本発明鋼は、建設機械、産業機械、橋梁、� ��築、造船などの溶接構造物の構造部材とし� ��、板厚12mm以上40mm以下の厚鋼板の形態で用� �られるものである。なお、ここで、予熱フ� �ーとは、室温において、被覆アーク、TIGま� �はMIG溶接等を用いた、2.0kJ/mm以下の入熱量の 溶接によって、JISZ3158「y形溶接割れ試験」を 行った際、溶接割れ防止ための必要予熱温度 が、25℃以下である、または予熱が全く必要� ��ないことをいう。
 以下に、本発明における各成分および製造� ��法の限定理由を説明する。
 Cは、本発明において重要な元素であり、母 材強度・靭性、高溶接性、溶接継手低温靭性 を全て満足するためには、0.030~0.055%に厳格に 規制する必要がある。C添加量が0.030%を下回� �と、母材および溶接熱影響部にて冷却時の� �態温度が高温となりフェライト組織が生成� �るため母材強度・靭性および溶接継手靭性� �低下する。C添加量が0.055%を超えると、溶接� ��の必要予熱温度が25℃を超えて予熱フリー� �満足できず、また、溶接熱影響部が硬くな� �ため溶接継手靭性も満足できない。

 Mnは、本発明において重要な元素であり� �母材強度・靭性の両立のために、3.0%以上の� ��量の添加が必要である。3.5%を超えて添加す ると中心偏析部において靭性に有害な粗大な MnSが生成し、板厚中心部の母材靭性の低下を もたらすので、上限を3.5%とする。

 Alは、脱酸元素として0.002%以上の添加が� �要である。0.10%を超えて添加すると粗大なア ルミナ介在物が生成し、靭性を低下させる場 合があるのでその上限を0.10%とする。なお、A l添加量の下限値を0.020%に制限してもよい。� �た、Al添加量の上限値を0.08%又は0.05%に制限� �てもよい。

 Pは、母材および溶接継手の低温靭性を低下 させるため含有しない事が望ましい。不可避 的に混入する不純物元素としての許容値は0.0 1%以下である。なお、Pの許容量を0.009%以下に 制限してもよい。
 Sは、Mnを多量に添加する本発明方法におい� ��は粗大なMnSを生成して母材および溶接継手� ��靭性を低下させるため、含有しない事が望� ��しい。本発明では高強度と高靭性の両立に� ��効な高価なNiを使用しないので、粗大なMnS� �有害性は大きく、不可避的に混入する不純� �元素としての許容値は0.0010%以下であり、厳� ��な規制が必要である。
 Nは0.0060%を超えて添加すると、母材および� �接継手靭性を低下させるので、その上限を0. 0060%とする。

 Mo、Si、V、Ti、Bの5元素は含有しないことが� ��ましいが、不可避的に混入する不純物元素� ��しての上限値は、Mo:0.03%、Si:0.09%、V:0.01%、Ti :0.003%、B:0.0003%である。
 Mo、Si、V、Ti、Bは、本発明において特に重� �な意味を持つ元素であり、これら5元素が5元 素とも上記上限値未満である場合に限り、Ni� ��添加で、-50℃で良好な溶接継手靭性が得ら� ��る。これら5元素のうち1元素でも上記上限� �を超えると、HAZ部に脆化組織である島状マ� �テンサイトを含む粗大なベイナイト組織、� �るいは有害な介在物であるTiNが生成する。� �れに対し、5元素とも上記上限値未満である� ��合に限り、島状マルテンサイトを含む粗大� ��ベイナイト組織もTiNもどちらも生成しない� ��が、溶接継手の低温靭性が良好となる理由� ��考えられる。本発明では高強度と高靭性の� ��立に有効な高価なNiを使用しないので、島� �マルテンサイトを含む粗大なベイナイト組� �やTiNの有害性は大きく、これら5元素は含有� ��ないことが望ましい。

 Nbは、本発明において重要な元素であり� �添加すると母材の強度・靭性が得られない� �一般にNbは組織の微細化を通して高強度・高 靭性を得るのに有効とされる。しかしながら 、本発明のようにC含有量が少なくMnを多量に 添加する成分系では、Nbを添加する事により� ��延時の歪みが過剰に蓄積され、圧延中およ� ��その後の冷却中に局所的にフェライト組織� ��、島状マルテンサイトを含む粗大なベイナ� ��ト組織が生成するため、母材の高強度・高� ��性が得られない。Nbは含有しないことが望� �しいが、不可避的に混入する不純物元素と� �ての上限値は0.003%である。

 なお、Mo、V、Ti、NbはNiと同様に高価な元� ��であるので、これら高価元素を添加せずに� ��好な特性が得られる本発明は、単にNi無添� �とする以上に大きな合金コスト低減メリッ� �がある。

 Cuは、母材強度の確保のためにPcm値、DI値の 規制範囲内で添加しても良い。この効果を得 るためには、0.05%以上の添加が必要である。� ��かしながら、Ni無添加でCuを0.20%以上添加す� ��と、鋼片、鋼板の表面割れの発生による製� ��工期、生産性、製造コストが問題となる懸� ��があるため、その上限を0.20%とする。不可� �的に混入するCuの含有量は、具体的には0.03%� ��下である。
 Crは、母材強度の確保のためにPcm値、DI値の 規制範囲内で添加しても良い。この効果を得 るためには、0.05%以上の添加が必要である。� ��かしながら、1.00%を超えて添加すると母材� �び溶接継手の靭性が低下するので、その上� �を1.00%とする。不可避的に混入するCrの含有� ��は、具体的には0.03%以下である。なお、Cr添 加量の上限値を0.50%又は0.30%に制限してもよ� �。

 MgおよびCaの1種または2種を添加すること� ��より、微細な硫化物や酸化物を形成して母� ��靭性および溶接継手靭性を高めることがで� ��る。この効果を得るためにはMgあるいはCaは それぞれ0.0005%以上の添加が必要である。し� �し、0.01%を超えて過剰に添加すると粗大な硫 化物や酸化物が生成するためかえって靭性を 低下させることがある。したがって、添加量 をそれぞれ0.0005%以上、0.01%以下とする。なお 、Ca添加量の上限値を0.005%又は0.002%に制限し� ��もよい。

 本発明では、Niは添加しない。しかし、Ni がスクラップ原料等から不可避的に混入する 場合は、含有していても高コストとはならな いため本発明の範囲内である。不可避的に混 入するNiの含有量は、具体的には0.03%以下で� �る。

 溶接割れ感受性指数Pcm値は0.24%以下にしな� �と溶接時の予熱をフリーにできないので、� �の上限を0.24%以下とする。Pcm値が0.20%未満と� ��ると、母材の高強度・高靭性を満足できな� ��ので、その下限を0.20%とする。
 ここで、Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/2 0+[Mo]/15+[V]/10+5[B]であり、[C] 、[Si]、[Mn]、[Cu]� ��[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]、[B]は、それぞれC、Si、M n、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Bの質量%で表した含有量 を意味する。

 焼入れ性指数DI値は1.00未満ではHAZ部の焼入� ��性が不十分となり、脆化組織である島状マ� ��テンサイトを含む粗大なベイナイト組織が� ��成し、溶接継手低温靭性が低下する。この� ��め1.00を下限とする。DI値が2.60を超えるとHAZ 部の組織そのものが低靭性のマルテンサイト を多く含むようになり溶接継手低温靭性が低 下するため、その上限を2.60とする。なお、DI 値の上限を2.00、1.80又は1.60に制限してもよい 。
 ここで、DI=0.367([C] ^1/2 )(1+0.7[Si])(1+3.33[Mn])(1+0.35[Cu])(1+0.36[Ni])(1+2.16[Cr]) (1+3.0[Mo])(1+1.75[V])(1+1.77[Al])
 ここで、[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Cr]、[Mo]� ��[V]、[Al]は、それぞれC、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、M o、V、Alの質量%で表した含有量を意味する。� ��入れ性指数DI値の各元素の係数は新日鉄技� �第348号(1993)、11ページに記載のものである。

 次に、成分組成以外の製造方法について述� ��る。
 鋼片または鋳片の加熱温度は、圧延に必要� ��950℃以上とする必要がある。1100℃を超える とオーステナイト粒が粗大化して靭性が低下 する。特に、本発明のNi無添加では加熱時の� ��期オーステナイト粒を細粒にしておかない� ��、良好な母材靭性が得られない。本発明のC 含有量が少なくNbを添加しない成分系では、� ��溶CやNbCによるオーステナイト粒成長抑制効 果が小さく加熱時の初期オーステナイト粒が 粗大化しやすいので、加熱温度の上限は1100� �に厳格に規制する必要がある。

 オーステナイト再結晶温度域での累積圧� ��率は、オーステナイト粒を十分に等方的に� ��粒化して、母材の高強度・高靭性を得るた� ��に70%以上とする必要がある。本発明鋼の十� ��なオーステナイト再結晶温度域は850℃以上� ��ある。このため、850℃以上での累積圧下率� ��70%以上とする必要がある。ここで、累積圧� ��率とは、850℃以上での圧延の総圧下厚を、� ��延開始厚すなわち鋼片または鋳片厚で除し% 表示したものである。累積圧下率が90%を超え ると圧延時間が長時間となり生産性が低下す るため、その上限を90%とする。

 オーステナイト未再結晶温度域での累積圧� ��率は、母材の高強度・高靭性を得るために1 0%以上とする必要がある。本発明鋼の十分な� ��ーステナイト未再結晶温度域は780~830℃であ る。このため、780~830℃での累積圧下率を10%� �上とする必要がある。ここで、累積圧下率� �は、780~830℃での圧延の総圧下厚を、780~830℃ での圧延開始厚で除し%表示したものである� �累積圧下率が40%を超えると過剰な圧延歪の� �積により局所的にフェライト組織や、島状� �ルテンサイトを含む粗大なベイナイト組織� �生成し、母材の高強度・高靭性が得られな� �ので、その上限を40%とする。
 同じように、圧延温度が780℃を下回ると過� ��な圧延歪の蓄積により局所的にフェライト� ��織や、島状マルテンサイトを含む粗大なベ� ��ナイト組織が生成し、母材の高強度・高靭� ��が得られないので、圧延温度の下限を780℃� ��規制する。

 圧延後の加速冷却の開始温度は、700℃未満� ��場合、局所的にフェライト組織や、島状マ� ��テンサイトを含む粗大なベイナイト組織が� ��成し、母材の高強度・高靭性が得られない� ��で、その下限温度を700℃とする。
 加速冷却の冷却速度が8℃/sec未満の場合、� �所的にフェライト組織や、島状マルテンサ� �トを含む粗大なベイナイト組織が生成し、� �材の高強度・高靭性が得られないので、そ� �下限値を8℃/secとする。上限は水冷により安 定して実現可能な冷却速度である80℃/secとす る。

 加速冷却の停止温度が350℃より高いと、� ��に板厚30mm以上の厚手材の板厚中心部におい て、焼入れ不足による島状マルテンサイトを 含む粗大なベイナイト組織が生成し、母材の 高強度・高靭性が得られないので、停止温度 の上限を350℃とする。この時の停止温度とは 、冷却終了後に鋼板が復熱した時の鋼板表面 温度とする。停止温度の下限は室温であるが 、鋼板の脱水素の点で、より好ましい停止温 度は100℃以上である。