WO2009101951A1 - 酸素を用いる熱切断用鋼材 - Google Patents

酸素を用いる熱切断用鋼材 Download PDF

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WO2009101951A1
WO2009101951A1 PCT/JP2009/052266 JP2009052266W WO2009101951A1 WO 2009101951 A1 WO2009101951 A1 WO 2009101951A1 JP 2009052266 W JP2009052266 W JP 2009052266W WO 2009101951 A1 WO2009101951 A1 WO 2009101951A1
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WO
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less
cutting
steel material
steel
laser cutting
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PCT/JP2009/052266
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English (en)
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Takayuki Kamimura
Kazuki Fujiwara
Yoshiaki Shintaku
Takao Maeda
Satoshi Kubo
Hikaru Okada
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
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    • C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper

Definitions

  • the present invention relates to a steel material for thermal cutting using oxygen, and more particularly to a steel material for thermal cutting using oxygen from which surface scale has been removed, which can be cut at high speed with a laser, plasma, gas or the like.
  • oxygen that can be cut at high speed with laser, plasma, gas, etc., even when it is coated with a so-called “zinc primer”, which is a primary anti-corrosion paint containing zinc dust, especially inorganic zinc primer.
  • zinc primer is a primary anti-corrosion paint containing zinc dust, especially inorganic zinc primer. It also relates to steel for thermal cutting using
  • laser cutting machines can be applied not only to thin plates with a thickness of 3.2 mm or less, but also to thick plates with a thickness of up to 30 mm. Laser cutting machines are also popular.
  • Laser cutting machine has advantages not seen in gas cutting machines and the like because it has few safety problems and can be operated at night.
  • steel materials may be represented by “steel plates”) so that sufficient work can be secured. Is desirable.
  • the above troubles can be broadly divided into two types, one with a cause on the cutting machine side and one with a cause on the steel plate side.
  • the laser cutting performance is greatly influenced by the surface properties of the steel sheet.
  • the biggest problem is that if the cutting speed is increased, scratches and dross adhere to the cut surface easily, so that the cutting speed cannot be increased and the workability is reduced, and the cutting work is caused by defective cutting.
  • the cutting operation is interrupted during unattended operation at night, the post-process is greatly affected, and the productivity is significantly reduced.
  • the cutting speed cannot be increased, but also there is a limit to the plate thickness that can be cut by laser cutting, and there are cases where a steel plate that is too thick cannot be cut.
  • the improvement of laser cutting speed has been studied mainly by improving the surface primer.
  • Patent Document 1 the amount of Zn and SiO 2 (silica) in a zinc primer to be coated on a steel material is limited, and in particular, the amount of SiO 2 is reduced as much as possible to improve laser cutting performance.
  • SiO 2 is a component contained in the primer from the viewpoint of improving the fire resistance and strength of the primer layer.
  • SiO 2 is stable up to a high temperature, the conduction of laser energy to the steel plate is prevented. It is described that it has a very large adverse effect on the cutting speed.
  • Patent Document 2 includes a silicate condensate, zinc powder, and a pigment having a lower melting point than iron such as talc, mica, petal, ferroalloy, and fluorite, and has excellent laser cutting properties.
  • a “primary rust preventive coating composition” (primer) is disclosed.
  • Patent Document 3 discloses a “steel plate pretreatment method” obtained by coating a composition mainly composed of a silicon-based inorganic binder and fine zinc powder having an average particle diameter of 5 ⁇ m or less.
  • the plasma cutting machine has the advantage of not requiring maintenance as much as the laser cutting machine.
  • the life of consumables used in the cutting machine is short, and especially when cutting thick steel plates, it is necessary to generate plasma with high output, so the life of consumables is extremely short. There was a problem. Therefore, when performing plasma cutting, it is required to cut at high speed without significantly increasing the output.
  • Patent Document 4 discloses a “steel plate excellent in fusing property” suitable for applying a thermal cutting method such as laser cutting or plasma cutting.
  • Both the primer proposed in Patent Document 1 and the coating composition proposed in Patent Document 2 are still inadequate for laser cutting using a recent high-power laser cutting machine. It is not possible to sufficiently cope with cutting of high-speed steel plates exceeding 4 mm and high-speed cutting. Further, since measures against occurrence of defective cutting are not taken into consideration, cutting interruption is likely to occur particularly during unattended operation at night.
  • the amount of SiO 2 in the paint is remarkably reduced.
  • the paint does not contain any SiO 2 . For this reason, it is difficult to avoid that the fire resistance and strength of the coating film become insufficient. If the strength of the coating film is reduced, the coating film may be easily peeled off or scratched, leading to deterioration of the rust prevention property.
  • Patent Document 3 the steel sheet treated by the above-mentioned method is evaluated for fusing property by laser cutting, but the test is considered to be performed by adjusting the focus of the laser (that is, optimization), It was not evaluated in consideration of laser defocus. Further, the laser cutting test (melting test) is performed at a speed of 1 m / min (1000 mm / min), and laser cutting performance at a higher speed is not evaluated.
  • Patent Document 4 describes plasma cutting, but the plasma cutting test is performed at a speed of 0.1 m / min, and this speed cannot be put into practical use.
  • an object of the present invention is to provide a steel material for thermal cutting using oxygen capable of cutting steel material at high speed, especially when a laser cutting machine as a thermal cutting machine is used for unattended operation at night.
  • Laser cutting steel that is unlikely to cause cutting problems, especially improves the laser cutting performance of painted steel, and can prevent cutting interruptions when a high-power laser cutting machine performs unattended operation at night. Is to provide.
  • the present inventors first conducted various investigations on the laser cutting property of steel using a high-power laser cutting machine. As a result, first, the following findings (a) and (b) were obtained.
  • the present inventors further conducted an investigation focusing on the surface of the steel material that the laser first reached. As a result, the following knowledge (g) was obtained.
  • the surface properties of the steel material affect the laser cutting property.
  • the surface roughness is small, the reflection of the laser beam becomes remarkable, and the cutting performance is deteriorated without sufficiently transferring energy to the steel surface.
  • a zinc primer since sufficient adhesion durability of a coating film cannot be obtained, it is not preferable.
  • the surface roughness is large, the laser is irregularly reflected on the surface of the steel material, and the laser cutting property is lowered.
  • the present invention has been completed on the basis of the above findings, and the gist of the present invention is a steel material for thermal cutting using oxygen shown in the following (1) to (8) and a laser shown in (9) to (16). It is in steel for cutting.
  • a steel material for thermal cutting using oxygen which contains one or more of V and V, and further satisfies the following formulas (1) and (2).
  • the element symbol in (1) Formula and (2) Formula represents content in the mass% of the element.
  • a steel material from which the scale of the surface has been removed includes, by mass%, Si: 0.08 to 0.20% and Al: more than 0.03% and 0.08% or less, and P, Ti And a steel material for laser cutting characterized by containing one or more of V and further satisfying the following formulas (1) and (2).
  • the element symbol in (1) Formula and (2) Formula represents content in the mass% of the element.
  • REM is a generic name for a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM refers to the total content of one or more elements of REM.
  • inventions relating to the steel for thermal cutting using oxygen shown in (1) to (8) and the steels for laser cutting shown in (9) to (16) are respectively referred to as “present invention (1)” to “present”.
  • invention (16) ". Also, it may be collectively referred to as “the present invention”.
  • the steel material for thermal cutting using oxygen of the present invention (that is, steel material for oxygen cutting containing oxygen as an assist gas, in other words, a steel material for thermal cutting using an oxidation reaction) can perform a stable thermal cutting operation at a high speed, It can be used for laser cutting, plasma cutting and gas cutting.
  • the steel material for laser cutting according to the present invention is insensitive to laser defocus due to swell or scratches, so the range of fluctuation from the laser focus position that can be cut is large, and the heat input to cutting is increased. Even in this case, it has a very good laser cutting property that the burning phenomenon hardly occurs.
  • the steel material of the present invention is used, even when a zinc primer layer that is a primary anti-corrosion coating is formed, cutting at a very high speed using a high-power laser cutting machine is possible, and in addition, cutting failure Therefore, it is possible to prevent cutting interruption during unattended operation at night, especially at a high speed of 1050 mm / min for a steel material with a thickness of 16 mm and 800 mm / min for a steel material with a thickness of 23 mm. A stable laser cutting operation can be performed.
  • Si 0.08 to 0.20%
  • thermal cutting using oxygen may be represented by “laser cutting”.
  • the Si content is less than 0.08%, a sufficient amount of Fe 2 SiO 4 is not generated at the time of cutting, and the cutting property is lowered. That is, the eutectic temperature of Fe 2 SiO 4 is 1173 ° C., which is much lower than the melting point of FeO (1369 ° C.). Therefore, if Fe 2 SiO 4 is present in the iron oxide generated at the time of laser cutting, the liquid phase is maintained up to 1173 ° C., so that it is easy to discharge molten Fe or iron oxide in a low temperature range. . However, if the Si content in the base material is less than 0.08%, the amount of Fe 2 SiO 4 produced is reduced and it becomes difficult to discharge the molten Fe or iron oxide, so the melting of the cut surface proceeds. A phenomenon called “Egure” occurs.
  • the Si content is set to 0.08 to 0.20%.
  • the upper limit with preferable Si content is 0.18%.
  • the preferred lower limit is 0.10%.
  • Al more than 0.03% and not more than 0.08%
  • Al is Fe or iron melted by lowering the eutectic temperature of Fe 2 SiO 4 present in iron oxide generated for deoxidation and during laser cutting. It is an element necessary for facilitating the discharge of the oxide in a low temperature range and enhancing the laser cutting property, and it is necessary to contain an amount exceeding 0.03%.
  • the Al content is more than 0.03% and 0.08% or less.
  • the minimum of Al content shall be 0.035%.
  • P, Ti and V P, Ti, and V are all elements that lower the eutectic point of Fe 2 SiO 4 , and have an action of facilitating discharge of molten Fe or iron oxide in a low temperature range and improving laser cutting property. For this reason, it was decided to include one or more of P, Ti and V. In addition, content of P, Ti, and V must satisfy
  • the chemical composition contains Si: 0.08 to 0.20% and Al: more than 0.03% and 0.08% or less, and contains one or more of P, Ti and V
  • the laser cutting property is insufficient only by lowering the eutectic temperature of Fe 2 SiO 4 present in the iron oxide generated during laser cutting. Therefore, it is necessary to satisfy the following formulas (1) and (2).
  • Al, P, the Ti and V lower the eutectic point of the Fe 2 SiO 4 effect, in other words, is effective to lower the temperature at which Fe 2 SiO 4 is present as a liquid phase, the Fe 2 SiO 4
  • the eutectic point depends on the ratio of these elements to the Si content. Since the effect is different for each element, the above formula (2) is required in consideration of the dependency of each element.
  • the formula (2) is not satisfied, that is, when the value of “262 ⁇ (Al / Si) + 197 ⁇ (P / Si) + 225 ⁇ (Ti / Si) + 50 ⁇ (V / Si)” is 123 or less
  • the laser cutting property cannot be improved stably and reliably.
  • the expression (2) that is, [262 ⁇ (Al / Si) + 197 ⁇ (P / Si) + 225 ⁇ (Ti / Si) + 50 ⁇ (V / Si)> 123] is also satisfied. If this condition is satisfied, the laser cutting property can be improved stably and reliably.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (1) and the steel for laser cutting according to the present invention (9) are Si: 0.08 to 0.20% and Al: 0.03. % And 0.08% or less, and contains at least one of P, Ti and V, and further satisfies the above formulas (1) and (2).
  • the steel material having the chemical composition of the item (A) exhibits a certain excellent cutting property even when the scale after rolling is attached as the surface condition.
  • the scale properties may change depending on the heat treatment conditions and the like, and the cutting performance may be greatly affected.
  • the steel material for thermal cutting according to the present invention (1) is defined to remove the scale of the surface in order to improve the thermal cutting property using oxygen more stably and reliably.
  • the steel material for laser cutting according to the present invention (9) is also defined as removing the surface scale in order to improve the laser cutting property more stably and reliably.
  • the method for removing the scale after rolling need not be specified.
  • a known processing method such as pickling or shot blasting may be used.
  • the steel material for thermal cutting according to the present invention (1) and the steel material for laser cutting according to the present invention (9) exhibit the effect even when an inorganic zinc primer is applied to the surface after removing the scale on the surface. To do. That is, as described above, since the temperature at which Fe 2 SiO 4 exists as a liquid phase decreases, even in a state where an inorganic zinc primer is applied to the surface of the steel material, thermal cutting properties using good oxygen, respectively. And has laser cutting properties.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (2) and the steel for laser cutting according to the present invention (10) are respectively the steel for thermal cutting using the oxygen of the present invention (1) and the present invention (9). ),
  • the method of applying an inorganic zinc primer to the surface of the steel material is not particularly required, and may be performed by a known processing method such as air spraying or brushing.
  • the inorganic zinc primer a known commercially available inorganic zinc primer can be used. That is, a paint containing an alkyl silicate resin as a main component and containing Zn powder can be used.
  • the eutectic temperature lowers further when the primer is added with a pigment containing Al, P, Ti and V, which is an element that lowers the temperature at which Fe 2 SiO 4 is present as a liquid phase in an inorganic zinc primer. Due to the effect of the above, the thermal cutting ability using oxygen such as laser cutting ability is improved.
  • the film thickness of the dried coating film of the inorganic zinc primer to be applied is preferably in the range of 9 to 25 ⁇ m. Even if the coating film is thinner than 9 ⁇ m or thicker than 25 ⁇ m, the thermal cutting ability using oxygen such as laser cutting ability may be lowered. When the coating film is thinner than 9 ⁇ m, the corrosion resistance may be deteriorated.
  • the above-mentioned film thickness means an average film thickness.
  • An electromagnetic film thickness meter for example, “CRT-2000II electromagnetic digital film thickness meter” manufactured by Sanko Electronic Laboratory Co., Ltd. is used. Can be obtained as an average value obtained by measuring 10 or more film thicknesses.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (3) and the steel for laser cutting according to the present invention (11) have a surface roughness of 10-point average roughness RzJIS specified in JIS B 0601 (2001).
  • RzJIS 10-point average roughness
  • the thermal cutting ability and the laser cutting ability using oxygen are improved.
  • the surface roughness is less than 15 ⁇ m, energy may not be sufficiently transmitted to the steel material surface and cutting performance may deteriorate. This is because, for example, in the case of laser cutting, the reflection of laser light becomes significant.
  • the surface roughness is less than 15 ⁇ m, the adhesion durability of the coating film when the zinc primer is applied may not be obtained.
  • the cutting ability may be deteriorated because energy is not sufficiently transmitted to the steel material surface. This is because, for example, in the case of laser cutting, the laser is irregularly reflected on the steel surface.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (3) and the steel for laser cutting according to the present invention (11) are respectively the steel for cutting using oxygen of the present invention (1) or (2) and the present Among the steel materials for laser cutting according to the invention (9) or (10), the surface roughness is specified to be 15 to 85 ⁇ m by 10-point average roughness RzJIS.
  • the steel material according to the present invention preferably contains the following amount of elements.
  • C 0.02 to 0.17% Since C is an element that increases the strength, it is preferable to contain 0.02% or more. However, if it exceeds 0.17%, the toughness of the steel sheet may be deteriorated. Therefore, the C content is preferably 0.02 to 0.17%. Note that C is an inexpensive element, and an effect of improving the cutting property by reaction heat between O (oxygen) and C in steel can be expected when cutting with a laser. For this reason, the lower limit of the C content is more preferably 0.05%. Further, the upper limit of the C content is more preferably 0.16%.
  • Mn 0.20 to 1.60% Since Mn is an element effective for ensuring the strength of the steel material, it is preferably contained in an amount of 0.20% or more. However, if the Mn content exceeds 1.60%, deterioration of toughness and laser cutting property may be caused. Therefore, the Mn content is preferably 0.20 to 1.60%. In addition, it is more preferable that the lower limit of the Mn content is 0.30%.
  • Cu less than 0.03% Cu exists in steel as an impurity, and when the content is large, there is a concern of causing Cu checking. For this reason, it is good to suppress Cu content to below a fixed quantity, and it is preferable to set it as less than 0.03%.
  • Ni 0.05% or less Ni is also present in the steel as an impurity, and when the content is large, the quality of the slab may be adversely affected. For this reason, the Ni content is preferably suppressed to a certain amount or less, and preferably 0.05% or less.
  • S 0.015% or less S is present in steel as an impurity and has little effect on laser cutting properties, but if its content is large, there is a risk of adversely affecting mechanical properties such as toughness. There is. Therefore, the S content is preferably suppressed to a certain amount or less, and is preferably 0.015% or less.
  • N 0.009% or less N is present in steel as an impurity, and when its content is large, the weldability and the quality of the slab may be adversely affected. For this reason, the N content is preferably suppressed to a certain amount or less, and is preferably 0.009% or less.
  • P, Ti and V are all Fe. 2
  • the amount of P, Ti, and V is increased in a large amount under the condition that the amount of Si and Al described in the item (A) is included and the expressions (1) and (2) are satisfied.
  • P 0.04% or less
  • P is an element that is inevitably contained as an impurity, but has the effect of lowering the eutectic point of Fe 2 SiO 4 to increase the laser cutting property, so that P is contained in a large amount. Good laser cutting property can be obtained.
  • the P content is preferably suppressed to a certain amount or less, and is preferably 0.04% or less.
  • the lower limit of the P content is preferably 0.01%.
  • Ti 0.08% or less Ti is an element that lowers the eutectic point of Fe 2 SiO 4 . Therefore, the better the laser cutting property, the higher the content of Ti, but when the content is large, the toughness of the welded portion may be adversely affected and the cost will be disadvantageous. For this reason, the Ti content is preferably suppressed to a certain amount or less, and preferably 0.08% or less.
  • Ti also has the effect
  • V 0.08% or less
  • V is also an element that lowers the eutectic point of Fe 2 SiO 4 .
  • the content of V is preferably suppressed to a certain amount or less, and is preferably 0.08% or less.
  • V also has the effect of increasing the strength of the steel sheet by precipitation strengthening.
  • V is preferably contained in an amount of 0.02% or more. Therefore, the lower limit of the V content is preferably 0.02%.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (4) and the steel for laser cutting according to the present invention (12) are each oxygen of any one of the present inventions (1) to (3).
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (4) and the steel for laser cutting according to the present invention (14) are further selected from the following groups (a) to (d) as necessary. Further, one or more elements can be contained.
  • one or more elements selected from the groups (A) to (D) may be contained.
  • Cr 0.2% or less Cr has the effect of increasing the strength of the steel sheet.
  • the Cr content is desirably 0.02% or more. More desirably, it is 0.03% or more.
  • Cr oxide having a high melting point is formed to deteriorate the hot metal flowability, which may lead to deterioration of the roughness of the laser cut surface and formation of a cut notch.
  • the content of Cr is set to 0.2% or less.
  • the minimum of Cr content shall be 0.02%, and if it is 0.03%, it is still more preferable.
  • Mo 0.4% or less
  • W 0.4% or less
  • Nb 0.04% or less Mo
  • W 0.4% or less
  • Nb 0.04% or less Mo
  • W, and Nb have the effect of increasing the strength. You may contain said element. This will be described in detail below.
  • Mo has the effect of increasing the strength of the steel sheet by solid solution strengthening. In order to acquire this effect, it is preferable to contain Mo 0.1% or more. However, if Mo is contained in a large amount exceeding 0.4%, it is disadvantageous in terms of cost, and weldability may be impaired. For this reason, content of Mo in the case of making it contain was 0.4% or less. In addition, when making it contain, it is preferable that the minimum of Mo content shall be 0.1%.
  • W also has the effect of increasing the strength of the steel sheet by solid solution strengthening. In order to acquire this effect, it is preferable to contain W 0.05% or more. However, if W is contained in a large amount exceeding 0.4%, it is disadvantageous in terms of cost and weldability may be impaired. For this reason, when W is included, the content of W is set to 0.4% or less. In addition, when making it contain, it is preferable that the minimum of W content shall be 0.05%.
  • Nb has the effect of increasing the strength of the steel sheet by precipitation strengthening.
  • the Nb content is preferably 0.005% or more.
  • containing a large amount of Nb exceeding 0.04% is disadvantageous in terms of cost and may deteriorate the toughness of the welded portion. Therefore, when Nb is contained, the Nb content is set to 0.04% or less.
  • the minimum of Nb content shall be 0.005%.
  • the above-mentioned Mo, W and Nb can contain one or more of them.
  • B 0.0030% or less B has an effect of improving hardenability. In order to acquire this effect, it is preferable to contain B 0.0005% or more. However, when B is contained in excess of 0.0030%, the weldability may be deteriorated. For this reason, when B is included, the content of B is set to 0.0030% or less. In addition, when making it contain, it is preferable that the minimum of B content shall be 0.0005%.
  • Ca has the effect of improving HAZ toughness. In order to acquire this effect, it is preferable to contain Ca 0.001% or more. However, if the Ca content exceeds 0.005%, the laser cutting property may be impaired. Therefore, when Ca is contained, the content of Ca is set to 0.005% or less. In addition, when making it contain, it is preferable that the minimum of Ca content shall be 0.001%.
  • Mg has the effect of improving HAZ toughness. In order to acquire this effect, it is preferable to contain Mg 0.001% or more. However, if the Mg content exceeds 0.005%, the laser cutting property may be impaired. For this reason, when Mg is contained, the content of Mg is set to 0.005% or less. In addition, when making it contain, it is preferable that the minimum of Mg content shall be 0.001%.
  • REM has the effect of improving HAZ toughness. In order to acquire this effect, it is preferable to contain REM 0.001% or more. However, if the content of REM exceeds 0.005%, the laser cutting property may be impaired. Therefore, the content of REM in the case of inclusion is set to 0.005% or less. In addition, when making it contain, it is preferable that the minimum of REM content shall be 0.001%.
  • the above Ca, Mg, and REM can contain one or more of them.
  • REM is a generic name for a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoids, and that the content of REM refers to the total content of one or more elements of REM. That's right.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (5) and the steel for laser cutting according to the present invention (13) are respectively the steel for thermal cutting using oxygen of the present invention (4) and the present invention.
  • the steel materials for laser cutting according to the invention (12) Cr: 0.2% or less is further contained.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (6) and the steel for laser cutting according to the present invention (14) are respectively steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (4) or (5) and Among the steel materials for laser cutting of the present invention (12) or (13), at least one of Mo: 0.4% or less, W: 0.4% or less and Nb: 0.04% or less is further contained. It was supposed to contain.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (7) and the steel for laser cutting according to the present invention (15) are heats using any one of the oxygen according to the present invention (4) to (6), respectively.
  • steel materials for cutting and steel materials for laser cutting according to any one of the present inventions (12) to (14) Mo: 0.4% or less, W: 0.4% or less, and Nb: 0.04% It shall contain one or more of the following.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention (8) and the steel material for laser cutting according to the present invention (16) each use one of the oxygens according to the present invention (4) to (7).
  • the steel materials for thermal cutting and any of the steel materials for laser cutting according to the present invention (12) to (15) Ca: 0.005% or less, Mg: 0.005% or less, and REM: 0.005 % Or less of 1% or less.
  • the thickness of the steel for thermal cutting and the steel for laser cutting using oxygen of the present invention is not particularly limited.
  • a thin-walled one can naturally be cut, but even a one having a thickness of 12 mm or more can be cut sufficiently. Therefore, the thickness of the steel material is preferably 12 mm or more.
  • the thickness of the steel material that can be cut depends on the output characteristics of the cutting machine. For this reason, when performing laser cutting, the upper limit of the thickness of the steel material is preferably 30 mm. In the case of plasma cutting, the upper limit of the thickness of the steel material is preferably 80 mm. Furthermore, in the case of gas cutting, the upper limit of the thickness of the steel material is preferably 4000 mm.
  • Example 1 Steels 1 to 19 having the chemical compositions shown in Table 1 were melted in the laboratory, and then hot-rolled to produce two types of steel materials having a width of 250 mm, a length of 500 mm, and a thickness of 16 mm and 23 mm, respectively. .
  • Steels 1 to 16 in Table 1 are steels of the present invention examples whose chemical compositions are within the range defined by the present invention.
  • Steels 17 to 19 are comparative steels whose chemical compositions deviate from the conditions specified in the present invention.
  • an inorganic zinc primer (Cerabond 2000 Gray S manufactured by China Paint Co., Ltd.) was applied by air spray to the surface of each steel material except for test number 1 in Table 2, that is, each steel material of test numbers 2 to 20. did.
  • the zinc primer is applied to a small painting robot (PX-800 manufactured by Yaskawa Electric Co., Ltd., moving linear speed is 380 mm / s) and a painting gun (Devilbis T-AGHV, nozzle diameter 1.2 mm, cap No. 807).
  • the atomizing air pressure is 0.128 MPa (1.3 kgf / cm 2 )
  • the pattern air pressure is 0.098 MPa (1.0 kgf / cm 2 )
  • the paint discharge rate is 132 g / min
  • the gun distance is 150 mm. It went on condition of.
  • the film thickness at any 81 points on the surface of the steel material was measured using an electromagnetic digital film thickness meter (CRT-2000II manufactured by Sanko Electronics Laboratory Co., Ltd.) It was arithmetically averaged to determine the average film thickness for each test number.
  • the average film thickness was in the range of 14 to 16 ⁇ m.
  • the laser cutting machine used for the cutting was a CO 2 laser with an output of 6 KW manufactured by Koike Oxygen Co., Ltd.
  • the cutting conditions were a duty (output time% per pulse oscillation time) of 60%, a frequency of 1000 Hz,
  • the oxygen gas pressure was 0.05 MPa on the inside and 0.03 MPa on the outside.
  • a 50 mm ⁇ 50 mm square bar (however, corner R is 3 mm) is cut out from each steel material, and the presence or absence of a notch phenomenon (that is, the presence or absence of scratches on the cut surface) is investigated. That is, the adhesion state of the deposits on the cut back surface of the molten steel containing oxide was observed.
  • the cutting speed was changed according to the plate thickness.
  • the laser cutting performance is evaluated by first determining the laser focus on the steel surface. In other words, the positioned nozzle tip position is set to “0”, and then the nozzle tip position is set to 0.5 mm pitch from the “0” position. The test was carried out under the condition of moving away from the steel material surface and the condition of approaching the steel material, and it was determined whether or not a notch phenomenon and cutting failure due to sticking occurred. Then, the maximum deviation of the nozzle tip position where both notch phenomenon and adhesion of noro were observed was measured, and the deviation from the laser focus position where cutting was possible, that is, the fluctuation range was obtained.
  • the cutting speed in this case was 900 mm / min when the steel thickness was 16 mm, and 600 mm / min when the steel thickness was 23 mm.
  • the critical cutting speed is evaluated by fixing the nozzle tip position to the position of “0”, in other words, fixing the laser focus on the surface of the steel material, and the above-mentioned 900 mm / min (when the steel material thickness is 16 mm). ) Or 600 mm / min (when the steel thickness is 23 mm), the cutting speed was increased by 50 mm / min, and whether or not notching, noro adhesion, and burning cutting failure occurred was determined. The maximum cutting speed at which none of the notch phenomenon, adhesion of sticking and burning was observed was taken as the limit cutting speed.
  • Table 2 summarizes the above survey results.
  • the fluctuation range from the laser focus position that can be cut is expressed as “cuttable focus position”.
  • the fluctuation range from the focus position that can be cut is 3.5 mm or more when the thickness of the steel material is 16 mm, When the thickness of the steel material is 23 mm, it is 1.5 mm or more, and all the steel materials are insensitive to laser defocusing. Further, the limit cutting speed is 1050 mm when the thickness of the steel material is 16 mm. / Min or more, and when the thickness of the steel material is 23 mm, it is as large as 800 mm / min or more, and it is clear that the laser cutting property is excellent.
  • the fluctuation range from the focus position where cutting is possible is as small as 2.0 to 2.5 mm, and the limit cutting speed is also low. It stayed at 900 mm / min.
  • the cutting speed of 600 mm / min is the limit of laser cutting, and the variation range from the focus position where cutting is possible is as small as 0.5 mm, which is a little. This was a situation where cutting failure occurred due to changes in the conditions.
  • Example 2 The same test as in Example 1 was performed with various changes in the surface roughness of the steel material. More specifically, test pieces having different surface roughness RzJIS were prepared by using steel 1 and steel 3 shown in Table 1 and varying the size of shot spheres in shot blasting, and are shown in Example 1. The laser cutting property was evaluated in the same manner as the above.
  • Table 3 shows the survey results when the surface roughness was changed.
  • the test materials of test numbers 21 to 24 are steel materials with scale removed, and the test materials of test numbers 25 to 28 were coated with zinc primer in the same manner as in ⁇ Example 1> after scale removal. It is what.
  • Test No. 1 and Test No. 3 of ⁇ Example 1> are described as Test No. 21 and Test No. 25, respectively.
  • the range of fluctuation from the focus position that can be cut is 3.0 mm or more when the thickness of the steel material is 16 mm, and 1 when the thickness of the steel material is 23 mm. 5 mm or more, and all the steel materials are insensitive to laser defocusing.
  • the critical cutting speed is 1050 mm / min or more when the steel thickness is 16 mm, and the steel thickness is 23 mm. In some cases, it is large at 750 mm / min or more, and it is clear that the laser cutting property is excellent.
  • the laser cutting properties are particularly excellent in the case of test numbers 21, 22, 25 and 26 having a surface roughness RzJIS in the range of 15 to 85 ⁇ m.
  • Example 3> Using the remaining steel material used in ⁇ Example 1>, a steel material having a thickness of 23 mm in particular was plasma cut, and the plasma cutting property was evaluated.
  • the plasma cutting machine used for the cutting was a plasma cutting machine (Super 400) manufactured by Koike Oxygen Industry Co., Ltd.
  • the cutting conditions were an output current of 137.8 A and oxygen as the plasma gas.
  • test numbers 29 to 45 of the present invention examples satisfying the conditions specified in the present invention can be cut at 2000 mm / min or more and have excellent plasma cutting performance. is there.
  • the limit cutting speed was 1680 mm / min at most.
  • the steel material of the present invention can perform a high-speed and stable thermal cutting operation, and can be used for laser cutting, plasma cutting, and gas cutting.
  • the steel material for laser cutting of the present invention is insensitive to laser defocus due to swell or scratches, so that the range of fluctuation from the focus position where laser cutting is possible is large, and the cutting heat input It has extremely good laser cutting property that the burning phenomenon hardly occurs even when the height is increased.
  • the steel material of the present invention is used, even when a zinc primer layer that is a primary anti-corrosion coating is formed, cutting at a very high speed using a high-power laser cutting machine is possible, and in addition, cutting failure Therefore, it is possible to prevent interruption during unattended operation at night, which can greatly contribute to the productivity of laser cutting.

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Abstract

　表面のスケールを除去した鋼材であって、Ｓｉ：０．０８～０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、元素記号をその元素の含有量として、〔Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５〕および〔２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３〕の式を満たす鋼材は、高速で安定した熱切断作業を実施することができ、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断用として使用できる。この鋼材は表面に無機系のジンクプライマーを塗布したものであってもよい。

Description

酸素を用いる熱切断用鋼材
　本発明は、酸素を用いる熱切断用鋼材に関し、詳しくは、レーザー、プラズマ、ガス等で高速切断することが可能な、表面のスケールを除去した酸素を用いる熱切断用鋼材に関する。特に、亜鉛末を含有する一次防錆塗料であるいわゆる「ジンクプライマー」、なかでも無機系のジンクプライマーを塗装した状態であっても、レーザー、プラズマ、ガス等で高速切断することが可能な酸素を用いる熱切断用鋼材にも関する。
　近年、レーザー切断機の技術進歩が著しく、板厚が３．２ｍｍ以下の薄板のみならず、板厚が３０ｍｍまでの厚板の切断にもレーザー切断機が適用可能になり、厚板の切断にもレーザー切断機が普及している。
　レーザー切断機は、安全上の問題が少なく、夜間の無人運転が可能であるため、ガス切断機などには見られない利点を有している。
　なお、レーザー切断機による夜間の無人運転を行うには、十分な仕事量が確保できるように、大きな鋼材（以下、鋼材を「鋼板」で代表させて説明することがある。）を用いた作業とすることが望ましい。
　しかしながら、夜間に無人運転する場合には、切断トラブルが起きた際にそのトラブルを処理する作業員が居ないために、トラブルが放置されたり、あるいはトラブル品が量産されてしまうという問題が生じる。これらのトラブルのうちで大きなものの例としては、切断がストップしてしまうというものが、また、小さなものの例としては、切断面が乱れるというものが挙げられるが、特に切断面の乱れに関しては、製品の商品価値を損なう要因となる場合や次工程、例えば溶接施工へ悪影響を及ぼすことになる。このため、切断面の手直しのためにコストの増大をきたし、場合によっては、不良品としてスクラップ処理せざるを得ない場合もあって、看過できないものである。
　前記のトラブルは、切断機側に原因があるものと鋼板側に原因があるものの２つに大別される。
　切断機側に原因があるトラブルには、さまざまな要因が考えられ、一例として、夜間の電圧変動によるレーザー出力の変化および切断機の振動や大きな鋼板の微小なうねり、キズ等による不具合がある。こうしたトラブル要因を解消するために種々の工夫がなされているが、完全に解消することは不可能である。
　このため、近年では、切断機側にレーザー出力の変動、振動といった問題が多少生じたとしても、切断条件の変動に対する余裕幅が大きく、夜間の無人運転を可能にする大きな鋼板が求められ、その鋼板全体に高品質であることが要求される。
　なお、従来から、レーザー切断性には鋼板の表面性状の影響が大きいことが指摘されている。特に、亜鉛末を含有するジンクプライマーで塗装された鋼板のレーザー切断には種々の問題があることが知られている。それらのうちで特に大きな問題としては、切断速度を上げると切断面にキズやドロス付着が発生しやすいために、切断速度を上げることができず作業性が低下することおよび、切断不良によって切断作業を中断する事態に陥り、特に、夜間の無人運転中に切断作業が中断すると後工程に大きな影響を及ぼして、生産性が著しく低下することが挙げられる。なお、切断速度を上げることができないだけではなく、レーザー切断によって切断可能な板厚にも限界があり、板厚が大きすぎる鋼板は切断できない場合がある。
　レーザー切断速度の向上に関しては、従来、主として表面のプライマーの改良による検討がなされてきた。
　例えば、特許文献１には、鋼材に塗装するジンクプライマー中のＺｎおよびＳｉＯ２（シリカ）の量を制限し、特に、ＳｉＯ２量を極力下げて、レーザー切断性を向上させた「レーザー切断用鋼材」が開示されている。この特許文献１には、ＳｉＯ２は、プライマー層の耐火性向上と強度向上の観点からプライマーに含有させる成分であるが、ＳｉＯ２は高温まで安定であるため、レーザーエネルギーの鋼板への伝導を妨げ、切断速度への悪影響が非常に大きいことが記載されている。
　また、特許文献２には、珪酸エステル縮合物、亜鉛末および、例えば、タルク、マイカ、弁柄、フェロ合金、蛍石などの鉄よりも融点が低い顔料を含有する、レーザー切断性に優れた「一次防錆塗料組成物」（プライマー）が開示されている。
　さらに、特許文献３には、ケイ素系無機結合剤と平均粒子径５μｍ以下の微細な亜鉛末とを主成分とする組成物を塗装してなる「鋼板前処理方法」が開示されている。
　一方、プラズマ切断においても技術進歩が著しく、切断面の質および切断代に関して急速な改善がみられている。なお、プラズマ切断機はレーザー切断機ほどのメンテナンスを必要としない利点がある。しかし、プラズマ切断では、切断機に使用される消耗品の寿命が短く、特に、厚鋼板を切断する場合には高出力でプラズマを発生させる必要があるため、消耗品の寿命が極めて短くなるという問題があった。したがって、プラズマ切断を行う際には、大幅に出力を高めずに高速で切断することが求められている。
　特許文献４には、レーザー切断、プラズマ切断などの熱切断法を適用するのに好適な「溶断性に優れた鋼板」が開示されている。
特開平１０－２２６８４６号公報 特開２００２－１１４９４４号公報 特開２００１－２９５０７１号公報 特開平１１－１９９９８４号公報
　前述の特許文献１で提案されたプライマーおよび特許文献２で提案された塗料組成物はいずれも、近年の大出力レーザー切断機を用いたレーザー切断に対してはなお効果が不十分であり、１６ｍｍを超える厚鋼板の切断や高速切断には十分に対応することができない。また、切断不良の発生に対する対策が考慮されていないため、特に夜間の無人運転において、切断中断が発生しやすくなってしまう。
　さらに、特許文献１で提案された技術の場合は塗料中のＳｉＯ２量を著しく低減し、また、特許文献２で提案された技術の場合には塗料がＳｉＯ２を全く含有していない。このため、塗膜の耐火性や強度が不十分になることを避け難い。塗膜の強度低下が生じた場合には、塗膜の剥離やキズが付きやすくなる可能性があるので、防錆性の劣化をきたすことにもつながってしまう。
　特許文献３には、前述の方法で処理した鋼板について、レーザー切断による溶断性が評価されているものの、その試験はレーザーの焦点を調整（すなわち、最適化）して行ったものと考えられ、レーザーの焦点ずれを考慮して評価したものではない。また、レーザー切断試験（溶断試験）は１ｍ／分（１０００ｍｍ／ｍｉｎ）の速度で行われており、それより高速でのレーザー切断性については評価されていない。
　特許文献４には、プラズマ切断に関しての記載があるが、プラズマ切断試験は０．１ｍ／ｍｉｎの速度で行われており、この速度では実用には耐えない。
　そこで、本発明の目的は、高速に鋼材の切断が可能な酸素を用いる熱切断用鋼材を提供すること、なかでも、熱切断機としてのレーザー切断機を夜間の無人運転に使用した場合にも切断トラブルを起こし難く、特に塗装された鋼材のレーザー切断性を著しく向上させ、かつ大出力レーザー切断機により夜間無人運転を行った場合の切断中断の発生を極力防止することがきるレーザー切断用鋼材を提供することである。
　本発明者らは、前記した課題を解決するために、最初に、大出力のレーザー切断機を用いて鋼材のレーザー切断性に関して種々の調査を実施した。その結果、先ず、下記（ａ）および（ｂ）の知見を得た。
　（ａ）従来のスケールを除去した鋼材およびジンクプライマーを塗装した鋼材、なかでも無機系のジンクプライマーを塗装した鋼材の大出力レーザー切断機での切断作業において見られる切断不良、特に、夜間の無人自動運転時に切断中断を引き起こす大きな要因は、鋼材のうねり、あるいはキズなどによって、レーザーの焦点に対して鋼材の位置が変動する、いわゆる「焦点ずれ」が生じることである。したがって、スケールを除去した鋼材および塗装した鋼材がレーザーの焦点ずれに対して鈍感である場合、換言すれば、上記鋼材に対する切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲が大きい場合には、安定して切断速度を上げることができ、かつ厚みの大きな鋼板の場合でも切断が可能になる。
　（ｂ）鋼材のレーザー切断性に対しては、レーザー切断時に鋼が酸化されることにより生じるＦｅ２ＳｉＯ４（ファイアライト）の共晶点が密接に関連する。そして、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げれば、切断時に溶融したＦｅ（あるいは酸化鉄）が切断部から容易に排出されるので、レーザー切断性が向上する。
　そこで次に、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる技術について検討を行い、その結果、下記（ｃ）～（ｆ）の知見を得た。
　（ｃ）Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素として、Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの効果が大きい。
　（ｄ）上記のＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶを単に鋼材に含有させるだけでは、鋼材の機械的性質および溶接性を変化させることになるが、鋼材中のＳｉ含有量との比でＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの含有量を適正化すれば、鋼材の性能に悪影響を及ぼすことなくスケールを除去した鋼材およびジンクプライマーを塗装した鋼材、なかでも無機系のジンクプライマーを塗装した鋼材のレーザー切断性が著しく向上するのでレーザー切断速度を上げることができる。
　（ｅ）レーザー切断速度を上げるために切断入熱を高めた場合には、異常燃焼による不具合であるいわゆる「バーニング」現象が生じて切断することができないが、上記（ｄ）のＳｉ含有量との比でＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの含有量を適正した鋼材の場合には、バーニング現象が生じ難く、そのため極めて高速で切断することが可能である。
　（ｆ）しかも、上述のＳｉ含有量との比でＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶの含有量を適正した鋼材の場合には、切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲が大きくなって切断工程での焦点ずれに対して鈍感になるので、鋼材の位置変動に起因する切断不良や、夜間自動運転中の切断中断を容易に防止することができる。
　本発明者らは、さらに、レーザーが最初に到達する鋼材の表面に着目した検討を行った。その結果、下記（ｇ）の知見を得た。
　（ｇ）鋼材の表面性状はレーザー切断性に影響を与える。表面粗さが小さいと、レーザー光の反射が顕著になり十分に鋼材表面にエネルギーが伝わらずに切断性が低下する。またジンクプライマーを塗布する場合、塗膜の十分な密着耐久性が得られないため、好ましくない。一方、表面粗さが大きいと鋼材の表面でレーザーが乱反射し、レーザー切断性が低下する。
　以上のレーザー切断性に関する調査を踏まえ、本発明者らは、次に、レーザー切断以外の熱切断方法への適用を考えた。その結果、下記（ｈ）の知見を得た。
　（ｈ）レーザー切断性の調査で得られた知見は、レーザー切断以外の熱切断、具体的には、プラズマ切断、ガス切断などの切断にも適用できる。ただし、切断にあたっては、切断中に生成する酸化物を制御して切断性を高めるため、酸素を用いることが必要である。
　本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）～（８）に示す酸素を用いる熱切断用鋼材および（９）～（１６）に示すレーザー切断用鋼材にある。
　（１）表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｓｉ：０．０８～０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とする酸素を用いる熱切断用鋼材。
　Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
　２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
　（２）表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする上記（１）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
　（３）表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５～８５μｍであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
　（４）質量％で、Ｃ：０．０２～０．１７％、Ｓｉ：０．０８～０．２０％、Ｍｎ：０．２０～１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする上記（１）から（３）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
　（５）質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする上記（４）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
　（６）質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（４）または（５）に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
　（７）質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする上記（４）から（６）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
　（８）質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（４）から（７）までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
　（９）表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｓｉ：０．０８～０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とするレーザー切断用鋼材。
  Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
　２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
　（１０）表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする上記（９）に記載のレーザー切断用鋼材。
　（１１）表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５～８５μｍであることを特徴とする上記（９）または（１０）に記載のレーザー切断用鋼材。
　（１２）質量％で、Ｃ：０．０２～０．１７％、Ｓｉ：０．０８～０．２０％、Ｍｎ：０．２０～１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする上記（９）から（１１）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
　（１３）質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする上記（１２）に記載のレーザー切断用鋼材。
　（１４）質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（１２）または（１３）に記載のレーザー切断用鋼材。
　（１５）質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする上記（１２）から（１４）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
　（１６）質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする上記（１２）から（１５）までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
　なお、「ＲＥＭ」は、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量はＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指す。
　以下、上記（１）～（８）に示す酸素を用いる熱切断用鋼材および（９）～（１６）に示すレーザー切断用鋼材に係る発明を、それぞれ、「本発明（１）」～「本発明（１６）」という。また、総称して「本発明」ということがある。
　本発明の酸素を用いた熱切断用鋼材（つまり、アシストガスとして酸素を含有する、言い換えれば酸化反応を用いた熱切断用鋼材）は、高速で安定した熱切断作業を実施することができ、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断用として使用できる。特に、本発明のレーザー切断用鋼材は、うねりまたはキズなどによるレーザーの焦点ずれに対して鈍感であるため、切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲が大きくなり、しかも、切断入熱を高めた場合にもバーニング現象が生じ難いという極めて良好なレーザー切断性を有する。したがって、本発明の鋼材を用いれば、一次防錆塗膜であるジンクプライマー層が形成された場合においても、大出力レーザー切断機を用いた極めて高速での切断が可能であり、しかも、切断不良が発生し難いので、夜間の無人運転における切断中断を防止することができ、特に、１６ｍｍ厚みの鋼材の場合には１０５０ｍｍ／ｍｉｎ、また、２３ｍｍ厚みの鋼材の場合には８００ｍｍ／ｍｉｎといった高速で安定したレーザー切断作業を実施することができる。
　以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」は「質量％」を意味する。
　（Ａ）鋼材の基本化学組成について：
　Ｓｉ：０．０８～０．２０％
　Ｓｉは、酸素を用いる熱切断中に酸化されてスケール層中にＦｅ２ＳｉＯ４（ファイアライト）を形成し、熱切断性を大きく支配する元素である。なお、以下においては、「酸素を用いる熱切断」を「レーザー切断」で代表させて説明することがある。
　Ｓｉの含有量が０．０８％未満の場合には、十分な量のＦｅ２ＳｉＯ４が切断時に生成せず切断性が低下してしまう。すなわち、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶温度は１１７３℃であり、ＦｅＯの融点（１３６９℃）よりもはるかに低い。したがって、レーザー切断時に生成した鉄酸化物中にＦｅ２ＳｉＯ４が存在すれば、１１７３℃まで液相が持続されるため、溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出が容易になる。しかしながら、母材中のＳｉ含有量が０．０８％未満になると、Ｆｅ２ＳｉＯ４の生成量が少なくなって溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の排出が困難になるため、切断面の溶融が進み、「えぐれ」と呼ばれる現象が発生する。
　一方、Ｓｉの含有量が０．２０％を超えると、十分な量のＦｅ２ＳｉＯ４は生成しているが、後述するＡｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶを多量に含有させる必要があるため、機械的性質および溶接性といった鋼材の特性が低下してしまう。
　したがって、Ｓｉの含有量を０．０８～０．２０％とした。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．１８％である。また、好ましい下限は０．１０％である。
　Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下
　Ａｌは、脱酸のためおよびレーザー切断時に生成する鉄酸化物中に存在するＦｅ２ＳｉＯ４の共晶温度を下げて溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出を容易にしてレーザー切断性を高めるために必要な元素であり、０．０３％を超える量を含有させる必要がある。しかしながら、Ａｌの含有量が多くなり、特に０．０８％を超えると、溶接部に硬質の島状マルテンサイトが生成し、靱性が劣化する。したがって、Ａｌの含有量を０．０３％を超えて０．０８％以下とした。なお、Ａｌの含有量は、上記の範囲においては多い方が好ましいので、Ａｌ含有量の下限は０．０３５％とすることが望ましい。
　Ｐ、ＴｉおよびＶ
　Ｐ、ＴｉおよびＶはいずれもＦｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素であり、溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出を容易にしてレーザー切断性を高める作用を有する。このため、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有させることとした。なお、Ｐ、ＴｉおよびＶの含有量は、後述するように、少なくとも前記の（２）式を満たすものでなければならない。
　ここで、化学組成を上述したＳｉ：０．０８～０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有するようにした鋼材として、レーザー切断時に生成する鉄酸化物中に存在するＦｅ２ＳｉＯ４の共晶温度を下げるだけではレーザー切断性が不十分な場合がある。したがって、下記（１）式および（２）式を満たす必要がある。
　Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
　２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
　これは、「Ａｌ／Ｓｉ」の値が０．４５を超える場合には、レーザー切断時にＦｅ２ＳｉＯ４以外に高融点であるＡｌ２Ｏ３（アルミナ）が生成することによるものと考えられる。したがって、前記の（１）式、つまり、〔Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５〕も満たすこととした。
　また、Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶにはＦｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる効果、換言すれば、Ｆｅ２ＳｉＯ４が液相として存在する温度を下げる効果があるが、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点はこれらの元素とＳｉ含有量の比に依存する。その効果は各元素で異なるため、各元素の依存度を考慮すると、前記の（２）式が必要になる。ここで、（２）式を満足しない場合、すなわち「２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）」の値が１２３以下の場合には、安定かつ確実にレーザー切断性を高めることができない。したがって、（２）式、つまり、〔２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３〕も満たすこととした。この条件を満たせばレーザー切断性を安定かつ確実に高めることができる。
　上記の理由から、本発明（１）に係る酸素を用いた熱切断用鋼材および本発明（９）に係るレーザー切断用鋼材は、Ｓｉ：０．０８～０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、前記の（１）式および（２）式を満たすことと規定した。
　（Ｂ）鋼材の表面状況について：
　前記（Ａ）項の化学組成を有する鋼材は、その表面状況として圧延後のスケールが付着したままでも一定の優れた切断性を示すものである。しかしながら、圧延後のスケールが付着したままの場合には、熱処理条件等によりスケール性状が変化して切断性にも大きく影響する場合がある。
　このため、本発明（１）に係る熱切断用鋼材は、より安定かつ確実に酸素を用いた熱切断性を高めるために、表面のスケールを除去することと規定した。同様に、本発明（９）に係るレーザー切断用鋼材も、より安定かつ確実にレーザー切断性を高めるために、表面のスケールを除去することと規定した。
　なお、圧延後のスケール除去の方法は特に規定する必要はなく、例えば、酸洗処理やショットブラスト処理など公知の処理方法で行えばよい。
　本発明（１）に係る熱切断用鋼材および本発明（９）に係るレーザー切断用鋼材は、表面のスケールを除去した後、その表面に無機系のジンクプライマーを塗布してもその効果を発揮する。すなわち、上述のとおりＦｅ２ＳｉＯ４が液相として存在する温度が低下するので、鋼材表面に無機系のジンクプライマーが塗布された状態であっても、それぞれ、良好な酸素を用いた熱切断性およびレーザー切断性を有する。
　したがって、本発明（２）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１０）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）の酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（９）のレーザー切断用鋼材のうちで、表面に無機系のジンクプライマーを塗布したものと規定した。
　なお、鋼材表面への無機系のジンクプライマー塗布の方法は特に規定する必要はなく、例えば、エアスプレー処理や刷毛塗り処理など公知の処理方法で行えばよい。
　また、無機系のジンクプライマーとしては、公知の市販の無機系のジンクプライマーを用いることができる。すなわち、アルキルシリケート系樹脂を主成分とし、Ｚｎ粉末を含有した塗料を用いることができる。なお、無機系のジンクプライマー中にＦｅ２ＳｉＯ４が液相として存在する温度を下げる元素である、Ａｌ、Ｐ、ＴｉおよびＶを含む顔料が添加されたプライマーであると、さらに共晶温度低下による効果により、レーザー切断性を始めとする酸素を用いる熱切断性が向上する。
　塗布する無機系のジンクプライマーの乾燥塗膜の膜厚は９～２５μｍの範囲とすることが好ましい。塗膜が９μｍより薄くても、逆に２５μｍより厚くても、レーザー切断性を始めとする酸素を用いる熱切断性が低下することがある。塗膜が９μｍより薄い場合には、耐食性も劣化することがある。なお、上記の膜厚は平均膜厚を意味し、電磁膜厚計、例えば（株）サンコウ電子研究所製の「ＣＲＴ－２０００ＩＩ電磁式デジタル膜厚計」を用いて、鋼材の表面における塗膜の膜厚を１０点以上測定した平均値として求めることができる。
　本発明（３）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１１）に係るレーザー切断用鋼材は、その表面粗さがＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１）に規定された十点平均粗さＲzJISで１５～８５μｍの場合に、それぞれ、酸素を用いる熱切断性およびレーザー切断性が向上する。表面粗さが１５μｍ未満の場合には、鋼材表面に十分にエネルギーが伝わらずに切断性が低下することがある。これは、例えば、レーザー切断の場合には、レーザー光の反射が顕著になるからである。また、表面粗さが１５μｍ未満では、ジンクプライマー塗布時の塗膜の密着耐久性が得られないこともある。一方、表面粗さが８５μｍを超える場合にも、鋼材表面に十分にエネルギーが伝わらずに切断性が低下することがある。これは、例えば、レーザー切断の場合には、鋼材表面でレーザーが乱反射するからである。
　したがって、本発明（３）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１１）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）または（２）の酸素を用いる切断用鋼材および本発明（９）または（１０）のレーザー切断用鋼材のうちで、表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５～８５μｍであることと規定した。
　（Ｃ）鋼材の好適な化学組成について：
　本発明に係る鋼材は、前記（Ａ）項に記載の化学組成を有することに加えて、次に述べる量の元素を含有していることが好ましい。
　Ｃ：０．０２～０．１７％
　Ｃは、強度を高める元素であるため、０．０２％以上を含有させるのが好ましい。ただし、０．１７％を超えると鋼板の靱性を劣化させることがある。このため、Ｃの含有量は０．０２～０．１７％とするのが好ましい。なお、Ｃは安価な元素であり、レーザーでの切断時にＯ（酸素）と鋼中のＣとの反応熱による切断性の向上効果も期待できる。このため、Ｃ含有量の下限は０．０５％とするのがより好ましい。また、Ｃ含有量の上限は０．１６％とするのがより好ましい。
　Ｍｎ：０．２０～１．６０％
　Ｍｎは、鋼材の強度確保に有効な元素であるため、０．２０％以上含有させるのが好ましい。しかしながら、Ｍｎの含有量が１．６０％を超えると、靱性の劣化およびレーザー切断性の劣化を招くことがある。したがって、Ｍｎの含有量は０．２０～１．６０％とすることが好ましい。なお、Ｍｎ含有量の下限は０．３０％とするのがより好ましい。
　Ｃｕ：０．０３％未満
　Ｃｕは、不純物として鋼中に存在し、その含有量が多い場合には、Ｃｕチェッキングを生じる懸念がある。このため、Ｃｕの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０３％未満とするのが好ましい。
　Ｎｉ：０．０５％以下
　Ｎｉも、不純物として鋼中に存在し、その含有量が多い場合には、鋳片の品位に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、Ｎｉの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０５％以下とするのが好ましい。
　Ｓ：０．０１５％以下
　Ｓは、不純物として鋼中に存在し、レーザー切断性には殆ど影響を及ぼさないものの、その含有量が多い場合には、靱性等の機械的性質に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、Ｓの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０１５％以下とすることが好ましい。
　Ｎ：０．００９％以下
　Ｎは、不純物として鋼中に存在し、その含有量が多い場合には、溶接性および鋳片の品位に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、Ｎの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．００９％以下とすることが好ましい。
　Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上
　既に（Ａ）項で述べたように、Ｐ、ＴｉおよびＶはいずれも、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素であり、溶融したＦｅあるいは鉄酸化物の低温度域での排出を容易にしてレーザー切断性を高める作用を有する。このため、（Ａ）項に記載の量のＳｉとＡｌを含むとともに前記（１）式および（２）式を満たすという条件の下で、Ｐ、ＴｉおよびＶを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られるが、これらの含有量が多い場合には、鋼材の各種特性に悪影響を及ぼすおそれがあるため、これら元素の含有量は一定量以下に抑えるのがよい。以下、このことに関して説明する。
　Ｐ：０．０４％以下
　Ｐは、不可避的に不純物として含まれる元素であるが、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げてレーザー切断性を高める作用を有するため、Ｐを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られる。しかし、その含有量が多い場合には、溶接性および靱性に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、Ｐの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０４％以下とするのが好ましい。Ｐ含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
　Ｔｉ：０．０８％以下
　Ｔｉは、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素である。したがって、Ｔｉを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られるが、その含有量が多い場合には、溶接部の靱性に悪影響を及ぼすおそれがあるし、コスト面でも不利になる。このため、Ｔｉの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０８％以下とすることが好ましい。
　なお、Ｔｉは、析出強化によって鋼板の強度を高める作用も有し、この効果を得るためには、０．００５％以上含有させることが好ましい。したがって、Ｔｉ含有量の下限は０．００５％とすることが好ましい。
　Ｖ：０．０８％以下
　ＶもＦｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素である。このため、Ｖを多量に含有するほど良好なレーザー切断性が得られるが、その含有量が多い場合には、溶接部の靱性に悪影響を及ぼすおそれがあるし、コスト面でも不利になる。このため、Ｖの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．０８％以下とすることが好ましい。
　なお、Ｖにも、析出強化によって鋼板の強度を高める作用があり、この効果を得るためには、０．０２％以上含有させることが好ましい。したがって、Ｖ含有量の下限は０．０２％とすることが好ましい。
　なお、上記のＰ、ＴｉおよびＶは、そのうちの１種以上を含有させればよい。
　上記の理由から、本発明（４）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（１）から（３）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（９）から（１１）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、Ｃ：０．０２～０．１７％、Ｓｉ：０．０８～０．２０％、Ｍｎ：０．２０～１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有するものと規定した。
　本発明（４）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１４）に係るレーザー切断用鋼材には、必要に応じてさらに、下記（イ）～（ニ）の群の中から選ばれた１種以上の元素を含有させることができる。
　（イ）Ｃｒ：０．２％以下、
　（ロ）Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上、
　（ハ）Ｂ：０．００３％以下、
　（ニ）Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上。
　すなわち、前記（イ）～（ニ）の群のうちの元素の１種以上を含有させてもよい。
　以下、上記の元素に関して説明する。
　Ｃｒ：０．２％以下
　Ｃｒは、鋼板の強度を高める作用を有する。この効果を得るには、Ｃｒの含有量は　０．０２％以上とすることが望ましい。より望ましくは０．０３％以上である。しかしながら、その含有量が０．２％を超えると、融点が高いＣｒ酸化物を形成して湯流れ性を悪化させて、レーザー切断表面の粗さの劣化および切断ノッチ形成につながるおそれがある。このため、含有させる場合のＣｒの含有量は、０．２％以下とした。なお、含有させる場合のＣｒ含有量の下限は０．０２％とすることが好ましく、０．０３％とすれば一層好ましい。
　Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上
　Ｍｏ、ＷおよびＮｂは、強度を高める作用を有するので、この効果を得るために上記の元素を含有させてもよい。以下、詳しく説明する。
　Ｍｏは、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有する。この効果を得るためには、Ｍｏは０．１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｍｏを０．４％を超えて多量に含有させることはコスト面で不利になるうえに、溶接性も害するおそれがある。このため、含有させる場合のＭｏの含有量は、０．４％以下とした。なお、含有させる場合のＭｏ含有量の下限は０．１％とすることが好ましい。
　Ｗも、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有する。この効果を得るためには、Ｗは０．０５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｗを０．４％を超えて多量に含有させることはコスト面で不利になるうえに、溶接性も害するおそれがある。このため、含有させる場合のＷの含有量は、０．４％以下とした。なお、含有させる場合のＷ含有量の下限は０．０５％とすることが好ましい。
　Ｎｂは、析出強化により鋼板の強度を高める作用を有する。この効果を得るためにはＮｂの含有量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｎｂを０．０４％を超えて多量に含有させることはコスト面で不利になるうえに、溶接部の靱性を劣化させるおそれがある。したがって、含有させる場合のＮｂの含有量は、０．０４％以下とした。なお、含有させる場合のＮｂ含有量の下限は０．００５％とすることが好ましい。
　上記のＭｏ、ＷおよびＮｂは、そのうちの１種以上を含有させることができる。
　Ｂ：０．００３０％以下
　Ｂは、焼入れ性を高める作用を有する。この効果を得るためには、Ｂは０．０００５％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｂを０．００３０％を超えて含有させると溶接性を劣化させるおそれがある。このため、含有させる場合のＢの含有量は、０．００３０％以下とした。なお、含有させる場合のＢ含有量の下限は０．０００５％とすることが好ましい。
　Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上
　Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭは、溶接熱影響部（以下、「ＨＡＺ」という。）の靱性を改善する作用を有するので、この効果を得るために上記の元素を含有させてもよい。以下、詳しく説明する。
　Ｃａは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。この効果を得るためには、Ｃａは０．００１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が０．００５％を超えると、レーザー切断性が損なわれるおそれがある。したがって、含有させる場合のＣａの含有量は、０．００５％以下とした。なお、含有させる場合のＣａ含有量の下限は０．００１％とすることが好ましい。
　Ｍｇは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。この効果を得るためには、Ｍｇは０．００１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｍｇの含有量が０．００５％を超えると、レーザー切断性が損なわれるおそれがある。このため、含有させる場合のＭｇの含有量は、０．００５％以下とした。なお、含有させる場合のＭｇ含有量の下限は０．００１％とすることが好ましい。
　ＲＥＭは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。この効果を得るためには、ＲＥＭは０．００１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、ＲＥＭの含有量が０．００５％を超えると、レーザー切断性が損なわれるおそれがある。したがって、含有させる場合のＲＥＭの含有量は、０．００５％以下とした。なお、含有させる場合のＲＥＭ含有量の下限は０．００１％とすることが好ましい。
　上記のＣａ、ＭｇおよびＲＥＭは、そのうちの１種以上を含有させることができる。
　なお、「ＲＥＭ」が、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、また、ＲＥＭの含有量がＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指すことは既に述べたとおりである。
　上記の理由から、本発明（５）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１３）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（４）の酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）のレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有するものとした。
　また、本発明（６）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１４）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（４）または（５）の酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）または（１３）のレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有するものとした。
　また、本発明（７）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１５）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（４）から（６）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）から（１４）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有するものとした。
　同様に、本発明（８）に係る酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１６）に係るレーザー切断用鋼材は、それぞれ、本発明（４）から（７）までのいずれかの酸素を用いる熱切断用鋼材および本発明（１２）から（１５）までのいずれかのレーザー切断用鋼材のうちで、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有するものとした。
　なお、本発明の酸素を用いる熱切断用鋼材およびレーザー切断用鋼材の厚みについては特に限定はしない。薄肉のものは当然に切断が可能であるが、厚みが１２ｍｍ以上のものでも十分に切断することができる。したがって、鋼材の厚みは１２ｍｍ以上が好ましい。ただし、切断可能な鋼材の厚みは、切断機の出力特性に依存する。このため、レーザー切断する場合には、鋼材の厚みの上限は３０ｍｍとすることが好ましい。また、プラズマ切断する場合には、鋼材の厚みの上限は８０ｍｍとすることが好ましい。さらに、ガス切断する場合には、鋼材の厚みの上限は４０００ｍｍとすることが好ましい。
　以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　＜実施例１＞
　表１に示す化学組成を有する鋼１～１９を実験室溶製した後、熱間圧延して幅が２５０ｍｍ、長さが５００ｍｍで、厚みがそれぞれ、１６ｍｍと２３ｍｍの２種類の鋼材を作製した。
　なお、表１における鋼１～１６は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼である。一方、鋼１７～１９は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次いで、圧延後の鋼材の表面をショットブラスト処理して圧延スケールを除去した。なお、ショットブラスト後のいずれの鋼材についても、その表面における１０点平均粗さ（ＲｚJIS）は４９．６μｍであった。
　その後、表２中の試験番号１を除いた各鋼材、すなわち試験番号２～２０の各鋼材の表面に、無機系のジンクプライマー（中国塗料株式会社製のセラボンド２０００グレーＳ）をエアスプレーにより塗布した。
　なお、上記ジンクプライマーの塗布は小型塗装ロボット（株式会社安川電機製のＰＸ－８００、移動線速は３８０ｍｍ／ｓ）と塗装ガン（デビルビスＴ－ＡＧＨＶ、ノズル直径１．２ｍｍ、キャップＮｏ．８０７）とを用いて、霧化エアー圧が０．１２８ＭＰａ（１．３ｋｇｆ／ｃｍ２）、パターンエアー圧が０．０９８ＭＰａ（１．０ｋｇｆ／ｃｍ２）、塗料吐出量が１３２ｇ／ｍｉｎ、ガン距離が１５０ｍｍの条件で行った。
　塗布したジンクプライマー塗膜を自然乾燥させた後、電磁式デジタル膜厚計（株式会社サンコウ電子研究所製のＣＲＴ－２０００ＩＩ）を用いて、鋼材表面の任意の８１点における膜厚を測定し、それを算術平均して各試験番号についての平均膜厚を求めた。なお、平均膜厚は１４～１６μｍの範囲にあった。
　上記のショットブラスト処理して圧延スケールを除去したままの鋼材（表２の試験番号１）およびショットブラスト処理後に無機系のジンクプライマーを塗布した鋼材（表２の試験番号２～１９）について、レーザー切断試験を行った。
　切断に用いたレーザー切断機は小池酸素工業株式会社製の出力６ＫＷのＣＯ２レーザーであり、切断条件は、デューティ（パルス発振の時間当たりの出力時間％）が６０％、周波数が１０００Ｈｚで、また、酸素ガス圧は内側が０．０５ＭＰａ、外側が０．０３ＭＰａとした。
　ピアシング（貫通）後、各鋼材から５０ｍｍ×５０ｍｍの角材（ただし、コーナーＲは３ｍｍ）を切り出し、その際のノッチ現象の有無（すなわち、切断面におけるキズの有無）を調査し、また、ノロ（すなわち、酸化物を含む溶鋼の切断裏面への付着物）の付着状況を観察した。なお、表２に示すように、板厚に応じて切断速度を変化させた。
　レーザー切断性の評価は、先ず、鋼材表面にレーザー焦点を決め、換言すれば、前記位置決めしたノズル先端位置を「０」とし、次いで、ノズル先端位置を前記「０」の位置から０．５ｍｍピッチで鋼材表面から遠ざける条件、近づける条件にて試験を実施して、ノッチ現象およびノロ付着の切断不良が生じるかどうかで判定した。そして、ノッチ現象とノロ付着の双方が観察されない最大のノズル先端位置のずれを測定して、切断可能なレーザー焦点位置からのずれ、すなわち変動範囲を求めた。なお、この場合の切断速度は、鋼材厚みが１６ｍｍの場合に９００ｍｍ／ｍｉｎ、鋼材厚みが２３ｍｍの場合に６００ｍｍ／ｍｉｎとした。
　また、限界切断速度の評価は、ノズル先端位置を前記「０」の位置に固定して、換言すれば、レーザー焦点を鋼材の表面に固定して、前記９００ｍｍ／ｍｉｎ（鋼材厚みが１６ｍｍの場合）あるいは６００ｍｍ／ｍｉｎ（鋼材厚みが２３ｍｍの場合）の切断速度を５０ｍｍ／ｍｉｎピッチ上げて行き、ノッチ現象、ノロ付着およびバーニングの切断不良が生じるかどうかで判定した。そして、ノッチ現象、ノロ付着およびバーニングのいずれもが観察されない最高切断速度を限界切断速度とした。
　表２に、上記の調査結果をまとめて示す。なお、表２においては、切断可能なレーザー焦点位置からの変動範囲を「切断可能な焦点位置」と表記した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から、本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験番号１～１７においては、切断可能な焦点位置からの変動範囲は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には３．５ｍｍ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には１．５ｍｍ以上であって、いずれの鋼材もレーザーの焦点ずれに対して鈍感であり、さらに、限界切断速度は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には１０５０ｍｍ／ｍｉｎ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には８００ｍｍ／ｍｉｎ以上と大きく、レーザー切断性に優れていることが明らかである。
　これに対して、比較例の試験番号１８～２０においては、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合の切断可能な焦点位置からの変動範囲は２．０～２．５ｍｍと小さく、さらに、限界切断速度も９００ｍｍ／ｍｉｎにとどまった。なお、これらの試験番号において鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には、６００ｍｍ／ｍｉｎという切断速度がレーザー切断の限界であり、しかも、切断可能な焦点位置からの変動範囲は０．５ｍｍと小さく、少しの条件の変化により切断不良が生じる状況であった。
　＜実施例２＞
　上記実施例１と同様の試験を鋼材の表面粗さを様々に変えて行った。より具体的には、表１に記載の鋼１および鋼３を用い、ショットブラストにおけるショット球の大きさを様々に変えて表面粗さＲzJISの異なる試験片を作製し、実施例１に示したものと同様にレーザー切断性を評価した。
　表３に、表面粗さを変えたときの調査結果を示す。なお、表３において、試験番号２１～２４の供試材はスケール除去ままの鋼材であり、試験番号２５～２８の供試材はスケール除去後、＜実施例１＞と同様にジンクプライマーを塗布したものである。また、＜実施例１＞の試験番号１および試験番号３をそれぞれ、試験番号２１および試験番号２５として記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３から、試験番号２１～２８の場合、切断可能な焦点位置からの変動範囲は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には３．０ｍｍ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には１．５ｍｍ以上であって、いずれの鋼材もレーザーの焦点ずれに対して鈍感であり、さらに、限界切断速度は、鋼材の厚みが１６ｍｍの場合には１０５０ｍｍ／ｍｉｎ以上、また、鋼材の厚みが２３ｍｍの場合には７５０ｍｍ／ｍｉｎ以上と大きく、レーザー切断性に優れていることが明らかである。なお、上記の試験番号のうちでも、特に、表面粗さＲzJISが１５～８５μｍの範囲にある試験番号２１、２２、２５および２６の場合のレーザー切断性は一層優れている。
　＜実施例３＞
　＜実施例１＞で用いた鋼材の残材を用いて、特に厚み２３ｍｍの鋼材をプラズマ切断し、プラズマ切断性の評価を行った。
　切断に用いたプラズマ切断機は小池酸素工業株式会社製のプラズマ切断機（スーパー４００）であり、切断条件は、出力電流を１３７．８Ａとし、また、プラズマガスとして酸素を用いた。
　ピアシング（貫通）後、各鋼材から５０ｍｍ×５０ｍｍの角材を切り出し、その際の切断面におけるキズの有無を調査し、また、ノロ（すなわち、酸化物を含む溶鋼の切断裏面への付着物）の付着状況を観察した。限界切断速度の評価は、１２００ｍｍ／ｍｉｎの切断速度を１２０ｍｍ／ｍｉｎピッチ（初期切断速度の１０％ピッチ）で上げて行き、ノッチ現象、ノロ付着およびバーニングの切断不良が生じるかどうかで判定した。そして、ノッチ現象、ノロ付着およびバーニングのいずれもが観察されない最高切断速度を限界切断速度とした。
　表４に、上記の調査結果をまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４のプラズマ切断試験結果から、本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験番号２９～４５においては、２０００ｍｍ／ｍｉｎ以上で切断可能であり、プラズマ切断性に優れていることが明らかである。
　これに対して、比較例の試験番号４６～４８においては、限界切断速度は高々１６８０ｍｍ／ｍｉｎであった。
　本発明の鋼材は、高速で安定した熱切断作業を実施することができ、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断用として使用できる。特に、本発明のレーザー切断用鋼材は、うねりまたはキズなどによるレーザーの焦点ずれに対して鈍感であるため、切断可能なレーザー切断可能な焦点位置からの変動範囲が大きくなり、しかも、切断入熱を高めた場合にもバーニング現象が生じ難いという極めて良好なレーザー切断性を有する。したがって、本発明の鋼材を用いれば、一次防錆塗膜であるジンクプライマー層が形成された場合においても、大出力レーザー切断機を用いた極めて高速での切断が可能であり、しかも、切断不良が発生し難いので、夜間の無人運転における切断中断を防止することができ、レーザー切断の生産性に大きく寄与できる。
 
 

Claims (16)

  1. 　表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｓｉ：０．０８～０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とする酸素を用いる熱切断用鋼材。
    　Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
    　２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
    なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
  2. 　表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする請求項１に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
  3. 　表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５～８５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
  4. 　質量％で、Ｃ：０．０２～０．１７％、Ｓｉ：０．０８～０．２０％、Ｍｎ：０．２０～１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
  5. 　質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする請求項４に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
  6. 　質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項４または５に記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
  7. 　質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする請求項４から６までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
  8. 　質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項４から７までのいずれかに記載の酸素を用いる熱切断用鋼材。
  9. 　表面のスケールを除去した鋼材であって、質量％で、Ｓｉ：０．０８～０．２０％およびＡｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下を含むとともに、Ｐ、ＴｉおよびＶのうちの１種以上を含有し、さらに、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とするレーザー切断用鋼材。
      Ａｌ／Ｓｉ≦０．４５・・・（１）、
    　２６２×（Ａｌ／Ｓｉ）＋１９７×（Ｐ／Ｓｉ）＋２２５×（Ｔｉ／Ｓｉ）＋５０×（Ｖ／Ｓｉ）＞１２３・・・（２）。
    なお、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での含有量を表す。
  10. 　表面に無機系のジンクプライマーを塗布したことを特徴とする請求項９に記載のレーザー切断用鋼材。
  11. 　表面粗さが十点平均粗さＲzJISで１５～８５μｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載のレーザー切断用鋼材。
  12. 　質量％で、Ｃ：０．０２～０．１７％、Ｓｉ：０．０８～０．２０％、Ｍｎ：０．２０～１．６０％、Ｃｕ：０．０３％未満、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０３％を超えて０．０８％以下およびＮ：０．００９％以下を含むとともに、Ｐ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．０８％以下およびＶ：０．０８％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする請求項９から１１までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
  13. 　質量％で、さらに、Ｃｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする請求項１２に記載のレーザー切断用鋼材。
  14. 　質量％で、さらに、Ｍｏ：０．４％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１２または１３に記載のレーザー切断用鋼材。
  15. 　質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする請求項１２から１４までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
  16. 　質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１２から１５までのいずれかに記載のレーザー切断用鋼材。
     
     
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