JP3577947B2 - レーザー切断性に優れた厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般溶接構造物、海洋構造物、ラインパイプ、圧力容器、橋梁等の使途に好適な、厚板圧延や鋼帯圧延などのプロセスで製造される厚鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚鋼板の切断加工は、従来よりガス切断が主流であった。しかし、近年、レーザ加工技術の進歩がめざましく、大出力（３〜６ｋＷ）発振器を有するレーザ加工機も実用化され、レーザ切断が厚鋼板の切断加工に利用されるようになってきた。レーザ切断は、切断面の精度に優れ、切断幅、熱影響部が小さく、自動化、無人化が可能なこと、騒音および粉塵が小さいことなどの利点があるが、従来のガス切断に比べ切断品質の安定性が低いという問題があった。しかし、最近では、光学機器の進歩や出力の増加によりレーザ切断の切断品質安定性は、かなり改善され、厚鋼板の切断加工におけるレーザ切断の利用はさらに拡大されつつある。
【０００３】
しかしながら、厚鋼板のレーザ切断は、薄鋼板の場合に比べ、レーザ出力、レンズ焦点距離、切断速度等の切断条件の適正範囲が狭く安定した切断が行いにくく、さらに鋼板の表面状態に強く影響されることが明らかになってきている。
このような問題に対し、例えば、特開平５−１１２８２１号公報には、レーザ切断性を劣化させるＳｉ、Ｍｎ、Ａｌを適正量に制限し、さらにスラブ加熱温度を１０５０〜１３００℃とし、８００ ℃以上で圧延を終了し冷却する、レーザ切断性に優れた厚鋼板の製造方法が提案されている。この方法によれば、鋼板表面のスケール密着性が良好とならないためレーザ切断のピアス性、切断持続性が良くなるとしている。
【０００４】
一方、特開平７−４８６２２ 号公報には、各圧下直後または２パス圧下直後に高圧水で水冷しながら熱間圧延を行い、圧延終了温度を８５０ ℃以下とする、スケールが黒色で薄くタイト性の優れた鋼板の製造方法が提案されている。また、特開平７−４８６２３ 号公報には、各圧下直後に高圧水で水冷しながら熱間圧延を行い、圧延終了後直ちに８００ 〜７００ ℃の温度まで水冷する、スケールが黒色で薄くタイト性の優れた鋼板の製造方法が提案されている。鋼板にこのようなスケールを形成することによりレーザ切断性が良好になるとしている。
【０００５】
また、特開平８−３６９２号公報には、スケールの表面粗さをＲａ：３．０ μｍ 以下とし、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒを０．３ｗｔ ％以上含有するレーザ切断用鋼板が提案されている。
また、特開平９−２７９３０５号公報には、０．００５ 〜０．１ ｗｔ％の微量Ｍｏを含有しスケール層の厚みを１０〜６０μｍ とした、安定したレーザー切断性を有する鋼材が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−１１２８２１号公報に記載された技術では、スケール密着性が低く、スケールの部分的剥離等により鋼板の美麗性が低下し外観不良となる場合があり、また、特開平７−４８６２２ 号公報および特開平７−４８６２３ 号公報に記載された技術では、圧延中の水冷強化や、鋼板温度の厳密な制御を必要とし製造上の制約が多く、また水冷や温度制御のために設備を新設あるいは増強する必要があり、コスト高となるなど問題があった。
【０００７】
また、特開平８−３６９２号公報に記載された技術では、レーザ切断を安定して行うにはまだ不十分であり、さらにスケールの表面粗さを調整するために頻繁なロール替えを必要とし、また高価な合金元素である、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒを比較的多量添加を必要とするなど、製造上の制約や経済的な問題があった。特開平９−２７９３０５号公報に記載された技術では、スケール厚さを調整するために、圧下条件や冷却条件を微妙に調整する必要があり、また微量とはいえ高価な合金元素であるＭｏを含有させる必要があるなど、製造上の制約やコスト的な問題が残されていた。
【０００８】
本発明は、上記した状況に鑑み、安価で、優れたレーザ切断性を有する鋼板およびその製造方法を提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋼板のレーザ切断について鋭意検討した。鋼板のレーザ切断においては、レーザビームのエネルギーを効率よく熱エネルギーに変換し鋼板を急速加熱するとともに、酸化反応により発生する熱をも効率的に用いることが、切断を安定して継続するために重要となる。しかし、レーザビーム幅は極めて狭く、照射面積が狭いためレーザビーム照射により鋼板に負荷される熱衝撃は大きく、発生する熱応力により従来の状態の表面スケールでは破壊され剥離する。
【００１０】
このスケールの破壊剥離が発生すると、鋼板の切断を安定に維持することが困難となる。そして、本発明者らは、このスケールの破壊剥離を防止するためには、表面スケールを空隙の少ない、地鉄との密着性に優れたスケールに制御することが重要であり、そのために、Ｃｒ、ＡｌとＣｕまたはＮｉを選択し、その含有量を調整し、さらに熱間圧延条件を適正条件とするのがよいとの知見を得た。
【００１１】
本発明は、上記知見に基づき、さらに検討した結果構成されたものである。
【００１２】
すなわち、第１の本発明は、重量％で、Ｃ：0.25％以下、Si：0.3 ％以下、Mn：1.5 ％以下、Cr：0.05〜0.5 ％、Al：0.02〜2.0 ％を含み、さらに、Cu：0.05〜0.5 ％およびNi：0.05〜0.5 ％のうち１種または２種を次（１）式
0.02 ≦Al＋Cu＋Ni≦2.0 ……（１）
（ここに、Al：Al含有量（重量％）、Cu：Cu含有量（重量％）、Ni：Ni含有量（重量％））を満足するように含有し、Ｐ： 0.05 ％以下、Ｓ： 0.05 ％以下とし、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、かつ表面のスケール層が地鉄との界面にAl2O3 含有層を有する鋼板である。また、第１の本発明では、上記した組成に加えてさらに重量％で、Ｎ：0.01％以下を含有してもよく、また、さらに重量％で、Nb：0.005 〜0.08％、Ｖ：0.005 〜0.1 ％、Mo：0.05〜0.5 ％、Ti：0.005 〜0.01％から選ばれた１種または２種以上を含有してもよい。
【００１３】
また、第２の本発明は、鋼スラブを、重量％で、Cr：0.05〜0.5 ％、Al：0.02〜2.0 ％を含み、さらに、Cu：0.05〜0.5 ％およびNi：0.05〜0.5 ％のうち１種または２種を次（１）式
0.02 ≦Al＋Cu＋Ni≦2.0 ……（１）
（ここに、Al：Al含有量（重量％）、Cu：Cu含有量（重量％）、Ni：Ni含有量（重量％））を満足するように含有し、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.05％以下とし、さらにＣ：0.25％以下、Si：0.3 ％以下、Mn：1.5 ％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼スラブとして、該鋼スラブを、1000〜1300℃の温度範囲に、好ましくは２h 以下加熱したのち、950 〜1050℃の温度範囲での滞留時間を100s以上とする熱間圧延を施して厚鋼板とすることを特徴とするレーザ切断性に優れた厚鋼板の製造方法である。
【００１４】
また、第２の本発明では、前記組成に加えて、重量％で、Ｎ：０．０１％以下を含有するのが好ましく、また、前記組成に加えて、さらに重量％で、Ｎｂ：０．００５ 〜０．０８％、Ｖ：０．００５ 〜０．１ ％、Ｍｏ：０．０５〜０．５ ％、Ｔｉ：０．００５ 〜０．０１％から選ばれた１種または２種以上を含有するのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、第１の本発明の化学組成の限定理由について説明する。
Ｃｒ：０．０５〜０．５ ％
Ｃｒは、鋼板表面に形成されるスケール中に拡散しスケールの空隙度を低下させ、レーザビームのエネルギーを鋼板に効率よく伝達させレーザ切断性を向上させる効果を示す。このような効果を得るためには、０．０５％以上の含有を必要とするが、０．５ ％を超える含有は、スケール厚が増大しかえって切断性を劣化させる。また、０．５ ％を超える含有は溶接部靱性や低温割れ感受性を高める。このようなことから、Ｃｒは０．０５〜０．５ ％の範囲に限定した。
【００１６】
Ａｌ：０．０２〜２．０ ％
Ａｌは圧延中に酸化され、地鉄とスケールとの界面にＡｌ２Ｏ３ を含有する薄層を形成し、表面スケールの地鉄との密着性を飛躍的に向上させる。スケールと地鉄との密着性が向上したことにより、スケールがレーザビームの良好なエネルギー吸収体として作用し、レーザ切断性が向上する。このような効果は、Ａｌを０．０２％以上含有した場合に認められるが、２．０ ％を超えるとスケール厚み、および界面の薄層の厚みが厚くなりすぎて、地鉄切断に供されるエネルギーが減少しレーザ切断性が低下する。このため、Ａｌは０．０２〜２．０ ％の範囲に限定した。
【００１７】
Ｃｕ：０．０５〜０．５ ％およびＮｉ：０．０５〜０．５ ％のうち１種または２種
ＣｕおよびＮｉは、Ａｌとともに添加すると、スケールの密着性を向上させ、レーザ切断性を改善する。本発明では、レーザ切断性の改善のため、Ａｌの含有に加えてＣｕおよびＮｉのうち１種または２種含有できる。
Ａｌの添加により、地鉄との界面にＡｌ２Ｏ３ を含有する薄層が形成され、レーザ切断性が飛躍的に向上するが、ＣｕおよびＮｉは、このＡｌ添加によるレーザ切断性の向上効果を補完する。この補完効果は、Ｃｕが０．０５％以上、Ｎｉが０．０５％以上の含有で認められる。一方、Ｃｕが０．５ ％、Ｎｉが０．５ ％を超えて含有されると、形成されるスケールが厚くなりすぎ、Ａｌ添加によるレーザ切断性の向上効果が減少する。このため、Ｃｕは０．０５〜０．５ ％、Ｎｉは０．０５〜０．５ ％の範囲とするのが好ましい。
【００１８】
上記したようにレーザ切断性向上に関してＣｕ、Ｎｉは、、Ａｌとの相互作用があるが、本発明では、Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ量を、次（１）式
０．０２ ≦Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ≦２．０ ……（１）
（ここに、Ａｌ：Ａｌ含有量（重量％）、Ｃｕ：Ｃｕ含有量（重量％）、Ｎｉ：Ｎｉ含有量（重量％））を満足する範囲に限定する。Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ量が、０．０２％未満では、レーザ切断性の向上が認められない。また、Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ量が、２．０ ％を超えると、形成されるスケールが厚くなりすぎ、Ａｌ添加によるレーザ切断性の向上効果が減少する。
【００１９】
上記した組成にすることにより、地鉄とスケールとの界面にAl2O3 を含有する薄層が形成される。これにより、スケールの密着性が向上しレーザ切断性が改善される。この薄層の厚みは３μm 以上30μm 以下とするのが好ましい。
Ｃ：0.25％以下
Ｃは、レーザ切断性にはほとんど影響しないが、強度を確保するために必要な元素であり所望の鋼板強度に応じ含有される。しかし、0.25％を超えると、溶接性が劣化するため、0.25％を上限とする。
【００２０】
Si：0.3 ％以下
Siは、脱酸剤として作用するとともに、強度を向上させる元素であり、スケールの密着性をわずかに向上させる。これらの効果は0.05％以上の含有で顕著に認められるが、しかし、0.3 ％を超える含有は、溶接性を劣化させる。このため、Siは0.3 ％以下とする。好ましくは0.05〜0.26％である。
【００２１】
Mn：1.5 ％以下
Mnは、強度および靱性を確保するために必要な元素であり、スケールの密着性をわずかに向上させる。これらの効果は好ましくは0.2 ％以上の含有で顕著に認められるが、しかし、1.5 ％を超える含有は、溶接割れ感受性が高くなる。このため、Mnは1.5 ％以下とする。より好ましくは0.2 〜1.5 ％である。
【００２２】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、レーザ切断性に影響する元素ではないが、多すぎると溶接性を劣化させるため、０．０１％以下に限定した。
Ｎｂ：０．００５ 〜０．０８％、Ｖ：０．００５ 〜０．０１％、Ｍｏ：０．０５〜０．５ ％、Ｔｉ：０．００５ 〜０．０１％から選ばれた１種または２種以上
Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉは、いずれも、レーザ切断性に影響する元素ではないが、強度、靱性等の機械的性質向上のための組織制御に効果のある元素であり、必要に応じ、これら元素のうちから１種または２種以上含有できる。Ｎｂ：０．００５ ％未満、Ｖ：０．００５ ％未満、Ｍｏ：０．０５％未満、Ｔｉ：０．００５ ％未満では、これらの効果が顕著に認められない。一方、Ｎｂ：０．０８％、Ｖ：０．１ ％、Ｍｏ：０．５ ％、Ｔｉ：０．０１％を超えると、溶接熱影響部の靱性劣化や硬化性の上昇などの要因となるためそれぞれ上限とするのが好ましい。
【００２３】
本発明では、上記した化学成分以外は残部Feおよび不可避的不純物である。
不可避的不純物として、Ｐ、Ｓはそれぞれ0.05％以下とする。Ｐ、Ｓがそれぞれ0.05％を超えるとレーザ切断性を劣化させる恐れがある。
つぎに、第２の本発明である、厚鋼板の製造方法について説明する。
好ましくは上記した組成の鋼を、通常公知の溶製方法で溶製し、造塊法または連続鋳造法で凝固させたのち、圧延素材（鋼スラブ）とするのが好ましい。ついでこれら鋼スラブを、加熱炉で1000〜1300℃の温度範囲に加熱する。スラブ加熱温度が1000℃未満では、１次スケールの形成過程でスケールと地鉄の界面の凹凸が小さくなり、十分な２次スケールの密着性が得られない。また、スラブ加熱温度が1300℃を超えると、スラブ表面の酸化が著しくなり、かえって１次スケールと地鉄の界面の凹凸が小さくなり２次スケールの密着性が劣化する。このような現象は加熱時間が長くなると1000〜1300℃の温度範囲においても発生する。このため、スラブ加熱時間は２ｈ以下とするのが好ましい。
【００２４】
鋼スラブは、加熱されたのち、熱間圧延により所望の板厚の厚鋼板とされる。本発明では、この熱間圧延工程において、９５０ 〜１０５０℃の温度範囲における圧延時の積算滞留時間を１００ｓ以上とする。
９５０ 〜１０５０℃という高温度範囲において１００ｓ以上滞留させることにより、上記したＣｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉの作用が一層促進され、地鉄とスケールとの界面にＡｌ２Ｏ３ を含有する薄層が形成されるとともに、鋼板表面のスケールが均一に形成され、レーザ切断性が向上し、しかも切断の安定性が増加する。圧延の滞留温度が９５０ ℃未満では、上記した効果が十分に得られない。また、圧延の滞留温度が１０５０℃を超えると１次スケールの形成が著しくなり、界面の凹凸が小さくなりそのため、２次スケールの密着性が劣化しレーザ切断性が劣化する。
【００２５】
【実施例】
表１に示す組成の鋼スラブ（２００ 〜３１０ ｍｍ厚）に、表２に示す熱間圧延条件で熱間圧延を施し、圧延後空冷して板厚２０ｍｍの厚鋼板とした。これら厚鋼板について、レーザ切断性を調査した。
レーザ切断性は、５．５ｋＷ 出力の炭酸ガスレーザを用い、酸素圧力０．３ｋｇｆ／ｃｍ２として、切断速度を変化して厚鋼板をレーザ切断した。鋼板裏面側でドロスの付着が見られない限界切断速度を求め、０、１、２の３段階に区分して評価した。レーザ切断性の評価０は限界切断速度が０．８ｍｍ／ｍｉｎ 以下の場合であり、評価１は限界切断速度が０．８ｍｍ／ｍｉｎ 超１．１ｍｍ／ｍｉｎ 以下、評価２は限界切断速度が１．１ｍｍ／ｍｉｎ 超の場合である。
【００２６】
レーザ切断性の評価結果を表２に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
本発明例鋼板のレーザ切断性は、本発明の範囲を外れる比較例に比べ、優れている。Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ含有量が本発明の範囲内であり、スケールに地鉄との界面にＡｌ２Ｏ３ を含む薄層が形成された例が、評価２であり、レーザ切断性がもっとも優れている。Ａｌ２Ｏ３ を含む薄層の形成が少ないか、スケール厚が厚くなった例では、評価１となり、レーザ切断性が若干劣化している。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、良好なレーザ切断性を有する厚鋼板が得られ、レーザ切断加工の品質、精度が向上し、しかも安定したレーザ切断が可能となるうえ、切断能率が大幅に向上し、産業上格段の効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般溶接構造物、海洋構造物、ラインパイプ、圧力容器、橋梁等の使途に好適な、厚板圧延や鋼帯圧延などのプロセスで製造される厚鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚鋼板の切断加工は、従来よりガス切断が主流であった。しかし、近年、レーザ加工技術の進歩がめざましく、大出力（３〜６ｋＷ）発振器を有するレーザ加工機も実用化され、レーザ切断が厚鋼板の切断加工に利用されるようになってきた。レーザ切断は、切断面の精度に優れ、切断幅、熱影響部が小さく、自動化、無人化が可能なこと、騒音および粉塵が小さいことなどの利点があるが、従来のガス切断に比べ切断品質の安定性が低いという問題があった。しかし、最近では、光学機器の進歩や出力の増加によりレーザ切断の切断品質安定性は、かなり改善され、厚鋼板の切断加工におけるレーザ切断の利用はさらに拡大されつつある。
【０００３】
しかしながら、厚鋼板のレーザ切断は、薄鋼板の場合に比べ、レーザ出力、レンズ焦点距離、切断速度等の切断条件の適正範囲が狭く安定した切断が行いにくく、さらに鋼板の表面状態に強く影響されることが明らかになってきている。
このような問題に対し、例えば、特開平５−１１２８２１号公報には、レーザ切断性を劣化させるＳｉ、Ｍｎ、Ａｌを適正量に制限し、さらにスラブ加熱温度を１０５０〜１３００℃とし、８００ ℃以上で圧延を終了し冷却する、レーザ切断性に優れた厚鋼板の製造方法が提案されている。この方法によれば、鋼板表面のスケール密着性が良好とならないためレーザ切断のピアス性、切断持続性が良くなるとしている。
【０００４】
一方、特開平７−４８６２２ 号公報には、各圧下直後または２パス圧下直後に高圧水で水冷しながら熱間圧延を行い、圧延終了温度を８５０ ℃以下とする、スケールが黒色で薄くタイト性の優れた鋼板の製造方法が提案されている。また、特開平７−４８６２３ 号公報には、各圧下直後に高圧水で水冷しながら熱間圧延を行い、圧延終了後直ちに８００ 〜７００ ℃の温度まで水冷する、スケールが黒色で薄くタイト性の優れた鋼板の製造方法が提案されている。鋼板にこのようなスケールを形成することによりレーザ切断性が良好になるとしている。
【０００５】
また、特開平８−３６９２号公報には、スケールの表面粗さをＲａ：３．０ μｍ 以下とし、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒを０．３ｗｔ ％以上含有するレーザ切断用鋼板が提案されている。
また、特開平９−２７９３０５号公報には、０．００５ 〜０．１ ｗｔ％の微量Ｍｏを含有しスケール層の厚みを１０〜６０μｍ とした、安定したレーザー切断性を有する鋼材が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−１１２８２１号公報に記載された技術では、スケール密着性が低く、スケールの部分的剥離等により鋼板の美麗性が低下し外観不良となる場合があり、また、特開平７−４８６２２ 号公報および特開平７−４８６２３ 号公報に記載された技術では、圧延中の水冷強化や、鋼板温度の厳密な制御を必要とし製造上の制約が多く、また水冷や温度制御のために設備を新設あるいは増強する必要があり、コスト高となるなど問題があった。
【０００７】
また、特開平８−３６９２号公報に記載された技術では、レーザ切断を安定して行うにはまだ不十分であり、さらにスケールの表面粗さを調整するために頻繁なロール替えを必要とし、また高価な合金元素である、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒを比較的多量添加を必要とするなど、製造上の制約や経済的な問題があった。特開平９−２７９３０５号公報に記載された技術では、スケール厚さを調整するために、圧下条件や冷却条件を微妙に調整する必要があり、また微量とはいえ高価な合金元素であるＭｏを含有させる必要があるなど、製造上の制約やコスト的な問題が残されていた。
【０００８】
本発明は、上記した状況に鑑み、安価で、優れたレーザ切断性を有する鋼板およびその製造方法を提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋼板のレーザ切断について鋭意検討した。鋼板のレーザ切断においては、レーザビームのエネルギーを効率よく熱エネルギーに変換し鋼板を急速加熱するとともに、酸化反応により発生する熱をも効率的に用いることが、切断を安定して継続するために重要となる。しかし、レーザビーム幅は極めて狭く、照射面積が狭いためレーザビーム照射により鋼板に負荷される熱衝撃は大きく、発生する熱応力により従来の状態の表面スケールでは破壊され剥離する。
【００１０】
このスケールの破壊剥離が発生すると、鋼板の切断を安定に維持することが困難となる。そして、本発明者らは、このスケールの破壊剥離を防止するためには、表面スケールを空隙の少ない、地鉄との密着性に優れたスケールに制御することが重要であり、そのために、Ｃｒ、ＡｌとＣｕまたはＮｉを選択し、その含有量を調整し、さらに熱間圧延条件を適正条件とするのがよいとの知見を得た。
【００１１】
本発明は、上記知見に基づき、さらに検討した結果構成されたものである。
【００１２】
すなわち、第１の本発明は、重量％で、Ｃ：0.25％以下、Si：0.3 ％以下、Mn：1.5 ％以下、Cr：0.05〜0.5 ％、Al：0.02〜2.0 ％を含み、さらに、Cu：0.05〜0.5 ％およびNi：0.05〜0.5 ％のうち１種または２種を次（１）式
0.02 ≦Al＋Cu＋Ni≦2.0 ……（１）
（ここに、Al：Al含有量（重量％）、Cu：Cu含有量（重量％）、Ni：Ni含有量（重量％））を満足するように含有し、Ｐ： 0.05 ％以下、Ｓ： 0.05 ％以下とし、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、かつ表面のスケール層が地鉄との界面にAl2O3 含有層を有する鋼板である。また、第１の本発明では、上記した組成に加えてさらに重量％で、Ｎ：0.01％以下を含有してもよく、また、さらに重量％で、Nb：0.005 〜0.08％、Ｖ：0.005 〜0.1 ％、Mo：0.05〜0.5 ％、Ti：0.005 〜0.01％から選ばれた１種または２種以上を含有してもよい。
【００１３】
また、第２の本発明は、鋼スラブを、重量％で、Cr：0.05〜0.5 ％、Al：0.02〜2.0 ％を含み、さらに、Cu：0.05〜0.5 ％およびNi：0.05〜0.5 ％のうち１種または２種を次（１）式
0.02 ≦Al＋Cu＋Ni≦2.0 ……（１）
（ここに、Al：Al含有量（重量％）、Cu：Cu含有量（重量％）、Ni：Ni含有量（重量％））を満足するように含有し、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.05％以下とし、さらにＣ：0.25％以下、Si：0.3 ％以下、Mn：1.5 ％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼スラブとして、該鋼スラブを、1000〜1300℃の温度範囲に、好ましくは２h 以下加熱したのち、950 〜1050℃の温度範囲での滞留時間を100s以上とする熱間圧延を施して厚鋼板とすることを特徴とするレーザ切断性に優れた厚鋼板の製造方法である。
【００１４】
また、第２の本発明では、前記組成に加えて、重量％で、Ｎ：０．０１％以下を含有するのが好ましく、また、前記組成に加えて、さらに重量％で、Ｎｂ：０．００５ 〜０．０８％、Ｖ：０．００５ 〜０．１ ％、Ｍｏ：０．０５〜０．５ ％、Ｔｉ：０．００５ 〜０．０１％から選ばれた１種または２種以上を含有するのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、第１の本発明の化学組成の限定理由について説明する。
Ｃｒ：０．０５〜０．５ ％
Ｃｒは、鋼板表面に形成されるスケール中に拡散しスケールの空隙度を低下させ、レーザビームのエネルギーを鋼板に効率よく伝達させレーザ切断性を向上させる効果を示す。このような効果を得るためには、０．０５％以上の含有を必要とするが、０．５ ％を超える含有は、スケール厚が増大しかえって切断性を劣化させる。また、０．５ ％を超える含有は溶接部靱性や低温割れ感受性を高める。このようなことから、Ｃｒは０．０５〜０．５ ％の範囲に限定した。
【００１６】
Ａｌ：０．０２〜２．０ ％
Ａｌは圧延中に酸化され、地鉄とスケールとの界面にＡｌ２Ｏ３ を含有する薄層を形成し、表面スケールの地鉄との密着性を飛躍的に向上させる。スケールと地鉄との密着性が向上したことにより、スケールがレーザビームの良好なエネルギー吸収体として作用し、レーザ切断性が向上する。このような効果は、Ａｌを０．０２％以上含有した場合に認められるが、２．０ ％を超えるとスケール厚み、および界面の薄層の厚みが厚くなりすぎて、地鉄切断に供されるエネルギーが減少しレーザ切断性が低下する。このため、Ａｌは０．０２〜２．０ ％の範囲に限定した。
【００１７】
Ｃｕ：０．０５〜０．５ ％およびＮｉ：０．０５〜０．５ ％のうち１種または２種
ＣｕおよびＮｉは、Ａｌとともに添加すると、スケールの密着性を向上させ、レーザ切断性を改善する。本発明では、レーザ切断性の改善のため、Ａｌの含有に加えてＣｕおよびＮｉのうち１種または２種含有できる。
Ａｌの添加により、地鉄との界面にＡｌ２Ｏ３ を含有する薄層が形成され、レーザ切断性が飛躍的に向上するが、ＣｕおよびＮｉは、このＡｌ添加によるレーザ切断性の向上効果を補完する。この補完効果は、Ｃｕが０．０５％以上、Ｎｉが０．０５％以上の含有で認められる。一方、Ｃｕが０．５ ％、Ｎｉが０．５ ％を超えて含有されると、形成されるスケールが厚くなりすぎ、Ａｌ添加によるレーザ切断性の向上効果が減少する。このため、Ｃｕは０．０５〜０．５ ％、Ｎｉは０．０５〜０．５ ％の範囲とするのが好ましい。
【００１８】
上記したようにレーザ切断性向上に関してＣｕ、Ｎｉは、、Ａｌとの相互作用があるが、本発明では、Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ量を、次（１）式
０．０２ ≦Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ≦２．０ ……（１）
（ここに、Ａｌ：Ａｌ含有量（重量％）、Ｃｕ：Ｃｕ含有量（重量％）、Ｎｉ：Ｎｉ含有量（重量％））を満足する範囲に限定する。Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ量が、０．０２％未満では、レーザ切断性の向上が認められない。また、Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ量が、２．０ ％を超えると、形成されるスケールが厚くなりすぎ、Ａｌ添加によるレーザ切断性の向上効果が減少する。
【００１９】
上記した組成にすることにより、地鉄とスケールとの界面にAl2O3 を含有する薄層が形成される。これにより、スケールの密着性が向上しレーザ切断性が改善される。この薄層の厚みは３μm 以上30μm 以下とするのが好ましい。
Ｃ：0.25％以下
Ｃは、レーザ切断性にはほとんど影響しないが、強度を確保するために必要な元素であり所望の鋼板強度に応じ含有される。しかし、0.25％を超えると、溶接性が劣化するため、0.25％を上限とする。
【００２０】
Si：0.3 ％以下
Siは、脱酸剤として作用するとともに、強度を向上させる元素であり、スケールの密着性をわずかに向上させる。これらの効果は0.05％以上の含有で顕著に認められるが、しかし、0.3 ％を超える含有は、溶接性を劣化させる。このため、Siは0.3 ％以下とする。好ましくは0.05〜0.26％である。
【００２１】
Mn：1.5 ％以下
Mnは、強度および靱性を確保するために必要な元素であり、スケールの密着性をわずかに向上させる。これらの効果は好ましくは0.2 ％以上の含有で顕著に認められるが、しかし、1.5 ％を超える含有は、溶接割れ感受性が高くなる。このため、Mnは1.5 ％以下とする。より好ましくは0.2 〜1.5 ％である。
【００２２】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、レーザ切断性に影響する元素ではないが、多すぎると溶接性を劣化させるため、０．０１％以下に限定した。
Ｎｂ：０．００５ 〜０．０８％、Ｖ：０．００５ 〜０．０１％、Ｍｏ：０．０５〜０．５ ％、Ｔｉ：０．００５ 〜０．０１％から選ばれた１種または２種以上
Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉは、いずれも、レーザ切断性に影響する元素ではないが、強度、靱性等の機械的性質向上のための組織制御に効果のある元素であり、必要に応じ、これら元素のうちから１種または２種以上含有できる。Ｎｂ：０．００５ ％未満、Ｖ：０．００５ ％未満、Ｍｏ：０．０５％未満、Ｔｉ：０．００５ ％未満では、これらの効果が顕著に認められない。一方、Ｎｂ：０．０８％、Ｖ：０．１ ％、Ｍｏ：０．５ ％、Ｔｉ：０．０１％を超えると、溶接熱影響部の靱性劣化や硬化性の上昇などの要因となるためそれぞれ上限とするのが好ましい。
【００２３】
本発明では、上記した化学成分以外は残部Feおよび不可避的不純物である。
不可避的不純物として、Ｐ、Ｓはそれぞれ0.05％以下とする。Ｐ、Ｓがそれぞれ0.05％を超えるとレーザ切断性を劣化させる恐れがある。
つぎに、第２の本発明である、厚鋼板の製造方法について説明する。
好ましくは上記した組成の鋼を、通常公知の溶製方法で溶製し、造塊法または連続鋳造法で凝固させたのち、圧延素材（鋼スラブ）とするのが好ましい。ついでこれら鋼スラブを、加熱炉で1000〜1300℃の温度範囲に加熱する。スラブ加熱温度が1000℃未満では、１次スケールの形成過程でスケールと地鉄の界面の凹凸が小さくなり、十分な２次スケールの密着性が得られない。また、スラブ加熱温度が1300℃を超えると、スラブ表面の酸化が著しくなり、かえって１次スケールと地鉄の界面の凹凸が小さくなり２次スケールの密着性が劣化する。このような現象は加熱時間が長くなると1000〜1300℃の温度範囲においても発生する。このため、スラブ加熱時間は２ｈ以下とするのが好ましい。
【００２４】
鋼スラブは、加熱されたのち、熱間圧延により所望の板厚の厚鋼板とされる。本発明では、この熱間圧延工程において、９５０ 〜１０５０℃の温度範囲における圧延時の積算滞留時間を１００ｓ以上とする。
９５０ 〜１０５０℃という高温度範囲において１００ｓ以上滞留させることにより、上記したＣｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉの作用が一層促進され、地鉄とスケールとの界面にＡｌ２Ｏ３ を含有する薄層が形成されるとともに、鋼板表面のスケールが均一に形成され、レーザ切断性が向上し、しかも切断の安定性が増加する。圧延の滞留温度が９５０ ℃未満では、上記した効果が十分に得られない。また、圧延の滞留温度が１０５０℃を超えると１次スケールの形成が著しくなり、界面の凹凸が小さくなりそのため、２次スケールの密着性が劣化しレーザ切断性が劣化する。
【００２５】
【実施例】
表１に示す組成の鋼スラブ（２００ 〜３１０ ｍｍ厚）に、表２に示す熱間圧延条件で熱間圧延を施し、圧延後空冷して板厚２０ｍｍの厚鋼板とした。これら厚鋼板について、レーザ切断性を調査した。
レーザ切断性は、５．５ｋＷ 出力の炭酸ガスレーザを用い、酸素圧力０．３ｋｇｆ／ｃｍ２として、切断速度を変化して厚鋼板をレーザ切断した。鋼板裏面側でドロスの付着が見られない限界切断速度を求め、０、１、２の３段階に区分して評価した。レーザ切断性の評価０は限界切断速度が０．８ｍｍ／ｍｉｎ 以下の場合であり、評価１は限界切断速度が０．８ｍｍ／ｍｉｎ 超１．１ｍｍ／ｍｉｎ 以下、評価２は限界切断速度が１．１ｍｍ／ｍｉｎ 超の場合である。
【００２６】
レーザ切断性の評価結果を表２に示す。
【００２７】
【表１】
【表２】
本発明例鋼板のレーザ切断性は、本発明の範囲を外れる比較例に比べ、優れている。Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ含有量が本発明の範囲内であり、スケールに地鉄との界面にＡｌ２Ｏ３ を含む薄層が形成された例が、評価２であり、レーザ切断性がもっとも優れている。Ａｌ２Ｏ３ を含む薄層の形成が少ないか、スケール厚が厚くなった例では、評価１となり、レーザ切断性が若干劣化している。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、良好なレーザ切断性を有する厚鋼板が得られ、レーザ切断加工の品質、精度が向上し、しかも安定したレーザ切断が可能となるうえ、切断能率が大幅に向上し、産業上格段の効果を奏する。
Claims (7)
- 重量％で、
Ｃ：0.25％以下、 Si：0.3 ％以下、
Mn：1.5 ％以下、 Cr：0.05〜0.5 ％、
Al：0.02〜2.0 ％を含み、さらに、
Cu：0.05〜0.5 ％およびNi：0.05〜0.5 ％のうち１種または２種を下記（１）式を満足するように含有し、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.05％以下とし、残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ表面のスケール層が地鉄との界面にAl2O3 含有層を有することを特徴とするレーザー切断性に優れた厚鋼板。
記
0.02 ≦Al＋Cu＋Ni≦2.0 ……（１）
ここに、Al：Al含有量（重量％）
Cu：Cu含有量（重量％）
Ni：Ni含有量（重量％） - 重量％で、Ｎ：0.01％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板。
- 重量％で、Nb：0.005 〜0.08％、Ｖ：0.005 〜0.1 ％、Mo：0.05〜0.5 ％、Ti：0.005 〜0.01％から選ばれた１種または２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載の厚鋼板。
- 重量％で、
Ｃ： 0.25 ％以下、 Si ： 0.3 ％以下、
Mn ： 1.5 ％以下、 Cr：0.05〜0.5 ％、
Al：0.02〜2.0 ％を含み、さらに、
Cu：0.05〜0.5 ％およびNi：0.05〜0.5 ％のうち１種または２種を下記（１）式を満足するように含有し、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.05％以下とし、残部 Fe および不可避的不純物からなる組成の鋼スラブを、1000〜1300℃の温度範囲に加熱したのち、950 〜1050℃の温度範囲での滞留時間を100s以上とする熱間圧延を施して、表面のスケール層が地鉄との界面にAl2O3 含有層を有する厚鋼板とすることを特徴とするレーザー切断性に優れた厚鋼板の製造方法。
記
0.02 ≦Al＋Cu＋Ni≦2.0 ……（１）
ここに、Al：Al含有量（重量％）
Cu：Cu含有量（重量％）
Ni：Ni含有量（重量％） - 前記組成に加えて、重量％で、Ｎ：0.01％以下を含有することを特徴とする請求項４に記載の厚鋼板の製造方法。
- 前記組成に加えて、さらに重量％で、Nb：0.005 〜0.08％、Ｖ：0.005 〜0.1 ％、Mo：0.05〜0.5 ％、Ti：0.005 〜0.01％から選ばれた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４または５に記載の厚鋼板の製造方法。
- 前記1000〜1300℃の温度範囲の加熱時間を２h 以下とすることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の厚鋼板の製造方法。
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