(57)【要約】  表面のスケールを除去した鋼材であって、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、元素記号をその元素の含有量として、〔Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５〕および〔２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３〕の式を満たす鋼材は、高速で安定した熱切断作業を実施することができ、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断用として使用できる。この鋼材は表面に無機系のジンクプライマーを塗布したものであってもよい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とする酸素を用いる熱切断用鋼材。
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
【請求項２】
表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする請求項１に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項３】
表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項５】
質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする請求項４に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項６】
質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項４または５に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項７】
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４から６までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項８】
質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項４から７までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項９】
表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とするレーザー切断用鋼材。
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
【請求項１０】
表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする請求項９に記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１１】
表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１２】
質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする請求項９から１１までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１３】
質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする請求項１２に記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１４】
質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１２または１３に記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１５】
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１２から１４までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１６】
質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１２から１５までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素を用いる熱切断用鋼材に関し、詳しくは、レーザー、プラズマ、ガス等で高速切断することが可能な、表面のスケールを除去した酸素を用いる熱切断用鋼材に関する。特に、亜鉛末を含有する一次防錆塗料であるいわゆる「ジンクプライマー」、なかでも無機系のジンクプライマーを塗装した状態であっても、レーザー、プラズマ、ガス等で高速切断することが可能な酸素を用いる熱切断用鋼材にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザー切断機の技術進歩が著しく、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り、厚板の切断にもレーザー切断機が普及している。【０００３】
レーザー切断機は、安全上の問題が少なく、夜間の無人運転が可能であるため、ガス切断機などには見られない利点を有している。【０００４】
なお、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。【０００５】
しかしながら、夜間に無人運転する場合には、切断トラブルが起きた際にそのトラブルを処理する作業員が居ないために、トラブルが放置されたり、あるいはトラブル品が量産されてしまうという問題が生じる。これらのトラブルのうちで大きなものの例としては、切断がストップしてしまうというものが、また、小さなものの例としては、切断面が乱れるというものが挙げられるが、特に切断面の乱れに関しては、製品の商品価値を損なう要因となる場合や次工程、例えば溶接施工へ悪影響を及ぼすことになる。このため、切断面の手直しのためにコストの増大をきたし、場合によっては、不良品としてスクラップ処理せざるを得ない場合もあって、看過できないものである。【０００６】
前記のトラブルは、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。【０００７】
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、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や大きな鋼板の微小なうねり、キズ等による不具合がある。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。【０００８】
このため、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、切断条件の変動に対する余裕幅が大きく、夜間の無人運転を可能にする大きな鋼板が求められ、その鋼板全体に高品質であることが要求される。【０００９】
なお、従来から、レーザー切断性には鋼板の表面性状の影響が大きいことが指摘されている。特に、亜鉛末を含有するジンクプライマーで塗装された鋼板のレーザー切断には種々の問題があることが知られている。それらのうちで特に大きな問題としては、切断速度を上げると切断面にキズやドロス付着が発生しやすいために、切断速度を上げることができず作業性が低下することおよび、切断不良によって切断作業を中断する事態に陥り、特に、夜間の無人運転中に切断作業が中断すると後工程に大きな影響を及ぼして、生産性が著しく低下することが挙げられる。なお、切断速度を上げることができないだけではなく、レーザー切断によって切断可能な板厚にも限界があり、板厚が大きすぎる鋼板は切断できない場合がある。【００１０】
レーザー切断速度の向上に関しては、従来、主として表面のプライマーの改良による検討がなされてきた。【００１１】
例えば、特許文献１には、鋼材に塗装するジンクプライマー中のＺｎおよびＳｉＯ２（シリカ）の量を制限し、特に、ＳｉＯ２量を極力下げて、レーザー切断性を向上させた「レーザー切断用鋼材」が開示されている。この特許文献１には、ＳｉＯ２は、プライマー層の耐火性向上と強度向上の観点からプライマーに含有させる成分であるが、ＳｉＯ２は高温まで安定であるため、レーザーエネルギーの鋼板への伝導を妨げ、切断速度への悪影響が非常に大きいことが記載されている。【００１２】
また、特許文献２には、珪酸エステル縮合物、亜鉛末および、例えば、タルク、マイカ、弁柄、フェロ合金、蛍石などの鉄よりも融点が低い顔料を含有する、レーザー切断性に優れた「一次防錆塗料組成物」（プライマー）が開示されている。【００１３】
さらに、特許文献３には、ケイ素系無機結合剤と平均粒子径５μｍ以下の微細な亜鉛末とを主成分とする組成物を塗装してなる「鋼板前処理方法」が開示されている。【００１４】
一方、プラズマ切断においても技術進歩が著しく、切断面の質および切断代に関して急速な改善がみられている。なお、プラズマ切断機はレーザー切断機ほどのメンテナンスを必要としない利点がある。しかし、プラズマ切断では、切断機に使用される消耗品の寿命が短く、特に、厚鋼板を切断する場合には高出力でプラズマを発生させる必要があるため、消耗品の寿命が極めて短くなるという問題があった。したがって、プラズマ切断を行う際には、大幅に出力を高めずに高速で切断することが求められている。【００１５】
特許文献４には、レーザー切断、プラズマ切断などの熱切断法を適用するのに好適な「溶断性に優れた鋼板」が開示されている。【００１６】
【特許文献１】特開平１０−２２６８４６号公報
【特許文献２】特開２００２−１１４９４４号公報
【特許文献３】特開２００１−２９５０７１号公報
【特許文献４】特開平１１−１９９９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
前述の特許文献１で提案されたプライマーおよび特許文献２で提案された塗料組成物はいずれも、近年の大出力レーザー切断機を用いたレーザー切断に対してはなお効果が不十分であり、１６ｍｍを超える厚鋼板の切断や高速切断には十分に対応することができない。また、切断不良の発生に対する対策が考慮されていないため、特に夜間の無人運転において、切断中断が発生しやすくなってしまう。【００１８】
さらに、特許文献１で提案された技術の場合は塗料中のＳｉＯ２量を著しく低減し、また、特許文献２で提案された技術の場合には塗料がＳｉＯ２を全く含有していない。このため、塗膜の耐火性や強度が不十分になることを避け難い。塗膜の強度低下が生じた場合には、塗膜の剥離やキズが付きやすくなる可能性があるので、防錆性の劣化をきたすことにもつながってしまう。【００１９】
特許文献３には、前述の方法で処理した鋼板について、レーザー切断による溶断性が評価されているものの、その試験はレーザーの焦点を調整（すなわち、最適化）して行ったものと考えられ、レーザーの焦点ずれを考慮して評価したものではない。また、レーザー切断試験（溶断試験）は１ｍ／分（１０００ｍｍ／ｍｉｎ）の速度で行われており、それより高速でのレーザー切断性については評価されていない。【００２０】
特許文献４には、プラズマ切断に関しての記載があるが、プラズマ切断試験は０．１ｍ／ｍｉｎの速度で行われており、この速度では実用には耐えない。【００２１】
そこで、本発明の目的は、高速に鋼材の切断が可能な酸素を用いる熱切断用鋼材を提供すること、なかでも、熱切断機としてのレーザー切断機を夜間の無人運転に使用した場合にも切断トラブルを起こし難く、特に塗装された鋼材のレーザー切断性を著しく向上させ、かつ大出力レーザー切断機により夜間無人運転を行った場合の切断中断の発生を極力防止することがきるレーザー切断用鋼材を提供することである。【００２２】
本発明者らは、前記した課題を解決するために、最初に、大出力のレーザー切断機を用いて鋼材のレーザー切断性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。【００２３】
（ａ）従来のスケールを除去した鋼材およびジンクプライマーを塗装した鋼材、なかでも無機系のジンクプライマーを塗装した鋼材の大出力レーザー切断機での切断作業において見られる切断不良、特に、夜間の無人自動運転時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、スケールを除去した鋼材および塗装した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、上記鋼材に対する切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲が大きい場合には、安定して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。【００２４】
（ｂ）鋼材のレーザー切断性に対しては、レーザー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）の共晶点が密接に関連する。そして、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げれば、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。【００２５】
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）〜（ｆ）の知見を得た。【００２６】
（ｃ）Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素として、Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの効果が大きい。【００２７】
（ｄ）上記のＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶ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変化させることになるが、鋼材中のＳｉ含有量との比でＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの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スケールを除去した鋼材およびジンクプライマーを塗装した鋼材、なかでも無機系のジンクプライマーを塗装した鋼材のレーザー切断性が著しく向上するのでレーザー切断速度を上げることができる。【００２８】
（ｅ）レーザー切断速度を上げるために切断入熱を高めた場合には、異常燃焼による不具合であるいわゆる「バーニング」現象が生じて切断することができないが、上記（ｄ）のＳｉ含有量との比でＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの含有量を適正した鋼材の場合には、バーニング現象が生じ難く、そのため極めて高速で切断することが可能である。【００２９】
（ｆ）しかも、上述のＳｉ含有量との比でＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの含有量を適正した鋼材の場合には、切断可能なレーザー焦点位置からの変動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や、夜間自動運転中の切断中断を容易に防止することができる。【００３０】
本発明者らは、さらに、レーザーが最初に到達する鋼材の表面に着目した検討を行った。その結果、下記（ｇ）の知見を得た。【００３１】
（ｇ）鋼材の表面性状はレーザー切断性に影響を与える。表面粗さが小さいと、レーザー光の反射が顕著になり十分に鋼材表面にエネルギーが伝わらずに切断性が低下する。またジンクプライマーを塗布する場合、塗膜の十分な密着耐久性が得られないため、好ましくない。一方、表面粗さが大きいと鋼材の表面でレーザーが乱反射し、レーザー切断性が低下する。【００３２】
以上のレーザー切断性に関する調査を踏まえ、本発明者らは、次に、レーザー切断以外の熱切断方法への適用を考えた。その結果、下記（ｈ）の知見を得た。【００３３】
（ｈ）レーザー切断性の調査で得られた知見は、レーザー切断以外の熱切断、具体的には、プラズマ切断、ガス切断などの切断にも適用できる。ただし、切断にあたっては、切断中に生成する酸化物を制御して切断性を高めるため、酸素を用いることが必要である。【００３４】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（８）に示す酸素を用いる熱切断用鋼材および（９）〜（１６）に示すレーザー切断用鋼材にある。【００３５】
（１）表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とする酸素を用いる熱切断用鋼材。
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。【００３６】
（２）表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする上記（１）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。【００３７】
（３）表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。【００３８】
（４）質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする上記（１）から（３）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。【００３９】
（５）質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする上記（４）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。【００４０】
（６）質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（４）または（５）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。【００４１】
（７）質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする上記（４）から（６）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。【００４２】
（８）質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（４）から（７）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。【００４３】
（９）表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とするレーザー切断用鋼材。
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。【００４４】
（１０）表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする上記（９）に記載のレーザー切断用鋼材。【００４５】
（１１）表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることを特徴とする上記（９）または（１０）に記載のレーザー切断用鋼材。【００４６】
（１２）質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする上記（９）から（１１）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。【００４７】
（１３）質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする上記（１２）に記載のレーザー切断用鋼材。【００４８】
（１４）質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（１２）または（１３）に記載のレーザー切断用鋼材。【００４９】
（１５）質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする上記（１２）から（１４）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。【００５０】
（１６）質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（１２）から（１５）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。【００５１】
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ＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指す。【００５２】
以下、上記（１）〜（８）に示す酸素を用いる熱切断用鋼材および（９）〜（１６）に示すレーザー切断用鋼材に係る発明を、それぞれ、「本発明（１）」〜「本発明（１６）」という。また、総称して「本発明」ということがある。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の酸素を用いた熱切断用鋼材（つまり、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熱切断用鋼材）は、高速で安定した熱切断作業を実施することができ、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断用として使用できる。特に、本発明のレーザー切断用鋼材は、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、切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲が大きくなり、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、一次防錆塗膜であるジンクプライマー層が形成された場合においても、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、しかも、切断不良が発生し難いので、夜間の無人運転における切断中断を防止することができ、特に、１６ｍｍ厚みの鋼材の場合には１０５０ｍｍ／ｍｉｎ、また、２３ｍｍ厚みの鋼材の場合には８００ｍｍ／ｍｉｎといった高速で安定したレーザー切断作業を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
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。【００５５】
（Ａ）鋼材の基本化学組成について：
Ｓｉ：０．０８〜０．２０％
Ｓｉは、酸素を用いる熱切断中に酸化されてスケール層中にＦｅ２ＳｉＯ４（ファイアライト）を形成し、熱切断性を大きく支配する元素である。なお、以下においては、「酸素を用いる熱切断」を「レーザー切断」で代表させて説明することがある。【００５６】
Ｓｉの含有量が０．０８％未満の場合には、十分な量のＦｅ２ＳｉＯ４が切断時に生成せず切断性が低下してしまう。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、レーザー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る。しかしながら、母材中のＳｉ含有量が０．０８％未満になると、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、切断面の溶融が進み、「えぐれ」と呼ばれる現象が発生する。【００５７】
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Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶ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。【００５８】
したがって、Ｓｉの含有量を０．０８〜０．２０％とした。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．１８％である。また、好ましい下限は０．１０％である。【００５９】
Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下
Ａｌは、脱酸のためおよびレーザー切断時に生成する鉄酸化物中に存在するＦｅ２ＳｉＯ４の共晶温度を下げて溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出を容易にしてレーザー切断性を高めるために必要な元素であり、０．０３％を超える量を含有させる必要がある。しかしながら、Ａｌの含有量が多くなり、特に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の含有量を０．０３％を超えて０．０８％以下とした。なお、Ａｌの含有量は、上記の範囲においては多い方が好ましいので、Ａｌ含有量の下限は０．０３５％とすることが望ましい。【００６０】
Ｐ、ＴｉおよびＶ
Ｐ、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レーザー切断性を高める作用を有する。このため、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有させることとした。なお、Ｐ、ＴｉおよびＶの含有量は、後述するように、少なくとも前記の（２）式を満たすものでなければならない。【００６１】
ここで、化学組成を上述したＳｉ：０．０８〜０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有するようにした鋼材として、レーザー切断時に生成する鉄酸化物中に存在するＦｅ２ＳｉＯ４の共晶温度を下げるだけではレーザー切断性が不十分な場合がある。したがって、下記（１）式および（２）式を満たす必要がある。【００６２】
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。【００６３】
これは、「Ａｌ／Ｓｉ」の値が０．４５を超える場合には、レーザー切断時にＦｅ２ＳｉＯ４以外に高融点であるＡｌ２Ｏ３（アルミナ）が生成することによるものと考えられる。したがって、前記の（１）式、つまり、〔Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５〕も満たすこととした。【００６４】
また、Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶにはＦｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる効果、換言すれば、Ｆｅ２ＳｉＯ４が液相として存在する温度を下げる効果があるが、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点はこれらの元素とＳｉ含有量の比に依存する。その効果は各元素で異なるため、各元素の依存度を考慮すると、前記の（２）式が必要になる。ここで、（２）式を満足しない場合、すなわち「２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）」の値が１２３以下の場合には、安定かつ確実にレーザー切断性を高めることができない。したがって、（２）式、つまり、〔２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３〕も満たすこととした。この条件を満たせばレーザー切断性を安定かつ確実に高めることができる。【００６５】
上記の理由から、本発明（１）に係る酸素を用いた熱切断用鋼材および本発明（９）に係るレーザー切断用鋼材は、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、前記の（１）式および（２）式を満たすことと規定した。【００６６】
（Ｂ）鋼材の表面状況について：
前記（Ａ）項の化学組成を有する鋼材は、その表面状況として圧延後のスケールが付着したままでも一定の優れた切断性を示すものである。しかしながら、圧延後のスケールが付着したままの場合には、熱処理条件等によりスケール性状が変化して切断性にも大きく影響する場合がある。【００６７】
このため、本発明（１）に係る熱切断用鋼材は、より安定かつ確実に酸素を用いた熱切断性を高めるために、表面のスケールを除去することと規定した。同様に、本発明（９）に係るレーザー切断用鋼材も、より安定かつ確実にレーザー切断性を高めるために、表面のスケールを除去することと規定した。【００６８】
なお、圧延後のスケール除去の方法は特に規定する必要はなく、例えば、酸洗処理やショットブラスト処理など公知の処理方法で行えばよい。【００６９】
本発明（１）に係る熱切断用鋼材および本発明（９）に係るレーザー切断用鋼材は、表面のスケールを除去した後、その表面に無機系のジンクプライマーを塗布してもその効果を発揮する。すなわち、上述のとおりＦｅ２ＳｉＯ４が液相として存在する温度が低下するので、鋼材表面に無機系のジンクプライマーが塗布された状態であっても、それぞれ、良好な酸素を用いた熱切断性およびレーザー切断性を有する。【００７０】
したがって、本発明（２）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１０）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）の酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（９）のレーザー切断用鋼材のうちで、表面に無機系のジンクプライマーを塗布したものと規定した。【００７１】
なお、鋼材表面への無機系のジンクプライマー塗布の方法は特に規定する必要はなく、例えば、エアスプレー処理や刷毛塗り処理など公知の処理方法で行えばよい。【００７２】
また、無機系のジンクプライマーとしては、公知の市販の無機系のジンクプライマーを用いることができる。すなわち、アルキルシリケート系樹脂を主成分とし、Ｚｎ粉末を含有した塗料を用いることができる。なお、無機系のジンクプライマー中にＦｅ２ＳｉＯ４が液相として存在する温度を下げる元素である、Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶを含む顔料が添加されたプライマーであると、さらに共晶温度低下による効果により、レーザー切断性を始めとする酸素を用いる熱切断性が向上する。【００７３】
塗布する無機系のジンクプライマーの乾燥塗膜の膜厚は９〜２５μｍの範囲とすることが好ましい。塗膜が９μｍより薄くても、逆に２５μｍより厚くても、レーザー切断性を始めとする酸素を用いる熱切断性が低下することがある。塗膜が９μｍより薄い場合には、耐食性も劣化することがある。なお、上記の膜厚は平均膜厚を意味し、電磁膜厚計、例えば（株）サンコウ電子研究所製の「ＣＲＴ−２０００ＩＩ電磁式デジタル膜厚計」を用いて、鋼材の表面における塗膜の膜厚を１０点以上測定した平均値として求めることができる。【００７４】
本発明（３）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１１）に係るレーザー切断用鋼材は、その表面粗さがＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）に規定された十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍの場合に、それぞれ、酸素を用いる熱切断性およびレーザー切断性が向上する。表面粗さが１５μｍ未満の場合には、鋼材表面に十分にエネルギーが伝わらずに切断性が低下することがある。これは、例えば、レーザー切断の場合には、レーザー光の反射が顕著になるからである。また、表面粗さが１５μｍ未満では、ジンクプライマー塗布時の塗膜の密着耐久性が得られないこともある。一方、表面粗さが８５μｍを超える場合にも、鋼材表面に十分にエネルギーが伝わらずに切断性が低下することがある。これは、例えば、レーザー切断の場合には、鋼材表面でレーザーが乱反射するからである。【００７５】
したがって、本発明（３）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１１）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）または（２）の酸素を用いる切断用鋼材および本発明（９）または（１０）のレーザー切断用鋼材のうちで、表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることと規定した。【００７６】
（Ｃ）鋼材の好適な化学組成について：
本発明に係る鋼材は、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。【００７７】
Ｃ：０．０２〜０．１７％
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、０．１７％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０．０２〜０．１７％とするのが好ましい。なお、Ｃは安価な元素であり、レーザーでの切断時に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。このため、Ｃ含有量の下限は０．０５％とするのがより好ましい。また、Ｃ含有量の上限は０．１６％とするのがより好ましい。【００７８】
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、靱性の劣化およびレーザー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。なお、Ｍｎ含有量の下限は０．３０％とするのがより好ましい。【００７９】
Ｃｕ：０．０３％未満
Ｃｕ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、Ｃｕチェッキングを生じる懸念がある。このため、Ｃｕの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０３％未満とするのが好ましい。【００８０】
Ｎｉ：０．０５％以下
Ｎｉも、不純物として鋼中に存在し、その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。このため、Ｎｉの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０５％以下とするのが好ましい。【００８１】
Ｓ：０．０１５％以下
Ｓは、不純物として鋼中に存在し、レーザー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、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。【００８２】
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。【００８３】
Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上
既に（Ａ）項で述べたように、Ｐ、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レーザー切断性を高める作用を有する。このため、（Ａ）項に記載の量のＳｉとＡｌを含むとともに前記（１）式および（２）式を満たすという条件の下で、Ｐ、ＴｉおよびＶを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られるが、これらの含有量が多い場合には、鋼材の各種特性に悪影響を及ぼすおそれがあるため、これら元素の含有量は一定量以下に抑えるのがよい。以下、このことに関して説明する。【００８４】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、不可避的に不純物として含まれる元素であるが、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げてレーザー切断性を高める作用を有するため、Ｐを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られる。しかし、その含有量が多い場合には、溶接性および靱性に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、Ｐの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０４％以下とするのが好ましい。Ｐ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。【００８５】
Ｔｉ：０．０８％以下
Ｔｉは、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素である。したがって、Ｔｉを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られるが、その含有量が多い場合には、溶接部の靱性に悪影響を及ぼすおそれがあるし、コスト面でも不利になる。このため、Ｔｉの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０８％以下とすることが好ましい。【００８６】
なお、Ｔｉは、析出強化によって鋼板の強度を高める作用も有し、この効果を得るためには、０．００５％以上含有させることが好ましい。したがって、Ｔｉ含有量の下限は０．００５％とすることが好ましい。【００８７】
Ｖ：０．０８％以下
ＶもＦｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素である。このため、Ｖを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られるが、その含有量が多い場合には、溶接部の靱性に悪影響を及ぼすおそれがあるし、コスト面でも不利になる。このため、Ｖの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０８％以下とすることが好ましい。【００８８】
なお、Ｖにも、析出強化によって鋼板の強度を高める作用があり、この効果を得るためには、０．０２％以上含有させることが好ましい。したがって、Ｖ含有量の下限は０．０２％とすることが好ましい。【００８９】
なお、上記のＰ、ＴｉおよびＶは、そのうちの１種以上を含有させればよい。【００９０】
上記の理由から、本発明（４）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）から（３）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（９）から（１１）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有するものと規定した。【００９１】
本発明（４）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１４）に係るレーザー切断用鋼材には、必要に応じてさらに、下記（イ）〜（ニ）の群の中から選ばれた１種以上の元素を含有させることができる。【００９２】
（イ）Ｃｒ：０．２％以下、
（ロ）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、
（ハ）Ｂ：０．００３％以下、
（ニ）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。【００９３】
すなわち、前記（イ）〜（ニ）の群のうちの元素の１種以上を含有させてもよい。【００９４】
以下、上記の元素に関して説明する。【００９５】
Ｃｒ：０．２％以下
Ｃｒは、鋼板の強度を高める作用を有する。この効果を得るには、Ｃｒの含有量は  ０．０２％以上とすることが望ましい。より望ましくは０．０３％以上である。しかしながら、その含有量が０．２％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、レーザー切断表面の粗さの劣化および切断ノッチ形成につながるおそれがある。このため、含有させる場合のＣｒの含有量は、０．２％以下とした。なお、含有させる場合のＣｒ含有量の下限は０．０２％とすることが好ましく、０．０３％とすれば一層好ましい。【００９６】
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
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。【００９７】
Ｍｏは、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有する。こ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い。しかしながら、Ｍｏ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。このため、含有させる場合のＭｏの含有量は、０．４％以下とした。なお、含有させる場合のＭｏ含有量の下限は０．１％とすることが好ましい。【００９８】
Ｗも、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有する。こ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い。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。このため、含有させる場合のＷの含有量は、０．４％以下とした。なお、含有させる場合のＷ含有量の下限は０．０５％とすることが好ましい。【００９９】
Ｎｂは、析出強化により鋼板の強度を高める作用を有する。こ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い。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％以下とした。なお、含有させる場合のＮｂ含有量の下限は０．００５％とすることが好ましい。【０１００】
上記のＭｏ、ＷおよびＮｂは、そのうちの１種以上を含有させることができる。【０１０１】
Ｂ：０．００３０％以下
Ｂは、焼入れ性を高める作用を有する。こ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い。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。このため、含有させる場合のＢの含有量は、０．００３０％以下とした。なお、含有させる場合のＢ含有量の下限は０．０００５％とすることが好ましい。【０１０２】
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。【０１０３】
Ｃａは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。こ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い。しかしながら、Ｃａの含有量が０．００５％を超えると、レーザー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％以下とした。なお、含有させる場合のＣａ含有量の下限は０．００１％とすることが好ましい。【０１０４】
Ｍｇは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。こ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い。しかしながら、Ｍｇの含有量が０．００５％を超えると、レーザー切断性が損なわれるおそれがある。このため、含有させる場合のＭｇの含有量は、０．００５％以下とした。なお、含有させる場合のＭｇ含有量の下限は０．００１％とすることが好ましい。【０１０５】
ＲＥＭは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。こ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い。しかしながら、ＲＥＭの含有量が０．００５％を超えると、レーザー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％以下とした。なお、含有させる場合のＲＥＭ含有量の下限は０．００１％とすることが好ましい。【０１０６】
上記のＣａ、ＭｇおよびＲＥＭは、そのうちの１種以上を含有させることができる。【０１０７】
なお、「ＲＥＭ」が、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、また、ＲＥＭの含有量がＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指すことは既に述べたとおりである。【０１０８】
上記の理由から、本発明（５）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１３）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（４）の酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）のレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有するものとした。【０１０９】
また、本発明（６）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１４）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（４）または（５）の酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）または（１３）のレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有するものとした。【０１１０】
また、本発明（７）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１５）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（４）から（６）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）から（１４）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有するものとした。【０１１１】
同様に、本発明（８）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１６）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（４）から（７）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）から（１５）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有するものとした。【０１１２】
なお、本発明の酸素を用いる熱切断用鋼材およびレーザー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切断が可能であるが、厚みが１２ｍｍ以上のものでも十分に切断することができる。したがって、鋼材の厚みは１２ｍｍ以上が好ましい。ただし、切断可能な鋼材の厚みは、切断機の出力特性に依存する。このため、レーザー切断する場合には、鋼材の厚みの上限は３０ｍｍとすることが好ましい。また、プラズマ切断する場合には、鋼材の厚みの上限は８０ｍｍとすることが好ましい。さらに、ガス切断する場合には、鋼材の厚みの上限は４０００ｍｍとすることが好ましい。【０１１３】
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。
【実施例】
【０１１４】
＜実施例１＞
表１に示す化学組成を有する鋼１〜１９を実験室溶製した後、熱間圧延して幅が２５０ｍｍ、長さが５００ｍｍで、厚みがそれぞれ、１６ｍｍと２３ｍｍの２種類の鋼材を作製した。【０１１５】
なお、表１における鋼１〜１６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１７〜１９は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。【０１１６】
【表１】
2009101951.tif 000002
【０１１７】
次いで、圧延後の鋼材の表面をショットブラスト処理して圧延スケールを除去した。なお、ショットブラスト後のいずれの鋼材についても、その表面における１０点平均粗さ（ＲｚJIS）は４９．６μｍであった。【０１１８】
その後、表２中の試験番号１を除いた各鋼材、すなわち試験番号２〜２０の各鋼材の表面に、無機系のジンクプライマー（中国塗料株式会社製のセラボンド２０００グレーＳ）をエアスプレーにより塗布した。【０１１９】
なお、上記ジンクプライマーの塗布は小型塗装ロボット（株式会社安川電機製のＰＸ−８００、移動線速は３８０ｍｍ／ｓ）と塗装ガン（デビルビスＴ−ＡＧＨＶ、ノズル直径１．２ｍｍ、キャップＮｏ．８０７）とを用いて、霧化エアー圧が０．１２８ＭＰａ（１．３ｋｇｆ／ｃｍ２）、パターンエアー圧が０．０９８ＭＰａ（１．０ｋｇｆ／ｃｍ２）、塗料吐出量が１３２ｇ／ｍｉｎ、ガン距離が１５０ｍｍの条件で行った。【０１２０】
塗布したジンクプライマー塗膜を自然乾燥させた後、電磁式デジタル膜厚計（株式会社サンコウ電子研究所製のＣＲＴ−２０００ＩＩ）を用いて、鋼材表面の任意の８１点における膜厚を測定し、それを算術平均して各試験番号についての平均膜厚を求めた。なお、平均膜厚は１４〜１６μｍの範囲にあった。【０１２１】
上記のショットブラスト処理して圧延スケールを除去したままの鋼材（表２の試験番号１）およびショットブラスト処理後に無機系のジンクプライマーを塗布した鋼材（表２の試験番号２〜１９）について、レーザー切断試験を行った。【０１２２】
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レーザーであり、切断条件は、デューティ（パルス発振の時間当たりの出力時間％）が６０％、周波数が１０００Ｈｚで、また、酸素ガス圧は内側が０．０５ＭＰａ、外側が０．０３ＭＰａとした。【０１２３】
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、その際のノッチ現象の有無（すなわち、切断面におけるキズの有無）を調査し、また、ノロ（すなわち、酸化物を含む溶鋼の切断裏面への付着物）の付着状況を観察した。なお、表２に示すように、板厚に応じて切断速度を変化させた。【０１２４】
レーザー切断性の評価は、先ず、鋼材表面にレーザー焦点を決め、換言すれば、前記位置決めしたノズル先端位置を「０」とし、次いで、ノズル先端位置を前記「０」の位置から０．５ｍｍ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、切断可能なレーザー焦点位置からのずれ、すなわち変動範囲を求めた。なお、この場合の切断速度は、鋼材厚みが１６ｍｍの場合に９００ｍｍ／ｍｉｎ、鋼材厚みが２３ｍｍの場合に６００ｍｍ／ｍｉｎとした。【０１２５】
また、限界切断速度の評価は、ノズル先端位置を前記「０」の位置に固定して、換言すれば、レーザー焦点を鋼材の表面に固定して、前記９００ｍｍ／ｍｉｎ（鋼材厚みが１６ｍｍの場合）あるいは６００ｍｍ／ｍｉｎ（鋼材厚みが２３ｍｍの場合）の切断速度を５０ｍｍ／ｍｉｎピッチ上げて行き、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。【０１２６】
表２に、上記の調査結果をまとめて示す。なお、表２においては、切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲を「切断可能な焦点位置」と表記した。【０１２７】
【表２】
2009101951.tif 000003
【０１２８】
表２から、本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験番号１〜１７においては、切断可能な焦点位置からの変動範囲は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には３．５ｍｍ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には１．５ｍｍ以上であって、いずれの鋼材もレーザーの焦点ずれに対して鈍感であり、さらに、限界切断速度は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には１０５０ｍｍ／ｍｉｎ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には８００ｍｍ／ｍｉｎ以上と大きく、レーザー切断性に優れていることが明らかである。【０１２９】
これに対して、比較例の試験番号１８〜２０においては、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合の切断可能な焦点位置からの変動範囲は２．０〜２．５ｍｍと小さく、さらに、限界切断速度も９００ｍｍ／ｍｉｎにとどまった。なお、これらの試験番号において鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には、６００ｍｍ／ｍｉｎという切断速度がレーザー切断の限界であり、しかも、切断可能な焦点位置からの変動範囲は０．５ｍｍと小さく、少しの条件の変化により切断不良が生じる状況であった。【０１３０】
＜実施例２＞
上記実施例１と同様の試験を鋼材の表面粗さを様々に変えて行った。より具体的には、表１に記載の鋼１および鋼３を用い、ショットブラストにおけるショット球の大きさを様々に変えて表面粗さＲzJISの異なる試験片を作製し、実施例１に示したものと同様にレーザー切断性を評価した。【０１３１】
表３に、表面粗さを変えたときの調査結果を示す。なお、表３において、試験番号２１〜２４の供試材はスケール除去ままの鋼材であり、試験番号２５〜２８の供試材はスケール除去後、＜実施例１＞と同様にジンクプライマーを塗布したものである。また、＜実施例１＞の試験番号１および試験番号３をそれぞれ、試験番号２１および試験番号２５として記載した。【０１３２】
【表３】
2009101951.tif 000004
【０１３３】
表３から、試験番号２１〜２８の場合、切断可能な焦点位置からの変動範囲は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には３．０ｍｍ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には１．５ｍｍ以上であって、いずれの鋼材もレーザーの焦点ずれに対して鈍感であり、さらに、限界切断速度は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には１０５０ｍｍ／ｍｉｎ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には７５０ｍｍ／ｍｉｎ以上と大きく、レーザー切断性に優れていることが明らかである。なお、上記の試験番号のうちでも、特に、表面粗さＲzJISが１５〜８５μｍの範囲にある試験番号２１、２２、２５および２６の場合のレーザー切断性は一層優れている。【０１３４】
＜実施例３＞
＜実施例１＞で用いた鋼材の残材を用いて、特に厚み２３ｍｍの鋼材をプラズマ切断し、プラズマ切断性の評価を行った。【０１３５】
切断に用いたプラズマ切断機は小池酸素工業株式会社製のプラズマ切断機（スーパー４００）であり、切断条件は、出力電流を１３７．８Ａとし、また、プラズマガスとして酸素を用いた。【０１３６】
ピアシング（貫通）後、各鋼材から５０ｍｍ×５０ｍｍの角材を切り出し、その際の切断面におけるキズの有無を調査し、また、ノロ（すなわち、酸化物を含む溶鋼の切断裏面への付着物）の付着状況を観察した。限界切断速度の評価は、１２００ｍｍ／ｍｉｎの切断速度を１２０ｍｍ／ｍｉｎピッチ（初期切断速度の１０％ピッチ）で上げて行き、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。【０１３７】
表４に、上記の調査結果をまとめて示す。【０１３８】
【表４】
2009101951.tif 000005
【０１３９】
表４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番号２９〜４５においては、２０００ｍｍ／ｍｉｎ以上で切断可能であり、プラズマ切断性に優れていることが明らかである。【０１４０】
これに対して、比較例の試験番号４６〜４８においては、限界切断速度は高々１６８０ｍｍ／ｍｉｎであった。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明の鋼材は、高速で安定した熱切断作業を実施することができ、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断用として使用できる。特に、本発明のレーザー切断用鋼材は、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、切断可能なレーザー切断可能な焦点位置からの変動範囲が大きくなり、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、一次防錆塗膜であるジンクプライマー層が形成された場合においても、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、しかも、切断不良が発生し難いので、夜間の無人運転における切断中断を防止することができ、レーザー切断の生産性に大きく寄与できる。
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月12日(2009.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素を用いる熱切断用鋼材に関し、詳しくは、レーザー、プラズマ、ガス等で高速切断することが可能な、表面のスケールを除去した酸素を用いる熱切断用鋼材に関する。特に、亜鉛末を含有する一次防錆塗料であるいわゆる「ジンクプライマー」、なかでも無機系のジンクプライマーを塗装した状態であっても、レーザー、プラズマ、ガス等で高速切断することが可能な酸素を用いる熱切断用鋼材にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザー切断機の技術進歩が著しく、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り、厚板の切断にもレーザー切断機が普及している。
【０００３】
レーザー切断機は、安全上の問題が少なく、夜間の無人運転が可能であるため、ガス切断機などには見られない利点を有している。
【０００４】
なお、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。
【０００５】
しかしながら、夜間に無人運転する場合には、切断トラブルが起きた際にそのトラブルを処理する作業員が居ないために、トラブルが放置されたり、あるいはトラブル品が量産されてしまうという問題が生じる。これらのトラブルのうちで大きなものの例としては、切断がストップしてしまうというものが、また、小さなものの例としては、切断面が乱れるというものが挙げられるが、特に切断面の乱れに関しては、製品の商品価値を損なう要因となる場合や次工程、例えば溶接施工へ悪影響を及ぼすことになる。このため、切断面の手直しのためにコストの増大をきたし、場合によっては、不良品としてスクラップ処理せざるを得ない場合もあって、看過できないものである。
【０００６】
前記のトラブルは、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。
【０００７】
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、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や大きな鋼板の微小なうねり、キズ等による不具合がある。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。
【０００８】
このため、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、切断条件の変動に対する余裕幅が大きく、夜間の無人運転を可能にする大きな鋼板が求められ、その鋼板全体に高品質であることが要求される。
【０００９】
なお、従来から、レーザー切断性には鋼板の表面性状の影響が大きいことが指摘されている。特に、亜鉛末を含有するジンクプライマーで塗装された鋼板のレーザー切断には種々の問題があることが知られている。それらのうちで特に大きな問題としては、切断速度を上げると切断面にキズやドロス付着が発生しやすいために、切断速度を上げることができず作業性が低下することおよび、切断不良によって切断作業を中断する事態に陥り、特に、夜間の無人運転中に切断作業が中断すると後工程に大きな影響を及ぼして、生産性が著しく低下することが挙げられる。なお、切断速度を上げることができないだけではなく、レーザー切断によって切断可能な板厚にも限界があり、板厚が大きすぎる鋼板は切断できない場合がある。
【００１０】
レーザー切断速度の向上に関しては、従来、主として表面のプライマーの改良による検討がなされてきた。
【００１１】
例えば、特許文献１には、鋼材に塗装するジンクプライマー中のＺｎおよびＳｉＯ2（シリカ）の量を制限し、特に、ＳｉＯ2量を極力下げて、レーザー切断性を向上させた「レーザー切断用鋼材」が開示されている。この特許文献１には、ＳｉＯ2は、プライマー層の耐火性向上と強度向上の観点からプライマーに含有させる成分であるが、ＳｉＯ2は高温まで安定であるため、レーザーエネルギーの鋼板への伝導を妨げ、切断速度への悪影響が非常に大きいことが記載されている。
【００１２】
また、特許文献２には、珪酸エステル縮合物、亜鉛末および、例えば、タルク、マイカ、弁柄、フェロ合金、蛍石などの鉄よりも融点が低い顔料を含有する、レーザー切断性に優れた「一次防錆塗料組成物」（プライマー）が開示されている。
【００１３】
さらに、特許文献３には、ケイ素系無機結合剤と平均粒子径５μｍ以下の微細な亜鉛末とを主成分とする組成物を塗装してなる「鋼板前処理方法」が開示されている。
【００１４】
一方、プラズマ切断においても技術進歩が著しく、切断面の質および切断代に関して急速な改善がみられている。なお、プラズマ切断機はレーザー切断機ほどのメンテナンスを必要としない利点がある。しかし、プラズマ切断では、切断機に使用される消耗品の寿命が短く、特に、厚鋼板を切断する場合には高出力でプラズマを発生させる必要があるため、消耗品の寿命が極めて短くなるという問題があった。したがって、プラズマ切断を行う際には、大幅に出力を高めずに高速で切断することが求められている。
【００１５】
特許文献４には、レーザー切断、プラズマ切断などの熱切断法を適用するのに好適な「溶断性に優れた鋼板」が開示されている。
【００１６】
【特許文献１】特開平１０−２２６８４６号公報
【特許文献２】特開２００２−１１４９４４号公報
【特許文献３】特開２００１−２９５０７１号公報
【特許文献４】特開平１１−１９９９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
前述の特許文献１で提案されたプライマーおよび特許文献２で提案された塗料組成物はいずれも、近年の大出力レーザー切断機を用いたレーザー切断に対してはなお効果が不十分であり、１６ｍｍを超える厚鋼板の切断や高速切断には十分に対応することができない。また、切断不良の発生に対する対策が考慮されていないため、特に夜間の無人運転において、切断中断が発生しやすくなってしまう。
【００１８】
さらに、特許文献１で提案された技術の場合は塗料中のＳｉＯ2量を著しく低減し、また、特許文献２で提案された技術の場合には塗料がＳｉＯ2を全く含有していない。このため、塗膜の耐火性や強度が不十分になることを避け難い。塗膜の強度低下が生じた場合には、塗膜の剥離やキズが付きやすくなる可能性があるので、防錆性の劣化をきたすことにもつながってしまう。
【００１９】
特許文献３には、前述の方法で処理した鋼板について、レーザー切断による溶断性が評価されているものの、その試験はレーザーの焦点を調整（すなわち、最適化）して行ったものと考えられ、レーザーの焦点ずれを考慮して評価したものではない。また、レーザー切断試験（溶断試験）は１ｍ／分（１０００ｍｍ／ｍｉｎ）の速度で行われており、それより高速でのレーザー切断性については評価されていない。
【００２０】
特許文献４には、プラズマ切断に関しての記載があるが、プラズマ切断試験は０．１ｍ／ｍｉｎの速度で行われており、この速度では実用には耐えない。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、高速に鋼材の切断が可能な酸素を用いる熱切断用鋼材を提供すること、なかでも、熱切断機としてのレーザー切断機を夜間の無人運転に使用した場合にも切断トラブルを起こし難く、特に塗装された鋼材のレーザー切断性を著しく向上させ、かつ大出力レーザー切断機により夜間無人運転を行った場合の切断中断の発生を極力防止することがきるレーザー切断用鋼材を提供することである。
【００２２】
本発明者らは、前記した課題を解決するために、最初に、大出力のレーザー切断機を用いて鋼材のレーザー切断性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。
【００２３】
（ａ）従来のスケールを除去した鋼材およびジンクプライマーを塗装した鋼材、なかでも無機系のジンクプライマーを塗装した鋼材の大出力レーザー切断機での切断作業において見られる切断不良、特に、夜間の無人自動運転時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、スケールを除去した鋼材および塗装した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、上記鋼材に対する切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲が大きい場合には、安定して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。
【００２４】
（ｂ）鋼材のレーザー切断性に対しては、レーザー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）の共晶点が密接に関連する。そして、Ｆｅ2ＳｉＯ4の共晶点を下げれば、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。
【００２５】
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）〜（ｆ）の知見を得た。
【００２６】
（ｃ）Ｆｅ2ＳｉＯ4の共晶点を下げる元素として、Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの効果が大きい。
【００２７】
（ｄ）上記のＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶ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変化させることになるが、鋼材中のＳｉ含有量との比でＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの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スケールを除去した鋼材およびジンクプライマーを塗装した鋼材、なかでも無機系のジンクプライマーを塗装した鋼材のレーザー切断性が著しく向上するのでレーザー切断速度を上げることができる。
【００２８】
（ｅ）レーザー切断速度を上げるために切断入熱を高めた場合には、異常燃焼による不具合であるいわゆる「バーニング」現象が生じて切断することができないが、上記（ｄ）のＳｉ含有量との比でＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの含有量を適正した鋼材の場合には、バーニング現象が生じ難く、そのため極めて高速で切断することが可能である。
【００２９】
（ｆ）しかも、上述のＳｉ含有量との比でＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの含有量を適正した鋼材の場合には、切断可能なレーザー焦点位置からの変動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や、夜間自動運転中の切断中断を容易に防止することができる。
【００３０】
本発明者らは、さらに、レーザーが最初に到達する鋼材の表面に着目した検討を行った。その結果、下記（ｇ）の知見を得た。
【００３１】
（ｇ）鋼材の表面性状はレーザー切断性に影響を与える。表面粗さが小さいと、レーザー光の反射が顕著になり十分に鋼材表面にエネルギーが伝わらずに切断性が低下する。またジンクプライマーを塗布する場合、塗膜の十分な密着耐久性が得られないため、好ましくない。一方、表面粗さが大きいと鋼材の表面でレーザーが乱反射し、レーザー切断性が低下する。
【００３２】
以上のレーザー切断性に関する調査を踏まえ、本発明者らは、次に、レーザー切断以外の熱切断方法への適用を考えた。その結果、下記（ｈ）の知見を得た。
【００３３】
（ｈ）レーザー切断性の調査で得られた知見は、レーザー切断以外の熱切断、具体的には、プラズマ切断、ガス切断などの切断にも適用できる。ただし、切断にあたっては、切断中に生成する酸化物を制御して切断性を高めるため、酸素を用いることが必要である。
【００３４】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（７）に示す酸素を用いる熱切断用鋼材および（８）〜（１４）に示すレーザー切断用鋼材にある。
【００３５】
（１）表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、さらに、下記（１）式および（２）式を満たす鋼組成を有することを特徴とする酸素を用いる熱切断用鋼材。
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
【００３６】
（２）表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする上記（１）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【００３７】
（３）表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【００３８】
（４）質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする上記（１）から（３）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【００３９】
（５）質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（１）から（４）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【００４０】
（６）質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする上記（１）から（５）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【００４１】
（７）質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（１）から（６）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【００４２】
（８）表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、さらに、下記（１）式および（２）式を満たす鋼組成を有することを特徴とするレーザー切断用鋼材。
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
【００４３】
（９）表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする上記（８）に記載のレーザー切断用鋼材。
【００４４】
（１０）表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることを特徴とする上記（８）または（９）に記載のレーザー切断用鋼材。
【００４５】
（１１）質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする上記（８）から（１０）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【００４６】
（１２）質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（８）から（１１）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【００４７】
（１３）質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする上記（８）から（１２）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【００４８】
（１４）質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（８）から（１３）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【００４９】
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ＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指す。
【００５０】
以下、上記（１）〜（７）に示す酸素を用いる熱切断用鋼材および（８）〜（１４）に示すレーザー切断用鋼材に係る発明を、それぞれ、「本発明（１）」〜「本発明（１４）」という。また、総称して「本発明」ということがある。
【発明の効果】
【００５１】
本発明の酸素を用いた熱切断用鋼材（つまり、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熱切断用鋼材）は、高速で安定した熱切断作業を実施することができ、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断用として使用できる。特に、本発明のレーザー切断用鋼材は、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、切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲が大きくなり、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、一次防錆塗膜であるジンクプライマー層が形成された場合においても、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、しかも、切断不良が発生し難いので、夜間の無人運転における切断中断を防止することができ、特に、１６ｍｍ厚みの鋼材の場合には１０５０ｍｍ／ｍｉｎ、また、２３ｍｍ厚みの鋼材の場合には８００ｍｍ／ｍｉｎといった高速で安定したレーザー切断作業を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
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。
【００５３】
（Ａ）鋼材の化学組成について（必須元素）：
Ｃ：０．０２〜０．１７％
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。ただし、０．１７％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０．０２〜０．１７％とする。なお、Ｃは安価な元素であり、レーザーでの切断時に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。このため、Ｃ含有量の下限は０．０５％とすることが好ましい。また、Ｃ含有量の上限は０．１６％とすることが好ましい。
【００５４】
Ｓｉ：０．０８〜０．２０％
Ｓｉは、酸素を用いる熱切断中に酸化されてスケール層中にＦｅ2ＳｉＯ4（ファイアライト）を形成し、熱切断性を大きく支配する元素である。なお、以下においては、「酸素を用いる熱切断」を「レーザー切断」で代表させて説明することがある。
【００５５】
Ｓｉの含有量が０．０８％未満の場合には、十分な量のＦｅ2ＳｉＯ4が切断時に生成せず切断性が低下してしまう。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、レーザー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る。しかしながら、母材中のＳｉ含有量が０．０８％未満になると、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、切断面の溶融が進み、「えぐれ」と呼ばれる現象が発生する。
【００５６】
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Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶ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。
【００５７】
したがって、Ｓｉの含有量を０．０８〜０．２０％とした。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．１８％である。また、好ましい下限は０．１０％である。
【００５８】
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。しかしながら、Ｍｎの含有量が１．６０％を超えると、靱性の劣化およびレーザー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。なお、Ｍｎ含有量の下限は０．３０％とすることが好ましい。
【００５９】
Ｃｕ：０．０３％未満
Ｃｕ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、Ｃｕチェッキングを生じる懸念がある。このため、Ｃｕの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０３％未満とする。
【００６０】
Ｎｉ：０．０５％以下
Ｎｉも、不純物として鋼中に存在し、その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。このため、Ｎｉの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０５％以下とする。
【００６１】
Ｓ：０．０１５％以下
Ｓは、不純物として鋼中に存在し、レーザー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、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。
【００６２】
Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下
Ａｌは、脱酸のためおよびレーザー切断時に生成する鉄酸化物中に存在するＦｅ2ＳｉＯ4の共晶温度を下げて溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出を容易にしてレーザー切断性を高めるために必要な元素であり、０．０３％を超える量を含有させる必要がある。しかしながら、Ａｌの含有量が多くなり、特に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の含有量を０．０３％を超えて０．０８％以下とした。なお、Ａｌの含有量は、上記の範囲においては多い方が好ましいので、Ａｌ含有量の下限は０．０３５％とすることが望ましい。
【００６３】
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。
【００６４】
Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上
Ｐ、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レーザー切断性を高める作用を有する。このため、上記した範囲の量のＳｉとＡｌを含むとともに前記（１）式および（２）式を満たすという条件の下で、Ｐ、ＴｉおよびＶを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られるが、これらの含有量が多い場合には、鋼材の各種特性に悪影響を及ぼすおそれがあるため、これら元素の含有量は一定量以下に抑える。以下、このことに関して説明する。
【００６５】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、不可避的に不純物として含まれる元素であるが、Ｆｅ2ＳｉＯ4の共晶点を下げてレーザー切断性を高める作用を有するため、Ｐを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られる。しかし、その含有量が多い場合には、溶接性および靱性に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、Ｐの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０４％以下とする。Ｐ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
【００６６】
Ｔｉ：０．０８％以下
Ｔｉは、Ｆｅ2ＳｉＯ4の共晶点を下げる元素である。したがって、Ｔｉを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られるが、その含有量が多い場合には、溶接部の靱性に悪影響を及ぼすおそれがあるし、コスト面でも不利になる。このため、Ｔｉの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０８％以下とする。
【００６７】
なお、Ｔｉは、析出強化によって鋼板の強度を高める作用も有し、この効果を得るためには、０．００５％以上含有させることが好ましい。したがって、Ｔｉ含有量の下限は０．００５％とすることが好ましい。
【００６８】
Ｖ：０．０８％以下
ＶもＦｅ2ＳｉＯ4の共晶点を下げる元素である。このため、Ｖを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られるが、その含有量が多い場合には、溶接部の靱性に悪影響を及ぼすおそれがあるし、コスト面でも不利になる。このため、Ｖの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０８％以下とする。
【００６９】
なお、Ｖにも、析出強化によって鋼板の強度を高める作用があり、この効果を得るためには、０．０２％以上含有させることが好ましい。したがって、Ｖ含有量の下限は０．０２％とすることが好ましい。
【００７０】
なお、上記のＰ、ＴｉおよびＶは、そのうちの１種以上を含有させればよい。
【００７１】
ここで、化学組成を上述したＣからＮを含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有するようにした鋼材として、レーザー切断時に生成する鉄酸化物中に存在するＦｅ2ＳｉＯ4の共晶温度を下げるだけではレーザー切断性が不十分な場合がある。したがって、下記（１）式および（２）式を満たす必要がある。
【００７２】
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
【００７３】
これは、「Ａｌ／Ｓｉ」の値が０．４５を超える場合には、レーザー切断時にＦｅ2ＳｉＯ4以外に高融点であるＡｌ2Ｏ3（アルミナ）が生成することによるものと考えられる。したがって、前記の（１）式、つまり、〔Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５〕も満たすこととした。
【００７４】
また、Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶにはＦｅ2ＳｉＯ4の共晶点を下げる効果、換言すれば、Ｆｅ2ＳｉＯ4が液相として存在する温度を下げる効果があるが、Ｆｅ2ＳｉＯ4の共晶点はこれらの元素とＳｉ含有量の比に依存する。その効果は各元素で異なるため、各元素の依存度を考慮すると、前記の（２）式が必要になる。ここで、（２）式を満足しない場合、すなわち「２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）」の値が１２３以下の場合には、安定かつ確実にレーザー切断性を高めることができない。したがって、（２）式、つまり、〔２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３〕も満たすこととした。この条件を満たせばレーザー切断性を安定かつ確実に高めることができる。
【００７５】
上記の理由から、本発明（１）に係る酸素を用いた熱切断用鋼材および本発明（８）に係るレーザー切断用鋼材は、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、さらに、前記の（１）式および（２）式を満たす鋼組成を有することと規定した。
【００７６】
（Ｂ）鋼材の表面状況について：
前記（Ａ）項の化学組成を有する鋼材は、その表面状況として圧延後のスケールが付着したままでも一定の優れた切断性を示すものである。しかしながら、圧延後のスケールが付着したままの場合には、熱処理条件等によりスケール性状が変化して切断性にも大きく影響する場合がある。
【００７７】
このため、本発明（１）に係る熱切断用鋼材は、より安定かつ確実に酸素を用いた熱切断性を高めるために、表面のスケールを除去することと規定した。同様に、本発明（８）に係るレーザー切断用鋼材も、より安定かつ確実にレーザー切断性を高めるために、表面のスケールを除去することと規定した。
【００７８】
なお、圧延後のスケール除去の方法は特に規定する必要はなく、例えば、酸洗処理やショットブラスト処理など公知の処理方法で行えばよい。
【００７９】
本発明（１）に係る熱切断用鋼材および本発明（８）に係るレーザー切断用鋼材は、表面のスケールを除去した後、その表面に無機系のジンクプライマーを塗布してもその効果を発揮する。すなわち、上述のとおりＦｅ2ＳｉＯ4が液相として存在する温度が低下するので、鋼材表面に無機系のジンクプライマーが塗布された状態であっても、それぞれ、良好な酸素を用いた熱切断性およびレーザー切断性を有する。
【００８０】
したがって、本発明（２）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（９）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）の酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（８）のレーザー切断用鋼材のうちで、表面に無機系のジンクプライマーを塗布したものと規定した。
【００８１】
なお、鋼材表面への無機系のジンクプライマー塗布の方法は特に規定する必要はなく、例えば、エアスプレー処理や刷毛塗り処理など公知の処理方法で行えばよい。
【００８２】
また、無機系のジンクプライマーとしては、公知の市販の無機系のジンクプライマーを用いることができる。すなわち、アルキルシリケート系樹脂を主成分とし、Ｚｎ粉末を含有した塗料を用いることができる。なお、無機系のジンクプライマー中にＦｅ2ＳｉＯ4が液相として存在する温度を下げる元素である、Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶを含む顔料が添加されたプライマーであると、さらに共晶温度低下による効果により、レーザー切断性を始めとする酸素を用いる熱切断性が向上する。
【００８３】
塗布する無機系のジンクプライマーの乾燥塗膜の膜厚は９〜２５μｍの範囲とすることが好ましい。塗膜が９μｍより薄くても、逆に２５μｍより厚くても、レーザー切断性を始めとする酸素を用いる熱切断性が低下することがある。塗膜が９μｍより薄い場合には、耐食性も劣化することがある。なお、上記の膜厚は平均膜厚を意味し、電磁膜厚計、例えば（株）サンコウ電子研究所製の「ＣＲＴ−２０００ＩＩ電磁式デジタル膜厚計」を用いて、鋼材の表面における塗膜の膜厚を１０点以上測定した平均値として求めることができる。
【００８４】
本発明（１）および（２）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材ならびに本発明（８）および（９）に係るレーザー切断用鋼材は、その表面粗さがＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）に規定された十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍの場合に、それぞれ、酸素を用いる熱切断性およびレーザー切断性が向上する。表面粗さが１５μｍ未満の場合には、鋼材表面に十分にエネルギーが伝わらずに切断性が低下することがある。これは、例えば、レーザー切断の場合には、レーザー光の反射が顕著になるからである。また、表面粗さが１５μｍ未満では、ジンクプライマー塗布時の塗膜の密着耐久性が得られないこともある。一方、表面粗さが８５μｍを超える場合にも、鋼材表面に十分にエネルギーが伝わらずに切断性が低下することがある。これは、例えば、レーザー切断の場合には、鋼材表面でレーザーが乱反射するからである。
【００８５】
したがって、本発明（３）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１０）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）または（２）の酸素を用いる切断用鋼材および本発明（８）または（９）のレーザー切断用鋼材のうちで、表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることと規定した。
【００８６】
（Ｃ）鋼材の化学組成について（任意元素）：
本発明（１）〜（３）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（８）〜（１０）に係るレーザー切断用鋼材には、必要に応じてさらに、下記（イ）〜（ニ）の群の中から選ばれた１種以上の元素を含有させることができる。
【００８７】
（イ）Ｃｒ：０．２％以下、
（ロ）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、
（ハ）Ｂ：０．００３％以下、
（ニ）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。
【００８８】
すなわち、前記（イ）〜（ニ）の群のうちの元素の１種以上を含有させてもよい。
【００８９】
以下、上記の元素に関して説明する。
【００９０】
Ｃｒ：０．２％以下
Ｃｒは、鋼板の強度を高める作用を有する。この効果を得るには、Ｃｒの含有量は  ０．０２％以上とすることが望ましい。より望ましくは０．０３％以上である。しかしながら、その含有量が０．２％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、レーザー切断表面の粗さの劣化および切断ノッチ形成につながるおそれがある。このため、含有させる場合のＣｒの含有量は、０．２％以下とした。なお、含有させる場合のＣｒ含有量の下限は０．０２％とすることが好ましく、０．０３％とすれば一層好ましい。
【００９１】
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
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。
【００９２】
Ｍｏは、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有する。こ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い。しかしながら、Ｍｏ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。このため、含有させる場合のＭｏの含有量は、０．４％以下とした。なお、含有させる場合のＭｏ含有量の下限は０．１％とすることが好ましい。
【００９３】
Ｗも、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有する。こ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い。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。このため、含有させる場合のＷの含有量は、０．４％以下とした。なお、含有させる場合のＷ含有量の下限は０．０５％とすることが好ましい。
【００９４】
Ｎｂは、析出強化により鋼板の強度を高める作用を有する。こ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い。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％以下とした。なお、含有させる場合のＮｂ含有量の下限は０．００５％とすることが好ましい。
【００９５】
上記のＭｏ、ＷおよびＮｂは、そのうちの１種以上を含有させることができる。
【００９６】
Ｂ：０．００３０％以下
Ｂは、焼入れ性を高める作用を有する。こ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い。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。このため、含有させる場合のＢの含有量は、０．００３０％以下とした。なお、含有させる場合のＢ含有量の下限は０．０００５％とすることが好ましい。
【００９７】
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。
【００９８】
Ｃａは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。こ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い。しかしながら、Ｃａの含有量が０．００５％を超えると、レーザー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％以下とした。なお、含有させる場合のＣａ含有量の下限は０．００１％とすることが好ましい。
【００９９】
Ｍｇは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。こ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い。しかしながら、Ｍｇの含有量が０．００５％を超えると、レーザー切断性が損なわれるおそれがある。このため、含有させる場合のＭｇの含有量は、０．００５％以下とした。なお、含有させる場合のＭｇ含有量の下限は０．００１％とすることが好ましい。
【０１００】
ＲＥＭは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。こ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い。しかしながら、ＲＥＭの含有量が０．００５％を超えると、レーザー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％以下とした。なお、含有させる場合のＲＥＭ含有量の下限は０．００１％とすることが好ましい。
【０１０１】
上記のＣａ、ＭｇおよびＲＥＭは、そのうちの１種以上を含有させることができる。
【０１０２】
なお、「ＲＥＭ」が、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、また、ＲＥＭの含有量がＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指すことは既に述べたとおりである。
【０１０３】
上記の理由から、本発明（４）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１１）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）から（３）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（８）から（１０）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有するものとした。
【０１０４】
また、本発明（５）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）から（４）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（８）から（１１）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有するものとした。
【０１０５】
また、本発明（６）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１３）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）から（５）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（８）から（１２）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有するものとした。
【０１０６】
同様に、本発明（７）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１４）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）から（６）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（８）から（１３）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有するものとした。
【０１０７】
なお、本発明の酸素を用いる熱切断用鋼材およびレーザー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切断が可能であるが、厚みが１２ｍｍ以上のものでも十分に切断することができる。したがって、鋼材の厚みは１２ｍｍ以上が好ましい。ただし、切断可能な鋼材の厚みは、切断機の出力特性に依存する。このため、レーザー切断する場合には、鋼材の厚みの上限は３０ｍｍとすることが好ましい。また、プラズマ切断する場合には、鋼材の厚みの上限は８０ｍｍとすることが好ましい。さらに、ガス切断する場合には、鋼材の厚みの上限は４０００ｍｍとすることが好ましい。
【０１０８】
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。
【実施例】
【０１０９】
＜実施例１＞
表１に示す化学組成を有する鋼１〜１９を実験室溶製した後、熱間圧延して幅が２５０ｍｍ、長さが５００ｍｍで、厚みがそれぞれ、１６ｍｍと２３ｍｍの２種類の鋼材を作製した。
【０１１０】
なお、表１における鋼１〜１６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１７〜１９は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。
【０１１１】
【表１】
2009101951.tif 000006
【０１１２】
次いで、圧延後の鋼材の表面をショットブラスト処理して圧延スケールを除去した。なお、ショットブラスト後のいずれの鋼材についても、その表面における１０点平均粗さ（ＲｚJIS）は４９．６μｍであった。
【０１１３】
その後、表２中の試験番号１を除いた各鋼材、すなわち試験番号２〜２０の各鋼材の表面に、無機系のジンクプライマー（中国塗料株式会社製のセラボンド２０００グレーＳ）をエアスプレーにより塗布した。
【０１１４】
なお、上記ジンクプライマーの塗布は小型塗装ロボット（株式会社安川電機製のＰＸ−８００、移動線速は３８０ｍｍ／ｓ）と塗装ガン（デビルビスＴ−ＡＧＨＶ、ノズル直径１．２ｍｍ、キャップＮｏ．８０７）とを用いて、霧化エアー圧が０．１２８ＭＰａ（１．３ｋｇｆ／ｃｍ2）、パターンエアー圧が０．０９８ＭＰａ（１．０ｋｇｆ／ｃｍ2）、塗料吐出量が１３２ｇ／ｍｉｎ、ガン距離が１５０ｍｍの条件で行った。
【０１１５】
塗布したジンクプライマー塗膜を自然乾燥させた後、電磁式デジタル膜厚計（株式会社サンコウ電子研究所製のＣＲＴ−２０００ＩＩ）を用いて、鋼材表面の任意の８１点における膜厚を測定し、それを算術平均して各試験番号についての平均膜厚を求めた。なお、平均膜厚は１４〜１６μｍの範囲にあった。
【０１１６】
上記のショットブラスト処理して圧延スケールを除去したままの鋼材（表２の試験番号１）およびショットブラスト処理後に無機系のジンクプライマーを塗布した鋼材（表２の試験番号２〜１９）について、レーザー切断試験を行った。
【０１１７】
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レーザーであり、切断条件は、デューティ（パルス発振の時間当たりの出力時間％）が６０％、周波数が１０００Ｈｚで、また、酸素ガス圧は内側が０．０５ＭＰａ、外側が０．０３ＭＰａとした。
【０１１８】
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、その際のノッチ現象の有無（すなわち、切断面におけるキズの有無）を調査し、また、ノロ（すなわち、酸化物を含む溶鋼の切断裏面への付着物）の付着状況を観察した。なお、表２に示すように、板厚に応じて切断速度を変化させた。
【０１１９】
レーザー切断性の評価は、先ず、鋼材表面にレーザー焦点を決め、換言すれば、前記位置決めしたノズル先端位置を「０」とし、次いで、ノズル先端位置を前記「０」の位置から０．５ｍｍ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、切断可能なレーザー焦点位置からのずれ、すなわち変動範囲を求めた。なお、この場合の切断速度は、鋼材厚みが１６ｍｍの場合に９００ｍｍ／ｍｉｎ、鋼材厚みが２３ｍｍの場合に６００ｍｍ／ｍｉｎとした。
【０１２０】
また、限界切断速度の評価は、ノズル先端位置を前記「０」の位置に固定して、換言すれば、レーザー焦点を鋼材の表面に固定して、前記９００ｍｍ／ｍｉｎ（鋼材厚みが１６ｍｍの場合）あるいは６００ｍｍ／ｍｉｎ（鋼材厚みが２３ｍｍの場合）の切断速度を５０ｍｍ／ｍｉｎピッチ上げて行き、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。
【０１２１】
表２に、上記の調査結果をまとめて示す。なお、表２においては、切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲を「切断可能な焦点位置」と表記した。
【０１２２】
【表２】
2009101951.tif 000007
【０１２３】
表２から、本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験番号１〜１７においては、切断可能な焦点位置からの変動範囲は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には３．５ｍｍ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には１．５ｍｍ以上であって、いずれの鋼材もレーザーの焦点ずれに対して鈍感であり、さらに、限界切断速度は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には１０５０ｍｍ／ｍｉｎ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には８００ｍｍ／ｍｉｎ以上と大きく、レーザー切断性に優れていることが明らかである。
【０１２４】
これに対して、比較例の試験番号１８〜２０においては、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合の切断可能な焦点位置からの変動範囲は２．０〜２．５ｍｍと小さく、さらに、限界切断速度も９００ｍｍ／ｍｉｎにとどまった。なお、これらの試験番号において鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には、６００ｍｍ／ｍｉｎという切断速度がレーザー切断の限界であり、しかも、切断可能な焦点位置からの変動範囲は０．５ｍｍと小さく、少しの条件の変化により切断不良が生じる状況であった。
【０１２５】
＜実施例２＞
上記実施例１と同様の試験を鋼材の表面粗さを様々に変えて行った。より具体的には、表１に記載の鋼１および鋼３を用い、ショットブラストにおけるショット球の大きさを様々に変えて表面粗さＲzJISの異なる試験片を作製し、実施例１に示したものと同様にレーザー切断性を評価した。
【０１２６】
表３に、表面粗さを変えたときの調査結果を示す。なお、表３において、試験番号２１〜２４の供試材はスケール除去ままの鋼材であり、試験番号２５〜２８の供試材はスケール除去後、＜実施例１＞と同様にジンクプライマーを塗布したものである。また、＜実施例１＞の試験番号１および試験番号３をそれぞれ、試験番号２１および試験番号２５として記載した。
【０１２７】
【表３】
2009101951.tif 000008
【０１２８】
表３から、試験番号２１〜２８の場合、切断可能な焦点位置からの変動範囲は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には３．０ｍｍ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には１．５ｍｍ以上であって、いずれの鋼材もレーザーの焦点ずれに対して鈍感であり、さらに、限界切断速度は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には１０５０ｍｍ／ｍｉｎ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には７５０ｍｍ／ｍｉｎ以上と大きく、レーザー切断性に優れていることが明らかである。なお、上記の試験番号のうちでも、特に、表面粗さＲzJISが１５〜８５μｍの範囲にある試験番号２１、２２、２５および２６の場合のレーザー切断性は一層優れている。
【０１２９】
＜実施例３＞
＜実施例１＞で用いた鋼材の残材を用いて、特に厚み２３ｍｍの鋼材をプラズマ切断し、プラズマ切断性の評価を行った。
【０１３０】
切断に用いたプラズマ切断機は小池酸素工業株式会社製のプラズマ切断機（スーパー４００）であり、切断条件は、出力電流を１３７．８Ａとし、また、プラズマガスとして酸素を用いた。
【０１３１】
ピアシング（貫通）後、各鋼材から５０ｍｍ×５０ｍｍの角材を切り出し、その際の切断面におけるキズの有無を調査し、また、ノロ（すなわち、酸化物を含む溶鋼の切断裏面への付着物）の付着状況を観察した。限界切断速度の評価は、１２００ｍｍ／ｍｉｎの切断速度を１２０ｍｍ／ｍｉｎピッチ（初期切断速度の１０％ピッチ）で上げて行き、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。
【０１３２】
表４に、上記の調査結果をまとめて示す。
【０１３３】
【表４】
2009101951.tif 000009
【０１３４】
表４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番号２９〜４５においては、２０００ｍｍ／ｍｉｎ以上で切断可能であり、プラズマ切断性に優れていることが明らかである。
【０１３５】
これに対して、比較例の試験番号４６〜４８においては、限界切断速度は高々１６８０ｍｍ／ｍｉｎであった。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の鋼材は、高速で安定した熱切断作業を実施することができ、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断用として使用できる。特に、本発明のレーザー切断用鋼材は、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、切断可能なレーザー切断可能な焦点位置からの変動範囲が大きくなり、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、一次防錆塗膜であるジンクプライマー層が形成された場合においても、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、しかも、切断不良が発生し難いので、夜間の無人運転における切断中断を防止することができ、レーザー切断の生産性に大きく寄与できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、さらに、下記（１）式および（２）式を満たす鋼組成を有することを特徴とする酸素を用いる熱切断用鋼材。
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
【請求項２】
表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする請求項１に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項３】
表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項４】
質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項５】
質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項６】
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５までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項７】
質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
【請求項８】
表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１７％、Ｓｉ：０．０８〜０．２０％、Ｍｎ：０．２０〜１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、さらに、下記（１）式および（２）式を満たす鋼組成を有することを特徴とするレーザー切断用鋼材。
Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
【請求項９】
表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする請求項８に記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１０】
表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５〜８５μｍであることを特徴とする請求項８または９に記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１１】
質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする請求項８から１０までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１２】
質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項８から１１までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１３】
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８から１２までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【請求項１４】
質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項８から１３までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
【国際調査報告】
2009101951.tif 000010
2009101951.tif 000011
2009101951.tif 000012