JP3822697B2 - レ−ザ−切断用鋼材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は造船、橋梁等の分野において、鋼材製造から建造までの期間が比較的長く、この間の鋼材の錆止めが必要で、レーザー切断加工が使用される鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
造船、橋梁等の分野では、従来から錆止めとして鋼材にプライマ−処理を施すことが一般的であった。これらの分野で使用される鋼材は比較的厚めの鋼板（ｔ＞１０ｍｍ）が多く、加工法として、ガス切断やプラズマ切断等が使用されてきた。一方近年、大出力のレーザー加工機の登場により、切断品質の向上や能率向上のため、レーザー切断を加工に使用する場合が多くなってきており、今後とも増加する傾向である。
【０００３】
本発明者らはすでに、鋼板の表面性状や鋼成分を制御して、レーザー切断性の優れた鋼を見いだしている。しかしながら、平成５年に登場した大出力の６ｋｗ／ＣＯ₂レーザー加工機の登場により、レーザー加工機の適用分野が従来の自動車部品、産業機械等のプライマ−処理をしないで鋼板加工を行う分野から造船、橋梁分野まで拡大され始めた。しかしながら、レーザー切断は鋼板の表面の影響を強く受けることも知られており、特に亜鉛（Ｚｎ）を含有するプライマ−処理鋼板の切断は高速切断が難しく、問題となっていた。
【０００４】
これまでにレーザー切断性が優れた鋼板として、特開平５−１１２８２１号公報、特開平７−１５５９７５号公報などが知られている。しかしながら、いずれの発明もプライマ−処理は考慮されてなく、鋼成分と鋼板表面状態を制御して、レーザー切断性を向上させるもので、プライマー処理を行った鋼材で更にレーザー切断性を向上させる鋼板は存在していなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにプライマー処理を施した鋼板をレーザー切断する場合、同じ板厚のプライマー処理を施していない鋼板を切断する場合に比較して、切断速度をかなり低減する必要があり、一般的には、切断速度を２割程度も落として作業能率の低下を余儀なくされていた。従って、切断能率の低下を防止するため、レーザー切断性の優れたプライマ−処理鋼材の開発が強く望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を克服し、その目的を達成するもので、その具体的手段を以下に示す。本発明の主旨は、
（１） 鋼材に塗布したプライマー剤が以下の条件を満足したことを特徴とするレーザー切断用鋼材。
９．６ｇ／ｍ^２≦Ｚｎ≦４０ｇ／ｍ²、
および、
Ｚｎ＋８（ＳｉＯ₂）≦５０ｇ／ｍ²
【０００７】
（２）鋼材の成分が重量比で、
Ｃ：０．０２〜０．３０％、
Ｓｉ：０．３％以下、
Ｍｎ：０．３〜１．６％、
更に、
Ｎｉ：１％以下、
Ｃｕ：１％以下、
Ｍｏ：１％以下、
Ｃｒ：０．５％以下
のうち１種あるいは２種以上を含有し、他はＦｅ又は不可避不純物からなることを特徴とする（１）記載のレーザー切断用鋼材。
【０００８】
（３）上記（１）あるいは（２）記載のレーザー切断用鋼材において、プライマー剤が更に顔料を含有したことを特徴とするレーザー切断用鋼材である。
【０００９】
本発明者らは、まずレーザー切断性に及ぼすプライマ−の影響を各種鋼板を使用して検討し、プライマ−中のＺｎやシリケ−ト（ＳｉＯ₂）が大きな影響を及ぼすことを見いだした。
【００１０】
図１は本発明者らが得た知見で、レーザー切断可能な切断速度範囲とプライマー剤に含有されるＺｎ＋８（ＳｉＯ₂）の量との関係を表わしたものである。
【００１１】
レーザー切断可能速度範囲はＺｎ＋８（ＳｉＯ₂）の量に大きく依存しており、２０ｇ／ｍ²以下では、殆ど変化ないが、５０ｇ／ｍ²では切断可能速度が５％程度低下し、５０ｇ／ｍ²超では急激に切断可能速度が低下している。更に、７０ｇ／ｍ²では、１４％も低下することが分かる。
【００１２】
塗料中のＺｎは、レーザー切断時に溶解、ガス化すると見られ、この際に、レーザーエネルギ−を消費するために、切断速度を低減せざるを得ない状態となると考えらる。更に多量のＺｎの含有では、Ｚｎの溶解やガス化に消費されるエネルギ−の他、ガス状のＺｎがレーザービ−ムのエネルギ−を減衰させるため切断可能速度が低下するものと推定される。このため、塗装後のプライマー剤中のＺｎ含有量は４０ｇ／ｍ²以下に制限する必要がある。
【００１３】
しかしながら、Ｚｎは錆止めとして必須であり、上記のようにレーザー切断性を阻害しない範囲で９．６ｇ／ｍ ^２ 以上含有させる必要がある。その範囲内であれば、鋼材の地膚の露出期間、即ち、鋼材を製造してから腐蝕処理を施すまでの期間によってＺｎ量を任意に決定すればよい。
【００１４】
また、プライマー剤中のＳｉＯ₂は、プライマー層の耐火性向上・強度向上の目的から必要な成分であるが、ＳｉＯ₂は高温まで安定であり、レーザーエネルギ−を鋼板に伝導させる働きを妨げるため、切断速度を低減せざるを得ない状態になると考えられる。調査の結果ＳｉＯ₂は、Ｚｎに比較して８倍程度の悪影響を及ぼすため、極力少ない量が好ましい。
【００１５】
従って、プライマー剤中に含有されるＺｎとＳｉＯ₂の合計量を制限する必要があり、Ｚｎ＋８（ＳｉＯ₂）を５０ｇ／ｍ²以下とすることが必要である。この範囲内であれば（ＳｉＯ₂）量もそのプライマー層が必要とする耐火度・強度に応じて任意に決定すれば良い。
【００１６】
なお、プライマー剤中に着色などの目的で含有される樹脂、顔料等はレーザー切断性に悪影響がないため、特に制限をしない。顔料としては、通常使用される有機又は無機顔料を用いることができる。
【００１７】
次に、鋼成分の限定理由について述べる。
【００１８】
鋼成分も、上記のプライマー剤中のＺｎ、ＳｉＯ₂ほどではないが、レーザー切断可能速度に影響を及ぼすので、望ましくは、その含有量を規定した方が良い。
【００１９】
Ｃは、鋼の強度確保のため必須の元素であるが、添加量が多すぎるとレーザー切断中にＣＯガスを発生し、鋼の酸化発熱反応を妨げ、切断性を劣化させるので、０．３％を上限とする。また、０．０２％未満では、レーザー切断性が悪化し、また、所定の強度を得ることができないため、下限値を０．０２％とする。
【００２０】
Ｓｉは、Ｆｅに比較して酸化されやすく酸化反応熱も大きく、レーザー切断性を劣化させるため、少ないほど好ましいが、鋼の強度確保や脱酸上必要な場合があり、上限の値を０．３％とする。逆に他の成分によって脱酸あるいは強度確保ができれば、Ｓｉ添加の必要はなく、下限は特に規定しない。
【００２１】
Ｍｎは、レーザー切断性を劣化させることが少なく、鋼の強度や靱性確保に有効な元素である。０．３％未満では、その効果も少ないため０．３％を下限値とした。しかしながら、多すぎるとレーザー切断性を劣化させるため、１．６％を上限の値とする。
【００２２】
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏは鋼の強度確保に有効であり、Ｆｅに比較し酸化され難く、酸化反応熱も小さいため、レーザー切断性を向上させる効果があるが、高価な元素であり、１％を超える添加では経済性を失するため、１％を上限の値とした。
【００２３】
Ｃｒは、鋼の強度確保に有効であるが、レーザー切断性を劣化させる影響があり、０．５％を上限の値とする。
【００２４】
なお、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ等の元素が通常量、（例えば、脱酸のためにＡｌを０．０６重量％以下、脱酸あるいはＨＡＺ組織の微細化のためにＴｉを０．０２％以下、焼入れ性のためにＢを０．００３０％以下、析出効果による強度アップのためにＮｂを０．０４％以下あるいは、Ｖを０．０６％以下）添加されたり、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ等の不純物元素が通常程度の量であれば、レーザー切断性には、殆ど影響しないため、特に規定する必要はない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施例）
表１に本発明による鋼と比較鋼の化学成分、プライマ−処理内容、表２、表３にレーザー切断性の評価結果を示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
【表３】

ここで、各水準の結果を切断面のＲａとドロス付着とによって評価している。切断面のＲａが２０μｍ超、もしくは、剥離性ではないドロスが付着している場合（表中×印で示している）、グラインダーによる手入れあるいは切断作業が必須となり、切断能率を著しく低下させる。それに対して、Ｒａが１５μｍ以下、あるいは、ドロスが付着しても剥離性のもの（表中△○◎印で示している）であれば、グラインダーによる作業はほとんど必要ない。
【００２９】
鋼１〜１０は本発明による鋼であり、鋼成分が本発明鋼の制限範囲で、プライマ−処理のＺｎ量が４０ｇ／ｍ²以下で、Ｚｎ＋８（ＳｉＯ₂）量が２７．４〜４５．５ｇ／ｍ²である。本発明鋼のレーザー切断性は高速切断の１０００ｍｍ／ｍｉｎまで優れた特性（評価が○）を示し、１０５０ｍｍ／ｍｉｎでも良好な切断評価（評価が△）となっている。
【００３０】
これに対し、比較鋼１１では鋼成分は本発明鋼２と同じであるが、Ｚｎ＋８（ＳｉＯ₂）が７０．１と高く、高速切断条件での切断性が悪い。
【００３１】
比較鋼１２も比較鋼１１と同様、鋼成分は本発明鋼４と同じであるが、Ｚｎ＋８（ＳｉＯ₂）が６６．３と高く、高速切断条件での切断性が悪い。比較鋼１３も比較鋼１１と同様、鋼成分は本発明鋼８と同じであるが、Ｚｎ量が４０ｇ／ｍ²を超え、Ｚｎ＋８（ＳｉＯ₂）が７０．３と高く、高速切断条件での切断性が悪い。
【００３２】
比較鋼１４はプライマ−処理は本発明鋼と同じであるが、Ｃ量が極めて低いため、低速、高速切断条件ともに、切断性が悪い。
【００３３】
比較鋼１５はプライマ−処理は本発明鋼と同じであるが、Ｃ量が極めて高いため、高速切断条件での切断性が悪い。
【００３４】
本発明のプライマ−処理鋼板はレーザー切断性に優れており、造船、橋梁分野でレーザー切断加工される鋼として最適である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、プライマー層のＺｎ及びＳｉＯ₂を制限し、さらに、鋼材の成分をも制限することにより、プライマー処理鋼板でもレーザー切断速度を低減させることなく切断できるため、造船橋梁などに供する鋼材でも、錆なく、切断面品質の高いものが得られ、レーザー切断性の優れたプライマ−処理鋼板を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー切断可能速度と塗料中のＺｎ＋８（ＳｉＯ₂）との関係を表わす図である。

Claims (3)

1. 鋼材に塗布したプライマー剤が以下の条件を満足したことを特徴とするレーザー切断用鋼材。
   ９．６ｇ／ｍ^２≦Ｚｎ≦４０ｇ／ｍ²、
   および、
   Ｚｎ＋８（ＳｉＯ₂）≦５０ｇ／ｍ²
2. 鋼材の成分が重量比で、
   Ｃ：０．０２〜０．３０％、
   Ｓｉ：０．３％以下、
   Ｍｎ：０．３〜１．６％以下、
   更に、
   Ｎｉ：１％以下、
   Ｃｕ：１％以下、
   Ｍｏ：１％以下、
   Ｃｒ：０．５％以下
   のうち１種あるいは２種以上を含有し、他はＦｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする、請求項１記載のレーザー切断用鋼材。
3. 請求項１あるいは２記載のレーザー切断用鋼材において、プライマー剤が更に顔料を含有したことを特徴とするレーザー切断用鋼材。

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