(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：０．０６〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｐ：０．０１５〜０．０３３％、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３〜０．０８％、Ｃｕ：０．０１％以上０．５％未満、Ｎｉ：０．０１〜０．５％およびＮ：０．００９％以下を含み、Ｐ／Ｓｉ≧０．１２で、かつＡｌ／Ｓｉ≦０．６０を満足し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有し、表面にスケールを有する鋼材であって、
スケール中にＳｉが０．４％以上のＳｉ濃化域が層状に存在し、Ｓｉ濃化域の表層側にＡｌ／Ｓｉ比が０．３以上のＡｌ濃化域が層状に存在することを特徴とする酸素を用いた熱切断用鋼材。
【請求項２】
鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｔｉ：０．０５％以下およびＶ：０．０５％以下の一方または両方を含有することを特徴とする請求項１に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【請求項３】
鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｃｒ：２．０％以下を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【請求項４】
鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｍｏ：０．５％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下から選択される１種以上を含有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【請求項５】
鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【請求項６】
鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下から選択される１種以上を含有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【請求項７】
鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｓｎ：０．５０％以下を含有し、Ｃｕ：０．１％未満で、かつＣｕ／Ｓｎ比が１．０以下であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素を用いた熱切断用鋼材に関し、詳しくは、レーザー、プラズマ、ガスで高速切断することが可能な、酸素を用いた熱切断用鋼材に関する。特に、鋼材圧延時に生成する表面ミルスケール（黒皮）が形成された鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のレーザー切断機の著しい技術進歩により、板厚が３．２ｍｍ以下の薄板のみならず、板厚が３０ｍｍまでの厚板の切断にもレーザー切断機が適用可能になってきた。そのため、厚板の切断にレーザー切断機が広く用いられている。レーザー切断機はガス切断機と比較して安全上の問題が少なく、夜間の無人運転での使用に好適である。レーザー切断機による夜間の無人運転を行うには、十分な仕事量が確保できるように、大きな鋼材（以下、鋼材を「鋼板」で代表させて説明することがある。）を用いた作業とすることが望ましい。【０００３】
しかしながら、切断トラブルを処理する作業員が居ない夜間の無人運転では、トラブルが放置されることによって、切断がストップしてしまったり、あるいは切断面の乱れた欠陥品が量産されたりしてしまうという問題が生じ得る。特に、切断面の乱れは、製品の商品価値を損なう要因となるため、切断面の手直しが必要となり、結果的にコストの増大をきたす。さらに、切断面の著しく乱れた製品は、不良品としてスクラップ処理しなければならない場合もある。【０００４】
前記の切断トラブルは、切断機側に原因があるものと鋼板側に原因があるものの２つに大別される。【０００５】
切断機側に原因があるトラブルには、さまざまな要因が考えられる。その一例として、夜間の電圧変動によるレーザー出力の変化および切断機の振動がある。こうしたトラブル要因を解消するために種々の工夫がなされているが、完全に解消することは不可能である。【０００６】
それゆえに、近年では、切断機側にレーザー出力の変動、振動といった問題が多少生じたとしても、安定して切断することが可能な高品質の鋼板が求められている。【０００７】
一方、プラズマ切断の技術進歩も著しく、切断面質、切断代の急速な改善がなされてきた。プラズマ切断は切断速度が速く、レーザー切断よりも厚い鋼板を切断することが可能である。さらに、プラズマ切断機はレーザー切断機に比べてメンテナンスが容易であるという利点も有している。しかしながら、プラズマ切断機は消耗品の寿命が短いという欠点がある。特に、高出力のプラズマによる厚鋼板の切断は、消耗品の寿命を短くする。そのため、低出力において鋼板を高速で安定して切断する技術に対するニーズが非常に高い。【０００８】
今まで、鋼板の表面性状がレーザー切断性に大きく影響することが指摘されてきた。特に、鋼板表面のスケールの密着性を向上させることがレーザー切断性の向上に効果的であると考えられてきた。【０００９】
スケール密着性を向上させる方法として、特許文献１には、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）を主体とするスケールを形成したレーザー切断性に優れた鋼板とその製造方法が開示されている。【００１０】
特許文献２には、圧延を８５０〜７２０℃の温度で終了した後、鋼板表裏面に水を噴射して鋼板を６００〜７００℃の温度まで冷却し、その後に空冷することを特徴とするスケール密着性とレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法が提案されている。【００１１】
別のスケール密着性の向上方法として、鋼板にＣｕ、Ｎｉなどの合金元素を添加するという方法も開示されている。特許文献３には、スケールの表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）で３.０μｍ以下であり、かつＣｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒが０.３質量％以上含まれていることを特徴とするレーザー切断用鋼板が開示されている。【００１２】
Ｃｕ、Ｎｉに加えて、Ａｌは、圧延中に酸化され地鉄とスケールの界面にＡｌ２Ｏ３含有層を形成しスケール密着性を向上させるという考えから、特許文献４には、０.０２≦Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ≦２.０質量％を満たすレーザー切断性に優れた厚鋼板およびその製造方法が開示されている。【００１３】
スケールの密着性向上には界面にＣｒ、Ａｌ、ＣｕおよびＮｉが濃化していれば良いという考えから、特許文献５には、スケールと地鉄との界面の地鉄側に、Ｃｒ、Ａｌ、ＣｕおよびＮｉの１種または２種以上が濃化した濃化層を有し、前記濃化層の厚さが１.０μｍ以上であるレーザー切断性に優れる厚鋼板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−２２１６４０号公報
【特許文献２】特開平８−２１８１１９号公報
【特許文献３】特開平８−３６９２号公報
【特許文献４】特開平１１−３２３４７８号公報
【特許文献５】特開平１１−３４３５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１の方法のように、スケールをマグネタイト主体とするだけではスケール密着性が不十分であるため、レーザー切断を安定的に行うことは困難である。また、スケールをマグネタイト化するための処理を鋼板の製造工程において行うことは困難である。【００１６】
特許文献２に記載の発明は、高圧水デスケーリングと低温圧延によって薄いスケールを形成し、冷却によってスケール組成をコントロールしようとするものである。しかし、この方法では、スケールは薄くなりすぎてしまう。厚鋼板のレーザー切断では、アシストガスとして酸素を用いる。レーザー光が集中する鋼板上部は、レーザーによって鋼板を切断し、鋼板下部は、鋼板の酸化反応熱によって切断している。鋼板表面のスケールは、鋼板上部での酸化反応を抑制している。スケールが無いと、鋼板表面で酸化反応が始まり、溶融が断面方向では無く、表面方向に進行し、切断ノッチやガウジングといった切断不良を引き起こす。したがって、スケールが割れたり剥がれたりした部分が存在すると、その部分で切断ノッチやガウジングを発生することになる。スケールが薄くなりすぎると、たとえ密着性が良くてもスケールによる異常酸化抑制効果は無くなってしまうため、レーザー切断性改善効果は小さい。【００１７】
特許文献３の方法のように、スケールの表面粗さを確実にＲａで３.０μｍ以下になるように管理することは容易なことではなく、夜間の長時間無人運転における安定したレーザー切断用という高度な課題の解決のためにはさらなる改善が望まれる。【００１８】
特許文献４および５の方法のように、種々の元素を添加することによってスケールの密着性は向上するが、レーザー切断性を大きく左右するスケールそれ自体についてはなんら規定がなく、安定したレーザー切断性を保証するものではない。【００１９】
以上の特許文献に示されているように、レーザー切断性を改善するため、従来はスケール密着性の向上に重点が置かれ、そのための複雑な熱処理または高価な合金元素の添加などが試みられてきた。本発明では、スケール密着性を考慮せずとも、鋼材の化学組成を適切な範囲とすることで、あらゆる板厚において、大出力レーザー切断機を用いた際の切断中断などの切断トラブルの発生を極力防止でき、しかもプラズマ切断機、ガス切断機を用いた高速切断が可能な鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者らは、前記した課題を解決するために、大出力のレーザー切断、プラズマ切断、ガス切断などの酸素を用いた鋼材の熱切断における鋼材の挙動に関して種々の調査を実施した。その結果、先ず、下記（ａ）および（ｂ）の知見を得た。【００２１】
（ａ）大出力レーザー切断機を用いた切断作業中の切断不良、特に切断中断を引き起こす大きな要因は、鋼材のうねり、あるいはキズ（スケール含む）などによって、レーザーの焦点に対して鋼材の位置が変動する、いわゆる「焦点ずれ」が生じることである。したがって、鋼材がレーザーの焦点ずれに対して鈍感である場合、換言すれば、上記鋼材に対するレーザー焦点位置からの切断可能な変動許容範囲が大きい場合には、切断速度を上げることができ、かつ厚みの大きな鋼板の場合でも切断が可能になる。また、スケールの状況に関わらず安定した切断が可能である。【００２２】
（ｂ）鋼材の切断性には、切断時に鋼が酸化されることにより生じるＦｅ２ＳｉＯ４（ファイアライト）の共晶点すなわち酸化物の融点が密接に関連する。そして、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げることによって、切断時に溶融したＦｅ（あるいは酸化鉄）が切断部から容易に排出されるので、レーザー切断性が向上する。Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点の低下は、切断部上部（熱が入る側）への溶融鉄の排出も容易にするので、高入熱において高速で切断を行う場合に生じ得る異常燃焼による不具合であるいわゆる「バーニング」現象を抑制することができる。【００２３】
そこで次に、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる技術について検討を行い、その結果、下記（ｃ）〜（ｋ）の知見を得た。【００２４】
（ｃ）Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素として、特にＰの効果が大きい。Ｐは、Ｆｅ２ＳｉＯ４に含有されることによって共晶点を下げる効果を発揮する。【００２５】
（ｄ）上記のＰを単に鋼材に含有させるだけでは、鋼材の機械的性質および溶接性を劣化させ得る。しかし、鋼材中のＳｉ含有量との比でＰ含有量を適正化すれば、鋼材の性能に悪影響を及ぼすことなく、鋼材の切断性が著しく向上するので切断速度を上げることができる。【００２６】
（ｅ）レーザー切断速度を上げるために切断入熱を高めると、バーニング現象が生じやすくなるが、上記（ｄ）の要領でＰを適正に含有させた鋼材の切断においては、バーニング現象が生じ難いため、極めて高速で切断することが可能である。レーザー切断速度を上げるためには、レーザーパルスのＤｕｔｙ（パルス発振の時間当たりの出力時間％）を６５％を超える条件とする必要がある。Ｐ／Ｓｉを制御した本発明の鋼材においては、酸素ガスの運動エネルギーによる表面溶融物の排出も容易になるため、Ｄｕｔｙを上げた状況においてもバーニングを生じず、与えた熱が効率よく鋼材切断に使われる。【００２７】
（ｆ）上述のＳｉ含有量との比でＰの含有量を適正化した鋼材の切断においては、レーザー焦点位置からの切断可能な変動許容範囲が大きくなって切断工程での焦点ずれに対して鈍感になるので、鋼材の位置変動に起因する切断不良または切断中断を防止することができる。これは上記と同様に表面溶融物の排出が容易になることが一因である。【００２８】
（ｇ）切断時の溶鉄の排出が容易に行われ、切断時に鋼材に熱が伝わりにくくなるため、鋼材温度の上昇が抑えられ、熱変形による切断ずれや、コーナー部での微細加工（１０秒程度のピアシングを行い、鋼材を冷却するとともに切断）の時間も短縮可能となる。【００２９】
（ｈ）酸素を用いたプラズマ切断においても基本的にレーザー切断と同様に、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点が切断性に影響する。その影響は、プラズマ出力のみでは切断できない酸素プラズマ切断（アシストガスによる酸化反応による切断）が必要となる厚鋼板（例えば２０ｍｍ以上）の切断において顕著である。また、プラズマ切断速度を上げるために切断入熱を高める必要が生じると、切断面質が低下し、消耗品寿命が短くなるが、上記（ｄ）のＳｉ含有量との比でＰの含有量を適正した鋼材の切断においては、同じ切断速度を得るための入熱を抑えることができるので、切断面質の低下もなく、消耗品寿命が延びる。【００３０】
（ｉ）プラズマ切断において、理由は定かではないが、共晶温度を下げるとされるＴｉ、Ｖなどの添加は逆に切断速度の低下、および切断面が波を打ったような形状となる、いわゆる「波打ち」現象を招く場合がある。これは切断時に鋼表面からレーザーとプラズマの影響範囲が異なり、溶鉄排出の機構が異なることに起因しているものと推察される。【００３１】
（ｊ）同じ組成の鋼材をガス切断、レーザー切断、プラズマ切断等のあらゆる酸素を用いた熱切断に適用するためには、合金元素の組成を適切な範囲に調整する必要があることがわかった。【００３２】
（ｋ）スケールに関しては、従来検討されてきたスケール密着性を考慮しなくとも、安定した切断性を確保することが可能である。鋼材の元素組成を調整にすることによってスケール内にＳｉが濃化したＳｉ濃化域とＡｌ／Ｓｉ比が高いＡｌ濃化域が形成される。そのＳｉ濃化域のＳｉを一定の含有量以上とし、かつＳｉ濃化域の外側に位置するＡｌ濃化域のＡｌ／Ｓｉ比をある一定の値以上とすることによって、安定した切断性を有することがわかった。【００３３】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）〜（７）に示す酸素を用いた熱切断用鋼材を要旨とする。
【００３５】
（１）質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：０．０６〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｐ：０．０１５〜０．０３３％、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３〜０．０８％、Ｃｕ：０．０１％以上０．５％未満、Ｎｉ：０．０１〜０．５％およびＮ：０．００９％以下を含み、Ｐ／Ｓｉ≧０．１２で、かつＡｌ／Ｓｉ≦０．６０を満足し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有し、表面にスケールを有する鋼材であって、
スケール中にＳｉが０．４％以上のＳｉ濃化域が層状に存在し、Ｓｉ濃化域の表層側にＡｌ／Ｓｉ比が０．３以上のＡｌ濃化域が層状に存在することを特徴とする酸素を用いた熱切断用鋼材。
【００３６】
（２）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｔｉ：０．０５％以下およびＶ：０．０５％以下の一方または両方を含有することを特徴とする前記（１）に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【００３７】
（３）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｃｒ：２．０％以下を含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【００３８】
（４）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｍｏ：０．５％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下から選択される１種以上を含有することを特徴とする前記（１）から（３）までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【００３９】
（５）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする前記（１）から（４）までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【００４０】
（６）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下から選択される１種以上を含有することを特徴とする前記（１）から（５）までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【００４１】
（７）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｓｎ：０．５０％以下を含有し、Ｃｕ：０．１％未満で、かつＣｕ／Ｓｎ比が１．０以下であることを特徴とする前記（１）から（６）までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
【００４２】
本発明鋼材は、上記に示すように酸素を用いた熱切断用鋼材である。アシストガスとして酸素を含有する、言い換えれば酸化反応を用いた切断用の鋼材であり、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断等に使用できる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の鋼材は、レーザー切断の場合には、うねりまたはキズなどによるレーザーの焦点ずれに対して鈍感であるため、レーザー焦点位置からの切断可能な変動許容範囲が大きくなり、しかも、切断入熱を高めた場合にもバーニング現象が生じ難いという極めて良好なレーザー切断性を有する。したがって、本発明の鋼材を用いれば、大出力レーザー切断機を用いた極めて高速での切断が可能であり、特殊な熱処理によるスケールの制御を行わずとも、複雑な形状を不具合無く切断することが可能である。【００４４】
また、切断時の熱変形も抑制されるため、歪みによる切断寸法精度確保のための「ブリッジ」を最小限にとどめることができる。すなわち、最終的に人間によってブリッジ部をガス切断する時間を短縮できるため、生産性を向上させることができる。さらにプラズマ切断においては、切断面の波打ち現象を抑制し、高速での切断が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例での切断形状
【図２】バーニング現象を示す写真
【図３】波打ち現象を示す断面写真
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」は「質量％」を意味する。
【００４７】
（Ａ）鋼材の基本化学組成について：
Ｓｉ：０．０６〜０．２０％
Ｓｉは、酸素を用いた熱切断中に酸化されてスケール中にＦｅ２ＳｉＯ４を形成し、酸素を用いた熱切断性を大きく支配する元素である。
【００４８】
Ｓｉの含有量はＦｅ２ＳｉＯ４の形成量に大きく影響する。すなわち、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶温度は１１７３℃であり、ＦｅＯの融点（１３６９℃）よりもはるかに低い。したがって、酸素を用いた熱切断時に生成した鉄酸化物中にＦｅ２ＳｉＯ４が存在すれば、１１７３℃まで液相が持続されるため、溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出が容易になり、切断性が向上する。母材中のＳｉ含有量が０．０６％未満であると、Ｆｅ２ＳｉＯ４の生成量が少なくなって溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の排出が困難になるため、レーザー切断では切断面の溶融が進み、「えぐれ」と呼ばれる現象が発生する。また、Ｓｉ含有量は、後述するように、スケール中のＦｅ２ＳｉＯ４の存在と密接に関係があり、スケールのＳｉ濃化域中のＳｉ含有量を０．４％以上とするためにも鋼材中のＳｉ含有量を０．０６％以上とする必要である。
【００４９】
一方、Ｓｉの含有量が０．２０％を超えると、十分な量のＦｅ２ＳｉＯ４は生成しているが、後述するＰを多量に含有させる必要があるため、機械的性質および溶接性といった鋼材の特性が低下してしまう。
【００５０】
したがって、Ｓｉの含有量は０．０６〜０．２０％とする。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．１５％である。また、好ましい下限は０．０８％である。
【００５１】
Ｐ：０．０１０〜０．０３３％、Ｐ／Ｓｉ≧０．１２
Ｐは最も切断時にＦｅ２ＳｉＯ４に含有されやすく、効果的に共晶点を下げる元素であり、溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出を容易にして酸素を用いた熱切断性を高める作用を有する。さらに、鉄酸化物の排出が容易になることによって、切断時の鋼板温度の上昇が抑制され、切断時の熱歪みが抑制される。このため、Ｓｉと同様、Ｐの含有量は重要な要因となる。
【００５２】
Ｐは、Ｓｉに対して十分な量含有させる必要がある。Ｐ／Ｓｉ比が０．１２未満の場合には、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる効果が十分に発揮されないため、Ｐ／Ｓｉ比を０．１２以上とする必要がある。Ｐ／Ｓｉ比は０．１５以上であることが好ましい。ただし、Ｐ含有量が０．０１０％未満の場合、Ｐ／Ｓｉ比を０．１５以上とするにはＳｉ含有量を少なくせざるを得ず、Ｆｅ２ＳｉＯ４量が少なくなる。このためレーザー切断の安定性が低下し、またプラズマ切断では限界切断速度が低下する。一方、Ｐ含有量の増加に伴い切断性は向上するが、０．０３３％を超えると、その向上は飽和傾向を示し、かつ機械的性質および溶接性といった鋼材の特性が劣化する。したがって、優れた切断性を得るためにはＰ含有量を０．０１０〜０．０３３％とすることが必要である。
【００５３】
Ａｌ：０．０２％を超えて０．０８％以下、Ａｌ／Ｓｉ≦０．６０
Ａｌは、脱酸作用を有するため、含有させる必要がある。また、ＡｌはＰ同様に酸素を用いた熱切断時に生成する鉄酸化物中に存在するＦｅ２ＳｉＯ４に含有されやすく、共晶温度を下げる効果がある。そのため、溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出を容易にして、熱切断性（レーザー切断性）を高める。さらに、後述するスケール中のＡｌ濃化域のＡｌ／Ｓｉ比を０．３以上とするため、Ａｌは０．０２％を超える量を含有させる必要がある。一方、Ａｌが０．０８％を超えると、溶接部に硬質の島状マルテンサイトが生成し、靱性が劣化する。したがって、Ａｌの含有量は０．０２％を超えて０．０８％以下とする。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０５％である。また、好ましい下限は０．０３％である。
【００５４】
ＡｌをＳｉに対して鋼材に過剰に含有させた場合には、酸素を用いた熱切断時にＦｅ２ＳｉＯ４以外に高融点であるＡｌ２Ｏ３（アルミナ）が生成し切断性が劣化する。このため、Ｓｉの含有量との関係でＡｌの含有量はＡｌ／Ｓｉ≦０．６０とする。
【００５５】
（Ｂ）鋼材の好適な化学組成について：
本発明に係る酸素を用いた熱切断用鋼材は、前記（Ａ）項に記載の化学組成を有することに加えて、次に述べる量の元素を含有していることが好ましい。
【００５６】
Ｃ：０．０２〜０．２０％
Ｃは、強度を高める元素であるため、０．０２％以上を含有させるのが好ましい。ただし、０．２０％を超えると鋼板の靱性を劣化させることがある。このため、Ｃの含有量は０．０２〜０．２０％とするのが好ましい。Ｃは安価な元素であり、酸素を用いた熱切断時にＯ（酸素）と鋼中のＣとの反応熱による切断性の向上効果も期待できるため、Ｃ含有量の下限は０．０５％とするのがより好ましい。
【００５７】
Ｍｎ：０．２０〜１．６０％
Ｍｎは、鋼材の強度確保に有効な元素であるため、０．２０％以上含有させるのが好ましい。しかしながら、Ｍｎの含有量が１．６０％を超えると、靱性の劣化および酸素を用いた熱切断性の劣化を招くことがある。したがって、Ｍｎの含有量は０．２０〜１．６０％とすることが好ましい。Ｍｎ含有量の下限は０．３０％とするのがより好ましい。また、Ｍｎ含有量の上限は１．３０％とするのがより好ましい。
【００５８】
Ｓ：０．０１５％以下
Ｓは、不純物として鋼中に存在し、酸素を用いた熱切断性には殆ど影響を及ぼさないものの、その含有量が多い場合には、鋼材の靱性等の機械的性質に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、Ｓの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０１５％以下とすることが好ましい。Ｓ含有量は０．０１０％以下とすることがより好ましい。
【００５９】
Ｃｕ：０．０１％以上０．５％未満
Ｃｕは、耐食性を向上させる元素である。この効果を得るには０．０１％以上含有させる必要がある。Ｃｕ含有量は０．０２％以上とすることがより好ましい。一方、その含有量が多い場合には、Ｃｕチェッキングを生じる懸念がある。このため、Ｃｕの含有量は一定量未満に抑えるのがよく、０．５％未満とするのが好ましく、０．４％以下とすることがより好ましい。
【００６０】
Ｎｉ：０．０１〜０．５％
Ｎｉも、耐食性を向上させる元素である。この効果を得るには０．０１％以上含有させる必要がある。Ｎｉ含有量は０．０２％以上とすることがより好ましい。一方、Ｎｉ含有量が多い場合には、鋳片の品位に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、Ｎｉの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．５％以下とするのが好ましく、０．４％以下とすることがより好ましい。
【００６１】
Ｎ：０．００９％以下
Ｎは、不純物として鋼中に存在し、その含有量が多い場合には、溶接性および鋳片の品位に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、Ｎの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．００９％以下とすることが好ましい。
【００６２】
上記の理由から、本発明に係る酸素を用いた熱切断用鋼材は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：０．０６〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｐ：０．０１０〜０．０３３％、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０２％を超えて０．０８％以下、Ｃｕ：０．０１％以上０．５％未満、Ｎｉ：０．０１〜０．５％およびＮ：０．００９％以下を含み残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有するものとする。
【００６３】
なお、不純物とは、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【００６４】
本発明に係る酸素を用いた熱切断用鋼材には、必要に応じてさらに、下記（イ）〜（ヘ）に挙げた元素の中から選ばれた１種以上を含有させることができる。
（イ）Ｔｉ：０．０５％以下およびＶ：０．０５％以下のうちの１種以上
（ロ）Ｃｒ：２．０％以下
（ハ）Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上
（ニ）Ｂ：０．００３％以下
（ホ）Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上
（ヘ）Ｓｎ：０．５０％以下
【００６５】
以下、上記の元素に関して説明する。
【００６６】
Ｔｉ：０．０５％以下およびＶ：０．０５％以下のうちの１種以上
ＴｉおよびＶはいずれも、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素であり、溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出を容易にして酸素を用いた熱切断性を高める作用を有する。このため酸素を用いた切断、特にレーザー切断においては、性能の向上が見られる。しかしながら、プラズマ切断に関しては、逆に限界切断速度を低下させる場合があるため、それぞれＴｉは０．０５％を、Ｖは０．０５％を上限とすることが好ましく、０．０４％を上限とすることがより好ましい。上記の効果を得るには、ＴｉおよびＶの含有量はいずれも０．００５％以上とすることが好ましく、０．０１％以上とすることがより好ましい。
【００６７】
Ｃｒ：２．０％以下
Ｃｒは、鋼板の強度を高める作用を有する。しかしながら、その含有量が２．０％を超えると、融点が高いＣｒ酸化物を形成して湯流れ性を悪化させて、酸素を用いた熱切断表面の粗さの劣化およびレーザー切断の場合には切断ノッチ形成につながるおそれがある。そのため、含有させる場合のＣｒの含有量は、２．０％以下とする。Ｃｒ含有量は１．５％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得るためには、Ｃｒの含有量は０．０２％以上とすることが好ましく、０．０３％以上とすることがより好ましい。
【００６８】
Ｍｏ：０．５％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上
Ｍｏ、ＷおよびＮｂは、強度を高める作用を有するので、この効果を得るために上記の元素を含有させてもよい。以下、詳しく説明する。
【００６９】
Ｍｏは、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有する。しかしながら、Ｍｏを０．５％を超えて多量に含有させることはコスト面で不利になるうえに、溶接性も害するおそれがある。そのため、含有させる場合のＭｏの含有量は、０．５％以下とする。Ｍｏ含有量は０．４％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得るためには、Ｍｏは０．１％以上含有させることが好ましく、０．１５％以上含有させることがより好ましい。
【００７０】
Ｗも、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有する。しかしながら、Ｗを０．４％を超えて多量に含有させることはコスト面で不利になるうえに、溶接性も害するおそれがある。そのため、含有させる場合のＷの含有量は、０．４％以下とする。Ｗ含有量は０．３％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得るためには、Ｗは０．０５％以上含有させることが好ましく、０．０８％以上含有させることがより好ましい。
【００７１】
Ｎｂは、析出強化により鋼板の強度を高める作用を有する。しかしながら、Ｎｂを０．０４％を超えて多量に含有させることはコスト面で不利になるうえに、溶接部の靱性を劣化させるおそれがある。したがって、含有させる場合のＮｂの含有量は、０．０４％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０３％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得るためにはＮｂの含有量は０．００５％以上とすることが好ましく、０．０１％以上とすることがより好ましい。
【００７２】
Ｂ：０．００３０％以下
Ｂは、焼入れ性を高める作用を有する。しかしながら、Ｂを０．００３０％を超えて含有させると溶接性を劣化させるおそれがある。そのため、含有させる場合のＢの含有量は、０．００３０％以下とする。Ｂ含有量は０．００２０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得るためには、Ｂは０．０００５％以上含有させることが好ましく、０．０００８％以上含有させることがより好ましい。
【００７３】
Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上
Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭは、溶接熱影響部（以下、「ＨＡＺ」という。）の靱性を改善する作用を有するので、この効果を得るために上記の元素を含有させてもよい。以下、詳しく説明する。
【００７４】
Ｃａは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。しかしながら、Ｃａの含有量が０．００５％を超えると、酸素を用いた熱切断性が損なわれるおそれがある。したがって、含有させる場合のＣａの含有量は、０．００５％以下とする。Ｃａの含有量は、０．００４％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得るためには、Ｃａは０．００１％以上含有させることが好ましく、０．００２％以上含有させることがより好ましい。
【００７５】
Ｍｇは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。しかしながら、Ｍｇの含有量が０．００５％を超えると、酸素を用いた熱切断性が損なわれるおそれがある。そのため、含有させる場合のＭｇの含有量は、０．００５％以下とする。Ｍｇ含有量は０．００４％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得るためには、Ｍｇは０．００１％以上含有させることが好ましく、０．００２％以上含有させることがより好ましい。
【００７６】
ＲＥＭは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。しかしながら、ＲＥＭの含有量が０．００５％を超えると、酸素を用いた熱切断性が損なわれるおそれがある。したがって、含有させる場合のＲＥＭの含有量は、０．００５％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．００４％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得るためには、ＲＥＭは０．００１％以上含有させることが好ましく、０．００２％以上含有させることがより好ましい。
【００７７】
なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量は上記元素の合計量を意味する。
【００７８】
Ｓｎは、Ｓｎ２＋となって溶解し、酸性塩化物溶液中でのインヒビター作用により腐食を抑制する作用を有する。また、Ｆｅ３＋を速やかに還元させ、酸化剤としてのＦｅ３＋濃度を低減する作用を有することにより、Ｆｅ３＋の腐食促進作用を抑制するので、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる。また、Ｓｎには鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用がある。これらの作用は、Ｓｎ含有量が０．５０％を超えると飽和する。したがって、含有させる場合のＳｎ含有量は０．５０％以下とする。Ｓｎ含有量は０．３０％以下とすることが好ましい。上記の効果を得るためには、Ｓｎを０．０３％以上含有させることが好ましく、０．０５％以上含有させることがより好ましい。
【００７９】
Ｓｎを含有させる場合には、Ｃｕ含有量を０．１％未満とし、かつＣｕ／Ｓｎ比が１．０以下とする。Ｃｕ含有量が０．１％以上であるか、またはＣｕ／Ｓｎ比が１．０を超えると、Ｃｕの含有により耐食性が低下する場合があり、さらに、鋼板を製造する際に圧延割れの原因となる。Ｓｎを含有させる場合のＣｕ含有量の上限は０．０９％であることが好ましい。
【００８０】
（Ｃ）スケールについて：
スケールは鋼材の製造時に鋼材表面が酸化されて形成された酸化物層である。スケールの組成は、断面の全領域で均一になっているものではない。本発明ではスケール中にＳｉ濃化域、Ａｌ濃化域が層状に形成されることで切断性が安定化する。また、Ｓｉ濃化域、Ａｌ濃化域は鋼板全面に完全な層として形成されている必要はなく、層の一部に本発明の要件を満足しない領域が存在しても切断性に大きな影響を与えることはない。
【００８１】
Ｓｉ濃化域はスケール／鋼界面近傍においてＳｉが濃化することで形成され、相対的にＦｅ２ＳｉＯ４に富んだ領域となる。Ｓｉ濃化域には、質量％で０．４％以上のＳｉを濃化させることが必要である。このような濃化域が形成されることにより、切断初期に低融点成分としてバーニング等の切断不良を抑制するものと考えられる。
【００８２】
また、Ｓｉ濃化域より表層側にはＡｌ濃化域が層状に形成される。Ａｌ濃化域のＡｌ／Ｓｉ比を０．３以上とすることで切断時の溶融酸化物の排出が容易になる。
【００８３】
Ａｌ濃化域も比較的スケール／鋼界面近傍に形成される。各濃化層は鋼材側から、スケール／鋼界面、Ｓｉ濃化域、Ａｌ濃化域の順に存在することになる。このような構成であれば確実にバーニングなどの切断不良を防止できる。
【００８４】
スケール中の各元素の定量分析はグロー放電発光表面分析装置で容易に測定が可能であり、またＦｅ２ＳｉＯ４の存在も、斜入角Ｘ線回折等の手法でその存在が確認できる。
【００８５】
（Ｄ）その他：
本発明の酸素を用いた熱切断用鋼材の厚みについては特に限定はしない。薄肉のものは当然に酸素を用いた熱切断可能であるが、厚みが１２ｍｍ以上のものでも十分に酸素を用いた熱切断することができる。ただし、レーザー切断の場合には出力特性にも依存するが、鋼材厚みの上限は３０ｍｍとすることが好ましい。プラズマ切断の場合には出力特性にも依存するが、鋼材厚みの上限は１００ｍｍとするのが好ましい。
【００８６】
また、スケールの厚みも特に限定はされないが、通常の鋼材の製造工程で生成するスケールであり、表面に３〜１００μｍのスケールを有する鋼材において、切断不良を抑制する効果が顕著に見られる。スケールが１００μｍを超えると、表面スケールの凹凸が激しくなる傾向があるため好ましくない。
【００８７】
表面にいわゆる圧延スケール以外の鉄さび成分（ＦｅＯＯＨ：オキシ水酸化鉄）が混入していても大きな問題はないが、その混入率は質量％で２０％以下にするべきである。
【００８８】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。レーザー、プラズマ切断ともに酸化物制御による切断であり、本発明鋼材がガス切断にも適用可能であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００８９】
表１に示す化学組成を有する鋼Ｎｏ．１〜２２のスラブを１１２０℃に加熱し、デスケーラーで初期のスケールを除去後、仕上げ温度７５０〜９００℃で板厚１６ｍｍ、２５ｍｍ、３２ｍｍまで圧延して３種鋼材を得た。この後、スケールの成長を待ち、水冷後レベラーで平坦度を矯正した。製造した鋼材の表面にはスケールが残存していた。【００９０】
なお、表１における鋼Ｎｏ．１〜１８は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼である。一方、鋼Ｎｏ．１９〜２２は、本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。このうち、鋼Ｎｏ．２２の鋼材については、割れが発生したため、以下に示す測定は行わなかった。【００９１】
生成したスケールをマーカス型高周波グロー放電発光表面分析装置ＧＤ−Ｐｒｏｆｉｌｅｒ２ ＨＯＲＩＢＡ製を用い、放電面積：４ｍｍφ、ＲＦ出力：３５Ｗ、アルゴン圧力：６００Ｐａで表面からの元素プロファイルを測定し、スケール中のＦｅ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐなどの主要成分を分析した。またＯのプロファイルからスケール厚みを決定した。これらのデータを基に、スケール中のＳｉ濃化域およびＡｌ濃化域を確認すると共に、Ｓｉ濃化域のＳｉ含有量、Ａｌ濃化域のＡｌ／Ｓｉ比を算出した。【００９２】
またスケールが生成した鋼材サンプルについて斜入角Ｘ線回折実験（入射角５°、CoKα線）を行い、Ｆｅ２ＳｉＯ４成分の有無を確認した。小さいピークであるが、鋼Ｎｏ．１〜２０の鋼材上のスケールには、Ｆｅ２ＳｉＯ４のピークが５５°〜５６°付近に観察された（ＪＣＰＤＳ ３４−０１７８、ｄ＝１．９２２Ａ）。一方、鋼Ｎｏ．２１の鋼材上のスケールにはＦｅ２ＳｉＯ４のピークが認められなかった。【００９３】
【表１】
0005382203.tif 000002
【００９４】
切断に用いたレーザー切断機は小池酸素工業株式会社製の出力６ｋＷのＣＯ２レーザーである。出力を５０００Ｗとして、周波数が１０００Ｈｚで切断を行った。また、酸素ガス圧は内側が０．０５ＭＰａ、外側が０．０３ＭＰａとした。【００９５】
板厚１６ｍｍの鋼材に関しては、限界切断速度を評価するために、まず鋼材表面にレーザー焦点を決めて、ピアシング（貫通）後、各鋼材から５０ｍｍ×５０ｍｍの角材（ただし、コーナーＲは３ｍｍ）を切り出し、Ｄｕｔｙ：５０％、切断速度９００ｍｍ／ｍｉｎの速度から切断速度を２５ｍｍ／ｍｉｎピッチで上げて切り出し、ノッチ現象、ノロ付着およびバーニングの切断不良が生じるかどうかで判定した。そして、ノッチ現象、ノロ付着およびバーニングのいずれもが観察されない最高切断速度を限界切断速度とした。【００９６】
また、切断裕度（切断可能範囲）の測定は、先ず、鋼材表面にレーザー焦点を決め、次いで、ノズル先端位置を０．２５ｍｍピッチで鋼材表面から遠ざける条件、近づける条件にて試験を実施して、ノッチ現象およびノロ付着の切断不良が生じるかどうかで判定した。そして、ノッチ現象とノロ付着の双方が観察されない最大のノズル先端位置のずれを測定して、レーザー焦点位置からの切断可能な変動許容範囲を求めた。切断速度は、９００ｍｍ／ｍｉｎとした。【００９７】
また操業の安定性を評価するために板厚２５ｍｍ、約２００ｍｍ×２００ｍｍの鋼材から図１に示すような形状（ここでは、Ｔｙｐｅ１、Ｔｙｐｅ２と称す）を切断速度７００ｍｍ／ｍｉｎ、Ｄｕｔｙ７０％で２０枚の切断を行い、バーニング現象が生じた枚数（結果としては発生率）を評価した。バーニング現象の例を図２に示す。切断溝が広くなっている部分がバーニング現象を生じた部位である。【００９８】
プラズマ切断は小池酸素工業株式会社製、スーパー４００を用いた。１５０ｍｍ幅、板厚３２ｍｍの鋼材を５０ｍｍピッチで切断した。１３４Ａで速度１１５０ｍｍ／ｍｉｎから切断機のオーバードライブ機能を用いて５％ピッチ（５７．５ｍｍ／ｍｉｎ）で上げていき、裏面ノロ付着の切断不良が生じるかどうかで判定した。切断不良（ノロ付着）が観察されない最高切断速度を限界切断速度とした。また切断可能時の最高速度時の面を観察し、図３に示すような波打ち現象が観察された場合を×、波打ち現象が認められず平滑な面質である場合を○として評価した。表２に調査結果をまとめて示す。【００９９】
表２のレーザー切断試験結果から、本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験Ｎｏ．１〜１８においては、限界切断速度は１３５０ｍｍ／ｍｉｎ以上であり、またレーザー切断可能な変動許容範囲は、４．７５ｍｍ以上となり、レーザーの焦点ずれに対して鈍感であり、切断性に優れると言える。【０１００】
【表２】
0005382203.tif 000003
【０１０１】
これに対して、比較例の試験Ｎｏ．１９〜２１においては、切断可能範囲は、２．５ｍｍ以下である。試験Ｎｏ．２１では限界切断速度は上がったものの、切断可能範囲が非常に狭い。すなわち高速で切断可能でも、少しの条件変動により切断不良が起こりうる状況であった。【０１０２】
本発明鋼材は、複雑な切断形状において、バーニング現象が発生することなく切断可能であることが明らかである。【０１０３】
表２のプラズマ切断試験結果から、本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験Ｎｏ．１〜１８においては、３２ｍｍ厚の厚鋼板において、１８００ｍｍ／ｍｉｎ以上で切断可能であり、プラズマ切断性に優れており、さらに面質も、波打ち現象もなく良好であった。【０１０４】
これに対して比較例の試験Ｎｏ．１９〜２１においては、限界切断速度は、１５５０〜１６１０ｍｍ／ｍｉｎ程度であり、切断できても、面質に問題があった。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の鋼材は、レーザー切断の場合には、焦点ずれに対して鈍感であり、しかも、切断入熱を高めた場合にもバーニング現象が生じ難いという極めて良好なレーザー切断性を有するため、高速での切断が可能であり、特殊な熱処理によるスケールの制御を行わずとも、複雑な形状を不具合無く切断することが可能である。さらにプラズマ切断においては、切断面の波打ち現象を抑制し、高速での切断が可能である。
【図１】
0005382203.tif 000004
【図２】
0005382203.tif 000005
【図３】
0005382203.tif 000006