招きやすいと考えられる。換言するに、ＮｉはＭｎよりも大入熱ＨＡＺの靭性に及ぼす悪影響が小さいと考えられる。そこで、本発明者らは、鋼中のＭｎの含有量とＮｉの含有量とのバランスに着眼し、両者の比率の適正化を図ることによって鋼の焼入れ性を高めつつＭＡの生成量を抑制できると考えた。具体的には、本発明者らは、鋼中のＭｎの含有量をＮｉの含有量で除した比であるＭｎ／Ｎｉが０．８０以下になると、大入熱ＨＡＺにおけるＭＡの生成量が低減する現象を見出した。この現象は、加熱時にミクロ偏析部にＣが濃化して生成する残留オーステナイトが分解される際、すなわち残留オーステナイトがフェライトとセメンタイトとに変態する際の異相界面におけるＣ原子の分配挙動に及ぼすＭｎ原子とＮｉ原子との影響の違いに起因すると推察される。

【0024】

更に、本発明者らは、大入熱溶接によって加熱された際に、ミクロ偏析部に濃化するＣの含有量が多くなるほど、冷却時における残留オーステナイトの分解が促進され、大入熱ＨＡＺのＭＡの生成が抑制されることを見出した。このように、鋼中のＣの含有量が多いほどＨＡＺのＭＡが低減する現象は、残留オーステナイトからセメンタイトを生成させる駆動力がＣによって増加することが原因であると推察される。本発明者らは、さらに検討を進めた結果、鋼成分において、Ｍｎ／Ｎｉを０．８０以下に制限し、かつＣの含有量を０．１２％以上に高めると、大入熱ＨＡＺでは、冷却時における残留オーステナイトの分解がより促進されることがわかった。

【0025】

また、大入熱溶接用高強度鋼板では、ＨＡＺの硬化及び結晶粒の粗大化が大入熱ＨＡＺの靱性を劣化させる原因となる。ＨＡＺの硬化を抑制しつつ、十分な母材の強度を確保するためには、焼入れ性を高める合金元素の含有量を低減しつつ、その分の焼入れ性を補うために、微量でも顕著に焼入れ性を高めるＢを利用することが有効である。一方、ＨＡＺの結晶粒の粗大化を抑制する有効な方法の一つは、Ｔｉ系酸化物を生成核とする粒内変態の利用である。本発明者らは、大入熱溶接を模擬した再現熱サイクルを付与した鋼に対して、金属組織と靱性との関係を調査した。その結果、鋼中に分散させたＴｉ系酸化物によって粒内変態を促進させることで結晶粒を微細化すると共に、Ｍｎ／Ｎｉを０．８０以下に制限してＭＡの生成を抑制することによって、大入熱ＨＡＺの靱性を顕著に向上し得ることを見出した。

【0026】

このように、本発明者らは、鋼板にＴｉを０．００５％以上含有させることによってＴｉ酸化物を分散させ、大入熱ＨＡＺの結晶粒の微細化を図った。そして、Ｔｉ酸化物による結晶粒の微細化を図るために、Ａｌの含有量を制限する。これは、鋼板中のＡｌの含有量が増えると、鋼板中のＯがＡｌ系酸化物の生成のために消費されやすくなり、Ｔｉ系酸化物の生成が抑制されるためである。したがって、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板に含まれるＡｌの量は、０．００３％以下に制限される。一方、Ｔｉの含有量を０．０２０％以下に制限することで、ミクロンサイズの粗大なＴｉＮの生成を回避することができる。また、ＨＡＺ靭性に影響を及ぼすような粗大な介在物が生成しないように、Ｏの含有量は０．００４０％以下に制限される。

【0027】

更に、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板では、大入熱ＨＡＺの靱性の劣化の原因となる大入熱ＨＡＺの硬化を抑制するため、炭素当量ＣｅｑＷＥＳの上限を制限し、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量を制御する。本発明者らの検討の結果、炭素当量ＣｅｑＷＥＳを０．５３％以下に制限すれば、大入熱ＨＡＺの靭性を確保できることがわかった。ＣｅｑＷＥＳが０．５３％を超えると、ＨＡＺ組織が硬化するだけでなく、ＭＡが生成し、ＨＡＺ靱性が顕著に劣化する。炭素当量ＣｅｑＷＥＳは、合金元素の含有量によって下記（１）式によって求めることができる。

【0028】

ＣｅｑＷＥＳ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ … （１）

【0029】

ここで、（１）式中の、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは各元素の含有量［質量％］であり、含有しない元素の項には０を代入する。

【0030】

また更に、炭素当量ＣｅｑＷＥＳの上限を制限することで、母材の強度不足が懸念される。そこで本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板では、Ｂを含有させることで、母材強度を確保する。なお、Ｂの焼入れ性を高める効果は、ＢＮの形成によって損なわれるが、窒化物を形成するＴｉを含有させ、ＴｉＮ形成によってＮを固定すると、ＢＮの生成が抑制される。すなわち、Ｔｉ窒化物はＢの焼入れ性を高める高価の発現に寄与している。ただし、上述したように、破壊の起点となるミクロンサイズの粗大なＴｉＮの生成を回避することが望ましい。

【0031】

次に、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板の化学成分（鋼組成）について詳細に説明する。なお、以下の化学成分の説明では、質量％を単に％と表記する。

【0032】

（Ｃ：０．１２％以上、０．１８％以下）
Ｃは、鋼の焼入れ性を高めて高強度化に寄与し、また、ＭＡの生成に影響を及ぼす元素である。本実施形態では、Ｃの含有量は０．１２％以上である。これにより、大入熱ＨＡＺにおいて、残留オーステナイトの分解、すなわち、フェライトへの変態とセメンタイトの析出が促進され、ＭＡの生成が抑制される。Ｃの含有量は、好ましくは０．１３％以上であり、より好ましくは０．１４％以上である。一方、セメンタイトの過度な生成を防止して靱性を確保するという観点から、本実施形態では、Ｃの含有量は０．１８％以下である。Ｃの含有量は、好ましくは０．１７％以下であり、より好ましくは０．１６％以下である。

【0033】

（Ｍｎ：０．５％以上、１．５％以下）
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高めて高強度化に寄与する元素であり、本実施形態ではＭｎの含有量は０．５％以上である。Ｍｎの含有量は、好ましくは０．８％以上である。一方、大入熱ＨＡＺにおけるＭＡの生成を抑制し、靱性を確保するという観点から、本実施形態では、Ｍｎの含有量は１．５％以下である。Ｍｎの含有量は、好ましくは１．４％以下であり、より好ましくは１．３％以下であり、さらに好ましくは１．２％以下である。

【0034】

（Ｎｉ：１．０％以上、３．０％以下）
Ｎｉは、鋼の焼入れ性を高めて高強度化に寄与する元素であり、同時に、大入熱ＨＡＺの靱性を高める元素でもある。強度および靭性を確保するという観点から、本実施形態では、Ｎｉの含有量は、１．０％以上である。Ｎｉの含有量は、好ましくは１．２％以上であり、より好ましくは１．４％以上であり、さらに好ましくは１．５％以上である。一方、Ｎｉは高価な元素であり、製造コストの上昇を抑制するという観点から、本実施形態では、Ｎｉの含有量は３．０％以下である。Ｎｉの含有量は、好ましくは２．５％以下であり、より好ましくは２．２％以下、さらに好ましくは２．０％以下である。

【0035】

（Ｍｎ／Ｎｉ：０．８０以下）
Ｍｎ及びＮｉはともに鋼の高強度化に寄与する元素であるが、大入熱ＨＡＺにおいて、ＭｎはＮｉに比べてＭＡの生成を促進しやすいことから、Ｍｎの含有量はＮｉの含有量よりも少ないことが好ましい。大入熱ＨＡＺの高強度化を図りつつ靱性を確保するという観点から、本実施形態の鋼板において、鋼中のＭｎの含有量をＮｉの含有量で除した比であるＭｎ／Ｎｉは０．８０以下である。Ｍｎ／Ｎｉは、好ましくは０．７０以下であり、より好ましくは０．６０以下である。なお、Ｍｎ／Ｎｉは、Ｍｎの含有量の下限をＮｉの含有量の上限で除した比を下限としてもよく、すなわち、０．１７以上であってもよい。Ｍｎ／Ｎｉは０．２０以上であってもよい。

【0036】

（Ｂ：０．０００３％以上、０．００３０％以下）
Ｂは、炭素当量ＣｅｑＷＥＳを制限しつつ、鋼の焼入れ性を確保するための重要な元素である。Ｂは、鋼中の含有量が微量であっても焼入れ性を顕著に向上させ得る元素であり、本実施形態では、Ｂの含有量は０．０００３％以上である。Ｂの含有量は、好ましくは０．０００５％以上であり、より好ましくは０．０００７％以上である。一方、大入熱ＨＡＺの靱性や溶接性の劣化を抑制するという観点から、本実施形態では、Ｂの含有量は０．００３０％以下である。Ｂの含有量は、好ましくは０．００２０％以下であり、より好ましくは０．００１５％以下である。

【0037】

（Ｔｉ：０．００５％以上、０．０２０％以下）
Ｔｉは、Ｔｉ酸化物及びＴｉＮを形成する元素である。ＴｉＮはピン止め効果によってγ粒の粗大化を抑制し、Ｔｉ酸化物は粒内変態核となってＨＡＺの結晶粒の細粒化に寄与する。また、Ｔｉは、ＴｉＮを形成してＢＮの生成を抑制するため、焼入れ性を向上させる固溶Ｂの確保にも有効である。大入熱ＨＡＺの靭性を確保するため、本実施形態において、Ｔｉの含有量は０．００５％以上である。Ｔｉの含有量は、好ましくは０．００７％以上である。一方、母材及びＨＡＺの靭性の劣化や鋳片の表面品質の劣化を抑制するという観点から、本実施形態では、Ｔｉの含有量は０．０２０％以下である。Ｔｉの含有量は、好ましくは０．０１８％以下であり、より好ましくは０．０１６％以下である。

【0038】

（Ｎ：０．００１０％以上、０．０１００％以下）
Ｎは、ＴｉＮを構成する元素である。ＴｉＮは、ピン止めによってγ粒の粗大化を抑制する。ＨＡＺにおいてγ粒の成長を抑制する効果を発現するため、本実施形態の鋼板において、Ｎの含有量は０．００１０％以上である。一方、ＢＮの生成を抑制して焼入れ性を高め、窒化物によるＨＡＺ靭性の低下を抑制するという観点から、Ｎの含有量は０．０１００％以下である。Ｎの含有量は、好ましくは０．００８０％以下であり、より好ましくは０．００６０％以下である。

【0039】

（Ｏ：０．００１０％以上、０．００４０％以下）
Ｏは、Ｔｉなどの脱酸元素と結合して、酸化物を形成する元素である。Ｔｉ酸化物は、粒内変態核として作用し、結晶粒の微細化に寄与する。この効果を得るため、本実施形態の鋼板では、Ｏの含有量は０．００１０％以上である。ただし、鋼の清浄度が低下して母材及びＨＡＺの靭性が劣化することを抑制する観点から、Ｏの含有量は０．００４０％以下である。Ｏの含有量は、好ましくは０．００３０％以下である。

【0040】

（Ａｌ：０．００３％以下）
Ａｌは、酸化物を形成する元素であり、脱酸に用いられる。しかし、Ａｌの含有量の増加に伴ってＴｉ系酸化物の生成が抑制される。したがって、Ａｌの含有量は、Ｔｉ系酸化物の生成を促進するという観点から、本実施形態において、０．００３％以下である。Ａｌの含有量は、好ましくは０．００２％以下であり、より好ましくは０．００１％以下である。上述のように、Ａｌは脱酸元素であるが、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉによる脱酸が可能であり、Ａｌの含有量は０％であってもよい。

【0041】

（Ｓｉ：０．３０％以下）
Ｓｉは、脱酸や高強度化のために鋼に含有される元素である。一方、Ｓｉは、ＭＡの生成を促進させる元素でもあり、本発明者らは、大入熱ＨＡＺのミクロ偏析部におけるＭＡの生成にＳｉが極めて大きな影響を及ぼすという知見を得ている。したがって、大入熱ＨＡＺの靭性を確保するため、Ｓｉの含有量の制限が必要であり、本実施形態では、Ｓｉの含有量は０．３０％以下である。Ｓｉの含有量は、好ましくは０．２５％以下であり、より好ましくは０．２０％以下であり、さらに好ましくは０．１５％以下である。Ｓｉの含有量の下限は限定されないが、製造コストの観点から、Ｓｉの含有量は０．０１％以上であってもよい。

【0042】

（Ｐ：０．０１５％以下）
Ｐは、靭性に有害な不純物である。Ｐの含有量は、大入熱ＨＡＺの靱性を安定的に確保するために制限する必要があり、本実施形態では、０．０１５％以下である。Ｐの含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。Ｐの含有量の下限は限定されないが、製造コストの観点から、Ｐの含有量は０．００１％以上であってもよい。

【0043】

（Ｓ：０．００５％以下）
Ｓは、不純物であり、鋼中に多量に含有されると粗大な介在物を形成して靭性を低下させる場合がある。したがって、Ｓの含有量は、大入熱ＨＡＺの靱性を安定的に確保するために制限する必要があり、本実施形態では、Ｓは０．００５％以下である。Ｓの含有量は、好ましくは０．００４％以下であり、より好ましくは０．００３％以下である。Ｓ量の下限は限定されないが、製造コストの観点から、Ｓの含有量は０．０００１％以上であってもよい。Ｓの含有量は０．００１％以上であってもよい。

【0044】

（炭素当量ＣｅｑＷＥＳ：０．４３％以上、０．５３％以下）
炭素当量ＣｅｑＷＥＳは、鋼板（母材）の強度及びＨＡＺの硬さに影響を及ぼす焼入れ性の指標である。母材の強度を確保するために、本実施形態では、炭素当量ＣｅｑＷＥＳは０．４３％以上である。炭素当量ＣｅｑＷＥＳは、好ましくは０．４４％以上であり、より好ましくは０．４５％以上である。一方、大入熱ＨＡＺの硬化を抑制して、靱性を確保するという観点から、本実施形態では、炭素当量ＣｅｑＷＥＳは０．５３％以下である。炭素当量ＣｅｑＷＥＳは、好ましくは０．５２％以下であり、より好ましくは０．５１％以下である。なお、炭素当量ＣｅｑＷＥＳは、合金元素の含有量によって下記（１）式で計算される。

【0045】

ＣｅｑＷＥＳ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ … （１）

【0046】

ここで、（１）式中の、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは各元素の含有量［質量％］であり、含有しない元素の項には０を代入する。

【0047】

本実施形態に係る鋼板の化学組成の残部は、鉄（Ｆｅ）及び不純物である。不純物とは、鋼板を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料やその他の要因により混入する成分であって、本実施形態に係る鋼板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及びＳについては上述のように含有量の上限値が制限される。

【0048】

本実施形態に係る鋼板には、鋼板（母材）の強度や靭性を向上させるため、必要に応じて、下記に示す選択元素Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｖの１種又は２種以上を含有させてもよい。

【0049】

（Ｃｕ：０％以上、２．０％以下）
Ｃｕは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Ｃｕの含有量の下限値は限定されず、０％であってもよい。また、Ｃｕは、溶接性やＨＡＺの靱性に対する悪影響が小さく、母材の強度や靱性を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Ｃｕの含有量は０．１％以上であってもよい。ただし、鋼板の熱間圧延時おけるＣｕクラックの発生抑制の観点から、本実施形態では、Ｃｕの含有量は、２．０％以下である。Ｃｕの含有量は、好ましくは１．０％以下であり、より好ましくは０．７％以下であり、さらに好ましくは０．５％以下である。

【0050】

（Ｃｒ：０％以上、１．０％以下）
Ｃｒは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Ｃｒの含有量の下限値は限定されず、０％であってもよい。また、Ｃｒは、母材の強度を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Ｃｒの含有量は０．１％以上であってもよい。Ｃｒの含有量は、好ましくは０．２％以上であり、より好ましくは０．３％以上である。ただし、大入熱ＨＡＺの靱性や溶接性の劣化抑制の観点から、本実施形態では、Ｃｒの含有量は、１．０％以下であるＣｒの含有量は、好ましくは０．８％以下であり、より好ましくは０．５％以下である。

【0051】

（Ｍｏ：０％以上、１．０％以下）
Ｍｏは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Ｍｏの含有量の下限値は限定されず、０％であってもよい。また、Ｍｏは、母材の強度及び靱性を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Ｍｏの含有量は０．１％以上であってもよい。Ｍｏの含有量は、好ましくは０．２％以上であり、より好ましくは０．３％以上である。ただし、大入熱ＨＡＺの靱性や溶接性の劣化抑制、合金コストの上昇抑制の観点から、本実施形態では、Ｍｏの含有量は１．０％以下である。Ｍｏの含有量は、好ましくは０．５％以下である。

【0052】

（Ｗ：０％以上、１．０％以下）
Ｗは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Ｗの含有量の下限値は限定されず、０％であってもよい。また、Ｗは、母材の強度及び靱性をさせる元素でもある。そのため、本実施形態では、Ｗの含有量は０．１％以上であってもよい。Ｗの含有量は、好ましくは０．２％以上であり、より好ましくは０．３％以上である。ただし、大入熱ＨＡＺの靱性や溶接性の劣化抑制、合金コストの上昇抑制の観点から、本実施形態では、Ｗの含有量は１．０％以下である。Ｗの含有量は、好ましくは０．５％以下である。

【0053】

（Ｃｏ：０％以上、１．０％以下）
Ｃｏは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Ｃｏの含有量の下限値は限定されず、０％であってもよい。また、Ｃｏは、溶接性やＨＡＺの靱性に対する悪影響が小さく、母材の強度や靱性を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Ｃｏの含有量は０．１％以上であってもよい。ただし、合金コストの上昇抑制の観点から、本実施形態では、Ｃｏの含有量は１．０％以下である。Ｃｏの含有量は、好ましくは０．５％以下である。

【0054】

（Ｎｂ：０％以上、０．１０％以下）
Ｎｂは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Ｎｂの含有量の下限値は限定されず、０％であってもよい。また、Ｎｂは、母材の強度及び靱性を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Ｎｂの含有量は０．００５％以上であってもよい。ただし、大入熱ＨＡＺの靱性や溶接性の劣化抑制の観点から、Ｎｂの含有量は０．１０％以下である。Ｎｂの含有量は、好ましくは０．０５％以下であり、より好ましくは０．０３％以下である。

【0055】

（Ｖ：０％以上、０．１０％以下）
Ｖは、スクラップ等から不純物として鋼板に混入する場合がある元素である。しかし、Ｖの含有量の下限値は限定されず、０％であってもよい。また、Ｖは、母材の強度を向上させる元素でもある。そのため、本実施形態では、Ｖの含有量は０．００５％以上であってもよい。ただし、大入熱ＨＡＺの靱性や溶接性の劣化抑制、合金コストの上昇抑制の観点から、Ｖの含有量は、０．１０％以下である。Ｖの含有量は、好ましくは０．０８％以下であり、より好ましくは０．０６％以下である。

【0056】

さらに、本実施形態に係る鋼板は、介在物の形態を制御するため、必要に応じて、下記に示す選択元素Ｃａ、ＲＥＭ、Ｚｒの１種又は２種以上を含有することができる。

【0057】

（Ｃａ：０％以上、０．００５％以下）
Ｃａは、酸化物や硫化物、酸硫化物を形成して粗大介在物の生成を抑制し、母材及びＨＡＺの靱性を高める元素である。そのため、本実施形態では、Ｃａの含有量は０．０００１％以上であってもよい。ただし、脆性破壊の発生起点として作用する恐れがあるＣａ系介在物の増加を抑制するという観点から、本実施形態では、Ｃａの含有量は０．００５％以下である。Ｃａの含有量は、好ましくは０．００４％以下である。なお、Ｃａの含有量は０％であってもよい。

【0058】

（ＲＥＭ：０％以上、０．００５％以下）
ＲＥＭ（希土類元素）とは、Ｓｃ、Ｙの２元素と、Ｌａ、ＣｅやＮｄなどのランタノイド１５元素の総称を意味する。本実施形態でいうＲＥＭとは、これら希土類元素から選択される１種以上で構成されるものであり、以下に説明するＲＥＭの含有量とは、希土類元素の含有量の合計である。

【0059】

ＲＥＭは、Ｃａと同様に、酸化物、硫化物、酸硫化物を形成して粗大介在物の生成を抑制し、母材及びＨＡＺの靱性を高める元素である。そのため、本実施形態では、ＲＥＭの含有量は０．０００１％以上であってもよい。ただし、脆性破壊の発生起点として作用する恐れがあるＲＥＭ系介在物の増加を抑制するという観点から、本実施形態では、ＲＥＭの含有量は０．００５％以下である。ＲＥＭの含有量は、好ましくは０．００３％以下である。なお、ＲＥＭの含有量は０％であってもよい。

【0060】

（Ｚｒ：０％以上、０．００５％以下）
Ｚｒは、ＣａやＲＥＭと同様に、酸化物、硫化物、酸硫化物を形成して粗大介在物の生成を抑制し、母材及びＨＡＺの靱性を高める元素である。そのため、Ｚｒの含有量は０．０００１％以上であってもよい。ただし、脆性破壊の発生起点として作用する恐れがあるＺｒ系介在物の増加を抑制するという観点から、本実施形態では、Ｚｒの含有量は０．００５％以下である。Ｚｒの含有量は、好ましくは０．００３％以下である。なお、Ｚｒの含有量は０％であってもよい。

【0061】

本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、高強度で厚手の厚鋼板が必要とされる用途に好適である。本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、特に、溶接施工能率の高い大入熱溶接が施され、ＨＡＺの靭性に対する要求レベルが高い用途に好適である。具体的には、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、建築鉄骨用の四面ボックス柱など、ダイヤフラム溶接（エレクトロスラグ溶接）が施され、ＨＡＺの靱性が要求される高強度厚鋼板に好適である。

【0062】

建築物の大型化、建造の高能率化、要求される安全性の向上に伴い、溶接構造物用の厚鋼板に対する要求が高度化している。そのため、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板において、強度の観点から、板厚は５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下、降伏強度は６３０ＭＰａ以上であることが好ましい。降伏強度の上限は限定されず、例えば、降伏強度は７５０ＭＰａ以下であってもよい。また、耐震性の観点から、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板の降伏比は８５％以下であることが好ましい。降伏比の下限は限定されず、例えば、降伏比は７０％以上であってもよい。さらに、建造の高能率化や耐震性の観点から、大入熱溶接部のＨＡＺにおけるシャルピー吸収エネルギー（試験温度０℃）の平均値は７０Ｊ以上であることが好ましい。なお、大入熱溶接とは、例えば、エレクトロスラグ溶接やサブマージアーク溶接が挙げられる。

【0063】

次に、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板の製造方法を説明する。

【0064】

本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、鋼を溶製し、鋳造して鋼片を製造し、得られた鋼片に熱間圧延を施して製造される。鋼片の製法は限定されず、公知の方法で製造すればよい。例えば、鋼片は、転炉、電気炉等の通常の精錬プロセスで溶製した後、連続鋳造法、造塊-分塊法等の方法で製造される。鋼片は、熱間圧延を施された後、そのまま水冷等の制御冷却を施されるか、又は空冷された後、熱処理を施されてもよい。また、鋼片は、鋼の溶製及び鋳造によって製造された後、そのまま熱間圧延を施されてもよい。ただし、後述するように、鋼片は、好ましくは、鋳造後に冷却され、Ａｃ_３以上の温度に再加熱されて、熱間圧延を施される。

【0065】

以下、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板の好ましい製造条件について説明する。

【0066】

上述した化学成分から構成され、連続鋳造法によって製造された厚み２００ｍｍ以上の鋼片は、一旦、４００℃以下に冷却される。その後、鋼片は、９００℃以上、１２５０℃以下の温度域に加熱され、熱間圧延を施されて、板厚が５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の鋼板が製造される。鋼板は、必要に応じて各種の熱処理が施される。

【0067】

連続鋳造後の鋼片は、４００℃以下に冷却されずにホットチャージで加熱炉に装入されると、鋳造時に生成した粗大なγ組織が加熱後の鋼片にも残存し、鋼板の組織が十分に微細化せず低温靱性が劣化する場合がある。そのため、連続鋳造後の鋼片は、一旦、４００℃以下まで冷却されることが好ましい。

【0068】

鋳片の加熱温度は、鋳造後の鋼片に析出したＢＮを溶体化し、熱間圧延におけるＴｉＮの形成を促進するために、好ましくは９００℃以上である。加熱された鋼片中のＮは、熱間圧延時にＴｉＮを形成し、ＢＮの生成が抑制される。その結果、鋼板において、鋼の焼入れ性を向上させる固溶Ｂ及び粒成長を抑制するＴｉＮが十分に確保される。一方、鋼片の加熱温度は、γ粒の粗大化を抑制して、熱間圧延後の金属組織を微細化させて、低温靱性の劣化を抑制するという観点から、１２５０℃以下であることが好ましい。加熱温度は、より好ましくは１２００℃以下である。
なお、熱間圧延後に直接焼入れする場合は、熱間圧延の終了温度（仕上げ温度）は、オーステナイト（γ）単相域、すなわちフェライト変態が開始するＡｒ_３変態点以上であることが好ましい。このとき、熱間圧延終了時に鋼板の表層部の温度がオーステナイト（γ）／フェライト（α）の二相域であっても、板厚方向中心部の温度がγ単相域であれば問題はない。熱間圧延の終了温度は、７５０℃以上であってもよい。熱間圧延の終了温度は、金属組織の微細化とういう観点から、好ましくは９００℃以下である。Ａｒ_３変態点（℃）は下記（２）式によって求めることができる。

【0069】

Ａｒ_３変態点＝８６８－３９６×Ｃ＋２４．６×Ｓｉ－６８．１×Ｍｎ－３６．１×Ｎｉ－２０．７×Ｃｕ－２４．８×Ｃｒ＋２９．１×Ｍｏ … （２）

【0070】

ここで、上記（２）式中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏは質量％で表した各元素の鋼板中の含有量であり、含有しない元素の項には０を代入する。

【0071】

さらに、熱間圧延後に直接焼入れする場合は、熱間圧延をγ単相域で終え、鋼板の材質を調整するために、引き続き、水冷が施される。一方、熱間圧延後に空冷される場合、鋼板は、γ単相域への再加熱とこれに続く焼入れ（γ再加熱焼入れ）が施される。また、熱間圧延後、直接焼入れまたはγ再加熱焼入れが施された鋼板は、材質を調整するために、各種の熱処理が施される場合がある。

【0072】

これらの焼入れ処理（直接焼入れまたはγ再加熱焼入れ）が施された鋼板は、降伏比を低下させるために、オーステナイト（γ）とフェライト（α）とが共存する二相域への再加熱とこれに続く焼入れ（γ／α再加熱焼入れ）が施される場合がある。ここで二相域とはＡｃ_１変態点以上Ａｃ_３変態点未満であり、Ａｃ_１変態点及びＡｃ_３変態点は、それぞれ、下記（３）式及び（４）式によって求めることができる。

【0073】

Ａｃ_１変態点＝７５０．８－２６．６Ｃ＋１７．６Ｓｉ－１１．６Ｍｎ－２２．９Ｃｕ－２３．０Ｎｉ＋２４．１Ｃｒ＋２２．５Ｍｏ－３９．７Ｖ－５．７Ｔｉ＋２３２．４Ｎｂ－１６９．４Ａｌ－８９４．７Ｂ … （３）
Ａｃ_３変態点＝９１０－２０３√Ｃ＋４４．７Ｓｉ－３０Ｍｎ－４００Ａｌ－１５．２Ｎｉ＋１０４Ｖ＋３１．５Ｍｏ＋１３．１Ｗ＋１１Ｃｒ＋２０Ｃｕ－７００Ｐ－４００Ｔｉ … （４）

【0074】

ここで、上記（３）式及び（４）式中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｂ、Ｗ、Ｐは、質量％で表した各元素の鋼板中の含有量であり、含有しない元素の項には０を代入する。

【0075】

さらに、鋼板の強度、降伏比、靱性を最終的に調整するために、鋼板は、焼戻しが施される場合がある。焼戻しを実施する場合、焼戻し温度は、好ましくは３５０℃以上、６００℃以下である。

【0076】

ここで、上述した熱間圧延の仕上げ温度、γ再加熱焼入れ温度、γ／α再加熱焼入れ温度、および焼戻し温度はすべて、板厚方向中心部での温度を指す。板厚方向中心部の温度は、放射温度計で測定した鋼板表面の温度から、伝熱計算によって求めることができる。

【0077】

以上の製法によって本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板を製造することができる。

【0078】

本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、エレクトロスラグ溶接やサブマージアーク溶接など、溶接入熱量が５０ｋＪ／ｍｍを超えるような大入熱溶接が施されても、良好なＨＡＺ靭性が確保される。

【0079】

また、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、好ましくは、降伏強度が６３０ＭＰａ以上、大入熱溶接部（例えば、エレクトロスラグ溶接部）のＨＡＺにおけるシャルピー吸収エネルギー（試験温度０℃）の平均値が７０Ｊ以上である。そのため、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板は建築鉄骨に好適であり、本実施形態に係る大入熱溶接用高強度鋼板によって、建築物の高層化や大スパン化の進行を促進させることができ、さらに建設効率及び耐震安全性の向上を図ることができる。

【実施例】

【0080】

以下に本発明の実施例を示す。ただし、以下に示す実施例は本発明の一例であり、本発明は以下に説明する実施例に制限されるものではない。

【0081】

転炉による鋼の溶製、連続鋳造によって製造された鋼片の厚さは３００ｍｍである。なお、鋼片は、連続鋳造後室温まで冷却されており、１０００℃以上、１２００℃以下の温度範囲内に再加熱され、熱間圧延が施された。なお、熱間圧延の仕上げ温度は、７５０℃以上、９００℃以下である。熱間圧延後の鋼板に直接焼入れが施される場合は、熱間圧延の仕上げ温度は、γ単相域（Ａｒ_３変態点以上）である。
次に、熱間圧延後の鋼板は、表３及び表４に示す条件にて熱処理が施された。表３及び表４において、「γ再加熱焼入れ温度」とは、熱間圧延後に空冷された鋼板に、γ再加熱焼入れが施された場合の加熱温度である。一方、「γ／α再加熱焼入れ温度」とは、熱間圧延後に直接焼入れまたはγ再加熱焼入れが施され、更に、γ／α再加熱焼入れが施された場合の加熱温度である。
このようにして製造された厚鋼板から試料が採取され、化学分析が行われた。各厚鋼板の化学成分は表１及び表２に示されており、板厚は表５及び６に示されている。なお、表１及び表２に示されている炭素当量ＣｅｑＷＥＳは、下記（１）式により求められた。

【0082】

ＣｅｑＷＥＳ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４ … （１）

【0083】

ここで、（１）式中の、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは各元素の含有量［質量％］であり、含有しない元素の項には０を代入した。

【0084】

【表1】

【0085】

【表2】

【0086】

【表3】

【0087】

【表4】

【0088】

＜母材の機械的性質＞
母材の機械特性の評価、すなわち、引張試験及びシャルピー衝撃試験に用いた試験片は、厚鋼板の板厚の１／４の位置から採取された。
引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠し、２本の試験片を用いて室温で行われた。ＹＳ（０．２％降伏強度）及びＴＳ（引張強度）は、それぞれ２本の試験片の平均値である。ＹＲ（降伏比）は、ＴＳに対するＹＳの割合であり、百分率、すなわち、１００×（ＹＳ／ＴＳ）で表される。ＹＲ（降伏比）の単位は％である。
シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に準拠し、３本のＶノッチ試験片を用いて行われ、吸収エネルギーが測定された。試験温度は０℃である。母材の吸収エネルギー（ＫＶ_２（０℃））は、このようにして測定された３本の試験片の吸収エネルギーの平均値（相加平均）である。

【0089】

＜溶接継手のＨＡＺ靭性＞
溶接継手のＨＡＺ靭性の評価は、エレクトロスラグ溶接法（ＥＳＷ）によって作製された各厚鋼板の溶接継手を用いて行われた。
エレクトロスラグ溶接法（ＥＳＷ）によって、図１に例示されるＴ字継手が作製された。溶接は１パスで行われ、溶接入熱量が７０ｋＪ／ｍｍ以上、１５０ｋＪ／ｍｍ以下である大入熱溶接が適用された。入熱量は、図１に示すＴ字継手の溶接全長における入熱量の平均値である。

【0090】

図１のＴ字継手は、ＥＳＷによって次のようにして作製される。まず、厚鋼板からなるスキンプレート１に対して間隙をあけてＴ字状に、厚鋼板からなるダイヤフラム２が配置される。次に、ダイヤフラム２に沿わせて、スキンプレート１の長手方向から前記間隙を挟むように、裏当金３、４が配置される。この裏当金３、４により、溶接時の溶融スラグ及び溶融金属が溶接部から流れ出ないように、前記間隙が囲まれる。そして、この間隙の内部において、溶融したスラグ浴の中に溶接ワイヤが供給される。溶接ワイヤは、主として溶融スラグの抵抗熱によって溶融され、溶接金属部５が形成されることで、Ｔ字継手が作製される。

【0091】

このＴ字継手の溶接部において、ダイヤフラム２の板厚中心線に沿ってシャルピー衝撃試験用の試験片７が採取された。具体的には、図１に示すように、溶接金属部５から溶解融線（ＦＬ）を超えてスキンプレート１側の溶接熱影響部（ＨＡＺ）６を通過してスキンプレート１の内部側に至る部位から試験片７が採取された。図１には、ノッチの位置がＦＬから１ｍｍであるシャルピー試験片の採取位置が示されている。また、図示されていないが、ノッチの位置がＦＬであるシャルピー試験片も採取された。スキンプレート１及びダイヤフラム２は同鋼種であり、両者の板厚も同一である。

【0092】

このようにして作製された試験片７は、溶解融線（ＦＬ）から１ｍｍ離れたＨＡＺ部分にノッチを入れたＶノッチ試験片、及び、ＦＬ上にノッチを入れたＶノッチ試験片であり、これらを用いた試験結果は、表５及び表６において、それぞれ、「ＦＬ＋１ｍｍ」及び「ＦＬ」と示される。各Ｖノッチ試験片を用いて、０℃と－２０℃で、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠してシャルピー衝撃試験が行われた。一つのノッチ位置と一つの試験温度について、それぞれ３本のＶノッチ試験片を用いてシャルピー衝撃試験が行われ、各条件における吸収エネルギーの平均値（相加平均）が評価結果として採用された。表５及び表６には、厚鋼板の板厚、母材の機械的性質、エレクトロスラグ溶接における入熱量、エレクトロスラグ溶接継手のＨＡＺ靭性が示される。ＫＶ_２（０℃）およびＫＶ_２（－２０℃）は、それぞれ、０℃での吸収エネルギーおよび－２０℃での吸収エネルギーである。

【0093】

【表5】

【0094】

【表6】

【0095】

表５に示されるように、本発明の鋼板は、板厚が５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下である場合において、６３０ＭＰａ以上の降伏強度（ＹＳ）と、８５％以下の降伏比（ＹＲ）とを有する。さらに、本発明の鋼板を用いて作製されたＥＳＷ継手は、０℃で７０Ｊ以上の優れたＨＡＺ靱性を有する。また、本発明の鋼板を用いて作製されたＥＳＷ継手は、試験温度－２０℃とした場合でも、２７Ｊ以上の非常に優れたＨＡＺ靱性を有する。

【0096】

一方、表６に示されるように、従来の鋼板（比較鋼）は化学成分が本発明の範囲から外れているため、母材の機械的性質、ＥＳＷ継手のＨＡＺ靭性が劣る。

【0097】

符号Ｂ１はＣ量が低すぎために降伏強度が劣り、符号Ｂ２はＣ量が高すぎるために、ＨＡＺ靱性が劣る。符号Ｂ３はＭｎ量が低すぎるために降伏強度が劣り、符号Ｂ４はＭｎ量が高すぎるためにＨＡＺ靱性が劣る。符号Ｂ５はＮｉ量が低すぎるためにＨＡＺ靱性が劣る。

【0098】

符号Ｂ６はＢ量が低すぎるために降伏強度が劣り、符号Ｂ７はＢ量が高すぎるためにＨＡＺ靱性が劣る。符号Ｂ８はＴｉ量が低すぎるために、符号Ｂ９はＴｉ量が高すぎるためにＨＡＺ靱性が劣る。符号Ｂ１０はＮ量が低すぎるためにＨＡＺ靱性が劣る。符号Ｂ１１はＮ量が高すぎるために降伏強度及びＨＡＺ靭性が劣る。符号Ｂ１２はＯ量が低すぎるために、符号Ｂ１３はＯ量が高すぎるために、符号Ｂ１４はＳｉ量が高すぎるために、符号Ｂ１５はＰ量が高すぎるために、符号Ｂ１６はＳ量が高すぎるために、符号Ｂ１７はＡｌ量が高すぎるために、ＨＡＺ靱性が劣る。

【0099】

符号１８はＣｅｑＷＥＳが低すぎるために降伏強度が劣り、符号１９はＣｅｑＷＥＳが高すぎるためにＨＡＺ靱性が劣る。符号Ｂ２０はＭｎ／Ｎｉが高すぎるためにＨＡＺ靱性が劣る。

【符号の説明】

【0100】

１・・・スキンプレート
２・・・ダイヤフラム
３、４・・・裏当金
５・・・溶接金属部
６・・・溶接熱影響部（ＨＡＺ）
７・・・試験片

【産業上の利用可能性】

【0101】

本発明は、鉄鋼業において製造される厚鋼板に適用される。また、本発明は、厚鋼板以外の鉄鋼製品、たとえば形鋼などへの適用も可能である。本発明を適用した高強度で厚手の厚鋼板は、主に高層建築の鉄骨として使用され、特に、４枚のスキンプレートと内部に配置されたダイヤフラムで概略構成され四面ボックス柱の鉄骨として好適である。四面ボックス柱の各部材の接合では、溶接入熱の大きい、いわゆる大入熱溶接が行われる。例えば、ダイヤフラムをスキンプレートに取り付けるダイヤフラム溶接や、スキンプレートを組み立てる角溶接には、それぞれエレクトロスラグ溶接やサブマージアーク溶接などの高能率な大入熱溶接が適用される。また、本発明に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、橋梁、造船、タンク、海洋構造物、ラインパイプなどの溶接構造物に使用することも可能である。

【0102】

本発明に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、高強度で厚手の厚鋼板に対して、溶接施工能率の高い大入熱溶接を施し、ＨＡＺ靭性の要求レベルが高い場合に好適である。具体的には、本発明に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、降伏強度が６３０ＭＰａ以上、板厚が５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下、エレクトロスラグ溶接部のＨＡＺにおけるシャルピー吸収エネルギー（試験温度０℃）の平均値が７０Ｊ以上である、大入熱溶接用厚鋼板である。したがって、本発明に係る大入熱溶接用高強度鋼板は、エレクトロスラグ溶接などの大入熱が適用される建築鉄骨四面ボックス柱ダイヤフラムのように、大入熱ＨＡＺの靱性が要求される高強度厚鋼板に好適である。

【図1】