(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材鋼のSi含有量を 0.5重量％以下とし、これに“仕上圧延の最終３パスにおける合計非ロ−ル時間”を１０秒以上確保した熱間圧延を施すと共に、８５０℃以上の温度で圧延を仕上げ、かつ平均スケ−ル厚ｓ（μｍ）を熱間圧延仕上温度Ｔf （℃）との関係で
ｓ≦（Ｔf −７９０）／２
の範囲に制御することを特徴とする、表面に付着するスケ−ルの平均色度ａ* が「ａ* ＜１」であるレ−ザ切断性に優れた鋼板の製造方法。
【請求項２】
素材鋼のSi含有量を 0.5重量％以下とし、これを１２００℃を超えない温度に加熱してから、“仕上圧延の最終３パスにおける合計非ロ−ル時間”を１０秒以上確保した熱間圧延を施すと共に、８５０℃以上の温度で圧延を仕上げ、かつ平均スケ−ル厚ｓ（μｍ）を熱間圧延仕上温度Ｔf （℃）との関係で
ｓ≦（Ｔf −７９０）／２
の範囲に制御することを特徴とする、表面に付着するスケ−ルの平均色度ａ* が「ａ* ＜１」であるレ−ザ切断性に優れた鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般構造用鋼材，溶接構造用鋼材，機械構造用鋼材等として使用することができるレ−ザ切断性に優れた鋼板の製造方法に係り、特に優れた“ピアス性（穴あけ性：ピアッシング性) ",“曲線切断時の切断面品質”を示すレ−ザ切断用鋼板を提供する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば構造用部材等として使用される厚鋼板は、製造コストの関係から一般に圧延のままで製品とされる場合が殆どであり、またこのような厚鋼板の切断にはガス切断法が普通に適用されていた。
しかし、ガス切断法では“切断精度”や“切断後のゆがみ”の点で問題を生じることがあったため、近年、高精度切断が可能な「レ−ザ切断法」が脚光を浴びつつある。
【０００３】
ただ、レ−ザによる鋼板の切断法は従来は主として薄鋼板の切断に適用されていたものであって、これをそのまま厚鋼板の切断に適用しようとしても“切断能力（切断速度）”や“切断面粗さ”の点で問題があり、そのため広く実用されるまでに至っていないのが実情であった。
つまり、厚鋼板の場合には、薄鋼板の場合と比較してレ−ザ出力，レンズ焦点距離，切断条件等の適正範囲が狭く、それ故に常に安定した切断を実施することが難しいという事情があった。
また、厚鋼板は一般的にスケ−ルが表面に付着したままの状態で切断加工される場合が殆どであるため、このスケ−ルが安定したレ−ザ切断の障害となる場合が多かった。
【０００４】
そこで、鋼板のレ−ザ切断性を向上すべく、これまでにも幾つかの提案がなされている。
例えば、特開平５−１１２８２１号公報を見ると、素材鋼の化学組成及び圧延条件を調整することによってスケ−ルの剥離性を向上させ、これによりレ−ザ切断性（穴あけ性，切断持続性）を向上させる技術が開示されている。
また、特開平８−３６９２号公報には、鋼板の化学組成を調整してスケ−ルの定着性を改善すると共に、スケ−ルの表面粗さを規定して平滑性を確保することによりレ−ザ光の乱反射を防止し、これらによって切断性を向上させる技術が開示されている。
更に、特開平９−２０９６２号公報には、鋼板の化学組成を工夫してレ−ザ切断時の酸化反応熱利用性を向上させると共に、鋼材表面の光沢度をスケ−ルの色調や表面粗さの調整により１５％以下に抑えてレ−ザ光の吸収率を上げ、これらの手立てによりレ−ザ切断性を向上させる技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの技術はレ−ザ切断法による鋼板の切断性向上に大きく資すると考えられるものではあったが、何れの場合も実際に厚鋼板の切断に適用した際に良好な切断性を安定して示さない場合のあることが分かった。
【０００６】
そこで、この問題について検討したところ、従来の提案になる前記各手法は鋼材にレ−ザ切断性の中でも良好なピアス性（レ−ザビ−ムによる穴あけ性）を安定付与する点で十分な技術とは言えず、また曲線切断を行った時の切断面品質についても満足できない場合がしばしば認められた。
なお、レ−ザ切断時の切断反応速度と密接に相関する鋼板のピアス性は、切断の効率に決定的な影響を及ぼすために極力改善することが望まれる性能である。また、曲線切断時の切断面品質も切断加工品には重要な要件であるが、良好な切断面品質を得るための最適切断条件の範囲が非常に狭く、この最適切断条件に鋼板の表面状態が深く関わっていて表面状態が悪いと切断面が粗くなる傾向にあると考えられた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本発明が目的としたのは、レ−ザ切断性、特にピアス性及び曲線切断時の切断面品質が著しく優れた鋼板を安定して製造し得る実際的な手段を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、レ−ザ切断性、特に“ピアス性",“曲線切断時の切断面品質”に決定的な影響を及ぼす因子は、母材鋼板の特性もさることながら、特に母材鋼板面に生成するスケ−ルの性状が重きなしていることを知った。
【０００９】
即ち、本発明者等は、まず、「レ−ザ切断ではレ−ザビ−ムの高密度エネルギ−が鋼板に蓄積されて切断反応の限界に達したときに切断反応が開始するので、 鋼板側でもこの高密度エネルギ−をどれだけ吸収するかが切断反応の速度にとって極めて重要である」との観点に立って検討を行い、レ−ザビ−ムによる鋼板のピアス性や曲線切断時の切断面品質を改善するためには鋼板面のスケ−ルの色度制御が重要であることを確認した。
そして、鋼板面のスケ−ルを黒色化スケ−ルに制御し、JIS Ｚ８７２９にて定義する色度ａ* で特に「ａ* ＜１」を満足する色調とすれば、この黒色化したスケ−ルはレ−ザ切断時における鋼板のレ−ザ光吸収率を向上させ、良好な切断性をもたらすようになることを見出した。
更に、鋼板面に生成するスケ−ルの色度ａ* が「ａ* ＜１」を満足するには、熱間圧延での仕上温度を高温に制御する必要があることも分かった。
【００１０】
しかしながら、特筆すべき知見であるが、本発明者等の研究により、熱間圧延により鋼板を製造する際の仕上温度にのみ配慮しても実際には色度ａ* が「ａ* ＜１」を満足する黒色化スケ−ルを安定して得ることは難しく、赤スケ−ルが発生して均質な黒スケ−ル化がなされにくいばかりか、例え「ａ* ＜１」を満足する色度のスケ−ルを備える鋼板が得られたとしても十分に満足できる“ピアス性",“曲線切断時の切断面品質”を示さない場合のあることが明らかとなった。
【００１１】
そのため、本発明者等は多種条件下で熱間圧延して得た鋼板を観察・調査し、レ−ザビ−ムによる鋼板のピアス性，曲線切断時の切断面品質には熱間圧延での仕上温度だけではなく、熱間圧延中の待ち時間（非ロ−ル時間）も見逃せない影響を及ぼしており、優れたピアス性，曲線切断時の切断面品質を確保するためには熱間圧延中の待ち時間（非ロ−ル時間）にも配慮しなければならないということを見出した。
【００１２】
即ち、鋼板の熱間圧延では、図１の（ａ）に示すように、ロ−ル通過直後には圧延ワ−クロ−ルによる抜熱のため鋼板の表面部が内部に比べて温度低下し低温となる。そして、次パスへ移行するのに十分な待ち時間（非ロ−ル時間）があれば復熱によって図１の（ｂ）に示す如く再び鋼板は内部，表面部とも平均化した温度分布となるが、待ち時間の極めて少ない圧延を連続的に実施し、ロ−ル通過直後の鋼板に次パス圧延を直ちに施すと、復熱が十分に完了しないために鋼板表面部の低温化が助長される結果となる。
【００１３】
そのため、高温で圧延を実施している場合でも鋼板表面は局部的に低温化し、赤スケ−ルである Fe2Ｏ3(ヘマタイト）が生成しやすい状況となって均質な黒スケ−ル化がなされず、ピアス性，曲線切断時の切断面品質に悪影響が出てくる。また、外観では色度ａ* が「ａ* ＜１」を満たす黒色化スケ−ルが生成しているように見えても、局部的に不均一な温度で圧延がなされることに起因して、得られる鋼板のレ−ザビ−ムによるピアス性や曲線切断時の切断面品質が悪影響を受けることになる。  従って、これを避けるためには、鋼板の熱間圧延時に必要な待ち時間（非ロ−ル時間）をとって復熱する時間を十分に確保することが肝要となる。
【００１４】
なお、最終製品鋼板に形成されるスケ−ル層の生成時期を考えると、圧延早期でのスケ−ルは途中の圧延により剥離したり、高水圧のデスケ−ルにより除去されてしまう上、圧延早期では鋼板の温度も高いのでロ−ル通過後の復熱も速やかに起きる。そのため、最終スケ−ル層や母材鋼板の特性に対して大きな影響を及ぼすのは仕上圧延の最終３パスであり、これらのパスでの非ロ−ル時間を確保すれば鋼板に所望するピアス性や曲線切断時の切断面品質を具備させることができる。
【００１５】
一方、鋼板表面とスケ−ルとの界面にこれら相互の密着性を高めるフィアライト(Fe2SiＯ4)が生成しがちであることが知られているが、スケ−ルの密着性が向上すると高圧水デスケ−リングによるスケ−ル剥離が起きにくくなる。高圧水デスケ−リングで剥離しなかったスケ−ルは、圧延により粉砕され、赤色のスケ−ルとなってレ−ザ切断性に害を及ぼすので、このフィアライトの生成は極力抑える必要がある。
【００１６】
ただ、上記フィアライトは、母材（鋼板）にSiが特定量以上含まれると生成するという特徴を持っている。そのため、母材鋼板のSi含有量を特定値以下に規制することで、フィアライトの生成を抑えることができる。
【００１７】
また、前記フィアライトは、Si酸化物が溶融する温度以上に加熱されると母材とスケ−ル層の界面に生成しやすくなる。そのため、熱間圧延に際しての素材鋼の加熱温度をSi酸化物の融点である１２００℃以下に規制することにより、母材とスケ−ル層の界面にフィアライトが生成する頻度は一層低下してスケ−ルの剥離性は極めて良好となり、赤色のスケ−ルの生成抑制効果は一段と向上する。
【００１８】
更に、前述した手立てによりレ−ザ光の吸光度が良好なスケ−ル色度や鋼板特性を得られれば、ピアス性や曲線切断時の切断面品質を含めたレ−ザ切断性が向上するものの、鋼板の熱間圧延仕上温度との関連でスケ−ル厚を適正に制御するようにすれば、得られる鋼板のピアス性，曲線切断時の切断面品質を安定して高位に維持させ得ることも分かった。
つまり、鋼板面に生成するスケ−ルが黒色化スケ−ルであってもその厚さが厚すぎるとレ−ザビ−ムによるピアス性や曲線切断時の切断面品質が劣化するが、熱延仕上温度と生成するスケ−ルの厚さを特定の条件に従って制御することでレ−ザ切断性に優れた鋼板の製造安定性を確保できることを見つけた。
【００１９】
本発明は、上記知見事項等を基になされたもので、次の（１）項及び（２）項に示すレ−ザ切断用鋼板の製造方法を提供するものである。
（１）  素材鋼のSi含有量を 0.5重量％以下とし、これに“仕上圧延の最終３パスにおける合計非ロ−ル時間”を１０秒以上確保した熱間圧延を施すと共に、８５０℃以上の温度で圧延を仕上げ、かつ平均スケ−ル厚ｓ（μｍ）を熱間圧延仕上温度Ｔf （℃）との関係で
ｓ≦（Ｔf −７９０）／２
の範囲に制御することを特徴とする、表面に付着するスケ−ルの平均色度ａ* が「ａ* ＜１」であるレ−ザ切断性に優れた鋼板の製造方法。
（２）  素材鋼のSi含有量を 0.5重量％以下とし、これを１２００℃を超えない温度に加熱してから、“仕上圧延の最終３パスにおける合計非ロ−ル時間”を１０秒以上確保した熱間圧延を施すと共に、８５０℃以上の温度で圧延を仕上げ、かつ平均スケ−ル厚ｓ（μｍ）を熱間圧延仕上温度Ｔf （℃）との関係で
ｓ≦（Ｔf −７９０）／２
の範囲に制御することを特徴とする、表面に付着するスケ−ルの平均色度ａ* が「ａ* ＜１」であるレ−ザ切断性に優れた鋼板の製造方法。
【００２０】
なお、本発明において素材鋼の化学組成は特に限定されるものではなく、一般構造用鋼，溶接構造用鋼，機械構造用等といった何れの鋼種であっても良いが、Si含有量については後述するように 0.5重量％以下に規制する必要がある。
また、前記「色度ａ* 」は、JIS Ｚ８７２９の定義に従うものであり、色彩色差計にて測定すれば良い。
【００２１】
以下、本発明をその作用と共に説明する。
先に述べたように、鋼板のレ−ザ切断における切断性に著しい影響を与えるのは“スケ−ルの性状”であるが、優れたレ−ザ切断性を確保するためにはスケ−ルの平均色度ａ* が「ａ* ＜１」の範囲にある黒色化スケ−ルを形成させなければならない。
【００２２】
スケ−ル層は鋼板の製造時に不可避的に生成するものであるが、そのスケ−ル層は厚さ方向に化学組成が変化しており、一般には鋼板表面から順に Fe2Ｏ3(ヘマタイト）→ Fe3Ｏ4(マグネタイト）→FeＯ (ウスタイト）となっている。
このうち、ヘマタイトは赤く見えるものであり、この厚みが厚い場合には所謂「赤スケ−ル」と言われる状況となるが、レ−ザ切断にとってはレ−ザ光の吸収率が高い黒色化したスケ−ルが望ましいことから、このヘマタイトは極力少なくしたい酸化物である。
【００２３】
平均色度ａ* が「ａ* ＜１」の範囲にある黒色化スケ−ルを熱間圧延工程で確実に得るためには、熱延仕上温度を８５０℃以上の高温に制御する必要があり、仕上温度が８５０℃よりも低くなるとヘマタイトの生成が顕著に促進されるようになって「ａ* ＜１」を満足するスケ−ルが形成されなくなる。
つまり、熱間圧延仕上温度を適正に制御することにより安定したスケ−ルが生成され、色度をより黒色化することができる。そして、黒色化したスケ−ルはレ−ザ切断時のレ−ザ光吸収率を向上させ、良好な切断性の確保に資する。
【００２４】
しかし、熱延仕上温度を８５０℃以上に制御するだけではレ−ザビ−ムによる“ピアス性" や“曲線切断時の切断面品質”の優れた鋼板を安定して製造することができない。
これらの特性には、熱間圧延中の待ち時間（非ロ−ル時間：鋼板が圧延ロ−ルに接触していない時間）、特に仕上圧延の最終３パスでの非ロ−ル時間も大きな影響を及ぼす。
即ち、仕上圧延の最終３パスでの合計非ロ−ル時間が１０秒を下回ると、圧延中の鋼板の表面部が局部的に温度低下した状態となり、仕上温度を高くしたとしてもヘマタイトが生成しやすい状況となって均質な黒スケ−ル化がなされず、スケ−ルの平均色度ａ* が「ａ* ＜１」を満たさなくなる。
また、仕上圧延の最終３パスでの合計非ロ−ル時間が１０秒を下回ると、スケ−ルの平均色度ａ* が「ａ* ＜１」を満たしていても、局部的に不均一な温度で圧延がなされることに起因して得られる鋼板のレ−ザビ−ムによるピアス性や曲線切断時の切断面品質が悪影響を受ける。
従って、鋼板の熱間圧延は、仕上圧延の最終３パスにおける合計非ロ−ル時間（待ち時間の合計）を１０秒以上確保した圧延とする必要がある。
【００２５】
鋼板面に生成するスケ−ルの剥離性も最終スケ−ルの色度ａ* に少なからぬ影響を及ぼし、密着性の高いスケ−ルが形成される状況下では最終スケ−ルの平均色度ａ* が「ａ* ＜１」を満たさなくなる。
即ち、Siを含む鋼板の場合には鋼板表面とスケ−ルとの界面に Fe2SiＯ4(フィアライト）が生成してスケ−ルの密着性を高めがちであり、熱間圧延前に行われる高圧水デスケ−リングによるスケ−ル剥離を難しくするが、高圧水デスケ−リングで剥離しなかったスケ−ルは圧延により粉砕されて赤色のスケ−ルとなり、レ−ザ切断性を阻害する。
しかし、素材鋼のSi含有量が 0.5重量％以下では上記 Fe2SiＯ4 の生成が殆ど起きないことから、本発明では優れたレ−ザ切断性を確保するために素材鋼のSi含有量を 0.5重量％以下に規制することとした。
【００２６】
なお、上記 Fe2SiＯ4(フィアライト）はSi酸化物が溶融する温度以上に加熱されると母材とスケ−ル層との界面に生成しやすい性質を有しているので、熱間圧延に際しての素材鋼の加熱温度をSi酸化物の融点である１２００℃以下に規制することによりその生成頻度を更に低下させることができ、優れたレ−ザ切断性の確保がより一層安定化する。
【００２７】
ただ、８５０℃以上の熱間圧延仕上温度と１０秒以上の仕上圧延最終３パスにおける合計非ロ−ル時間を確保し、平均色度ａ* が「ａ* ＜１」を満足する密着性が低いスケ−ル層を形成させたとしても、スケ−ル層の厚さが厚すぎるとレ−ザビ−ムによるピアス性や曲線切断時の切断面品質が劣化する。
しかし、本発明者等は、数多くの試験によって、熱間圧延仕上温度と平均スケ−ル厚との間に“優れたピアス性や曲線切断時の切断面品質”を確保する上で許容できるバランス線が存在することを見出した。
つまり、平均スケ−ル厚ｓ（μｍ）を熱間圧延仕上温度Ｔf ( ℃）との関係で
ｓ≦（Ｔf −７９０）／２
の範囲に制御することにより、ピアス性や曲線切断時の切断面品質の優れた鋼板の製造安定性を一段と向上できること知った。
【００２８】
なお、図２は、「レ−ザビ−ムによる鋼板のピアス性に及ぼす熱間圧延仕上温度Ｔf ( ℃）と平均スケ−ル厚ｓ（μｍ）との関係について調査した結果を整理して示したグラフ」であるが、熱間圧延仕上温度が８５０℃以上の領域では「ｓ≦（Ｔf −７９０）／２」という式がレ−ザ切断時のピアス性能と良く相関することが分かる。
【００２９】
ここで、鋼板面に生成するスケ−ル厚の制御は素材鋼の化学組成に応じた加熱温度，熱間圧延条件，冷却条件等の調整により行われることは言うまでもない。
【００３０】
続いて、本発明を実施例により説明する。
【実施例】
表１に示す化学組成の各素材鋼を加熱してから熱間圧延し、何れも板厚が２０mmの熱延鋼板を製造した。
上記表１には、素材鋼の加熱温度，仕上圧延での圧延条件，製品熱延鋼板の表面に形成されたスケ−ルの平均厚さと平均色度ａ* 、並びに本発明における条件式「（Ｔf −７９０）／２」値を併記した｛但し、 Ｔf は熱間圧延仕上温度｝。ここで、色度ａ* は、JIS Ｚ８７２９の定義に従い色彩色差計にて測定した。なお、表２は、仕上圧延の最終３パスでの非ロ−ル時間を明らかにするため、表１に記載の熱間仕上圧延における仕上圧延機全ての圧延条件の詳細（パスの実績）を示している。
【００３１】
【表１】
0003760742.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003760742.tif 000003
【００３３】
続いて、得られた２０mm厚の各熱延鋼板につき、レ−ザ切断でのピアス時間と曲線切断面の外観評価を行った。
なお、ピアス時間については、２ｋＷ出力のレ−ザ加工機を用い、出力が 1.9ｋＷ、ガス圧が0.6kgf/cm2、焦点距離が２mmというレ−ザ切断作業条件下で測定した。
これらの結果も、前記表１に併せて示す。
【００３４】
さて、表１に示された結果から分かるように、本発明の規定条件に従った試験番号１〜３では、得られた熱延鋼板には何れも平均色度ａ* が「ａ* ＜１」を満たすスケ−ルが生成しており、優れたレ−ザピアス性能を示すと共に、曲線切断面の様相も良好となっている。
【００３５】
中でも、試験番号３は、仕上温度が比較的低くてスケ−ル色度が高いにもかかわらず、良好な曲線切断面，ピアス性能を示しているが、これは加熱温度が低いためにSi酸化物の溶融現象が発生しなかったことによるものと考えられる。
【００３６】
これに対して、試験番号４〜６は素材鋼のSi含有量が本発明の規定範囲を逸脱している例であるが、加熱温度を試験番号３などより低めに設定しているにもかかわらず、得られた熱延鋼板はピアス性能，曲線切断面性状の双方とも不芳な結果となっている。
【００３７】
また、試験番号７〜８は、仕上圧延の最終３パスにおける合計非ロ−ル時間が本発明の規定範囲を下回るものであるが、何れも、得られた熱延鋼板はピアス性能，曲線切断面性状の双方とも不芳な結果となっている。
試験番号９〜10は、何れも熱間圧延の仕上温度が低温となって本発明の規定範囲を逸脱したものであるが、得られた熱延鋼板は何れも結果としてスケ−ルの平均色度が本発明の規定範囲を逸脱していることもあり、ピアス性能，曲線切断面性状の双方とも不芳な結果を示している。
【００３８】
そして、試験番号11〜12では、何れも得られた熱延鋼板の平均スケ−ル厚ｓが本発明で規定する「ｓ≦（Ｔf −７９０）／２」の条件を満たしておらず、そのためピアス性能，曲線切断面性状の双方とも不芳な結果となっている。
【００３９】
【発明の効果】
以上に説明した如く、この発明によれば、ピアス性及び曲線切断時の切断面品質を含めたレ−ザ切断性が著しく優れた鋼板を安定して提供することができ、各種構造用鋼板等を使用する鋼構造物や機械・設備の製造性や性能を一段と向上させることが可能になるなど、産業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧延材のロ−ル通過直後における板厚方向の温度分布と、復熱後の板厚方向の温度分布とを比較した説明図である。
【図２】レ−ザビ−ムによる鋼板のピアス性に及ぼす熱間圧延仕上温度Ｔf ( ℃）と平均スケ−ル厚ｓ（μｍ）との関係について調査した結果を整理して示したグラフである。
【図１】
0003760742.tif 000004
【図２】
0003760742.tif 000005