(57)【要約】  【課題】本発明は、造船，土木，建築，橋梁，建設機械，タンク，鋼管等の溶接構造物に用いられる厚鋼板の切断法として好適な、鋼板のレーザ切断法を提供する。【解決手段】水平に載置した鋼板、好ましくは化学成分がC：0.01-0.20mass%、Si：0.80mass%以下、Mn：0.4-2.5mass%、P：0.03mass％以下、S：0.01mass％以下、Al：0.15mass％以下、N：0.01mass%以下、O：0.007mass%以下、必要に応じてTi、Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、V、B、Ca、Mg、REMの１種または2種以上、更に好ましくはスケール界面から地鉄中に0.5μm以上の選択酸化厚みを有し、成分組成におけるＳｉ含有量が、0.35mass%以上、0.80mass%以下の鋼板を、後退角5°〜30°でレーザ切断する。  【選択図】図１
2006231363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に載置した鋼板を、後退角5°〜30°でレーザ切断することを特徴とする鋼板のレーザ切断方法。
【請求項２】
鋼板の成分組成がC：0.01-0.20mass%
Si：0.80mass%以下
Mn：0.4-2.5mass%
P：0.03mass％以下
S：0.01mass％以下
Al：0.15mass％以下
N：0.01mass%以下
O：0.007mass%以下
を含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１記載の鋼板のレーザ切断方法。
【請求項３】
成分組成に更に、
Ti：0.005-0.20mass%
Cu：0.01-2.0mass％
Ni：0.01-4.0mass％
Cr：0.01-2.0mass％
Mo：0.01-2.0mass％
Nb：0.003-0.1mass％
V：0.003-0.5mass％
B：0.0005-0.0040mass％
Ca：0.0001-0.0060mass％
Mg：0.0001-0.0060mass％
REM：0.0001-0.0200mass％
の１種または2種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の鋼板のレーザ切断方法。
【請求項４】
鋼板が、スケール界面から地鉄中に0.5μm以上の選択酸化厚みを有し、成分組成におけるＳｉ含有量が、0.35mass%以上、0.80mass%以下である、請求項１乃至３の何れかに記載の鋼板のレーザ切断方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板のレーザ切断法に関し、造船，土木，建築，橋梁，建設機械，タンク，鋼管等の溶接構造物に用いられる厚鋼板の切断法として好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガス切断やプラズマ切断に代わって高能率で切断面の形状や自動化が容易なレーザ切断の適用が盛んになっている。また、レーザ出力の増大とともに厚鋼板へ適用される切断限界板厚や切断速度も増大する傾向にある。
【０００３】
しかしながら、厚鋼板のレーザ切断性は切断時の安定性や厚肉材への適用限界において十分ではなく、ハード面での高出力化や鋼板表面の高機能化によって切断性を向上させる試みがなされてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、スケール厚み、組成をコントロールする方法が開示され、特許文献２には鋼板成分の調整による酸化発熱反応の制御と溶鋼の粘性制御や、表面の光沢を抑えることでレーザ切断性を良好にする方法が開示されている。
【０００５】
更に、特許文献３にはスケール厚さおよびスケールと地鉄界面の剥離率とスケール内の空孔面積を規定することが開示されている。
【０００６】
一方、特許文献４には、高出力レーザによるレーザ切断の際、大気を巻き込み、アシストガスの純度が低下し、切断不良が発生することを防止するため、切断用ノズル内に光軸を中心として同心環状のアシストガス溜りを設けたり、円筒形状にガス噴出し口を設けることが開示されている。
【特許文献１】特開平5-195055号公報
【特許文献２】特開平9-20962号公報
【特許文献３】特開2002-332540号公報
【特許文献４】特開2000-225487号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３に記載されている方法は、いずれもスケール表面のレーザ吸収性を向上させたり、スケールの剥離および割れを防止することで切断性を向上させる技術であるため、部分的に、レーザの熱応力によって切断先行部でのスケールの剥離が起こることにより、切断性が不安定になることを完全に解決できない。  
【０００８】
すなわち、これらの技術は、スケールと地鉄との強固な密着性や鋼板表面でのレーザの吸収性のみに着眼し、切断性が低下しないように改善がなされていたため、本質的に切断性を阻害している因子を取り除くことができず、根本的な切断性向上に繋がらなかった。
【０００９】
また、特許文献４記載の技術もレーザ切断時におけるシールドガスの安定化を目的とするもので、鋼板とレーザ光線の係わりに起因する本質的な切断性向上をもたらすものではない。
【００１０】
本発明は、鋼板の表面状態に影響されることなく、優れたレーザ切断性が得られる方法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】
【００１１】
本発明者等は、レーザ切断性を良好にするため、切断性を阻害する要因を詳細に調査し、その結果、溶融プールから放出されるガスのプラズマ化による投入熱量の低下、切断雰囲気の酸素濃度の低下、さらには溶融したドロスの湯流れ性不良によりレーザ切断性が低下すること、及びこれらが、主に、レーザ光線の進行方向前面に形成される溶融池の大きさ（以下、先行メタルの幅）によって影響を受けることを見出した。
【００１２】
図４は、レーザ光線１０を、鋼板２０に対し、垂直に照射した場合を模式的に示し、レーザ光線１０の進行方向ａの前面に、溶融池３０がまわりこんで、先行メタルの幅ｌが大きい。
【００１３】
更に、レーザ光線を斜めに照射した場合、レーザ光線が貫通する実質の板厚が大きくなるため懸念される切断性の悪化が生じないことを新たに見出した。
【００１４】
本発明は得られた知見をもとに更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１  水平に載置した鋼板を、後退角5°〜30°でレーザ切断することを特徴とする鋼板のレーザ切断方法。
２  鋼板の成分組成がC：0.01-0.20mass%
Si：0.80mass%以下
Mn：0.4-2.5mass%
P：0.03mass％以下
S：0.01mass％以下
Al：0.15mass％以下
N：0.01mass%以下
O：0.007mass%以下
を含有し残部がFeおよび不可避不純物からなることを特徴とする１記載の鋼板のレーザ切断方法。
【００１５】
３  成分組成に更に、
Ti：0.005-0.20mass%
Cu：0.01-2.0mass％
Ni：0.01-4.0mass％
Cr：0.01-2.0mass％
Mo：0.01-2.0mass％
Nb：0.003-0.1mass％
V：0.003-0.5mass％
B：0.0005-0.0040mass％
Ca：0.0001-0.0060mass％
Mg：0.0001-0.0060mass％
REM：0.0001-0.0200mass％
の１種または2種以上を含有することを特徴とする２記載の鋼板のレーザ切断方法。
【００１６】
４  鋼板が、スケール界面から地鉄中に0.5μm以上の選択酸化厚みを有し、成分組成におけるＳｉ含有量が、0.35mass%以上、0.80mass%以下である、１乃至３の何れか一つに記載の鋼板のレーザ切断方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、厚鋼板を欠陥なくレーザ切断することが可能で産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、切断の進行方向に対して後退角を取るようにレーザ光線を照射して切断することを特徴とする。
【００１９】
図１は、本発明に係るレーザ切断法を模式的に説明する図で、図において１はレーザ光線、２はレーザ切断される鋼板、３は溶融池、ｌはレーザ光線１の前方で、熱伝導により溶融される先行メタルの幅、ａはレーザ光線１の進行方向、θは後退角を示す。
【００２０】
レーザ光線１は、（１）レーザの照射によって発生し、鉛直上方に放出されるガスとレーザ光線１の干渉を防止し、（２）レーザ照射部に形成されるキーホール前方において、熱伝導によって溶融するメタル量を少なくするため、後退角θを5°〜30°とし、鋼板２を切断する。
【００２１】
後退角θは、５°以下の場合、ガスとレーザ光の干渉を防止する効果が得られず、キーホール前方の溶融メタルも通常の切断と差がない。
【００２２】
一方、３０°以上になると実質的な板厚が大きくなりすぎて切断性を低下させるとともにドロスが切断面に残るようになり著しく切断性を低下させるため、5°〜30°とする。
【００２３】
後退角5°〜30°により、溶融池３へのレーザ入力を低下させるプラズマ化が防止され、切断雰囲気において酸素濃度も低下しにくくなる。
【００２４】
また、レーザ光線が直接切断面に照射されやすくなり溶融部の温度の上昇と裏面でのドロス量の減少が達成され、切断部後方に回り込んだ溶融メタルも切断ガス圧によって容易に吹き飛ばされるために切断性が極めて向上する。
【００２５】
更に、溶融部を極めて少なくできるので、先行メタルの幅ｌが小さく、切断部の前方において熱応力が小さくなり、切断性を不安定とするスケールの剥離や割れが減少する。
【００２６】
図２は、角度α（α＝θ）だけ進行方向上下に傾けた鋼板２に、鉛直上方からレーザ光線１を照射した場合を模式的に示し、溶融池３の鉛直上方から、レーザ光線１が照射されるため、上述したメカニズム（１）、（２）は機能せず、鋼板とレーザビームの相対角を制御しても本発明の効果は得られない。
【００２７】
本発明は鋼板の成分組成によらずレーザ切断性の向上に有効であるが、以下の成分組成が好ましい。
C：0.01-0.20mass%
Cは厚鋼板における重要な元素であるが、0.01mass％より少ないと切断時の溶融メタルやドロスの湯流れ性が低下する。0.20mass％を越えて添加するとレーザ切断面に割れが発生する恐れがあるため、0.01-0.20mass%とする。
【００２８】
Si：0.80mass%以下  好ましくは0.35mass%以上
Siは本発明にとって重要な元素であり、含有量の適正化によってドロスの湯流れ性や地鉄界面でのスケールの密着性を向上させ、より有効に切断性を良好にすることが可能である。0.80mass％を越えて添加するとドロスの量が増えて切断性を阻害する恐れがあるため、0.80mass%以下とする。但し、0.35mass％以上の添加では地鉄−スケール界面の選択酸化を促進し、密着性のよいスケールの性状が得られる。
【００２９】
図３は選択酸化厚みを説明する図で、板厚ｔの鋼板に厚みｔｓ１のスケール、厚みｔｓ２の選択酸化が生じている状態を示す。選択酸化厚みが０．５μm以上で、スケールの密着性が良好となり、レーザ切断性が向上する。
【００３０】
Mn：0.4-2.0mass%
Mnは切断時の溶融メタルおよびドロスの粘性を適正にするために添加量を0.4-2.0mass％の範囲に限定した。
【００３１】
P：0.03mass％以下、S：0.01mass％以下
P、Sは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり鋼の靭性を劣化させるため、できるだけ低減する事が好ましい。P：0.03mass％、S：0.01mass％を超えると溶接熱影響部の靭性が劣化する。
【００３２】
Al：0.15mass％以下
AlはSi,Tiとともに切断時の湯流れ性に影響を与え、本発明における重要な構成元素である。0.15mass％を越えて添加すると切断時の湯流れ性を著しく低下させる。
【００３３】
以上が好ましい成分組成の基本系で、更に特性を向上させる場合、選択元素として、Ti、Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、V、B、Ca、Mg、REMの一種または二種以上を添加することができる。
【００３４】
Ti：0.005-0.20mass%
Tiは選択元素であるが上記Al,Siとともに湯流れ性に影響を与える元素であり、選択酸化性の点からは必須ではないものの所定の範囲を逸脱すると切断時の湯流れ性を著しく低下させる。
【００３５】
Cu：0.01-2.0mass％
Cuは鋼板のスケール密着性を向上させる元素で0.01mass％以上でその効果を発揮し、2.0％を越えて添加するとかえって地鉄とスケール界面の剥離が起こり易くなる。
【００３６】
Ni：0.01-4.0mass％
Niも鋼板のスケール密着性を向上させる元素で0.01mass％以上で効果を発揮し、4.0mass％以上では溶融メタルの粘性が著しく上昇して、湯流れ性を悪くする。
【００３７】
Cr：0.01-2.0mass％、Mo：0.01-2.0mass％
Cr,Moもスケールの密着性を向上させる元素であり、0.01mass％以上でその効果を発揮し、それぞれ2.0mass％を越えて添加しても効果は飽和する。
【００３８】
Nb：0.003-0.1mass％、V：0.003-0.5mass％
Nb、Vは地鉄−スケール界面の強度に影響を与え、0.003mass％以上の添加で効果を発揮する。またそれぞれ0.1mass％,0.5mass％を超えるとかえってスケールの剥離を招くおそれがある。
【００３９】
B：0.0005-0.0040mass％
Bは地鉄−スケール界面に濃化し、界面強度に影響を与える。この効果は0.0005mass％以上で顕著になり0.0040mass％を越えて添加しても効果は飽和する。
【００４０】
Ca：0.0001-0.0060mass％,Mg：0.0001-0.0060mass％,REM：0.0001-0.0200mass％
Ca,Mg,REMは鋼中のSを固定することで溶融メタルの湯流れ性に影響を与える。0.0001％以上の添加で良好になるが、それぞれ0.0060mass％、0.0060mass％、0.0200mass％を越えて添加すると湯流れ性をかえって劣化させる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
表1に示す組成にて板厚20mmtの鋼板を作製した。選択酸化厚みｔｓ２は、鋼板断面を光学顕微鏡で観察して測定した。鋼Ｎｏ．４，１５，２２，２３は請求項２，３記載の発明範囲外の比較鋼である。
【００４２】
評価はそれぞれの組成の鋼板において3.5kWのCO2レーザ切断機を用いて切断試験を行い、後退角の効果および鋼板組成、選択酸化厚みによる影響を評価した。
【００４３】
表２に結果を示す。試験Ｎｏ．１，４，５，９，１１〜１３，１５，１７，１９，２２，２３は、鋼板の成分組成、選択酸化厚みの少なくとも一つが好ましい範囲を外れており、試験Ｎｏ．３，７，８，１４，２４〜２９は、レーザ光線を後退角５°〜３０°の範囲を外れた方向から鋼板に照射して切断した比較例である。
表２より、後退角および鋼板の成分組成、選択酸化厚みのいずれもが本発明範囲内の場合は、ドロスの発生もなく良好な切断面が得られた。鋼板の成分組成、選択酸化厚みの少なくとも一つが好ましい範囲を外れた場合は、ドロスは少量発生したが切断面は良好であった。
一方、後退角５°〜３０°の範囲を外れてレーザ切断を行った比較例ではドロスの発生が多く切断が途中停止した。
【００４４】
【表１】
2006231363.tif 000003
【００４５】
★
【００４６】
【表２】
2006231363.tif 000004
【００４７】
★
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明例を示す図。
【図２】比較例を示す図。
【図３】選択酸化を説明する図。
【図４】従来例。
【符号の説明】
【００４９】
１  レーザ光線
２  レーザ切断される鋼板
３  溶融池
ｌ  先行メタルの幅
ａ  切断進行方向
θ  後退角
α  鋼板を上下に傾けた角度
ｔ      板厚
ｔｓ１  スケール厚み
ｔｓ２  選択酸化厚み
【図１】
2006231363.tif 000005
【図２】
2006231363.tif 000006
【図３】
2006231363.tif 000007
【図４】
2006231363.tif 000008