CN101680067A

CN101680067A - 使用氧气的热切断用钢材

Info

Publication number: CN101680067A
Application number: CN200980000089A
Authority: CN
Inventors: 上村隆之; 藤原知哉; 新宅祥晃; 前田隆雄; 久保谕; 冈田光
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: WO2009101951A1; JP4435289B2; CN101680067B; JPWO2009101951A1

Abstract

本发明涉及一种除去了表面的氧化皮的钢材，所述钢材含有Si：0.08～0.20％和Al：超过0.03％且0.08％以下，并且含有P、Ti和V中的一种以上，进一步，以元素符号作为该元素的含量时，满足式子[Al/Si≤0.45]和[262×(Al/Si)+197×(P/Si)+225×(Ti/Si)+50×(V/Si)＞123]，并可以对钢材实施高速且稳定的热切断操作，可以用作激光切断用途、等离子体切断用途、气体切断用途。该钢材表面也可以涂布有无机系的锌底漆。

Description

使用氧气的热切断用钢材

技术领域

本发明涉及使用氧气的热切断用钢材，具体地说，涉及使用激光、等离子体、气体等可高速切断的、除去了表面的氧化皮的使用氧气的热切断用钢材。特别地，涉及在涂装了含有锌粉的一次性防锈涂料的所谓“锌底漆”、特别是无机系的锌底漆的状态下，使用激光、等离子体、气体等也可高速切断的使用氧气的热切断用钢材。

背景技术

近年来，激光切断机的技术进步很显著，激光切断机不仅可以适用于切断板厚为3.2mm以下的薄板，也可以适用于切断板厚达30mm的厚板，将激光切断机用于厚板的切断也正在普及。

激光切断机由于安全问题少、可以夜间无人运转，因此具有气体切断机等所不具备的优点。

另外，为了可以确保足够的工作量，在使用激光切断机进行夜间无人运转时，希望使用大的钢材(以下会用“钢板”代表钢材进行说明)进行操作。

然而，在夜间无人运转时，由于发生切断故障时处理该故障的操作人员不在，会产生故障被放置，或者故障产品被大量生产的问题。在这些故障中，作为大故障的例子可以列举切断停止这样的问题，另外，作为小故障的例子可以列举切断面错乱这样的问题。特别地，对于切断面错乱的情况，会成为损害制品的商品价值的主要原因，对接下来的工序例如焊接施工产生不利影响。因此，将导致因为修正切断面而使成本增加，根据情况，有时不得不将次品作为废料处理，这些都是不能忽视的问题。

前述故障分为切断机的原因和钢板的原因两大类别。

在切断机的原因引起的故障中，可以考虑各种因素，作为一个例子，有由于夜间电压变动引起激光输出功率的变化以及切断机的振动、大钢板的微小起伏、缺陷等引起的不利情况。为了消除这样的故障因素，进行了各种各样的努力，但是，这些故障不可能完全消除。

因此，近年来，虽然多少也出现了切断机的激光输出功率的变动、振动这样的问题，人们仍然追求对切断条件的变动的余地大、可以进行夜间无人运转的大的钢板，并要求该钢板整体具有高品质。

另外，一直以来，认为钢板的表面性状对激光切断性的影响很大。特别地，已知用含有锌粉的锌底漆涂装的钢板的激光切断存在各种各样的问题。其中，特别大的问题可以列举，由于提高切断速度容易在切断面产生缺陷、附着浮渣，因此造成不能提高切断速度，操作性降低以及由于切断不良导致切断操作中断的情况，特别是在夜间无人运转中切断操作中断时，对后工序产生很大影响，生产率显著降低。另外，不仅不能提高切断速度，通过激光切断可切断的板厚也有限度，有不能切断板厚过大的钢板的情况。

关于提高激光切断速度，一直以来，主要研究了表面的底漆的改良。

例如，在专利文献1中，公开了一种提高了激光切断性的“激光切断用钢材”，其限制了涂装在钢材上的锌底漆中的Zn和SiO₂(二氧化硅)的量，特别是尽量降低SiO₂量。在该专利文献1中，记载了从提高底漆层的耐火性和强度的观点出发，在底漆中含有SiO₂，但由于SiO₂直到高温都很稳定，阻碍了激光能量向钢板的传导，对切断速度的不利影响很大。

另外，在专利文献2中，公开了一种激光切断性优异的“一次性防锈涂料组合物”(底漆)，其含有硅酸酯缩合物、锌粉和例如滑石、云母、氧化铁红、铁合金、萤石等熔点比铁低的颜料。

另外，在专利文献3中，公开了一种“钢板前处理方法”，其涂装了以硅系无机粘结剂和平均粒径为5μm以下的微细锌粉为主成分的组合物。

另一方面，等离子体切断的技术进步也很显著，在切断面的质量和切断费用方面也有快速的改善。另外，等离子体切断机具有不需要激光切断机那样的维护的优点。但是，在等离子体切断中，切断机中使用的耗材的寿命短，特别是在切断厚钢板时，由于需要高输出功率以产生等离子体，会有使耗材的寿命变得极短的问题。因此，在进行等离子体切断时，希望能够不需要大幅增加输出功率就可以进行高速切断。

在专利文献4中公开了适于激光切断、等离子体切断等热切断法的“熔断性优异的钢板”。

专利文献1：日本特开平10-226846号公报

专利文献2：日本特开2002-114944号公报

专利文献3：日本特开2001-295071号公报

专利文献4：日本特开平11-199984号公报

发明内容

发明要解决的问题

前述专利文献1提出的底漆和专利文献2提出的涂料组合物，对于近年来使用大输出功率激光切断机的激光切断的改善效果均不充分，不能充分应对超过16mm的厚钢板的切断、高速切断。另外，由于没有考虑发生切断不良的对策，特别是在夜间无人运转时，容易发生切断中断。

进一步，在专利文献1提出的技术中，显著降低了涂料中的SiO₂量，另外，专利文献2提出的技术中，涂料根本不含SiO₂，因此，涂膜的耐火性、强度变得不充分是不可避免的。在发生涂膜的强度降低时，可能会产生涂膜容易剥离、容易带有缺陷，由此会造成防锈性差。

在专利文献3中，对采用前述方法处理过的钢板，评价了激光切断引起的熔断性，但该实验通过调整激光的焦点(即，最优化)来进行，并不是考虑激光焦点的偏移来进行评价的。另外，激光切断试验(熔断试验)以1m/分钟(1000mm/min)的速度进行，没有评价速度更高条件下的激光切断性。

在专利文献4中，虽然有关于等离子体切断的记载，但是等离子体切断试验是以0.1m/min的速度进行的，该速度并不实用。

因此，本发明的目的在于，提供一种可以高速进行钢材的切断的使用氧气的热切断用钢材，尤其提供一种激光切断用钢材，其为使用激光切断机作为热切断机，在夜间无人运转时也不易发生切断故障，特别是显著提高了涂装钢材的激光切断性，并且使用大输出功率激光切断机进行夜间无人运转时也能够极力防止发生切断中断的激光切断用钢材。

本发明人等为了解决前述课题，最初使用大输出功率的激光切断机对钢材的激光切断性进行了各种调查。结果，首先得到了下述(a)和(b)的认识。

(a)使用大输出功率激光切断机，对以往的除去了氧化皮的钢材和涂装有锌底漆的钢材，尤其是对涂装有无机系的锌底漆的钢材进行切断操作时出现的切断不良，特别是在夜间无人自动运转时引起切断中断的很大的原因是由于钢材的起伏、或者是缺陷等引起的相对于激光焦点的钢材位置的变动，也就是所谓的“焦点偏移”。因此，在除去了氧化皮的钢材和涂装的钢材对于激光焦点的偏移不敏感时，换言之，相对上述钢材，可切断的激光焦点位置的变动范围大时，可以稳定地提高切断速度，并且即使是厚度大的钢板，也可以切断。

(b)激光切断时钢被氧化而生成的Fe₂SiO₄(铁橄榄石)的共晶点与钢材的激光切断性密切相关。并且，如果能够降低Fe₂SiO₄的共晶点，则可以容易地将切断时熔融的铁(或者氧化铁)从切断部排出，从而提高激光切断性。

接着，就降低Fe₂SiO₄的共晶点的技术进行了研究，结果，得到了下述(c)～(f)的认识。

(c)作为降低Fe₂SiO₄的共晶点的元素，Al、P、Ti和V的效果大。

(d)仅在钢材中含有上述Al、P、Ti和V会导致钢材的机械性质和焊接性发生变化，但是通过与钢材中Si含量的比来优化Al、P、Ti和V的含量，可以在不会对钢材的性能产生不利影响的同时，显著提高除去了氧化皮的钢材和涂装有锌底漆的钢材、尤其是涂装有无机系的锌底漆的钢材的激光切断性，从而可以提高激光切断速度。

(e)为了提高激光切断速度而增加切断热输入时，由于异常燃烧引起的不利情况、即所谓的“过烧”现象，导致不能进行切断，但是对于上述(d)通过与Si含量的比优化了Al、P、Ti和V的含量的钢材，过烧现象不易发生，因此可以在极度高速条件下进行切断。

(f)而且，对于通过与Si含量的比优化了Al、P、Ti和V的含量的钢材，可切断的激光焦点位置的变动范围变大，对切断工序中的焦点偏移不敏感，因此易于防止起因于钢材位置变动的切断不良、夜间自动运转中的切断中断。

本发明人等进一步对激光最先到达的钢材的表面进行了研究。结果，得到下述(g)的认识。

(g)钢材的表面性状对激光切断性有影响。表面粗糙度小时，激光光的反射变得显著，能量不能够充分地向钢材表面传导从而导致切断性降低。另外，因为在涂布锌底漆时，不能得到足够的涂膜密合耐久性，故不优选。另一方面，表面粗糙度大时，激光在钢材的表面发生漫反射，激光切断性降低。

基于以上关于激光切断性的调查，本发明人等接下来考虑了对于激光切断以外的热切断方法的适用性。结果，得到下述(h)的认识。

(h)通过对激光切断性的调查发现，也可以适用于激光切断以外的热切断，具体为等离子体切断、气体切断等切断。不过在切断时，为了控制切断中生成的氧化物以提高切断性，需要使用氧气。

本发明是基于上述认识而完成的，其主旨是下述(1)～(8)所示的使用氧气的热切断用钢材和(9)～(16)所示的激光切断用钢材。

(1)使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，其为除去了表面的氧化皮的钢材，以质量％计，所述钢材含有Si：0.08～0.20％和Al：超过0.03％且0.08％以下，并且含有P、Ti和V中的一种以上，进一步，满足下述式(1)和式(2)，

Al/Si≤0.45…(1)

262×(Al/Si)+197×(P/Si)+225×(Ti/Si)+50×(V/Si)＞123…(2)

另外，式(1)和式(2)中的元素符号表示以质量％计的该元素的含量。

(2)根据上述(1)所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，其表面涂布有无机系的锌底漆。

(3)根据上述(1)或(2)所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，其表面粗糙度基于十点平均粗糙度RzJIS为15～85μm。

(4)根据上述(1)～(3)任一项所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，所述钢材具有如下钢组成：以质量％计，含有C：0.02～0.17％、Si：0.08～0.20％、Mn：0.20～1.60％、Cu：低于0.03％、Ni：0.05％以下、S：0.015％以下、Al：超过0.03％且0.08％以下和N：0.009％以下，并且含有P：0.04％以下、Ti：0.08％以下和V：0.08％以下中的一种以上，其余部分为Fe和杂质。

(5)根据上述(4)所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Cr：0.2％以下。

(6)根据上述(4)或(5)所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Mo：0.4％以下、W：0.4％以下和Nb：0.04％以下中的一种以上。

(7)根据上述(4)～(6)任一项所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有B：0.003％以下。

(8)根据上述(4)～(7)任一项所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Ca：0.005％以下、Mg：0.005％以下和REM：0.005％以下中的一种以上。

(9)一种激光切断用钢材，其特征在于，其为除去了表面的氧化皮的钢材，以质量％计，所述钢材含有Si：0.08～0.20％和Al：超过0.03％且0.08％以下，并且含有P、Ti和V中的一种以上，进一步，满足下述式(1)和式(2)，

Al/Si≤0.45…(1)

262×(Al/Si)+197×(P/Si)+225×(Ti/Si)+50×(V/Si)＞123…(2)

(10)根据上述(9)所述的激光切断用钢材，其特征在于，其表面涂布有无机系的锌底漆。

(11)根据上述(9)或(10)所述的激光切断用钢材，其特征在于，其表面粗糙度基于十点平均粗糙度RzJIS为15～85μm。

(12)根据上述(9)～(11)任一项所述的激光切断用钢材，其特征在于，所述钢材具有如下钢组成：以质量％计，含有C：0.02～0.17％、Si：0.08～0.20％、Mn：0.20～1.60％、Cu：低于0.03％、Ni：0.05％以下、S：0.015％以下、Al：超过0.03％且0.08％以下和N：0.009％以下，并且含有P：0.04％以下、Ti：0.08％以下和V：0.08％以下中的一种以上，其余部分为Fe和杂质。

(13)根据上述(12)所述的激光切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Cr：0.2％以下。

(14)根据上述(12)或(13)所述的激光切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Mo：0.4％以下、W：0.4％以下和Nb：0.04％以下中的一种以上。

(15)根据上述(12)～(14)任一项所述的激光切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有B：0.003％以下。

(16)根据上述(12)～(15)任一项所述的激光切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Ca：0.005％以下、Mg：0.005％以下和REM：0.005％以下中的一种以上。

另外，“REM”是Sc、Y和镧系元素的合计17种元素的总称，REM的含量是指REM中的一种或者两种以上元素的总含量。

以下，将上述(1)～(8)所示的使用氧气的热切断用钢材和(9)～(16)所示的激光切断用钢材的发明，分别称作“本发明(1)”～“本发明(16)”。另外也总称为“本发明”。

发明效果

本发明的使用氧气的热切断用钢材(即：含有作为辅助气体的氧气，换言之，利用氧化反应的热切断用钢材)可以实施高速稳定的热切断操作，可以用作激光切断用途、等离子体切断用途、气体切断用途。特别地，由于本发明的激光切断用钢材对由起伏或者缺陷等引起的激光焦点的偏移不敏感，可切断的激光焦点位置的变动范围变大，并且，具有在增加切断热输入时也不易发生过烧现象这样的极好的激光切断性。因此，使用本发明的钢材，即使形成有作为一次性防锈涂膜的锌底漆层，也可以使用大输出功率激光切断机进行极高速的切断，并且不易发生切断不良，因此可以防止夜间无人运转时的切断中断，特别地，对厚度16mm的钢材，可以在1050mm/min的高速下稳定地实施激光切断操作，另外，对厚度23mm的钢材，也可以在800mm/min的高速下稳定地实施激光切断操作。

具体实施方式

以下，对本发明的各要件进行说明。另外，各元素的含量的“％”是“质量％”的意思。

(A)关于钢材的基本化学组成：

Si：0.08～0.20％

在使用氧气的热切断中，Si被氧化，在氧化皮层中形成Fe₂SiO₄(铁橄榄石)，是对热切断性影响很大的元素。另外，以下，用“激光切断”代表“使用氧气的热切断”进行说明。

Si的含量低于0.08％时，切断时不能生成足够量的Fe₂SiO₄，导致切断性降低。即，Fe₂SiO₄的共晶温度为1173℃，远低于FeO的熔点(1369℃)。因此，如果在激光切断时生成的铁氧化物中存在Fe₂SiO₄，因为Fe₂SiO₄一直到1173℃都为液相，熔融的Fe或者是铁氧化物在低温度范围的排出变得容易。但是，当母材中的Si含量低于0.08％时，Fe₂SiO₄的生成量变少，熔融的Fe或者是铁氧化物的排出变得困难，因此，切断面的熔融快速进行，发生称作“熔融凹坑”的现象。

另一方面，Si的含量超过0.20％时，虽然生成了足够量的Fe₂SiO₄，但由于必须大量含有后述的Al、P、Ti和V，导致机械性质和焊接性这样的钢材特性降低。

因此，Si的含量为0.08～0.20％。Si的含量优选上限为0.18％。另外，优选下限为0.10％。

Al：超过0.03％且0.08％以下

为了脱氧以及降低激光切断时生成的铁氧化物中存在的Fe₂SiO₄的共晶温度，使熔融的Fe或者铁氧化物在低温度范围的排出变得容易，从而提高激光切断性，Al是必要的元素，并需要含有超过0.03％的量。然而，Al的含量变多时，特别是超过0.08％时，在焊接部生成硬质的岛状马氏体，韧性劣化。因此，Al的含量为超过0.03％且0.08％以下。另外，从多个方面考虑，优选Al的含量在上述范围内，Al含量的下限为0.035％是理想的。

P、Ti和V

P、Ti和V均是降低Fe₂SiO₄的共晶点的元素，具有使熔融的Fe或者铁氧化物在低温度范围的排出变得容易从而提高激光切断性的作用。因此，使钢材中含有P、Ti和V中的一种以上。另外，如后所述，P、Ti和V的含量至少必须满足前述式(2)。

这里，作为化学组成为上述含有Si：0.08～0.20％和Al：超过0.03％0.08％以下，并且含有P、Ti和V中的一种以上的钢材，仅仅降低激光切断时生成的铁氧化物中存在的Fe₂SiO₄的共晶温度，仍然会有激光切断性不充分的情况，因此，必须满足下述式(1)和式(2)。

Al/Si≤0.45…(1)

262×(Al/Si)+197×(P/Si)+225×(Ti/Si)+50×(V/Si)＞123…(2)

这是因为，当“Al/Si”的值超过0.45时，在激光切断时，除了Fe₂SiO₄以外还生成了高熔点的Al₂O₃(氧化铝)。因此，也需要满足前述式(1)、即[Al/Si≤0.45]。

另外，虽然Al、P、Ti和V有降低Fe₂SiO₄的共晶点的效果，换言之，有降低Fe₂SiO₄以液相存在的温度的效果，但Fe₂SiO₄的共晶点依赖于这些元素与Si含量的比。由于各元素的降低效果不同，考虑到与各元素的依赖度，前述式(2)是必要的。本发明中，不满足式(2)时，即“262×(Al/Si)+197×(P/Si)+225×(Ti/Si)+50×(V/Si)”的值为123以下时，不能稳定且可靠地提高激光切断性。因此，也需满足式(2)，即[262×(Al/Si)+197×(P/Si)+225×(Ti/Si)+50×(V/Si)＞123]。满足该条件时，可以稳定且可靠地提高激光切断性。

基于上述原因，本发明(1)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(9)所涉及的激光切断用钢材规定含有Si：0.08％～0.20％和Al：超过0.03％且0.08％以下，并且含有P、Ti和V中的一种以上，进一步，满足前述式(1)和式(2)。

(B)关于钢材的表面状况：

对于具有前述(A)项的化学组成的钢材，其表面状况在压延后附着有氧化皮的状态下也显示一定优异的切断性。但是，压延后附着有氧化皮时，由于热处理条件等引起氧化皮性状变化，有时对切断性也有大的影响。

因此，为了更加稳定且可靠地提高使用氧气的热切断性，本发明(1)所涉及的热切断用钢材规定除去其表面的氧化皮。同样地，为了更加稳定且可靠地提高激光切断性，本发明(9)所涉及的激光切断用钢材也规定除去其表面的氧化皮。

另外，除去压延后的氧化皮的方法没有必要特别规定，例如采用酸洗处理、喷丸处理等公知的处理方法即可。

本发明(1)所涉及的热切断用钢材和本发明(9)所涉及的激光切断用钢材在除去了表面的氧化皮后，在其表面涂布无机系的锌底漆也可以发挥其效果。即，如上所述，由于Fe₂SiO₄以液相存在的温度降低，在钢材表面涂布有无机系的锌底漆的状态下，也分别具有良好的使用氧气的热切断性和激光切断性。

因此，在本发明(1)的使用氧气的热切断用钢材和本发明(9)的激光切断用钢材的基础上，本发明(2)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(10)所涉及的激光切断用钢材分别规定，在钢材表面涂布有无机系的锌底漆。

另外，在钢材表面涂布无机系的锌底漆的方法没有必要特别规定，例如采用空气喷涂处理、刷毛涂布处理等公知的处理方法即可。

另外，作为无机系的锌底漆，可以使用公知的市售无机系的锌底漆。即，可以使用以烷基硅酸酯系树脂为主成分，并含有Zn粉末的涂料。另外，通过在无机系的锌底漆中添加含有使Fe₂SiO₄以液相存在的温度降低的元素Al、P、Ti和V的颜料，可进一步降低共晶温度，由此可以更加有效地提高以激光切断性为首的使用氧气的热切断性。

涂布的无机系的锌底漆的干燥涂膜的膜厚优选为9～25μm的范围。当涂膜薄于9μm时，或者相反地，厚于25μm时，都会降低以激光切断性为首的使用氧气的热切断性。涂膜薄于9μm时，耐腐蚀性会劣化。另外，上述膜厚是指平均膜厚，使用电磁膜厚计，例如Sanko Electronic Laboratory Co.，Ltd.制造的“CRT-2000II电磁式数字膜厚计”，可以求得在钢材的表面10点以上测得的涂膜膜厚的平均值。

本发明(3)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(11)所涉及的激光切断用钢材在其表面粗糙度基于JIS B 0601(2001)所规定的十点平均粗糙度RzJIS为15～85μm时，可分别提高使用氧气的热切断性和激光切断性。表面粗糙度低于15μm时，能量不能够充分地向钢材表面传导而导致切断性降低。这是因为，例如，激光切断时对激光光的反射增加的缘故。另外，表面粗糙度低于15μm时，在涂布锌底漆时，不能得到涂膜的密合耐久性。另一方面，表面粗糙度超过85μm时，能量也不能够充分地向钢材表面传导而导致切断性降低。这是因为，例如，激光切断时激光在钢材表面发生漫反射的缘故。

因此，在本发明(1)或者(2)的使用氧气的热切断用钢材和本发明(9)或者(10)的激光切断用钢材的基础上，本发明(3)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(11)所涉及的激光切断用钢材分别规定，其表面粗糙度基于十点平均粗糙度RzJIS为15～85μm。

(C)关于钢材合适的化学组成：

本发明所涉及的钢材，优选在具有前述(A)项所记载的化学组成的基础上，含有下述量的元素。

C：0.02～0.17％

C是用来提高强度的元素，优选含有0.02％以上。但是，超过0.17％时，会导致钢板的韧性劣化。因此，C的含量优选为0.02～0.17％。另外，C是便宜的元素，在使用激光进行切断时，可以期望利用O(氧气)与钢中的C的反应热来提高切断性。因此，C的含量的下限更优选为0.05％。另外，C的含量的上限更优选为0.16％。

Mn：0.20～1.60％

Mn是确保钢材强度的有效元素，因此优选含有0.20％以上。但是，Mn的含量超过1.60％时，会导致韧性劣化和激光切断性劣化。因此，Mn的含量优选为0.20～1.60％。另外，Mn的含量的下限更优选为0.30％。

Cu：低于0.03％

Cu作为杂质存在于钢中，其含量多时，有可能发生Cu龟裂。因此，将Cu的含量控制在一定量以下，优选低于0.03％。

Ni：0.05％以下

Ni也作为杂质存在于钢中，其含量多时，可能会影响铸坯的品质。因此，将Ni的含量控制在一定量以下，优选为0.05％以下。

S：0.015％以下

S作为杂质存在于钢中，其对激光切断性基本没有影响，但其含量多时，可能会对韧性等机械性质有不利影响。因此，将S的含量控制在一定量以下，优选为0.015％以下。

N：0.009％以下

N作为杂质存在于钢中，其含量多时，可能会对焊接性和铸坯的品质有不利影响。因此，将N的含量控制在一定量以下，优选为0.009％以下。

P：0.04％以下、Ti：0.08％以下和V：0.08％以下中的一种以上

如前述(A)项所述，P、Ti和V均是降低Fe₂SiO₄的共晶点的元素，具有使熔融的Fe或者是铁氧化物在低温度范围的排出变得容易而提高激光切断性的作用。因此，在含有(A)项所记载的量的Si和Al，并且满足前述式(1)和式(2)的条件下，含有的P、Ti和V量越多，可以得到的激光切断性越良好，但是由于它们的含量多时，可能会对钢材的各种特性有不利影响，因此将这些元素的含量控制在一定量以下。下面，对此进行说明。

P：0.04％以下

P是作为杂质不可避免含有的元素，但是由于P具有降低Fe₂SiO₄的共晶点而提高激光切断性的作用，含有的P量越多，得到的激光切断性越良好。但是，其含量多时，可能会对焊接性和韧性有不利影响。因此，将P的含量控制在一定量以下，优选为0.04％以下。P含量的下限优选为0.01％。

Ti：0.08％以下

Ti是降低Fe₂SiO₄的共晶点的元素。因此，含有的Ti量越多，得到的激光切断性越良好，但其含量多时，可能会对焊接部的韧性有不利影响，在成本方面也不利。因此，将Ti的含量控制在一定量以下，优选为0.08％以下。

另外，Ti也有通过析出强化而提高钢板强度的作用，为了获得该效果，优选含有0.005％以上。因此，Ti的含量的下限优选为0.005％。

V：0.08％以下

V也是降低Fe₂SiO₄的共晶点的元素。因此，含有的V量越多，得到的激光切断性越良好，但其含量多时，可能会对焊接部的韧性有不利影响，在成本方面也不利。因此，将V的含量控制在一定量以下，优选为0.08％以下。

另外，V也有通过析出强化而提高钢板强度的作用，为了获得该效果，优选含有0.02％以上。因此，V的含量的下限优选为0.02％。

另外，可以含有上述P、Ti和V中的一种以上。

由于上述原因，在本发明(1)～(3)的任一项的使用氧气的热切断用钢材和本发明(9)～(11)的任一项的激光切断用钢材的基础上，本发明(4)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(12)所涉及的激光切断用钢材分别规定，其具有如下钢组成：含有C：0.02～0.17％、Si：0.08～0.20％、Mn：0.20～1.60％、Cu：低于0.03％、Ni：0.05％以下、S：0.015％以下、Al：超过0.03％且0.08％以下和N：0.009％以下，并且含有P：0.04％以下、Ti：0.08％以下和V：0.08％以下中的一种以上，其余部分为Fe和杂质。

对于本发明(4)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(14)所涉及的激光切断用钢材，根据需要可以进一步含有选自下述(1)～(4)中的一种以上元素。

(1)Cr：0.2％以下

(2)Mo：0.4％以下、W：0.4％以下和Nb：0.04％以下中的一种以上

(3)B：0.003％以下

(4)Ca：0.005％以下、Mg：0.005％以下和REM：0.005％以下中的一种以上

另外，可以含有选自前述(1)～(4)中的一种以上元素。

下面，对上述元素进行说明。

Cr：0.2％以下

Cr具有提高钢板强度的作用。为了获得该效果，Cr的含量优选为0.02％以上。更优选为0.03％以上。但是，其含量超过0.2％时，形成高熔点的Cr氧化物，使熔液流动性劣化，可能会引起激光切断表面的粗糙度劣化和形成切断缺口。因此，含有Cr时，Cr的含量为0.2％以下。另外，含有Cr时，Cr的含量的下限优选为0.02％，更优选为0.03％。

Mo：0.4％以下、W：0.4％以下和Nb：0.04％以下中的一种以上

Mo、W和Nb具有提高强度的作用，为了得到该效果，可含有上述元素。以下，详细说明。

Mo具有通过固溶强化而提高钢板强度的作用。为了获得该效果，优选含有0.1％以上的Mo。然而，含有超过0.4％的大量的Mo在成本方面变得不利，并且可能会损害焊接性。因此，含有Mo时，Mo的含量为0.4％以下。另外，含有Mo时，Mo的含量的下限优选为0.1％。

W也具有通过固溶强化而提高钢板强度的作用。为了获得该效果，优选含有0.05％以上的W。然而，含有超过0.4％的大量的W在成本方面变得不利，并且也可能会损害焊接性。因此，含有W时，W的含量为0.4％以下。另外，含有W时，W的含量的下限优选为0.05％。

Nb具有通过析出强化而提高钢板强度的作用。为了获得该效果，优选含有0.005％以上的Nb。然而，含有超过0.04％的大量的Nb在成本方面变得不利，并且可能会使焊接部的韧性劣化。因此，含有Nb时，Nb的含量为0.04％以下。另外，含有Nb时，Nb的含量的下限优选为0.005％。

可以含有上述Mo、W和Nb中的一种以上。

B：0.0030％以下

B有提高淬透性的作用。为了获得该效果，优选含有0.0005％以上的B。然而，含有超过0.0030％的B时，可能会导致焊接性劣化。因此，含有B时，B的含量为0.0030％以下。另外，含有B时，B的含量的下限优选为0.0005％。

Ca：0.005％以下、Mg：0.005％以下和REM：0.005％以下中的1种以上

Ca、Mg和REM具有改善焊接热影响区(以下，称作“HAZ”)的韧性的作用，因此，为了获得该效果，可以含有上述元素。下面，对此进行详细说明。

Ca有改善HAZ韧性的作用。为了获得该效果，优选含有0.001％以上的Ca。然而，Ca的含量超过0.005％时，可能会损害激光切断性。因此，含有Ca时，Ca的含量为0.005％以下。另外，含有Ca时，Ca含量的下限优选为0.001％。

Mg有改善HAZ韧性的作用。为了获得该效果，优选含有0.001％以上的Mg。然而，Mg的含量超过0.005％时，可能会损害激光切断性。因此，含有Mg时，Mg的含量为0.005％以下。另外，含有Mg时，Mg含量的下限优选为0.001％。

REM有改善HAZ韧性的作用。为了获得该效果，优选含有0.001％以上的REM。然而，REM的含量超过0.005％时，可能会损害激光切断性。因此，含有REM时，REM的含量为0.005％以下。另外，含有REM时，REM含量的下限优选为0.001％。

可以含有上述Ca、Mg和REM中的一种以上。

另外，如前所述，“REM”是Sc、Y和镧系元素的合计17种元素的总称，REM的含量是指REM中的一种或者两种以上元素的总含量。

出于上述原因，在本发明(4)的使用氧气的热切断用钢材和本发明(12)的激光切断用钢材的基础上，本发明(5)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(13)所涉及的激光切断用钢材分别进一步含有Cr：0.2％以下。

另外，在本发明(4)或(5)的使用氧气的热切断用钢材和本发明(12)或(13)的激光切断用钢材的基础上，本发明(6)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(14)所涉及的激光切断用钢材分别进一步含有Mo：0.4％以下、W：0.4％以下和Nb：0.04％以下中的一种以上。

另外，在本发明(4)～(6)的任一项的使用氧气的热切断用钢材和本发明(12)～(14)的任一项的激光切断用钢材的基础上，本发明(7)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(15)所涉及的激光切断用钢材分别进一步含有Mo：0.4％以下、W：0.4％以下和Nb：0.04％以下中的一种以上。

同样地，在本发明(4)～(7)的任一项的使用氧气的热切断用钢材和本发明(12)～(15)的任一项的激光切断用钢材的基础上，本发明(8)所涉及的使用氧气的热切断用钢材和本发明(16)所涉及的激光切断用钢材分别进一步含有Ca：0.005％以下、Mg：0.005％以下和REM：0.005％以下中的一种以上。

另外，对于本发明的使用氧气的热切断用钢材和激光切断用钢材的厚度没有特别的限制。当然，薄壁的钢材可以切断，厚度为12mm以上的钢材也可以充分的切断。因此，钢材的厚度优选为12mm以上。但是，可切断的钢材的厚度与切断机的输出功率特性相关。因此，进行激光切断时，钢材的厚度的上限优选为30mm。另外，在进行等离子体切断时，钢材的厚度的上限优选为80mm。另外，在进行气体切断时，钢材的厚度的上限优选为4000mm。

下面，通过实施例对本发明进行更具体地说明，但本发明不受这些实施例的限制。

实施例

<实施例1>

在实验室熔制具有表1所示的化学组成的钢1～19，然后将其热压延，制作出宽度为250mm，长度为500mm，厚度分别为16mm和23mm的2种钢材。

另外，表1中的钢1～16是化学组成为本发明规定范围内的本发明例的钢。另一方面，钢17～19是化学组成在本发明规定的条件以外的比较例的钢。

接着，对压延后的钢材的表面进行喷丸处理，除去压延氧化皮。并且，喷丸处理后的任一钢材的表面的10点平均粗糙度(RzJIS)均为49.6μm。

然后，采用空气喷涂的方法，对表2中除了试验序号1以外的各钢材，即对试验序号2～20的各钢材表面涂布无机系的锌底漆(中国涂料株式会社制造的セラボンド2000グレ一S)。

另外，上述锌底漆的涂布使用小型涂装机器人(株式会社安川电机制造的PX-800，移动线速度为380mm/s)和涂装喷枪(DevilbissT-AGHV、喷嘴直径1.2mm、喷帽(cap)No.807)，在雾化空气压力为0.128MPa(1.3kgf/cm²)、喷雾空气(pattern air)压力为0.098MPa(1.0kgf/cm²)、涂料喷出量为132g/min，喷枪距离为150mm的条件下进行涂布。

涂布的锌底漆涂膜经过自然干燥后，使用电磁式数字膜厚计(Sanko Electronic Laboratory Co.，Ltd.制造的CRT-2000II)，测定钢材表面任意81点的膜厚，取其算术平均值作为各试验序号钢材的平均膜厚。并且，平均膜厚在14～16mm的范围内。

对上述经过喷丸处理后除去了压延氧化皮的钢材(表2的试验序号1)和喷丸处理后涂布有无机系的锌底漆的钢材(表2的试验序号2～19)，进行激光切断试验。

切断所使用的激光切断机为小池酸素工业株式会社制造的输出功率为6KW的CO₂激光，切断条件为：占空比(脉冲振动的单位时间内的输出时间％)为60％，频率为1000Hz，另外，氧气压力为内侧0.05MPa、外侧0.03MPa。

穿孔(贯通)后，从各钢材切取出50mm×50mm的块材(其中，拐角R为3mm)，调查这时有无缺口现象(即，切断面有无缺陷)，并且观察熔渣(即，含有氧化物的熔钢的切断里侧的附着物)的附着状况。另外，按照表2所示，根据板厚改变切断速度。

对激光切断性的评价采用下述方法：首先，在钢材表面确定激光焦点，换言之，将前述位置确定了的喷嘴前端位置作为”0”，接着，从前述“0”的位置出发，以0.5mm的间距使喷嘴前端位置远离或靠近钢材表面来实施试验，通过是否发生缺口现象和熔渣附着的切断不良来判断。然后，测定未观察到缺口现象和熔渣附着两者的喷嘴前端位置的最大偏移，求出可切断的激光焦点位置的偏移，即变动范围。并且，这时的切断速度，在钢材厚度为16mm时，为900mm/min，在钢材厚度为23mm时，为600mm/min。

另外，对临界切断速度的评价采用下述方法：将喷嘴前端位置固定于前述“0”的位置，换言之，将激光焦点固定于钢材的表面，使前述900mm/min(钢材厚度为16mm时)或者600mm/min(钢材厚度为23mm时)的切断速度以50mm/min的速度增加，判断是否发生缺口现象、熔渣附着和过烧引起的切断不良。然后将同时观察不到缺口现象、熔渣附着和过烧引起的切断不良三者的最高切断速度作为临界切断速度。

表2示出了上述调查结果的汇总。并且，在表2中，将可切断的激光焦点位置的变动范围记为“可切断的焦点位置”。

从表2可知，对满足本发明规定条件的本发明例的试验序号1～17，可切断的焦点位置的变动范围，在钢材厚度为16mm时为3.5mm以上，此外，在钢材厚度为23mm时为1.5mm以上，任一钢材对激光焦点的偏移均不敏感，并且，临界切断速度大，在钢材厚度为16mm时为1050mm/min以上，在钢材厚度为23mm时为800mm/min以上，激光切断性优异。

相反，对于比较例的试验序号18～20，在钢材厚度为16mm时，可切断的焦点位置的变动范围小为2.0～2.5mm，并且其临界切断速度也仅为900mm/min。另外，这些试验序号中，在钢材厚度为23mm时，600mm/min的切断速度是其激光切断的界限，而且，可切断的焦点位置的变动范围小为0.5mm，条件的稍微变化就会发生切断不良。

<实施例2>

改变钢材的表面粗糙度，进行与上述实施例1同样的试验。更具体地讲，使用表1所记载的钢1和钢3，改变喷丸处理中球的大小，制作表面粗糙度RzJIS不同的试验片，与实施例1所示的钢材同样评价激光切断性。

表3示出了改变表面粗糙度时的调查结果。并且，在表3中，试验序号21～24的供试验材料是除去了氧化皮的钢材，试验序号25～28的供试验材料是在除去了氧化皮后与<实施例1>同样，是涂布有锌底漆的钢材。另外，<实施例1>的试验序号1和试验序号3分别记为试验序号21和试验序号25。

从表3可知，对于试验序号21～28，可切断的焦点位置的变动范围在钢材的厚度为16mm时为3.0mm以上，此外，在钢材的厚度为23mm时为1.5mm以上，任一钢材对激光焦点的偏移均不敏感，并且，临界切断速度大，在钢材厚度为16mm时为1050mm/min以上，在钢材厚度为23mm时为750mm/min以上，激光切断性优异。另外，在上述试验序号中，特别是表面粗糙度RzJIS在15～85μm范围的试验序号21、22、25和26，其激光切断性更加优异。

<实施例3>

对<实施例1>所使用钢材的剩余材料，特别是对厚度为23mm的钢材进行等离子体切断，进行等离子体切断性的评价。

切断所使用的等离子体切断机为小池酸素工业株式会社制造的等离子体切断机(SUPER400)，切断条件为输出电流137.8A，另外，使用氧气作为等离子体气体。

穿孔(贯通)后，从各钢材切取出50mm×50mm的块材，调查这时切断面有无缺陷，此外，观察熔渣(即，含有氧化物的熔钢的切断里侧的附着物)的附着状况。临界切断速度的评价为：将1200mm/min的切断速度以120mm/min的速度(初始切断速度的10％速度)增加，判定是否发生缺口现象、熔渣附着和过烧引起的切断不良。并且将同时观察不到缺口现象、熔渣附着和过烧引起的切断不良三者的最高切断速度作为临界切断速度。

表4示出了上述调查结果的汇总。

表4

从表4的等离子体切断试验结果可知，对于满足本发明规定条件的本发明例的试验序号29～45，可以以2000mm/min以上的速度进行切断，等离子体切断性优异。

相反，对于比较例的试验序号46～48，临界切断速度最高仅为1680mm/min。

产业上的可利用性

本发明的钢材可以实施高速稳定的热切断操作，可以用作激光切断用途、等离子体切断用途、气体切断用途。特别地，由于本发明的激光切断用钢材对起伏或者缺陷等引起的激光的焦点偏移不敏感，因此可激光切断的焦点位置的变动范围变大，并且，具有在增加切断热输入时也不易发生过烧现象这样极好的激光切断性。因此，使用本发明的钢材，即使形成了作为一次性防锈涂膜的锌底漆层，也可以使用大输出功率激光切断机进行极高速的切断，并且不易发生切断不良，可以防止夜间无人运转时的切断中断，可以对激光切断的生产率寄予厚望。

Claims

1.一种使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，其为除去了表面的氧化皮的钢材，以质量％计，所述钢材含有Si：0.08～0.20％和Al：超过0.03％且0.08％以下，并且含有P、Ti和V中的一种以上，进一步，满足下述式(1)和式(2)，

Al/Si≤0.45...(1)

262×(Al/Si)+197×(P/Si)+225×(Ti/Si)+50×(V/Si)＞123...(2)

2.根据权利要求1所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，其表面涂布有无机系的锌底漆。

3.根据权利要求1或2所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，其表面粗糙度基于十点平均粗糙度RzJIS为15～85μm。

4.根据权利要求1～3任一项所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，所述钢材具有如下钢组成：以质量％计，含有C：0.02～0.17％、Si：0.08～0.20％、Mn：0.20～1.60％、Cu：低于0.03％、Ni：0.05％以下、S：0.015％以下、Al：超过0.03％且0.08％以下和N：0.009％以下，并且含有P：0.04％以下、Ti：0.08％以下和V：0.08％以下中的一种以上，其余部分为Fe和杂质。

5.根据权利要求4所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Cr：0.2％以下。

6.根据权利要求4或5所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Mo：0.4％以下、W：0.4％以下和Nb：0.04％以下中的一种以上。

7.根据权利要求4～6任一项所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有B：0.003％以下。

8.根据权利要求4～7任一项所述的使用氧气的热切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Ca：0.005％以下、Mg：0.005％以下和REM：0.005％以下中的一种以上。

9.一种激光切断用钢材，其特征在于，其为除去了表面的氧化皮的钢材，以质量％计，所述钢材含有Si：0.08～0.20％和Al：超过0.03％且0.08％以下，并且含有P、Ti和V中的一种以上，进一步，满足下述式(1)和式(2)，

Al/Si≤0.45...(1)

262×(Al/Si)+197×(P/Si)+225×(Ti/Si)+50×(V/Si)＞123...(2)

10.根据权利要求9所述的激光切断用钢材，其特征在于，其表面涂布有无机系的锌底漆。

11.根据权利要求9或10所述的激光切断用钢材，其特征在于，其表面粗糙度基于十点平均粗糙度RzJIS为15～85μm。

12.根据权利要求9～11任一项所述的激光切断用钢材，其特征在于，所述钢材具有如下钢组成：以质量％计，含有C：0.02～0.17％、Si：0.08～0.20％、Mn：0.20～1.60％、Cu：低于0.03％、Ni：0.05％以下、S：0.015％以下、Al：超过0.03％且0.08％以下和N：0.009％以下，并且含有P：0.04％以下、Ti：0.08％以下和V：0.08％以下中的一种以上，其余部分为Fe和杂质。

13.根据权利要求12所述的激光切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Cr：0.2％以下。

14.根据权利要求12或13所述的激光切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Mo：0.4％以下、W：0.4％以下和Nb：0.04％以下中的一种以上。

15.根据权利要求12～14任一项所述的激光切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有B：0.003％以下。

16.根据权利要求12～15任一项所述的激光切断用钢材，其特征在于，以质量％计，其进一步含有Ca：0.005％以下、Mg：0.005％以下和REM：0.005％以下中的一种以上。