WO2012014851A1 - 酸素を用いた熱切断用鋼材 - Google Patents

酸素を用いた熱切断用鋼材 Download PDF

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藤原　知哉
祥晃 新宅
岡田　光
諭 久保
隆雄 前田
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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 that can be cut at high speed with a laser, plasma, or gas.
  • the present invention relates to a steel material on which a surface mill scale (black skin) generated during steel material rolling is formed.
  • laser cutting machines can be applied not only to cutting thin plates with a thickness of 3.2 mm or less, but also with thick plates up to 30 mm. Therefore, laser cutting machines are widely used for cutting thick plates.
  • the laser cutting machine has less safety problems than the gas cutting machine, and is suitable for use in unattended operation at night.
  • work using large steel materials hereinafter, steel materials may be described as “steel plates”) may be used to ensure sufficient work. It is desirable.
  • the above-mentioned cutting troubles can be broadly classified into two types, one with a cause on the cutting machine side and one with a cause on the steel plate side.
  • Plasma cutting has a high cutting speed and can cut a steel plate thicker than laser cutting. Furthermore, the plasma cutting machine has an advantage that maintenance is easier than a laser cutting machine. However, the plasma cutting machine has a drawback that the life of the consumable is short. In particular, cutting thick steel plates with high-power plasma shortens the life of consumables. Therefore, there is a great need for a technique for stably cutting a steel plate at a high speed at a low output.
  • Patent Document 1 discloses a steel plate excellent in laser cutting property in which a scale mainly composed of Fe 3 O 4 (magnetite) is formed and a method for producing the same.
  • Patent Document 2 discloses a scale characterized in that after rolling is completed at a temperature of 850 to 720 ° C., water is sprayed on the front and back surfaces of the steel sheet to cool the steel sheet to a temperature of 600 to 700 ° C., and then air-cooled. A method for producing a steel sheet having excellent adhesion and laser cutting properties has been proposed.
  • Patent Document 3 discloses a steel sheet for laser cutting, characterized in that the surface roughness of the scale is 3.0 ⁇ m or less in terms of centerline average roughness (Ra) and Cu + Ni + Cr is contained in an amount of 0.3% by mass or more. Is disclosed.
  • Al is oxidized during rolling to form an Al 2 O 3 -containing layer at the interface between the base iron and the scale, thereby improving the adhesion of the scale.
  • a thick steel plate excellent in laser cutting property that satisfies ⁇ Al + Cu + Ni ⁇ 2.0 mass% and a method for producing the same are disclosed.
  • Patent Document 5 describes that Cr, Al, A thick steel sheet having a concentrated layer in which one or more of Cu and Ni are concentrated and having a thickness of 1.0 ⁇ m or more and excellent in laser cutting properties is disclosed.
  • JP 2003-221640 A JP-A-8-218119 JP-A-8-3692 Japanese Patent Laid-Open No. 11-323478 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-343541
  • a thin scale is formed by high pressure water descaling and low temperature rolling, and the scale composition is controlled by cooling.
  • this method makes the scale too thin.
  • oxygen is used as an assist gas.
  • the upper part of the steel plate where the laser beam is concentrated is cut by the laser, and the lower part of the steel plate is cut by the oxidation reaction heat of the steel plate.
  • the scale on the surface of the steel plate suppresses the oxidation reaction at the top of the steel plate. Without the scale, an oxidation reaction starts on the surface of the steel sheet, melting proceeds in the surface direction, not in the cross-sectional direction, and causes cutting defects such as cutting notches and gouging.
  • An object of the present invention is to provide a steel material that can be prevented as much as possible and that can be cut at high speed using a plasma cutting machine and a gas cutting machine.
  • the present inventors conducted various investigations on the behavior of steel materials in the thermal cutting of steel materials using oxygen such as high-power laser cutting, plasma cutting, and gas cutting. As a result, first, the following findings (a) and (b) were obtained.
  • the present invention has been completed on the basis of the above findings, and the gist thereof is a steel material for thermal cutting using oxygen as shown in the following (1) to (8).
  • Si 0.06 to 0.20%, P: 0.010 to 0.033%, Al: more than 0.02% and not more than 0.08%, P / Si
  • a steel material having a chemical composition satisfying ⁇ 0.12 and satisfying Al / Si ⁇ 0.60, and having a scale on the surface, In the scale, there is a layer of Si-concentrated regions in which Si is 0.4% or more, and an Al-concentrated region in which the Al / Si ratio is 0.3 or more exists in layers on the surface side of the Si-concentrated region.
  • the chemical composition of the steel material is characterized in that, instead of a part of Fe, by mass%, and further containing one or both of Ti: 0.05% or less and V: 0.05% or less.
  • the chemical composition of the steel material is selected from mass%, Mo: 0.5% or less, W: 0.4% or less, and Nb: 0.04% or less, instead of part of Fe.
  • the chemical composition of the steel material is selected from mass%, Ca: 0.005% or less, Mg: 0.005% or less, and REM: 0.005% or less, instead of part of Fe.
  • the chemical composition of the steel material is mass% instead of part of Fe, and further contains Sn: 0.50% or less, Cu: less than 0.1%, and the Cu / Sn ratio is 1.
  • the steel material of the present invention is a steel material for thermal cutting using oxygen as shown above. It is a steel material for cutting using oxygen as an assist gas, in other words, an oxidation reaction, and can be used for laser cutting, plasma cutting, gas cutting, and the like.
  • the steel material of the present invention is insensitive to laser defocus due to swells or scratches, so that the allowable range of variation that can be cut from the laser focus position increases, and the cutting heat input It has extremely good laser cutting property that the burning phenomenon hardly occurs even when the height is increased. Therefore, if the steel material of the present invention is used, it is possible to cut at a very high speed using a high-power laser cutting machine, and it is possible to cut a complicated shape without defects without performing scale control by special heat treatment. Is possible.
  • the “bridge” for ensuring cutting dimension accuracy due to distortion can be minimized. That is, since it is possible to ultimately shorten the time for the person to gas-cut the bridge portion, productivity can be improved. Further, in plasma cutting, it is possible to cut at a high speed by suppressing the wavy phenomenon of the cut surface.
  • Si 0.06 to 0.20%
  • Si is an element that oxidizes during thermal cutting using oxygen to form Fe 2 SiO 4 in the scale, and largely governs thermal cutting properties using oxygen.
  • the Si content greatly affects the amount of Fe 2 SiO 4 formed. 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 during thermal cutting using oxygen, the liquid phase is maintained up to 1173 ° C., so that the molten Fe or iron oxide is discharged in a low temperature range. Becomes easier and the cutting property is improved.
  • the Si content in the base material is less than 0.06%, the amount of Fe 2 SiO 4 produced is reduced and it becomes difficult to discharge the molten Fe or iron oxide. The phenomenon called “Egure” occurs.
  • the Si content is closely related to the presence of Fe 2 SiO 4 in the scale, so that the Si content in the Si concentrated region of the scale is 0.4% or more. It is necessary to make the Si content in the steel material 0.06% or more.
  • the Si content is 0.06 to 0.20%.
  • the upper limit with preferable Si content is 0.15%.
  • the preferred lower limit is 0.08%.
  • P / Si ⁇ 0.12 P is an element that is most likely to be contained in Fe 2 SiO 4 at the time of cutting and effectively lowers the eutectic point, and makes it easy to discharge molten Fe or iron oxide in a low temperature range, and thermal cutting using oxygen Has the effect of enhancing the sex. Furthermore, since the discharge of iron oxide is facilitated, an increase in the steel sheet temperature during cutting is suppressed, and thermal distortion during cutting is suppressed. For this reason, the content of P becomes an important factor like Si.
  • the P needs to be contained in a sufficient amount with respect to Si.
  • the P / Si ratio is preferably 0.15 or more.
  • the P content is less than 0.010%, the Si content has to be reduced to make the P / Si ratio 0.15 or more, and the Fe 2 SiO 4 amount is reduced. For this reason, the stability of laser cutting is reduced, and the limit cutting speed is reduced in plasma cutting.
  • the cutting performance improves as the P content increases. However, if it exceeds 0.033%, the improvement shows a saturation tendency, and the properties of the steel material such as mechanical properties and weldability deteriorate. Therefore, in order to obtain excellent cutting properties, the P content needs to be 0.010 to 0.033%.
  • Al more than 0.02% and 0.08% or less, Al / Si ⁇ 0.60 Since Al has a deoxidizing action, it needs to be contained. Further, Al, like P, is easily contained in Fe 2 SiO 4 present in the iron oxide generated during thermal cutting using oxygen, and has the effect of lowering the eutectic temperature. Therefore, the molten Fe or iron oxide can be easily discharged in a low temperature range, and the thermal cutting property (laser cutting property) is improved. Furthermore, in order to set the Al / Si ratio in the Al-concentrated region in the scale described later to 0.3 or more, Al needs to be contained in an amount exceeding 0.02%.
  • Al if Al exceeds 0.08%, hard island martensite is generated in the welded portion, and the toughness deteriorates. Therefore, the Al content is more than 0.02% and not more than 0.08%.
  • the upper limit with preferable Al content is 0.05%.
  • a preferred lower limit is 0.03%.
  • Al 2 O 3 alumina having a high melting point is generated in addition to Fe 2 SiO 4 at the time of thermal cutting using oxygen, and the cutting performance deteriorates.
  • the content of Al is set to Al / Si ⁇ 0.60 in relation to the content of Si.
  • the steel material for thermal cutting using oxygen according to the present invention preferably contains the following amount of elements.
  • C 0.02 to 0.20% Since C is an element that increases the strength, it is preferable to contain 0.02% or more. However, if it exceeds 0.20%, the toughness of the steel sheet may be deteriorated. Therefore, the C content is preferably 0.02 to 0.20%. C is an inexpensive element, and since the effect of improving the cutting property by reaction heat between O (oxygen) and C in steel can be expected at the time of thermal cutting using oxygen, the lower limit of the C content is 0.05%. More preferably.
  • 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, when the content of Mn exceeds 1.60%, deterioration of toughness and thermal cutting ability using oxygen may be caused. Therefore, the Mn content is preferably 0.20 to 1.60%. The lower limit of the Mn content is more preferably 0.30%. The upper limit of the Mn content is more preferably 1.30%.
  • S 0.015% or less S is present in steel as an impurity and has little influence on the thermal cutting property using oxygen, but if its content is large, mechanical properties such as toughness of the steel material May adversely affect properties. Therefore, the S content is preferably suppressed to a certain amount or less, and is preferably 0.015% or less. The S content is more preferably 0.010% or less.
  • Cu 0.01% or more and less than 0.5%
  • Cu is an element that improves corrosion resistance. In order to acquire this effect, it is necessary to make it contain 0.01% or more.
  • the Cu content is more preferably 0.02% or more.
  • Ni 0.01 to 0.5%
  • Ni is also an element that improves the corrosion resistance. In order to acquire this effect, it is necessary to make it contain 0.01% or more.
  • the Ni content is more preferably 0.02% or more.
  • the content of Ni is preferably suppressed to a certain amount or less, preferably 0.5% or less, and more preferably 0.4% 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.
  • the steel for thermal cutting using oxygen according to the present invention is in mass%, C: 0.02 to 0.20%, Si: 0.06 to 0.20%, Mn: 0.20.
  • P 0.010 to 0.033%
  • S 0.015% or less
  • Al more than 0.02% to 0.08% or less
  • Cu 0.01% to 0.5% %
  • Ni 0.01 to 0.5%
  • N 0.009% or less, with the balance being Fe and impurities.
  • an impurity means the component mixed by various factors of raw materials such as ores and scraps and the manufacturing process, and is allowed within a range that does not adversely affect the present invention.
  • the steel for thermal cutting using oxygen may further contain one or more selected from the elements listed in the following (a) to (f) as necessary.
  • B One or more of Ti: 0.05% or less and V: 0.05% or less
  • Cr 2.0% or less
  • Mo Mo: 0.4% or less
  • W 0.4 % Or less
  • Nb one or more of 0.04% or less
  • B 0.003% or less
  • e Ca: 0.005% or less
  • Mg 0.005% or less
  • REM 0.005 % Or less of (%) or less
  • Sn 0.50% or less
  • Ti and V are both elements that lower the eutectic point of Fe 2 SiO 4 , and are formed of molten Fe or iron oxide. It has the effect of facilitating discharge in a low temperature range and enhancing the thermal cutting property using oxygen. For this reason, in cutting using oxygen, particularly laser cutting, performance is improved.
  • Ti is preferably 0.05% and V is preferably 0.05% as the upper limit, and 0.04% as the upper limit. More preferably.
  • the Ti and V contents are each preferably 0.005% or more, and more preferably 0.01% or more.
  • Cr 2.0% or less Cr has the effect of increasing the strength of the steel sheet.
  • the content exceeds 2.0%, Cr oxide having a high melting point is formed to deteriorate the flowability of the molten metal.
  • the Cr content in the case of inclusion is 2.0% or less.
  • the Cr content is more preferably 1.5% or less.
  • the Cr content is preferably 0.02% or more, and more preferably 0.03% or more.
  • Mo 0.5% or less
  • 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. Details will be described below.
  • Mo has the effect of increasing the strength of the steel sheet by solid solution strengthening.
  • Mo content in the case of inclusion is 0.5% or less.
  • the Mo content is more preferably 0.4% or less.
  • W also has the effect of increasing the strength of the steel sheet by solid solution strengthening.
  • W is contained in a large amount exceeding 0.4%, it is disadvantageous in terms of cost and weldability may be impaired. Therefore, if W is included, the W content is 0.4% or less.
  • the W content is more preferably 0.3% or less. In order to acquire said effect, it is preferable to contain W 0.05% or more, and it is more preferable to contain 0.08% or more.
  • Nb has the effect of increasing the strength of the steel sheet by precipitation strengthening.
  • containing a large amount of Nb exceeding 0.04% is disadvantageous in terms of cost and may deteriorate the toughness of the welded portion.
  • the Nb content in the case of inclusion is 0.04% or less.
  • the Nb content is more preferably 0.03% or less.
  • the Nb content is preferably 0.005% or more, and more preferably 0.01% or more.
  • B 0.0030% or less B has an effect of improving hardenability. However, when B is contained in excess of 0.0030%, the weldability may be deteriorated. Therefore, when B is included, the content of B is set to 0.0030% or less. The B content is more preferably 0.0020% or less. In order to obtain the above effect, B is preferably contained in an amount of 0.0005% or more, and more preferably 0.0008% or more.
  • HZ heat affected zone
  • Ca has the effect of improving HAZ toughness. However, if the Ca content exceeds 0.005%, the thermal cutting property using oxygen may be impaired. Therefore, when Ca is contained, the content of Ca is set to 0.005% or less.
  • the Ca content is more preferably 0.004% or less. In order to acquire said effect, it is preferable to contain Ca 0.001% or more, and it is more preferable to contain 0.002% or more.
  • Mg has the effect of improving HAZ toughness. However, if the Mg content exceeds 0.005%, the thermal cutting property using oxygen may be impaired. Therefore, when Mg is contained, the content of Mg is set to 0.005% or less.
  • the Mg content is more preferably 0.004% or less. In order to acquire said effect, it is preferable to contain Mg 0.001% or more, and it is more preferable to contain 0.002% or more.
  • REM has the effect of improving HAZ toughness. However, if the content of REM exceeds 0.005%, the thermal cutting property using oxygen may be impaired. Therefore, the content of REM in the case of inclusion is 0.005% or less.
  • the REM content is more preferably 0.004% or less. In order to acquire said effect, it is preferable to contain REM 0.001% or more, and it is more preferable to contain 0.002% or more.
  • REM is a general term for a total of 17 elements of Sc, Y, and lanthanoid, and the content of REM means the total amount of the above elements.
  • Sn dissolves as Sn 2+ and has an action of inhibiting corrosion by an inhibitor action in an acidic chloride solution. Further, rapidly to reduce the Fe 3+, by having an effect of reducing Fe 3+ concentration as oxidizing agent, since inhibit corrosion promoting effect of Fe 3+, thereby improving the weather resistance in high airborne salt environments. Moreover, Sn has the effect
  • the Sn content is preferably 0.30% or less. In order to acquire said effect, it is preferable to contain Sn 0.03% or more, and it is more preferable to contain 0.05% or more.
  • the Cu content is less than 0.1% and the Cu / Sn ratio is 1.0 or less. If the Cu content is 0.1% or more, or the Cu / Sn ratio exceeds 1.0, the corrosion resistance may decrease due to the Cu content, and further, the cause of rolling cracks when manufacturing the steel sheet It becomes.
  • the upper limit of the Cu content when Sn is contained is preferably 0.09%.
  • the scale is an oxide layer formed by oxidizing the steel surface during the manufacture of the steel material.
  • the composition of the scale is not uniform over the entire area of the cross section.
  • the cutting property is stabilized by forming the Si concentrated region and the Al concentrated region in a scale in the scale.
  • the Si-concentrated region and the Al-concentrated region do not need to be formed as a complete layer on the entire surface of the steel sheet, and even if there is a region that does not satisfy the requirements of the present invention in part of the layer, the cutting performance is greatly affected never give.
  • the Si enriched region is formed by the concentration of Si in the vicinity of the scale / steel interface, and is a region relatively rich in Fe 2 SiO 4 .
  • the Si concentration region it is necessary to concentrate 0.4% or more of Si by mass%. By forming such a concentrated region, it is considered that cutting defects such as burning are suppressed as a low melting point component at the initial stage of cutting.
  • an Al concentrated region is formed in a layered manner on the surface layer side from the Si concentrated region.
  • the Al-enriched region is also formed near the scale / steel interface.
  • Each concentrated layer exists in the order of the scale / steel interface, the Si concentrated region, and the Al concentrated region from the steel material side. Such a configuration can reliably prevent cutting defects such as burning.
  • the quantitative analysis of each element in the scale can be easily measured by a glow discharge luminescence surface analyzer, and the presence of Fe 2 SiO 4 can be confirmed by a technique such as oblique angle X-ray diffraction.
  • the thickness of the steel material for thermal cutting using oxygen of the present invention is not particularly limited. Naturally, thin-walled materials can be thermally cut using oxygen, but even those having a thickness of 12 mm or more can be sufficiently heat-cut using oxygen. However, in the case of laser cutting, although depending on the output characteristics, the upper limit of the steel material thickness is preferably 30 mm. In the case of plasma cutting, the upper limit of the steel material thickness is preferably 100 mm, although it depends on the output characteristics.
  • the thickness of the scale is not particularly limited, it is a scale produced in a normal steel production process, and a steel material having a scale of 3 to 100 ⁇ m on the surface has a remarkable effect of suppressing cutting defects.
  • the scale exceeds 100 ⁇ m, the unevenness of the surface scale tends to become severe, which is not preferable.
  • steel No. in Table 1 1 to 18 are steels according to examples of the present invention whose chemical composition is within the range defined by the present invention.
  • Steel No. Nos. 19 to 22 are comparative steels that deviate from the conditions specified in the present invention. Among these, steel No. About the steel material of 22, since the crack generate
  • the element profile from the surface was measured at a discharge area: 4 mm ⁇ , RF output: 35 W, argon pressure: 600 Pa, Fe in the scale, Main components such as O, Al, Si, and P were analyzed.
  • the scale thickness was determined from the O profile. Based on these data, the Si concentrated area and the Al concentrated area in the scale were confirmed, and the Si content in the Si concentrated area and the Al / Si ratio in the Al concentrated area were calculated.
  • Laser cutting machine used for cutting is a CO 2 laser output 6kW made Koikesansokogyo Corporation. Cutting was performed at an output of 5000 W and a frequency of 1000 Hz. The oxygen gas pressure was 0.05 MPa on the inside and 0.03 MPa on the outside.
  • the cutting margin (cuttable range) is measured by first determining the laser focus on the surface of the steel material, and then conducting a test under conditions where the nozzle tip position is away from the steel material surface at a pitch of 0.25 mm. The determination was made based on whether or not the notch phenomenon and cutting failure due to adhesion of the noro occurred. Then, the maximum deviation of the nozzle tip position where both the notch phenomenon and the adhesion of the nozzle were not observed was measured, and the allowable variation range that can be cut from the laser focus position was obtained.
  • the cutting speed was 900 mm / min.
  • Type 1 and Type 2 a shape as shown in FIG. 1 (herein referred to as Type 1 and Type 2) from a steel material having a plate thickness of 25 mm and approximately 200 mm ⁇ 200 mm is cut at a cutting speed of 700 mm / min and a duty of 70%. The number of sheets in which the burning phenomenon occurred (resulting rate) was evaluated. An example of the burning phenomenon is shown in FIG. The part where the cutting groove is wide is the part where the burning phenomenon occurs.
  • a super 400 manufactured by Koike Oxygen Industry Co., Ltd. was used for plasma cutting.
  • a steel material having a width of 150 mm and a thickness of 32 mm was cut at a pitch of 50 mm.
  • the speed was increased from 1150 mm / min to 5% pitch (57.5 mm / min) by using the overdrive function of the cutting machine, and it was determined whether or not cutting failure due to back surface adhesion occurred.
  • the maximum cutting speed at which no cutting failure (no adhesion) was observed was taken as the limit cutting speed.
  • the surface at the maximum speed when cutting was possible was evaluated, and a case where a wavy phenomenon as shown in FIG. 3 was observed was evaluated as x, and a case where a smooth surface quality was observed without a waved phenomenon was evaluated as ⁇ .
  • Table 2 summarizes the survey results.
  • the test Nos. of the present invention satisfying the conditions specified in the present invention.
  • the limit cutting speed is 1350 mm / min or more
  • the allowable variation range for laser cutting is 4.75 mm or more, which is insensitive to laser defocus and excellent in cutting performance. .
  • test No. of the comparative example In 19 to 21, the cuttable range is 2.5 mm or less. Test No. Although the limit cutting speed increased at 21, the cuttable range was very narrow. That is, even if cutting is possible at high speed, a cutting failure may occur due to slight fluctuations in conditions.
  • the steel material of the present invention can be cut without causing a burning phenomenon in a complicated cutting shape.
  • test No. of the comparative example In 19 to 21, the limit cutting speed was about 1550 to 1610 mm / min, and even if the cutting was possible, there was a problem in the surface quality.
  • the steel material of the present invention is insensitive to defocusing in the case of laser cutting, and has a very good laser cutting property that the burning phenomenon hardly occurs even when the cutting heat input is increased. Therefore, it is possible to cut a complicated shape without any trouble without controlling the scale by special heat treatment. Further, in plasma cutting, it is possible to cut at a high speed by suppressing the wavy phenomenon of the cut surface.

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Abstract

　質量％で、Ｓｉ：０．０６～０．２０％、Ｐ：０．０１０～０．０３３％、Ａｌ：０．０２％を超えて０．０８％以下を含有し、Ｐ／Ｓｉ≧０．１２で、かつＡｌ／Ｓｉ≦０．６０を満足する化学組成を有し、表面にスケールを有する鋼材であって、スケール中にＳｉが０．４％以上のＳｉ濃化域が層状に存在し、Ｓｉ濃化域の表層側にＡｌ／Ｓｉ比が０．３以上のＡｌ濃化域が層状に存在する酸素を用いた熱切断用鋼材。

Description

酸素を用いた熱切断用鋼材
　本発明は、酸素を用いた熱切断用鋼材に関し、詳しくは、レーザー、プラズマ、ガスで高速切断することが可能な、酸素を用いた熱切断用鋼材に関する。特に、鋼材圧延時に生成する表面ミルスケール（黒皮）が形成された鋼材に関する。
　近年のレーザー切断機の著しい技術進歩により、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ってきた。そのため、厚板の切断にレーザー切断機が広く用いられている。レーザー切断機はガス切断機と比較して安全上の問題が少なく、夜間の無人運転での使用に好適である。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、切断トラブルを処理する作業員が居ない夜間の無人運転では、トラブルが放置されることによって、切断がストップしてしまったり、あるいは切断面の乱れた欠陥品が量産されたりしてしまうという問題が生じ得る。特に、切断面の乱れは、製品の商品価値を損なう要因となるため、切断面の手直しが必要となり、結果的にコストの増大をきたす。さらに、切断面の著しく乱れた製品は、不良品としてスクラップ処理しなければならない場合もある。
　前記の切断トラブルは、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る。その一例として、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。
　それゆえに、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、安定して切断することが可能な高品質の鋼板が求められている。
　一方、プラズマ切断の技術進歩も著しく、切断面質、切断代の急速な改善がなされてきた。プラズマ切断は切断速度が速く、レーザー切断よりも厚い鋼板を切断することが可能である。さらに、プラズマ切断機はレーザー切断機に比べてメンテナンスが容易であるという利点も有している。しかしながら、プラズマ切断機は消耗品の寿命が短いという欠点がある。特に、高出力のプラズマによる厚鋼板の切断は、消耗品の寿命を短くする。そのため、低出力において鋼板を高速で安定して切断する技術に対するニーズが非常に高い。
　今まで、鋼板の表面性状がレーザー切断性に大きく影響することが指摘されてきた。特に、鋼板表面のスケールの密着性を向上させることがレーザー切断性の向上に効果的であると考えられてきた。
　スケール密着性を向上させる方法として、特許文献１には、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）を主体とするスケールを形成したレーザー切断性に優れた鋼板とその製造方法が開示されている。
　特許文献２には、圧延を８５０～７２０℃の温度で終了した後、鋼板表裏面に水を噴射して鋼板を６００～７００℃の温度まで冷却し、その後に空冷することを特徴とするスケール密着性とレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法が提案されている。
　別のスケール密着性の向上方法として、鋼板にＣｕ、Ｎｉなどの合金元素を添加するという方法も開示されている。特許文献３には、スケールの表面粗さが中心線平均粗さ（Ｒａ）で３.０μｍ以下であり、かつＣｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒが０.３質量％以上含まれていることを特徴とするレーザー切断用鋼板が開示されている。
　Ｃｕ、Ｎｉに加えて、Ａｌは、圧延中に酸化され地鉄とスケールの界面にＡｌ２Ｏ３含有層を形成しスケール密着性を向上させるという考えから、特許文献４には、０.０２≦Ａｌ＋Ｃｕ＋Ｎｉ≦２.０質量％を満たすレーザー切断性に優れた厚鋼板およびその製造方法が開示されている。
　スケールの密着性向上には界面にＣｒ、Ａｌ、ＣｕおよびＮｉが濃化していれば良いという考えから、特許文献５には、スケールと地鉄との界面の地鉄側に、Ｃｒ、Ａｌ、ＣｕおよびＮｉの１種または２種以上が濃化した濃化層を有し、前記濃化層の厚さが１.０μｍ以上であるレーザー切断性に優れる厚鋼板が開示されている。
特開２００３－２２１６４０号公報 特開平８－２１８１１９号公報 特開平８－３６９２号公報 特開平１１－３２３４７８号公報 特開平１１－３４３５４１号公報
　特許文献１の方法のように、スケールをマグネタイト主体とするだけではスケール密着性が不十分であるため、レーザー切断を安定的に行うことは困難である。また、スケールをマグネタイト化するための処理を鋼板の製造工程において行うことは困難である。
　特許文献２に記載の発明は、高圧水デスケーリングと低温圧延によって薄いスケールを形成し、冷却によってスケール組成をコントロールしようとするものである。しかし、この方法では、スケールは薄くなりすぎてしまう。厚鋼板のレーザー切断では、アシストガスとして酸素を用いる。レーザー光が集中する鋼板上部は、レーザーによって鋼板を切断し、鋼板下部は、鋼板の酸化反応熱によって切断している。鋼板表面のスケールは、鋼板上部での酸化反応を抑制している。スケールが無いと、鋼板表面で酸化反応が始まり、溶融が断面方向では無く、表面方向に進行し、切断ノッチやガウジングといった切断不良を引き起こす。したがって、スケールが割れたり剥がれたりした部分が存在すると、その部分で切断ノッチやガウジングを発生することになる。スケールが薄くなりすぎると、たとえ密着性が良くてもスケールによる異常酸化抑制効果は無くなってしまうため、レーザー切断性改善効果は小さい。
　特許文献３の方法のように、スケールの表面粗さを確実にＲａで３.０μｍ以下になるように管理することは容易なことではなく、夜間の長時間無人運転における安定したレーザー切断用という高度な課題の解決のためにはさらなる改善が望まれる。
　特許文献４および５の方法のように、種々の元素を添加することによってスケールの密着性は向上するが、レーザー切断性を大きく左右するスケールそれ自体についてはなんら規定がなく、安定したレーザー切断性を保証するものではない。
　以上の特許文献に示されているように、レーザー切断性を改善するため、従来はスケール密着性の向上に重点が置かれ、そのための複雑な熱処理または高価な合金元素の添加などが試みられてきた。本発明では、スケール密着性を考慮せずとも、鋼材の化学組成を適切な範囲とすることで、あらゆる板厚において、大出力レーザー切断機を用いた際の切断中断などの切断トラブルの発生を極力防止でき、しかもプラズマ切断機、ガス切断機を用いた高速切断が可能な鋼材を提供することを目的とする。
　本発明者らは、前記した課題を解決するために、大出力のレーザー切断、プラズマ切断、ガス切断などの酸素を用いた鋼材の熱切断における鋼材の挙動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）大出力レーザー切断機を用いた切断作業中の切断不良、特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（スケール含む）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、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、上記鋼材に対するレーザー焦点位置からの切断可能な変動許容範囲が大きい場合には、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。また、スケールの状況に関わらず安定した切断が可能である。
　（ｂ）鋼材の切断性には、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）の共晶点すなわち酸化物の融点が密接に関連する。そして、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げることによって、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。Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点の低下は、切断部上部（熱が入る側）への溶融鉄の排出も容易にするので、高入熱において高速で切断を行う場合に生じ得る異常燃焼による不具合であるいわゆる「バーニング」現象を抑制することができる。
　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）～（ｋ）の知見を得た。
　（ｃ）Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる元素として、特にＰの効果が大きい。Ｐは、Ｆｅ２ＳｉＯ４に含有されることによって共晶点を下げる効果を発揮する。
　（ｄ）上記のＰ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劣化させ得る。しかし、鋼材中のＳｉ含有量との比でＰ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、鋼材の切断性が著しく向上するので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ると、バーニング現象が生じやすくなるが、上記（ｄ）の要領でＰを適正に含有させた鋼材の切断においては、バーニング現象が生じ難いため、極めて高速で切断することが可能である。レーザー切断速度を上げるためには、レーザーパルスのＤｕｔｙ（パルス発振の時間当たりの出力時間％）を６５％を超える条件とする必要がある。Ｐ／Ｓｉを制御した本発明の鋼材においては、酸素ガスの運動エネルギーによる表面溶融物の排出も容易になるため、Ｄｕｔｙを上げた状況においてもバーニングを生じず、与えた熱が効率よく鋼材切断に使われる。
　（ｆ）上述のＳｉ含有量との比でＰの含有量を適正化した鋼材の切断においては、レーザー焦点位置からの切断可能な変動許容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または切断中断を防止することができる。これは上記と同様に表面溶融物の排出が容易になることが一因である。
　（ｇ）切断時の溶鉄の排出が容易に行われ、切断時に鋼材に熱が伝わりにくくなるため、鋼材温度の上昇が抑えられ、熱変形による切断ずれや、コーナー部での微細加工（１０秒程度のピアシングを行い、鋼材を冷却するとともに切断）の時間も短縮可能となる。
　（ｈ）酸素を用いたプラズマ切断においても基本的にレーザー切断と同様に、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点が切断性に影響する。その影響は、プラズマ出力のみでは切断できない酸素プラズマ切断（アシストガスによる酸化反応による切断）が必要となる厚鋼板（例えば２０ｍｍ以上）の切断において顕著である。また、プラズマ切断速度を上げるために切断入熱を高める必要が生じると、切断面質が低下し、消耗品寿命が短くなるが、上記（ｄ）のＳｉ含有量との比でＰの含有量を適正した鋼材の切断においては、同じ切断速度を得るための入熱を抑えることができるので、切断面質の低下もなく、消耗品寿命が延びる。
　（ｉ）プラズマ切断において、理由は定かではないが、共晶温度を下げるとされるＴｉ、Ｖなどの添加は逆に切断速度の低下、および切断面が波を打ったような形状となる、いわゆる「波打ち」現象を招く場合がある。これは切断時に鋼表面からレーザーとプラズマの影響範囲が異なり、溶鉄排出の機構が異なることに起因しているものと推察される。
　（ｊ）同じ組成の鋼材をガス切断、レーザー切断、プラズマ切断等のあらゆる酸素を用いた熱切断に適用するためには、合金元素の組成を適切な範囲に調整する必要があることがわかった。
　（ｋ）スケールに関しては、従来検討されてきたスケール密着性を考慮しなくとも、安定した切断性を確保することが可能である。鋼材の元素組成を調整にすることによってスケール内にＳｉが濃化したＳｉ濃化域とＡｌ／Ｓｉ比が高いＡｌ濃化域が形成される。そのＳｉ濃化域のＳｉを一定の含有量以上とし、かつＳｉ濃化域の外側に位置するＡｌ濃化域のＡｌ／Ｓｉ比をある一定の値以上とすることによって、安定した切断性を有することがわかった。
　本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）～（８）に示す酸素を用いた熱切断用鋼材を要旨とする。
　（１）質量％で、Ｓｉ：０．０６～０．２０％、Ｐ：０．０１０～０．０３３％、Ａｌ：０．０２％を超えて０．０８％以下を含有し、Ｐ／Ｓｉ≧０．１２で、かつＡｌ／Ｓｉ≦０．６０を満足する化学組成を有し、表面にスケールを有する鋼材であって、
スケール中にＳｉが０．４％以上のＳｉ濃化域が層状に存在し、Ｓｉ濃化域の表層側にＡｌ／Ｓｉ比が０．３以上のＡｌ濃化域が層状に存在することを特徴とする酸素を用いた熱切断用鋼材。
　（２）質量％で、Ｃ：０．０２～０．２０％、Ｓｉ：０．０６～０．２０％、Ｍｎ：０．２０～１．６０％、Ｐ：０．０１０～０．０３３％、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０２％を超えて０．０８％、Ｃｕ：０．０１％以上０．５％未満、Ｎｉ：０．０１～０．５％およびＮ：０．００９％以下を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする前記（１）に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
　（３）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｔｉ：０．０５％以下およびＶ：０．０５％以下の一方または両方を含有することを特徴とする前記（２）に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
　（４）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｃｒ：２．０％以下を含有することを特徴とする前記（２）または（３）に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
　（５）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｍｏ：０．５％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下から選択される１種以上を含有することを特徴とする前記（２）から（４）までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
　（６）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｂ：０．００３％以下を含有することを特徴とする前記（２）から（５）までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
　（７）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下から選択される１種以上を含有することを特徴とする前記（２）から（６）までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
　（８）鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｓｎ：０．５０％以下を含有し、Ｃｕ：０．１％未満で、かつＣｕ／Ｓｎ比が１．０以下であることを特徴とする前記（２）から（７）までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
　本発明鋼材は、上記に示すように酸素を用いた熱切断用鋼材である。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切断用の鋼材であり、レーザー切断、プラズマ切断、ガス切断等に使用できる。
　本発明の鋼材は、レーザー切断の場合には、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、レーザー焦点位置からの切断可能な変動許容範囲が大きくなり、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、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、特殊な熱処理によるスケールの制御を行わずとも、複雑な形状を不具合無く切断することが可能である。
　また、切断時の熱変形も抑制されるため、歪みによる切断寸法精度確保のための「ブリッジ」を最小限にとどめることができる。すなわち、最終的に人間によってブリッジ部をガス切断する時間を短縮できるため、生産性を向上させることができる。さらにプラズマ切断においては、切断面の波打ち現象を抑制し、高速での切断が可能である。
本発明の実施例での切断形状 バーニング現象を示す写真 波打ち現象を示す断面写真
　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：０．０６～０．２０％
　Ｓｉは、酸素を用いた熱切断中に酸化されてスケール中にＦｅ２ＳｉＯ４を形成し、酸素を用いた熱切断性を大きく支配する元素である。
　Ｓｉの含有量はＦｅ２ＳｉＯ４の形成量に大きく影響する。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、酸素を用いた熱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り、切断性が向上する。母材中のＳｉ含有量が０．０６％未満であると、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、レーザー切断では切断面の溶融が進み、「えぐれ」と呼ばれる現象が発生する。また、Ｓｉ含有量は、後述するように、スケール中のＦｅ２ＳｉＯ４の存在と密接に関係があり、スケールのＳｉ濃化域中のＳｉ含有量を０．４％以上とするためにも鋼材中のＳｉ含有量を０．０６％以上とする必要である。
　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Ｐ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の含有量は０．０６～０．２０％とする。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．１５％である。また、好ましい下限は０．０８％である。
　Ｐ：０．０１０～０．０３３％、Ｐ／Ｓｉ≧０．１２
　Ｐは最も切断時にＦｅ２ＳｉＯ４に含有されやすく、効果的に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酸素を用いた熱切断性を高める作用を有する。さらに、鉄酸化物の排出が容易になることによって、切断時の鋼板温度の上昇が抑制され、切断時の熱歪みが抑制される。このため、Ｓｉと同様、Ｐの含有量は重要な要因となる。
　Ｐは、Ｓｉに対して十分な量含有させる必要がある。Ｐ／Ｓｉ比が０．１２未満の場合には、Ｆｅ２ＳｉＯ４の共晶点を下げる効果が十分に発揮されないため、Ｐ／Ｓｉ比を０．１２以上とする必要がある。Ｐ／Ｓｉ比は０．１５以上であることが好ましい。ただし、Ｐ含有量が０．０１０％未満の場合、Ｐ／Ｓｉ比を０．１５以上とするにはＳｉ含有量を少なくせざるを得ず、Ｆｅ２ＳｉＯ４量が少なくなる。このためレーザー切断の安定性が低下し、またプラズマ切断では限界切断速度が低下する。一方、Ｐ含有量の増加に伴い切断性は向上するが、０．０３３％を超えると、その向上は飽和傾向を示し、かつ機械的性質および溶接性といった鋼材の特性が劣化する。したがって、優れた切断性を得るためにはＰ含有量を０．０１０～０．０３３％とすることが必要である。
　Ａｌ：０．０２％を超えて０．０８％以下、Ａｌ／Ｓｉ≦０．６０
　Ａｌは、脱酸作用を有するため、含有させる必要がある。また、ＡｌはＰ同様に酸素を用いた熱切断時に生成する鉄酸化物中に存在するＦｅ２ＳｉＯ４に含有されやすく、共晶温度を下げる効果がある。そのため、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、熱切断性（レーザー切断性）を高める。さらに、後述するスケール中のＡｌ濃化域のＡｌ／Ｓｉ比を０．３以上とするため、Ａｌは０．０２％を超える量を含有させる必要がある。一方、Ａｌが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の含有量は０．０２％を超えて０．０８％以下とする。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０５％である。また、好ましい下限は０．０３％である。
　ＡｌをＳｉに対して鋼材に過剰に含有させた場合には、酸素を用いた熱切断時にＦｅ２ＳｉＯ４以外に高融点であるＡｌ２Ｏ３（アルミナ）が生成し切断性が劣化する。このため、Ｓｉの含有量との関係でＡｌの含有量はＡｌ／Ｓｉ≦０．６０とする。
　（Ｂ）鋼材の好適な化学組成について：
　本発明に係る酸素を用いた熱切断用鋼材は、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：０．０２～０．２０％
　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、０．２０％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０．０２～０．２０％とするのが好ましい。Ｃは安価な元素であり、酸素を用いた熱切断時に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ため、Ｃ含有量の下限は０．０５％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、靱性の劣化および酸素を用いた熱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。Ｍｎ含有量の下限は０．３０％とするのがより好ましい。また、Ｍｎ含有量の上限は１．３０％とするのがより好ましい。
　Ｓ：０．０１５％以下
　Ｓは、不純物として鋼中に存在し、酸素を用いた熱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、鋼材の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。Ｓ含有量は０．０１０％以下とすることがより好ましい。
　Ｃｕ：０．０１％以上０．５％未満
　Ｃｕは、耐食性を向上させる元素である。この効果を得るには０．０１％以上含有させる必要がある。Ｃｕ含有量は０．０２％以上とすることがより好ましい。一方、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の含有量は一定量未満に抑えるのがよく、０．５％未満とするのが好ましく、０．４％以下とすることがより好ましい。
　Ｎｉ：０．０１～０．５％
　Ｎｉも、耐食性を向上させる元素である。この効果を得るには０．０１％以上含有させる必要がある。Ｎｉ含有量は０．０２％以上とすることがより好ましい。一方、Ｎｉ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。そのため、Ｎｉの含有量は一定量以下に抑えるのがよく、０．５％以下とするのが好ましく、０．４％以下とすることがより好ましい。
　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。
　上記の理由から、本発明に係る酸素を用いた熱切断用鋼材は、質量％で、Ｃ：０．０２～０．２０％、Ｓｉ：０．０６～０．２０％、Ｍｎ：０．２０～１．６０％、Ｐ：０．０１０～０．０３３％、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０２％を超えて０．０８％以下、Ｃｕ：０．０１％以上０．５％未満、Ｎｉ：０．０１～０．５％およびＮ：０．００９％以下を含み残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有するものとする。
　なお、不純物とは、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
　本発明に係る酸素を用いた熱切断用鋼材には、必要に応じてさらに、下記（イ）～（ヘ）に挙げた元素の中から選ばれた１種以上を含有させることができる。
　（イ）Ｔｉ：０．０５％以下およびＶ：０．０５％以下のうちの１種以上
　（ロ）Ｃｒ：２．０％以下
　（ハ）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
　（ニ）Ｂ：０．００３％以下
　（ホ）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
　（ヘ）Ｓｎ：０．５０％以下
　以下、上記の元素に関して説明する。
　Ｔｉ：０．０５％以下およびＶ：０．０５％以下のうちの１種以上
　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酸素を用いた熱切断性を高める作用を有する。このため酸素を用いた切断、特にレーザー切断においては、性能の向上が見られる。しかしながら、プラズマ切断に関しては、逆に限界切断速度を低下させる場合があるため、それぞれＴｉは０．０５％を、Ｖは０．０５％を上限とすることが好ましく、０．０４％を上限とすることがより好ましい。上記の効果を得るには、ＴｉおよびＶの含有量はいずれも０．００５％以上とすることが好ましく、０．０１％以上とすることがより好ましい。
　Ｃｒ：２．０％以下
　Ｃｒは、鋼板の強度を高める作用を有する。しかしながら、その含有量が２．０％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、酸素を用いた熱切断表面の粗さの劣化およびレーザー切断の場合には切断ノッチ形成につながるおそれがある。そのため、含有させる場合のＣｒの含有量は、２．０％以下とする。Ｃｒ含有量は１．５％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得るためには、Ｃｒの含有量は０．０２％以上とすることが好ましく、０．０３％以上とすることがより好ましい。
　Ｍｏ：０．５％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。しかしながら、Ｍｏを０．５％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。そのため、含有させる場合のＭｏの含有量は、０．５％以下とする。Ｍｏ含有量は０．４％以下とすることがより好ましい。上記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く、０．１５％以上含有させることがより好ましい。
　Ｗも、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有する。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。そのため、含有させる場合のＷの含有量は、０．４％以下とする。Ｗ含有量は０．３％以下とすることがより好ましい。上記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く、０．０８％以上含有させることがより好ましい。
　Ｎｂは、析出強化により鋼板の強度を高める作用を有する。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％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０３％以下とすることがより好ましい。上記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く、０．０１％以上とすることがより好ましい。
　Ｂ：０．００３０％以下
　Ｂは、焼入れ性を高める作用を有する。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。そのため、含有させる場合のＢの含有量は、０．００３０％以下とする。Ｂ含有量は０．００２０％以下とすることがより好ましい。上記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く、０．０００８％以上含有させることがより好ましい。
　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。しかしながら、Ｃａの含有量が０．００５％を超えると、酸素を用いた熱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％以下とする。Ｃａの含有量は、０．００４％以下とすることがより好ましい。上記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く、０．００２％以上含有させることがより好ましい。
　Ｍｇは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。しかしながら、Ｍｇの含有量が０．００５％を超えると、酸素を用いた熱切断性が損なわれるおそれがある。そのため、含有させる場合のＭｇの含有量は、０．００５％以下とする。Ｍｇ含有量は０．００４％以下とすることがより好ましい。上記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く、０．００２％以上含有させることがより好ましい。
　ＲＥＭは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有する。しかしながら、ＲＥＭの含有量が０．００５％を超えると、酸素を用いた熱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％以下とする。ＲＥＭ含有量は０．００４％以下とすることがより好ましい。上記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く、０．００２％以上含有させることがより好ましい。
　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の含有量は上記元素の合計量を意味する。
　Ｓｎは、Ｓｎ２＋となって溶解し、酸性塩化物溶液中でのインヒビター作用により腐食を抑制する作用を有する。また、Ｆｅ３＋を速やかに還元させ、酸化剤としてのＦｅ３＋濃度を低減する作用を有することにより、Ｆｅ３＋の腐食促進作用を抑制するので、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる。また、Ｓｎには鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用がある。これらの作用は、Ｓｎ含有量が０．５０％を超えると飽和する。したがって、含有させる場合のＳｎ含有量は０．５０％以下とする。Ｓｎ含有量は０．３０％以下とすることが好ましい。上記の効果を得るためには、Ｓｎを０．０３％以上含有させることが好ましく、０．０５％以上含有させることがより好ましい。
　Ｓｎを含有させる場合には、Ｃｕ含有量を０．１％未満とし、かつＣｕ／Ｓｎ比が１．０以下とする。Ｃｕ含有量が０．１％以上であるか、またはＣｕ／Ｓｎ比が１．０を超えると、Ｃｕの含有により耐食性が低下する場合があり、さらに、鋼板を製造する際に圧延割れの原因となる。Ｓｎを含有させる場合のＣｕ含有量の上限は０．０９％であることが好ましい。
　（Ｃ）スケールについて：
　スケールは鋼材の製造時に鋼材表面が酸化されて形成された酸化物層である。スケールの組成は、断面の全領域で均一になっているものではない。本発明ではスケール中にＳｉ濃化域、Ａｌ濃化域が層状に形成されることで切断性が安定化する。また、Ｓｉ濃化域、Ａｌ濃化域は鋼板全面に完全な層として形成されている必要はなく、層の一部に本発明の要件を満足しない領域が存在しても切断性に大きな影響を与えることはない。
　Ｓｉ濃化域はスケール／鋼界面近傍においてＳｉが濃化することで形成され、相対的にＦｅ２ＳｉＯ４に富んだ領域となる。Ｓｉ濃化域には、質量％で０．４％以上のＳｉを濃化させることが必要である。このような濃化域が形成されることにより、切断初期に低融点成分としてバーニング等の切断不良を抑制するものと考えられる。
　また、Ｓｉ濃化域より表層側にはＡｌ濃化域が層状に形成される。Ａｌ濃化域のＡｌ／Ｓｉ比を０．３以上とすることで切断時の溶融酸化物の排出が容易になる。
　Ａｌ濃化域も比較的スケール／鋼界面近傍に形成される。各濃化層は鋼材側から、スケール／鋼界面、Ｓｉ濃化域、Ａｌ濃化域の順に存在することになる。このような構成であれば確実にバーニングなどの切断不良を防止できる。
　スケール中の各元素の定量分析はグロー放電発光表面分析装置で容易に測定が可能であり、またＦｅ２ＳｉＯ４の存在も、斜入角Ｘ線回折等の手法でその存在が確認できる。
　（Ｄ）その他：
　本発明の酸素を用いた熱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酸素を用いた熱切断可能であるが、厚みが１２ｍｍ以上のものでも十分に酸素を用いた熱切断することができる。ただし、レーザー切断の場合には出力特性にも依存するが、鋼材厚みの上限は３０ｍｍとすることが好ましい。プラズマ切断の場合には出力特性にも依存するが、鋼材厚みの上限は１００ｍｍとするのが好ましい。
　また、スケールの厚みも特に限定はされないが、通常の鋼材の製造工程で生成するスケールであり、表面に３～１００μｍのスケールを有する鋼材において、切断不良を抑制する効果が顕著に見られる。スケールが１００μｍを超えると、表面スケールの凹凸が激しくなる傾向があるため好ましくない。
　表面にいわゆる圧延スケール以外の鉄さび成分（ＦｅＯＯＨ：オキシ水酸化鉄）が混入していても大きな問題はないが、その混入率は質量％で２０％以下にするべきである。
　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。レーザー、プラズマ切断ともに酸化物制御による切断であり、本発明鋼材がガス切断にも適用可能であることは言うまでもない。
　表１に示す化学組成を有する鋼Ｎｏ．１～２２のスラブを１１２０℃に加熱し、デスケーラーで初期のスケールを除去後、仕上げ温度７５０～９００℃で板厚１６ｍｍ、２５ｍｍ、３２ｍｍまで圧延して３種鋼材を得た。この後、スケールの成長を待ち、水冷後レベラーで平坦度を矯正した。製造した鋼材の表面にはスケールが残存していた。
　なお、表１における鋼Ｎｏ．１～１８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Ｎｏ．１９～２２は、本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。このうち、鋼Ｎｏ．２２の鋼材については、割れが発生したため、以下に示す測定は行わなかった。
　生成したスケールをマーカス型高周波グロー放電発光表面分析装置ＧＤ－Ｐｒｏｆｉｌｅｒ２ ＨＯＲＩＢＡ製を用い、放電面積：４ｍｍφ、ＲＦ出力：３５Ｗ、アルゴン圧力：６００Ｐａで表面からの元素プロファイルを測定し、スケール中のＦｅ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐなどの主要成分を分析した。またＯのプロファイルからスケール厚みを決定した。これらのデータを基に、スケール中のＳｉ濃化域およびＡｌ濃化域を確認すると共に、Ｓｉ濃化域のＳｉ含有量、Ａｌ濃化域のＡｌ／Ｓｉ比を算出した。
　またスケールが生成した鋼材サンプルについて斜入角Ｘ線回折実験（入射角５°、CoKα線）を行い、Ｆｅ２ＳｉＯ４成分の有無を確認した。小さいピークであるが、鋼Ｎｏ．１～２０の鋼材上のスケールには、Ｆｅ２ＳｉＯ４のピークが５５°～５６°付近に観察された（ＪＣＰＤＳ ３４－０１７８、ｄ＝１．９２２Ａ）。一方、鋼Ｎｏ．２１の鋼材上のスケールにはＦｅ２ＳｉＯ４のピークが認められなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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レーザーである。出力を５０００Ｗとして、周波数が１０００Ｈｚで切断を行った。また、酸素ガス圧は内側が０．０５ＭＰａ、外側が０．０３ＭＰａとした。
　板厚１６ｍｍの鋼材に関しては、限界切断速度を評価するために、まず鋼材表面にレーザー焦点を決めて、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、Ｄｕｔｙ：５０％、切断速度９００ｍｍ／ｍｉｎの速度から切断速度を２５ｍｍ／ｍｉｎピッチで上げて切り出し、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。
　また、切断裕度（切断可能範囲）の測定は、先ず、鋼材表面にレーザー焦点を決め、次いで、ノズル先端位置を０．２５ｍｍ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、レーザー焦点位置からの切断可能な変動許容範囲を求めた。切断速度は、９００ｍｍ／ｍｉｎとした。
　また操業の安定性を評価するために板厚２５ｍｍ、約２００ｍｍ×２００ｍｍの鋼材から図１に示すような形状（ここでは、Ｔｙｐｅ１、Ｔｙｐｅ２と称す）を切断速度７００ｍｍ／ｍｉｎ、Ｄｕｔｙ７０％で２０枚の切断を行い、バーニング現象が生じた枚数（結果としては発生率）を評価した。バーニング現象の例を図２に示す。切断溝が広くなっている部分がバーニング現象を生じた部位である。
　プラズマ切断は小池酸素工業株式会社製、スーパー４００を用いた。１５０ｍｍ幅、板厚３２ｍｍの鋼材を５０ｍｍピッチで切断した。１３４Ａで速度１１５０ｍｍ／ｍｉｎから切断機のオーバードライブ機能を用いて５％ピッチ（５７．５ｍｍ／ｍｉｎ）で上げていき、裏面ノロ付着の切断不良が生じるかどうかで判定した。切断不良（ノロ付着）が観察されない最高切断速度を限界切断速度とした。また切断可能時の最高速度時の面を観察し、図３に示すような波打ち現象が観察された場合を×、波打ち現象が認められず平滑な面質である場合を○として評価した。表２に調査結果をまとめて示す。
　表２のレーザー切断試験結果から、本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験Ｎｏ．１～１８においては、限界切断速度は１３５０ｍｍ／ｍｉｎ以上であり、またレーザー切断可能な変動許容範囲は、４．７５ｍｍ以上となり、レーザーの焦点ずれに対して鈍感であり、切断性に優れると言える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　これに対して、比較例の試験Ｎｏ．１９～２１においては、切断可能範囲は、２．５ｍｍ以下である。試験Ｎｏ．２１では限界切断速度は上がったものの、切断可能範囲が非常に狭い。すなわち高速で切断可能でも、少しの条件変動により切断不良が起こりうる状況であった。
　本発明鋼材は、複雑な切断形状において、バーニング現象が発生することなく切断可能であることが明らかである。
　表２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Ｎｏ．１～１８においては、３２ｍｍ厚の厚鋼板において、１８００ｍｍ／ｍｉｎ以上で切断可能であり、プラズマ切断性に優れており、さらに面質も、波打ち現象もなく良好であった。
　これに対して比較例の試験Ｎｏ．１９～２１においては、限界切断速度は、１５５０～１６１０ｍｍ／ｍｉｎ程度であり、切断できても、面質に問題があった。
　本発明の鋼材は、レーザー切断の場合には、焦点ずれに対して鈍感であり、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ため、高速での切断が可能であり、特殊な熱処理によるスケールの制御を行わずとも、複雑な形状を不具合無く切断することが可能である。さらにプラズマ切断においては、切断面の波打ち現象を抑制し、高速での切断が可能である。

Claims (8)

  1. 　質量％で、Ｓｉ：０．０６～０．２０％、Ｐ：０．０１０～０．０３３％、Ａｌ：０．０２％を超えて０．０８％以下を含有し、Ｐ／Ｓｉ≧０．１２で、かつＡｌ／Ｓｉ≦０．６０を満足する化学組成を有し、表面にスケールを有する鋼材であって、
    スケール中にＳｉが０．４％以上のＳｉ濃化域が層状に存在し、Ｓｉ濃化域の表層側にＡｌ／Ｓｉ比が０．３以上のＡｌ濃化域が層状に存在することを特徴とする酸素を用いた熱切断用鋼材。
  2. 　質量％で、Ｃ：０．０２～０．２０％、Ｓｉ：０．０６～０．２０％、Ｍｎ：０．２０～１．６０％、Ｐ：０．０１０～０．０３３％、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０２％を超えて０．０８％、Ｃｕ：０．０１％以上０．５％未満、Ｎｉ：０．０１～０．５％およびＮ：０．００９％以下を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする請求項１に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
  3. 　鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｔｉ：０．０５％以下およびＶ：０．０５％以下の一方または両方を含有することを特徴とする請求項２に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
  4. 　鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｃｒ：２．０％以下を含有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
  5. 　鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｍｏ：０．５％以下、Ｗ：０．４％以下およびＮｂ：０．０４％以下から選択される１種以上を含有することを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
  6. 　鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、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２から請求項５までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
  7. 　鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下およびＲＥＭ：０．００５％以下から選択される１種以上を含有することを特徴とする請求項２から請求項６までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
  8. 　鋼材の化学組成が、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに、Ｓｎ：０．５０％以下を含有し、Ｃｕ：０．１％未満で、かつＣｕ／Ｓｎ比が１．０以下であることを特徴とする請求項２から請求項７までのいずれかに記載の酸素を用いた熱切断用鋼材。
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