レーザー切断性に優れた鋼板およびその製造方法
【課題】造船等に供して好適なレーザー切断時に優れた切断品質が得られる鋼板およびその製造条件を提供する。
【解決手段】質量％で、特定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、下式によるＰｏが−５〜２５、必要に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、ＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇの１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の組成を有し、スケール層の平均厚さが１０μｍ以下であり、スケール層中にマグネタイトが６０ｍａｓｓ％以上含まれ、より好ましくはスケール厚の標準偏差が４．０μｍ以下の鋼板。上記鋼組成からなる鋳片または鋼片を、１０００〜１２００℃に再加熱後、６５０〜８５０℃で終了する熱間圧延を実施し、９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中において、鋼板表裏面に水を噴射してデスケーリングを５回以上かつデスケーリングのパス間時間を１０〜５０秒で実施する。Ｐｏ＝（２．９Ｓｉ−０．２Ｍｎ＋０．７Ａｌ）×（Ｏ−０．００２３）２×１０７ （ここで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、およびＯは含有量（ｍａｓｓ％））
【解決手段】質量％で、特定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、下式によるＰｏが−５〜２５、必要に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、ＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇの１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の組成を有し、スケール層の平均厚さが１０μｍ以下であり、スケール層中にマグネタイトが６０ｍａｓｓ％以上含まれ、より好ましくはスケール厚の標準偏差が４．０μｍ以下の鋼板。上記鋼組成からなる鋳片または鋼片を、１０００〜１２００℃に再加熱後、６５０〜８５０℃で終了する熱間圧延を実施し、９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中において、鋼板表裏面に水を噴射してデスケーリングを５回以上かつデスケーリングのパス間時間を１０〜５０秒で実施する。Ｐｏ＝（２．９Ｓｉ−０．２Ｍｎ＋０．７Ａｌ）×（Ｏ−０．００２３）２×１０７ （ここで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、およびＯは含有量（ｍａｓｓ％））
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造船、土木、建築、橋梁、建産機械、海洋構造物、貯蔵タンク、圧力容器、等に供して好適なレーザー切断時に優れた切断品質が得られる板厚６ｍｍ以上の鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
造船、土木、建築、橋梁、建産機械、海洋構造物、貯蔵タンク、圧力容器などの鋼構造物に熱間圧延鋼板が用いられる際には、所望の形状に切断した後に組み立てるのが一般的である。鋼構造物の工作工程における切断作業の割合は高く、作業の高能率化や低コスト化への要求は高い。また、意匠性などの観点から鋼構造物の形状が複雑化するとともに、切断以降の工程省略のため、切断面形状が複雑化しており、切断面に対して高い精度が要求される。
【０００３】
従来、厚鋼板の切断方法としてガス切断やプラズマ切断が広く用いられている。ガス切断は、設備が比較的簡単であり、非常に板厚が厚い鋼板まで切断可能であることから最も広く利用される。しかしながら、ガス炎の制御や監視など自動作業化が難しく、また切断速度が比較的遅いことから、作業性に劣る。プラズマ切断は、最大厚５０ｍｍ程度までは高速切断が可能であるが、トーチ寿命が数時間しかなく、頻繁な交換作業のため作業性が低く、自動作業化は困難である。
【０００４】
一方、レーザー切断は、薄鋼板の切断から普及し、近年では、レーザー発振器の高出力化、低価格化に伴い、板厚の厚い鋼板の切断にも適用範囲が拡大している。その特徴としては、まずトーチ寿命が長く、レーザーの出力が容易であるため、切断作業の完全自動化が容易である。また、切断による熱変形が小さいとともに、切断面の品質が良好である。このため、レーザー切断は作業性と切断品質の観点から理想的な厚鋼板の切断方法といえる。
【０００５】
しかしながら、現状のレーザー出力では、対象板厚は最大２５ｍｍ程度に限定され、それ以上の板厚になると、切断の安定性が急激に低下する。レーザー切断機の能力としては、更なる高出力化が進められているが、一方で、鋼板自体のレーザー切断性(切断不良が生じないこと）を向上させる検討がされてきた。
【０００６】
特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．２０％以下−Ｓｉ：０．１〜１．０％−Ｍｎ：２．５％以下系にＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒを添加した鋼素材を、低温加熱、低温圧延および加速冷却して、母材とスケール層の界面にＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒの濃化層を生成させた鋼板とし、該濃化層がレーザー光のエネルギーを効率的に地鉄に吸収させてレーザー切断性を向上させる技術が報告されている。
【０００７】
特許文献２では、Ｓｉを添加した鋼素材を、熱間圧延前に高圧デスケーリングした後、普通圧延、加速冷却および平坦度調整処理を組み合わせる製造方法により、スケール厚さを１０〜６０μｍに制御してレーザー切断性を向上させる技術が報告されている。
【０００８】
特許文献３では、鋼板表面の光沢性、レーザー切断時の溶鋼の粘性を調整した重量％で０．０３〜０．０６％Ｃ−０．０５〜０．３％Ｓｉ−０．５〜１．５％Ｍｎ系にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒなどを添加した成分組成の鋼素材とし、特定温度に加熱後、制御圧延中に高圧のデスケーリングを複数回実施して鋼板表面に剥離したスケールやゴミを残さず、且つ、必要以上にスケールを厚くしないようにしてレーザー切断性を向上させる技術が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１９５９８３号公報
【特許文献２】特開２００８−９５１５５号公報
【特許文献３】特許第３２１８１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、高価な合金元素の添加が必要で高コストになり、さらに、低温加熱−低温圧延により、鋼板内部にボイドなどの欠陥が残存したり、歪が生じたりすることが問題となる。
【００１１】
特許文献２に記載された技術では、加速冷却と平坦度調整処理により、鋼板内に歪が導入され、切断時の変形が問題となるだけでなく、鋼板の板内位置によるスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）のばらつきが顕著でスケール厚の標準偏差も大きく、安定して優れたレーザー切断性を確保することは困難である。
【００１２】
特許文献３に記載された技術では、高価な合金元素の添加が必要であり高コストとなるだけでなく、圧延仕上げ温度が低温であるため、圧延パス間およびデスケーリングパス間の時間が長くなり、鋼板内位置によるスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）のばらつきが顕著でスケール厚の標準偏差も大きく、安定して優れたレーザー切断性を確保することは困難である。
【００１３】
本発明は、これらの事実に鑑みてなされたもので、経済性に優れ、レーザー切断性に優れた鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。ここで、レーザー切断性に優れるとは、レーザー切断に適することを指し、具体的には切断中での鋼板の変形が少なく作業性に優れ、切断後の鋼板断面にはノッチがなく、鋼板裏面にはドロス付着もない切断品質に優れていることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を達成するため、厚鋼板を対象に優れたレーザー切断性を確保するため、鋼板の成分組成、製造方法、スケール形態（スケール厚さ、スケール組成）、スケール厚の標準偏差およびレーザー切断による溶鋼の粘性を決定する各種要因に関して鋭意研究を行い、以下の知見を得た。
【００１５】
１．高密度エネルギーによるレーザー照射で鋼板に発生する熱応力は極めて大きく、レーザー照射時に表層のスケールが破壊されやすい。それを防ぐためには、スケールと地鉄の界面の密着性を向上させることが有効である。そのためにはスケール層の平均厚さを薄くし、かつスケール層厚さのばらつきを低減することが重要である。
【００１６】
２．優れたレーザー切断性を達成するためには、レーザーエネルギーを効率よく熱エネルギーに変換して、レーザー照射部が溶融することが必要である。レーザーエネルギーを効率よく吸収する、すなわち、吸収能を高くするためには、鋼板表面に生成したスケールの色調を吸収能力が優れたものとすることが重要である。
【００１７】
３．上記のスケール形態を達成するためには、鋼板の成分組成を管理することにより、スケールと地鉄の界面の密着性向上と、スケールの成長を抑制することが不可欠である。さらには、熱間圧延条件と熱間圧延中のデスケーリング条件を厳格に管理して、熱間圧延前、熱間圧延途中および熱間圧延後に生成、成長するスケールを効果的に剥離させて、除去すること、および成長を抑制することが重要である。
【００１８】
４．また、レーザー切断時の加熱による溶鋼の粘性によりレーザー切断性が影響を受け、溶鋼の粘性を低下させるような成分設計がレーザー切断性の向上に有効である。
【００１９】
本発明は、得られた知見にさらに検討を加えてなされたもので、
１．ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、 Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．０１６〜０．０５０％、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０７％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼板において、下式で示されるＰｏが−５〜２５で、鋼板表面のスケール層の平均厚さが１０μｍ以下であり、スケール層中にマグネタイトが６０ｍａｓｓ％以上含まれることを特徴とするレーザー切断性に優れた鋼板。
【００２０】
Ｐｏ＝（２．９Ｓｉ−０．２Ｍｎ＋０．７Ａｌ）×（Ｏ−０．００２３）２×１０７
（ここで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、およびＯは含有量（ｍａｓｓ％））
２．鋼板の成分組成に、ｍａｓｓ％でさらに、Ｃｕ：１．５％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００５％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする１記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
３．鋼板の成分組成に、ｍａｓｓ％でさらに、ＲＥＭ：０．００８％以下、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする１または２記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
４．鋼板表面のスケール層厚さの標準偏差が４．０μｍ以下となることを特徴とする１〜３記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
５．１乃至３のいずれか一つに記載した鋼組成からなる鋳片または鋼片を、１０００〜１２００℃に再加熱後、６５０〜８５０℃で終了する熱間圧延を実施し、９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中において、鋼板表裏面に水を噴射してデスケーリングを５回以上かつデスケーリングのパス間時間を１０〜５０秒で実施することを特徴とするレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法。
６．９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中に、熱間圧延機に鋼板を通過させながら鋼板の上下面をそれぞれ４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ以上の水量密度で加速冷却を１回または２回以上実施することを特徴とする５記載のレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザー切断において、優れた作業性と切断品質とを有する鋼板が得られ、鋼構造物作製時の製造効率や安全性の向上に大きく寄与し、産業上格段の効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明ではスケールの形態（スケール厚さ、スケール組成）と鋼板の成分組成を規定する。なお、説明において％はｍａｓｓ％とする。
［スケールの形態］
鋼板表面のスケール層の平均厚さが１０μｍ以下であり、スケール層中にマグネタイトが６０％以上含まれるスケール組成とする。
【００２３】
優れたレーザー切断性を得るためには、スケールと地鉄の密着性を高くしてレーザー切断時のスケールの破壊を抑制し、レーザー光の吸収能の高いスケール表面形態とする。
【００２４】
本発明では、スケールと地鉄の密着性を高くするために、スケール層の平均厚さを厳格に管理する。スケール層の平均厚さが１０μｍよりも厚ければ、スケール密着性が低下するために、レーザー切断性が劣る。このためスケールの平均厚さは１０μｍ以下とした。スケールの平均厚さの求め方は実施例において後述する。
【００２５】
さらに、スケールの組成を管理して、レーザーの吸収能が高い、黒っぽい色調とする。熱間圧延後の鋼板表面に生成するスケールは、主にウスタイト（ＦｅＯ）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、およびヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）より形成されるが、スケール層の組成がマグネタイト主体となるとスケールの色が黒色になり、レーザー吸収能が向上し、レーザー切断性が向上する。
【００２６】
このような効果を得るためには、スケール層中にマグネタイトを６０％以上有することが必要である。なお、そのほかのスケール組成の影響としては、ヘマタイトが多くなるほどスケールの色が赤色に近くなり、レーザー吸収能が低下するので、できるだけ少ないことが好ましいが、２５％未満であればその影響は無視できる。
【００２７】
また、ウスタイトは、レーザー吸収能にほとんど影響を及ぼさないが、地鉄との密着性を低下させるため、できるだけ少ないことが好ましいが、１５％未満であればその影響は無視できる。
【００２８】
本発明では、更にレーザ切断性を向上させる場合、上記基本スケール形態に加えて、鋼板表面のスケール層厚さの標準偏差を４．０μｍ以下とする。スケール層厚さの標準偏差が４．０μmを超えると、鋼板表面でのレーザー吸収が不安定になり、レーザー切断性が劣る。このためスケール層厚さの標準偏差は４．０μｍ以下とした。標準偏差の求め方は後述する。
【００２９】
但し、レーザ切断性は、上述したスケール形態やスケール層厚さの標準偏差の他に溶鋼の粘性にも影響を受ける。
【００３０】
［鋼板の成分組成］
本発明では、1..熱間圧延前、熱間圧延途中および熱間圧延後に生成、成長するスケールを熱間圧延時のデスケーリングで剥離しやすく、且つその成長を抑制し、２.レーザ切断時にはスケールと地鉄の密着性が高くなるように、鋼板の成分組成を規定する。なお、説明において％はｍａｓｓ％とする。
【００３１】
Ｃ：０．０３〜０．２０％
Ｃは、鋼の強度を増加させ、構造用鋼材として必要な強度を確保するために必要な元素で、その効果を得るため０．０３％以上の含有を必要とする。一方、０．２０％を超える含有は、靭性を劣化させるとともに、溶接性が低下する。このため、０．０３〜０．２０％の範囲に限定する。好ましくは、０．０４〜０．１８％である。
【００３２】
Ｓｉ：０．０１〜０．６０％
Ｓｉは、脱酸材として作用し、製鋼上必要であるだけでなく、スケールと地鉄の界面に濃化して、スケールの密着性を低下させる。これによりデスケーリングの際のスケールの剥離性が向上する。
【００３３】
このような効果は、特に６５０〜９５０℃という高温域で顕著であり、圧延前および圧延中に生成したスケールを効果的に除去することができる。
【００３４】
また、スケールと地鉄界面に濃化したＳｉは、熱間圧延後の鋼板表面に生成するスケールの成長を抑制し、レーザー切断時のスケール密着性の向上に寄与する。このような効果を得るためには、０．０１％以上の含有を必要とする。
【００３５】
一方、０．６０％を超えて含有すると、母材の靭性、溶接部の低温割れ性が顕著に劣化するため、０．０１〜０．６０％の範囲に限定する。好ましくは、０．０２〜０．５５％である。
【００３６】
Ｍｎ：０．１〜２．５％
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を増加させる効果を有し、母材の強度を確保するために０．１％以上の含有が必要である。一方、２．５％を超えて含有すると、母材の靭性、延性および溶接性が著しく劣化するため、０．１〜２．５％の範囲に限定する。好ましくは、０．２〜２．０％である。
【００３７】
Ｐ：０．０１６〜０．０５０％
Ｐは、微量の添加でも、スケールと地鉄の界面に濃化して、スケールの密着性を低下させる。これによりデスケーリングの際のスケールの剥離性が向上する。
このような効果は、特に６５０〜９５０℃という高温域で顕著であり、この温度域でデスケーリングをすると、圧延前および圧延中に生成したスケールを効果的に除去することができる。
【００３８】
また、スケールと地鉄界面に濃化したＰは、熱間圧延後の鋼板表面に生成するスケールの成長を抑制し、レーザー切断時のスケール密着性の向上に寄与する。このような効果を得るためには、０．０１６％以上の含有を必要とする。一方、０．０５０％を超えて含有すると、鋼の強度を増加させ著しく靭性を劣化させるため、０．０１６〜０．０５０％の範囲に限定する。
【００３９】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、母材の低温靭性や延性を劣化させるため、０．０１％を上限として低減することが望ましい。
【００４０】
Ａｌ：０．０７％以下
Ａｌは、脱酸剤として作用し、鋼板の溶鋼脱酸プロセスに於いてもっとも汎用的に使われる。また、鋼中のＮをＡｌＮとして固定し、母材および溶接部の靭性向上に寄与する。一方、０．０７％を超えて含有すると、母材の靭性が低下するとともに、溶接時に溶接金属部に混入して溶接金属の靭性を劣化させるようになるため、０．０７％以下に限定する。
【００４１】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、不可避的不純物として鋼中に含まれ、０．０１％を超えて含有すると、母材および溶接部靭性が著しく低下するため、０．０１％以下に限定する。
【００４２】
Ｏ：０．０００５〜０．００５０％
Ｏは不可避的不純物として含有され，鋼中では酸化物として存在する。レーザー切断中は、加熱段階において母材とともに酸化物が溶融するものの、冷却過程で溶鋼中にＡｌやＳｉなどの酸化物として再晶出し、溶鋼の粘性を低下させることにより、レーザー切断性を向上させる効果を有する。このような効果を得るためには、０．０００５％以上の含有を必要とする。一方、０．００５０％を超えると鋼中に存在する酸化物が粗大化して，清浄度を低下させ、母材の靭性に悪影響を及ぼすため、０．０００５〜０．００５０％の範囲に限定する。
【００４３】
Ｐｏ（＝（２．９Ｓｉ−０．２Ｍｎ＋０．７Ａｌ）×（Ｏ−０．００２３）２×１０７ここで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、およびＯは含有量（ｍａｓｓ％））：−５〜２５
本パラメータ式Ｐｏは本発明鋼の溶鋼の粘性を低下させてレーザ切断性に優れる特性を付与するためのもので、−５〜２５とする。
【００４４】
本発明では各成分が上記の組成範囲を単に満足しているだけでは不十分で，Ｐｏが−５〜２５を満足することが重要である。
【００４５】
鋼板中に存在する酸化物は、レーザー切断の加熱段階において母材とともに溶融し、冷却過程で溶鋼中に酸化物として再晶出する。この際、酸化物を形成する合金元素によって、溶鋼の粘性が変動し、ひいては、レーザー切断性に影響を及ぼす。Ｐｏが−５〜２５の範囲において、溶鋼の粘性が低下し、レーザー切断性の向上に有効である。このため、Ｐｏは、−５〜２５の範囲に限定する。
【００４６】
本発明では、上記基本成分系に加えて、更に特性を向上させるために、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、ＲＥＭ、ＣａおよびＭｇの１種または２種以上を含有することができる。
【００４７】
Ｃｕ：１．５％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００５％以下の１種または２種以上
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂは、いずれも鋼の強度向上に寄与する元素であり、所望する強度に応じて適宜含有できる。
【００４８】
Ｃｕを添加する場合は、０．１％以上とすることが好ましいが、１．５％を超えると熱間脆性を生じて鋼板の表面性状を劣化させるため、１．５％以下とする。
【００４９】
Ｎｉを添加する場合は、０．１％以上とすることが好ましいが、２．０％を超えると効果が飽和し、経済的に不利になるため、２．０％以下とする。
【００５０】
Ｃｒを添加する場合は、０．０５％以上とすることが好ましいが、１．０％を超えて含有すると、母材靭性、延性および溶接性が著しく劣化するため、１．０％以下とする。
【００５１】
Ｍｏを添加する場合は、０．０５％以上とすることが好ましいが、１．０％を超えると、母材靭性、延性および耐溶接割れ性に悪影響を及ぼすため、１．０％以下とする。
【００５２】
Ｎｂを添加する場合は、０．００５％以上とすることが好ましいが、０．１％を超えると、母材靭性および延性を劣化させるため、０．１％以下とする。
【００５３】
Ｖを添加する場合は、０．０１％以上とすることが好ましいが、０．１％を超えると、母材靭性および延性を劣化させるため、０．１％以下とする。
【００５４】
Ｔｉは、Ｎとの親和力が強く凝固時にＴｉＮとして析出し、溶接熱影響部でのオーステナイト粒の粗大化を抑制して高靭化に寄与する添加元素である。一方、０．０３％を超えて添加するとＴｉＮ粒子が粗大化して、母材および溶接部靭性を劣化させるため、０．０３％以下とする。
【００５５】
Ｂは、焼入れ性の向上を介して、鋼の強度を増加させる作用を有する．一方、０．００５％を超える含有は焼入れ性を著しく増加させ、母材の靭性、延性の劣化をもたらすため、０．００５％以下とする。
【００５６】
ＲＥＭ：０．００８％以下、Ｃａ：０．００５％以下およびＭｇ：０．００５％以下の１種または２種以上
ＲＥＭ、ＣａおよびＭｇは、いずれも靭性向上に寄与し、所望する特性に応じて選択して添加する。ＲＥＭを添加する場合は、０．００２％以上とすることが好ましいが、０．０２％を超えても効果が飽和するため、０．００８％を上限とする。
【００５７】
Ｃａを添加する場合は、０．０００５％以上とすることが好ましいが、０．００５％を超えても効果が飽和するため、０．００５％を上限とする。
【００５８】
Ｍｇを添加する場合は、０．００１％以上とすることが好ましいが、０．００５％を超えても効果が飽和するため、０．００５％を上限とする。
上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００５９】
本発明に係る鋼板は以下の製造条件で製造することが好ましい。説明において、温度に関する「℃」表示は、板厚の１／２における温度を意味するものとする。
【００６０】
鋼素材加熱温度：１０００℃〜１２５０℃
上述した組成の鋳片または鋼片の鋼素材を転炉、電気炉、真空溶解炉等、通常公知の方法による溶鋼から作成し、１０００℃〜１２５０℃に再加熱する。再加熱温度が１０００℃未満では、熱間圧延での変形抵抗が高く、１パス当たりの圧下量が大きく取れなくなることから、圧延パス数が増加し、圧延能率の低下を招くとともに、鋼素材（スラブ）中の鋳造欠陥を圧着することができない場合が生じる。一方、再加熱温度が１２５０℃を超えると、加熱時のスケールによって表面疵が生じやすく、圧延後の手入れ負荷が増大するとともに、結晶粒が粗大化して所望のミクロ組織が得られず、局部伸びの低下を介して全伸びが低下するため、１０００〜１２５０℃の範囲とする。
【００６１】
熱間圧延終了温度：６５０〜８５０℃
熱間圧延の終了温度が８５０℃を超えるとスケールにブリスターが発生するだけでなく、圧延終了後の冷却過程でスケールが過度に成長するために所望のスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）およびスケール厚の標準偏差を得られない。一方、圧延終了温度が６５０℃より低いと、変形抵抗が高くなりすぎて、圧延荷重が増大し、圧延機への負担が大きくなる．また、圧延温度を低下させるためには、圧延途中で待機する必要があり、生産性を大きく阻害するだけでなく、待機中にスケールが過度に成長するために所望のスケール形態（スケール厚さおよびスケール組成）を得られない。さらには、鋼板中に蓄積される歪が大きくなるため、レーザー切断中に鋼板が変形し、切断精度の低下を招いたり、切断が途中で停止することが問題となる。このため、６５０〜８５０℃の範囲とする。
【００６２】
圧延終了後の冷却方法は空冷、水冷など特に規定しないが、条切り歪を抑制する観点からは、空冷することが好ましい。
【００６３】
９５０℃〜圧延終了温度の間にデスケーリングを５回以上かつパス間時間を１０〜５０秒
所望のスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）およびスケール厚の標準偏差を安定して達成するためには、本発明では、圧延中のデスケーリングの回数およびパス間時間を厳格に管理することが重要である。デスケーリングの回数が５回より少ないと、圧延中に生成、成長するスケールの剥離が不十分となり所望のスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）およびスケール厚の標準偏差を得られない。
【００６４】
また、デスケーリングのパス間時間が１０秒未満であると、圧延時の搬送速度が速すぎて厚鋼板の製造が成り立たないだけでなく、デスケーリング前パス後に生成、成長したスケールに対して十分なデスケーリング効果を得られない。一方、デスケーリングのパス間時間が５０秒を超えると待機中にスケールが過度に成長するために所望のスケール厚さおよびスケール組成を得られない。このため、９５０℃〜圧延終了温度の間にデスケーリングを５回以上かつパス間時間を１０〜５０秒の範囲とする。
【００６５】
なお、説明において、デスケーリングのパス間時間というのは、厚鋼板の製造プロセスであるリバース圧延時に、最初のデスケーリングの開始時刻と、次のデスケーリング開始時刻の差とする。また、デスケーリングの能力としては、噴射圧力が１０ＭＰａ以上あれば、本発明の効果を発揮することができる。
【００６６】
更に上記製造条件に加えて、デスケーリングのパス間時間を５０秒以内としつつ、圧延終了温度を６５０〜８００℃とするためには、鋼板温度を強制的に低下させることが必要で、９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中に、熱間圧延機に鋼板を通過させながら鋼板の上下面をそれぞれ４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ以上の水量密度で加速冷却を１回または２回以上挿入する。
【００６７】
水量密度が４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ未満であると、加速冷却の効果が不十分となり、デスケーリングのパス間時間が５０秒を超えて、待機中にスケールが過度に成長するために所望のスケール厚さおよびスケール組成を得られない。このため、９５０℃〜圧延終了温度の間の鋼板上下面の加速冷却は水量密度を４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ以上で行う。
【実施例】
【００６８】
転炉−取鍋精錬−連続鋳造法で、表１に示す種々の成分組成に調製した鋼スラブを、表２に示す種々の熱間圧延条件により板厚２５ｍｍの鋼板とした。表２における鋼Ｎｏ．１−１〜１−７は表１の鋼Ｎｏ．１で熱間圧延条件を種々変化させたもの、鋼Ｎｏ．２〜８は表１の鋼Ｎｏ．２〜８にそれぞれ対応する。
【００６９】
各鋼板長手方向の先端部から５００ｍｍ、中心、および尾端部から５００ｍｍの位置から、それぞれ板幅方向１／４幅および１／２幅の圧延方向から、板厚×２０ｍｍのサンプルを合計６個採取した。各サンプルについて、地鉄およびスケール層を含む領域の倍率５００倍の光学顕微鏡写真を５枚撮影し、各写真の任意の１０ヶ所で画像解析装置を用いてスケール層の厚さを測定し、サンプル６個すべての測定値の平均をスケールの平均厚さ、また、サンプル６個すべての測定値の標準偏差をスケール厚さの標準偏差とした。
【００７０】
また、スケール組成の同定は、Ｘ線解析法による結果をもとに、スケール標準サンプルを用いた検量線法により求めた．
レーザー切断性は、６ｋＷの炭酸ガスレーザーを用いて切断し、切断後の鋼板断面におけるノッチの有無、および鋼板裏面でのドロスの付着有無を評価した。なお、酸素圧力０．３ｋｇｆ／ｃｍ２、レーザー切断速度は１１００ｍｍ／ｍｉｎ．、切断長５００ｍｍとした。
【００７１】
得られた結果を、供試鋼板の製造条件と共に表２に示す。
発明例（鋼Ｎｏ．１−１、１−２、２、３、４、５、６）は、スケールの平均厚さ１０μｍ以下、スケール層中に含まれるマグネタイトの体積分率が６０％以上を有し、またレーザー切断中の溶鋼の粘性も低く、レーザー切断性が極めて良好であった。
【００７２】
一方、成分組成中のＳｉ量が本発明範囲より少ない比較例（鋼Ｎｏ．７）と、Pが本発明範囲より少ない比較例（鋼Ｎｏ．８）は、スケール平均厚さが厚くなり、スケール層中のマグネタイト量が６０ｍａｓｓ％に至らず、レーザー切断性が劣った。
【００７３】
成分組成中のＯ量が本発明範囲より少なくＰｏが本発明範囲外の比較例（鋼Ｎｏ.９）、および、Ｐｏが本発明範囲外の比較例（Ｎｏ.１０）は、レーザー切断中の溶鋼の粘性が高く、レーザー切断性が劣った。
【００７４】
成分組成が本発明の範囲内であるが熱間圧延および／またはデスケーリング条件が本発明範囲外でスケール形態およびスケール厚さの標準偏差が本発明範囲外の比較例（鋼Ｎｏ．１−３、１−５、１−６、１−７、１−８）は、レーザー切断性が劣った。
【００７５】
鋼Ｎｏ．１−４は、成分組成とスケール形態は本発明の範囲内であるが熱間圧延終了温度が本発明範囲外で低く、鋼板中に蓄積された歪が大きいため、レーザー切断時に鋼板が変形し、切断途中で停止せざるを得ず、作業性が悪くレーザー切断性が劣った。
【００７６】
【表１】
【００７７】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造船、土木、建築、橋梁、建産機械、海洋構造物、貯蔵タンク、圧力容器、等に供して好適なレーザー切断時に優れた切断品質が得られる板厚６ｍｍ以上の鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
造船、土木、建築、橋梁、建産機械、海洋構造物、貯蔵タンク、圧力容器などの鋼構造物に熱間圧延鋼板が用いられる際には、所望の形状に切断した後に組み立てるのが一般的である。鋼構造物の工作工程における切断作業の割合は高く、作業の高能率化や低コスト化への要求は高い。また、意匠性などの観点から鋼構造物の形状が複雑化するとともに、切断以降の工程省略のため、切断面形状が複雑化しており、切断面に対して高い精度が要求される。
【０００３】
従来、厚鋼板の切断方法としてガス切断やプラズマ切断が広く用いられている。ガス切断は、設備が比較的簡単であり、非常に板厚が厚い鋼板まで切断可能であることから最も広く利用される。しかしながら、ガス炎の制御や監視など自動作業化が難しく、また切断速度が比較的遅いことから、作業性に劣る。プラズマ切断は、最大厚５０ｍｍ程度までは高速切断が可能であるが、トーチ寿命が数時間しかなく、頻繁な交換作業のため作業性が低く、自動作業化は困難である。
【０００４】
一方、レーザー切断は、薄鋼板の切断から普及し、近年では、レーザー発振器の高出力化、低価格化に伴い、板厚の厚い鋼板の切断にも適用範囲が拡大している。その特徴としては、まずトーチ寿命が長く、レーザーの出力が容易であるため、切断作業の完全自動化が容易である。また、切断による熱変形が小さいとともに、切断面の品質が良好である。このため、レーザー切断は作業性と切断品質の観点から理想的な厚鋼板の切断方法といえる。
【０００５】
しかしながら、現状のレーザー出力では、対象板厚は最大２５ｍｍ程度に限定され、それ以上の板厚になると、切断の安定性が急激に低下する。レーザー切断機の能力としては、更なる高出力化が進められているが、一方で、鋼板自体のレーザー切断性(切断不良が生じないこと）を向上させる検討がされてきた。
【０００６】
特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．２０％以下−Ｓｉ：０．１〜１．０％−Ｍｎ：２．５％以下系にＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒを添加した鋼素材を、低温加熱、低温圧延および加速冷却して、母材とスケール層の界面にＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒの濃化層を生成させた鋼板とし、該濃化層がレーザー光のエネルギーを効率的に地鉄に吸収させてレーザー切断性を向上させる技術が報告されている。
【０００７】
特許文献２では、Ｓｉを添加した鋼素材を、熱間圧延前に高圧デスケーリングした後、普通圧延、加速冷却および平坦度調整処理を組み合わせる製造方法により、スケール厚さを１０〜６０μｍに制御してレーザー切断性を向上させる技術が報告されている。
【０００８】
特許文献３では、鋼板表面の光沢性、レーザー切断時の溶鋼の粘性を調整した重量％で０．０３〜０．０６％Ｃ−０．０５〜０．３％Ｓｉ−０．５〜１．５％Ｍｎ系にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒなどを添加した成分組成の鋼素材とし、特定温度に加熱後、制御圧延中に高圧のデスケーリングを複数回実施して鋼板表面に剥離したスケールやゴミを残さず、且つ、必要以上にスケールを厚くしないようにしてレーザー切断性を向上させる技術が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１９５９８３号公報
【特許文献２】特開２００８−９５１５５号公報
【特許文献３】特許第３２１８１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、高価な合金元素の添加が必要で高コストになり、さらに、低温加熱−低温圧延により、鋼板内部にボイドなどの欠陥が残存したり、歪が生じたりすることが問題となる。
【００１１】
特許文献２に記載された技術では、加速冷却と平坦度調整処理により、鋼板内に歪が導入され、切断時の変形が問題となるだけでなく、鋼板の板内位置によるスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）のばらつきが顕著でスケール厚の標準偏差も大きく、安定して優れたレーザー切断性を確保することは困難である。
【００１２】
特許文献３に記載された技術では、高価な合金元素の添加が必要であり高コストとなるだけでなく、圧延仕上げ温度が低温であるため、圧延パス間およびデスケーリングパス間の時間が長くなり、鋼板内位置によるスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）のばらつきが顕著でスケール厚の標準偏差も大きく、安定して優れたレーザー切断性を確保することは困難である。
【００１３】
本発明は、これらの事実に鑑みてなされたもので、経済性に優れ、レーザー切断性に優れた鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。ここで、レーザー切断性に優れるとは、レーザー切断に適することを指し、具体的には切断中での鋼板の変形が少なく作業性に優れ、切断後の鋼板断面にはノッチがなく、鋼板裏面にはドロス付着もない切断品質に優れていることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を達成するため、厚鋼板を対象に優れたレーザー切断性を確保するため、鋼板の成分組成、製造方法、スケール形態（スケール厚さ、スケール組成）、スケール厚の標準偏差およびレーザー切断による溶鋼の粘性を決定する各種要因に関して鋭意研究を行い、以下の知見を得た。
【００１５】
１．高密度エネルギーによるレーザー照射で鋼板に発生する熱応力は極めて大きく、レーザー照射時に表層のスケールが破壊されやすい。それを防ぐためには、スケールと地鉄の界面の密着性を向上させることが有効である。そのためにはスケール層の平均厚さを薄くし、かつスケール層厚さのばらつきを低減することが重要である。
【００１６】
２．優れたレーザー切断性を達成するためには、レーザーエネルギーを効率よく熱エネルギーに変換して、レーザー照射部が溶融することが必要である。レーザーエネルギーを効率よく吸収する、すなわち、吸収能を高くするためには、鋼板表面に生成したスケールの色調を吸収能力が優れたものとすることが重要である。
【００１７】
３．上記のスケール形態を達成するためには、鋼板の成分組成を管理することにより、スケールと地鉄の界面の密着性向上と、スケールの成長を抑制することが不可欠である。さらには、熱間圧延条件と熱間圧延中のデスケーリング条件を厳格に管理して、熱間圧延前、熱間圧延途中および熱間圧延後に生成、成長するスケールを効果的に剥離させて、除去すること、および成長を抑制することが重要である。
【００１８】
４．また、レーザー切断時の加熱による溶鋼の粘性によりレーザー切断性が影響を受け、溶鋼の粘性を低下させるような成分設計がレーザー切断性の向上に有効である。
【００１９】
本発明は、得られた知見にさらに検討を加えてなされたもので、
１．ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、 Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．０１６〜０．０５０％、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０７％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼板において、下式で示されるＰｏが−５〜２５で、鋼板表面のスケール層の平均厚さが１０μｍ以下であり、スケール層中にマグネタイトが６０ｍａｓｓ％以上含まれることを特徴とするレーザー切断性に優れた鋼板。
【００２０】
Ｐｏ＝（２．９Ｓｉ−０．２Ｍｎ＋０．７Ａｌ）×（Ｏ−０．００２３）２×１０７
（ここで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、およびＯは含有量（ｍａｓｓ％））
２．鋼板の成分組成に、ｍａｓｓ％でさらに、Ｃｕ：１．５％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００５％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする１記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
３．鋼板の成分組成に、ｍａｓｓ％でさらに、ＲＥＭ：０．００８％以下、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする１または２記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
４．鋼板表面のスケール層厚さの標準偏差が４．０μｍ以下となることを特徴とする１〜３記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
５．１乃至３のいずれか一つに記載した鋼組成からなる鋳片または鋼片を、１０００〜１２００℃に再加熱後、６５０〜８５０℃で終了する熱間圧延を実施し、９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中において、鋼板表裏面に水を噴射してデスケーリングを５回以上かつデスケーリングのパス間時間を１０〜５０秒で実施することを特徴とするレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法。
６．９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中に、熱間圧延機に鋼板を通過させながら鋼板の上下面をそれぞれ４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ以上の水量密度で加速冷却を１回または２回以上実施することを特徴とする５記載のレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザー切断において、優れた作業性と切断品質とを有する鋼板が得られ、鋼構造物作製時の製造効率や安全性の向上に大きく寄与し、産業上格段の効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明ではスケールの形態（スケール厚さ、スケール組成）と鋼板の成分組成を規定する。なお、説明において％はｍａｓｓ％とする。
［スケールの形態］
鋼板表面のスケール層の平均厚さが１０μｍ以下であり、スケール層中にマグネタイトが６０％以上含まれるスケール組成とする。
【００２３】
優れたレーザー切断性を得るためには、スケールと地鉄の密着性を高くしてレーザー切断時のスケールの破壊を抑制し、レーザー光の吸収能の高いスケール表面形態とする。
【００２４】
本発明では、スケールと地鉄の密着性を高くするために、スケール層の平均厚さを厳格に管理する。スケール層の平均厚さが１０μｍよりも厚ければ、スケール密着性が低下するために、レーザー切断性が劣る。このためスケールの平均厚さは１０μｍ以下とした。スケールの平均厚さの求め方は実施例において後述する。
【００２５】
さらに、スケールの組成を管理して、レーザーの吸収能が高い、黒っぽい色調とする。熱間圧延後の鋼板表面に生成するスケールは、主にウスタイト（ＦｅＯ）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、およびヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）より形成されるが、スケール層の組成がマグネタイト主体となるとスケールの色が黒色になり、レーザー吸収能が向上し、レーザー切断性が向上する。
【００２６】
このような効果を得るためには、スケール層中にマグネタイトを６０％以上有することが必要である。なお、そのほかのスケール組成の影響としては、ヘマタイトが多くなるほどスケールの色が赤色に近くなり、レーザー吸収能が低下するので、できるだけ少ないことが好ましいが、２５％未満であればその影響は無視できる。
【００２７】
また、ウスタイトは、レーザー吸収能にほとんど影響を及ぼさないが、地鉄との密着性を低下させるため、できるだけ少ないことが好ましいが、１５％未満であればその影響は無視できる。
【００２８】
本発明では、更にレーザ切断性を向上させる場合、上記基本スケール形態に加えて、鋼板表面のスケール層厚さの標準偏差を４．０μｍ以下とする。スケール層厚さの標準偏差が４．０μmを超えると、鋼板表面でのレーザー吸収が不安定になり、レーザー切断性が劣る。このためスケール層厚さの標準偏差は４．０μｍ以下とした。標準偏差の求め方は後述する。
【００２９】
但し、レーザ切断性は、上述したスケール形態やスケール層厚さの標準偏差の他に溶鋼の粘性にも影響を受ける。
【００３０】
［鋼板の成分組成］
本発明では、1..熱間圧延前、熱間圧延途中および熱間圧延後に生成、成長するスケールを熱間圧延時のデスケーリングで剥離しやすく、且つその成長を抑制し、２.レーザ切断時にはスケールと地鉄の密着性が高くなるように、鋼板の成分組成を規定する。なお、説明において％はｍａｓｓ％とする。
【００３１】
Ｃ：０．０３〜０．２０％
Ｃは、鋼の強度を増加させ、構造用鋼材として必要な強度を確保するために必要な元素で、その効果を得るため０．０３％以上の含有を必要とする。一方、０．２０％を超える含有は、靭性を劣化させるとともに、溶接性が低下する。このため、０．０３〜０．２０％の範囲に限定する。好ましくは、０．０４〜０．１８％である。
【００３２】
Ｓｉ：０．０１〜０．６０％
Ｓｉは、脱酸材として作用し、製鋼上必要であるだけでなく、スケールと地鉄の界面に濃化して、スケールの密着性を低下させる。これによりデスケーリングの際のスケールの剥離性が向上する。
【００３３】
このような効果は、特に６５０〜９５０℃という高温域で顕著であり、圧延前および圧延中に生成したスケールを効果的に除去することができる。
【００３４】
また、スケールと地鉄界面に濃化したＳｉは、熱間圧延後の鋼板表面に生成するスケールの成長を抑制し、レーザー切断時のスケール密着性の向上に寄与する。このような効果を得るためには、０．０１％以上の含有を必要とする。
【００３５】
一方、０．６０％を超えて含有すると、母材の靭性、溶接部の低温割れ性が顕著に劣化するため、０．０１〜０．６０％の範囲に限定する。好ましくは、０．０２〜０．５５％である。
【００３６】
Ｍｎ：０．１〜２．５％
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を増加させる効果を有し、母材の強度を確保するために０．１％以上の含有が必要である。一方、２．５％を超えて含有すると、母材の靭性、延性および溶接性が著しく劣化するため、０．１〜２．５％の範囲に限定する。好ましくは、０．２〜２．０％である。
【００３７】
Ｐ：０．０１６〜０．０５０％
Ｐは、微量の添加でも、スケールと地鉄の界面に濃化して、スケールの密着性を低下させる。これによりデスケーリングの際のスケールの剥離性が向上する。
このような効果は、特に６５０〜９５０℃という高温域で顕著であり、この温度域でデスケーリングをすると、圧延前および圧延中に生成したスケールを効果的に除去することができる。
【００３８】
また、スケールと地鉄界面に濃化したＰは、熱間圧延後の鋼板表面に生成するスケールの成長を抑制し、レーザー切断時のスケール密着性の向上に寄与する。このような効果を得るためには、０．０１６％以上の含有を必要とする。一方、０．０５０％を超えて含有すると、鋼の強度を増加させ著しく靭性を劣化させるため、０．０１６〜０．０５０％の範囲に限定する。
【００３９】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、母材の低温靭性や延性を劣化させるため、０．０１％を上限として低減することが望ましい。
【００４０】
Ａｌ：０．０７％以下
Ａｌは、脱酸剤として作用し、鋼板の溶鋼脱酸プロセスに於いてもっとも汎用的に使われる。また、鋼中のＮをＡｌＮとして固定し、母材および溶接部の靭性向上に寄与する。一方、０．０７％を超えて含有すると、母材の靭性が低下するとともに、溶接時に溶接金属部に混入して溶接金属の靭性を劣化させるようになるため、０．０７％以下に限定する。
【００４１】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、不可避的不純物として鋼中に含まれ、０．０１％を超えて含有すると、母材および溶接部靭性が著しく低下するため、０．０１％以下に限定する。
【００４２】
Ｏ：０．０００５〜０．００５０％
Ｏは不可避的不純物として含有され，鋼中では酸化物として存在する。レーザー切断中は、加熱段階において母材とともに酸化物が溶融するものの、冷却過程で溶鋼中にＡｌやＳｉなどの酸化物として再晶出し、溶鋼の粘性を低下させることにより、レーザー切断性を向上させる効果を有する。このような効果を得るためには、０．０００５％以上の含有を必要とする。一方、０．００５０％を超えると鋼中に存在する酸化物が粗大化して，清浄度を低下させ、母材の靭性に悪影響を及ぼすため、０．０００５〜０．００５０％の範囲に限定する。
【００４３】
Ｐｏ（＝（２．９Ｓｉ−０．２Ｍｎ＋０．７Ａｌ）×（Ｏ−０．００２３）２×１０７ここで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、およびＯは含有量（ｍａｓｓ％））：−５〜２５
本パラメータ式Ｐｏは本発明鋼の溶鋼の粘性を低下させてレーザ切断性に優れる特性を付与するためのもので、−５〜２５とする。
【００４４】
本発明では各成分が上記の組成範囲を単に満足しているだけでは不十分で，Ｐｏが−５〜２５を満足することが重要である。
【００４５】
鋼板中に存在する酸化物は、レーザー切断の加熱段階において母材とともに溶融し、冷却過程で溶鋼中に酸化物として再晶出する。この際、酸化物を形成する合金元素によって、溶鋼の粘性が変動し、ひいては、レーザー切断性に影響を及ぼす。Ｐｏが−５〜２５の範囲において、溶鋼の粘性が低下し、レーザー切断性の向上に有効である。このため、Ｐｏは、−５〜２５の範囲に限定する。
【００４６】
本発明では、上記基本成分系に加えて、更に特性を向上させるために、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、ＲＥＭ、ＣａおよびＭｇの１種または２種以上を含有することができる。
【００４７】
Ｃｕ：１．５％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００５％以下の１種または２種以上
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂは、いずれも鋼の強度向上に寄与する元素であり、所望する強度に応じて適宜含有できる。
【００４８】
Ｃｕを添加する場合は、０．１％以上とすることが好ましいが、１．５％を超えると熱間脆性を生じて鋼板の表面性状を劣化させるため、１．５％以下とする。
【００４９】
Ｎｉを添加する場合は、０．１％以上とすることが好ましいが、２．０％を超えると効果が飽和し、経済的に不利になるため、２．０％以下とする。
【００５０】
Ｃｒを添加する場合は、０．０５％以上とすることが好ましいが、１．０％を超えて含有すると、母材靭性、延性および溶接性が著しく劣化するため、１．０％以下とする。
【００５１】
Ｍｏを添加する場合は、０．０５％以上とすることが好ましいが、１．０％を超えると、母材靭性、延性および耐溶接割れ性に悪影響を及ぼすため、１．０％以下とする。
【００５２】
Ｎｂを添加する場合は、０．００５％以上とすることが好ましいが、０．１％を超えると、母材靭性および延性を劣化させるため、０．１％以下とする。
【００５３】
Ｖを添加する場合は、０．０１％以上とすることが好ましいが、０．１％を超えると、母材靭性および延性を劣化させるため、０．１％以下とする。
【００５４】
Ｔｉは、Ｎとの親和力が強く凝固時にＴｉＮとして析出し、溶接熱影響部でのオーステナイト粒の粗大化を抑制して高靭化に寄与する添加元素である。一方、０．０３％を超えて添加するとＴｉＮ粒子が粗大化して、母材および溶接部靭性を劣化させるため、０．０３％以下とする。
【００５５】
Ｂは、焼入れ性の向上を介して、鋼の強度を増加させる作用を有する．一方、０．００５％を超える含有は焼入れ性を著しく増加させ、母材の靭性、延性の劣化をもたらすため、０．００５％以下とする。
【００５６】
ＲＥＭ：０．００８％以下、Ｃａ：０．００５％以下およびＭｇ：０．００５％以下の１種または２種以上
ＲＥＭ、ＣａおよびＭｇは、いずれも靭性向上に寄与し、所望する特性に応じて選択して添加する。ＲＥＭを添加する場合は、０．００２％以上とすることが好ましいが、０．０２％を超えても効果が飽和するため、０．００８％を上限とする。
【００５７】
Ｃａを添加する場合は、０．０００５％以上とすることが好ましいが、０．００５％を超えても効果が飽和するため、０．００５％を上限とする。
【００５８】
Ｍｇを添加する場合は、０．００１％以上とすることが好ましいが、０．００５％を超えても効果が飽和するため、０．００５％を上限とする。
上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００５９】
本発明に係る鋼板は以下の製造条件で製造することが好ましい。説明において、温度に関する「℃」表示は、板厚の１／２における温度を意味するものとする。
【００６０】
鋼素材加熱温度：１０００℃〜１２５０℃
上述した組成の鋳片または鋼片の鋼素材を転炉、電気炉、真空溶解炉等、通常公知の方法による溶鋼から作成し、１０００℃〜１２５０℃に再加熱する。再加熱温度が１０００℃未満では、熱間圧延での変形抵抗が高く、１パス当たりの圧下量が大きく取れなくなることから、圧延パス数が増加し、圧延能率の低下を招くとともに、鋼素材（スラブ）中の鋳造欠陥を圧着することができない場合が生じる。一方、再加熱温度が１２５０℃を超えると、加熱時のスケールによって表面疵が生じやすく、圧延後の手入れ負荷が増大するとともに、結晶粒が粗大化して所望のミクロ組織が得られず、局部伸びの低下を介して全伸びが低下するため、１０００〜１２５０℃の範囲とする。
【００６１】
熱間圧延終了温度：６５０〜８５０℃
熱間圧延の終了温度が８５０℃を超えるとスケールにブリスターが発生するだけでなく、圧延終了後の冷却過程でスケールが過度に成長するために所望のスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）およびスケール厚の標準偏差を得られない。一方、圧延終了温度が６５０℃より低いと、変形抵抗が高くなりすぎて、圧延荷重が増大し、圧延機への負担が大きくなる．また、圧延温度を低下させるためには、圧延途中で待機する必要があり、生産性を大きく阻害するだけでなく、待機中にスケールが過度に成長するために所望のスケール形態（スケール厚さおよびスケール組成）を得られない。さらには、鋼板中に蓄積される歪が大きくなるため、レーザー切断中に鋼板が変形し、切断精度の低下を招いたり、切断が途中で停止することが問題となる。このため、６５０〜８５０℃の範囲とする。
【００６２】
圧延終了後の冷却方法は空冷、水冷など特に規定しないが、条切り歪を抑制する観点からは、空冷することが好ましい。
【００６３】
９５０℃〜圧延終了温度の間にデスケーリングを５回以上かつパス間時間を１０〜５０秒
所望のスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）およびスケール厚の標準偏差を安定して達成するためには、本発明では、圧延中のデスケーリングの回数およびパス間時間を厳格に管理することが重要である。デスケーリングの回数が５回より少ないと、圧延中に生成、成長するスケールの剥離が不十分となり所望のスケール形態（スケール厚さ、スケール組成）およびスケール厚の標準偏差を得られない。
【００６４】
また、デスケーリングのパス間時間が１０秒未満であると、圧延時の搬送速度が速すぎて厚鋼板の製造が成り立たないだけでなく、デスケーリング前パス後に生成、成長したスケールに対して十分なデスケーリング効果を得られない。一方、デスケーリングのパス間時間が５０秒を超えると待機中にスケールが過度に成長するために所望のスケール厚さおよびスケール組成を得られない。このため、９５０℃〜圧延終了温度の間にデスケーリングを５回以上かつパス間時間を１０〜５０秒の範囲とする。
【００６５】
なお、説明において、デスケーリングのパス間時間というのは、厚鋼板の製造プロセスであるリバース圧延時に、最初のデスケーリングの開始時刻と、次のデスケーリング開始時刻の差とする。また、デスケーリングの能力としては、噴射圧力が１０ＭＰａ以上あれば、本発明の効果を発揮することができる。
【００６６】
更に上記製造条件に加えて、デスケーリングのパス間時間を５０秒以内としつつ、圧延終了温度を６５０〜８００℃とするためには、鋼板温度を強制的に低下させることが必要で、９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中に、熱間圧延機に鋼板を通過させながら鋼板の上下面をそれぞれ４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ以上の水量密度で加速冷却を１回または２回以上挿入する。
【００６７】
水量密度が４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ未満であると、加速冷却の効果が不十分となり、デスケーリングのパス間時間が５０秒を超えて、待機中にスケールが過度に成長するために所望のスケール厚さおよびスケール組成を得られない。このため、９５０℃〜圧延終了温度の間の鋼板上下面の加速冷却は水量密度を４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ以上で行う。
【実施例】
【００６８】
転炉−取鍋精錬−連続鋳造法で、表１に示す種々の成分組成に調製した鋼スラブを、表２に示す種々の熱間圧延条件により板厚２５ｍｍの鋼板とした。表２における鋼Ｎｏ．１−１〜１−７は表１の鋼Ｎｏ．１で熱間圧延条件を種々変化させたもの、鋼Ｎｏ．２〜８は表１の鋼Ｎｏ．２〜８にそれぞれ対応する。
【００６９】
各鋼板長手方向の先端部から５００ｍｍ、中心、および尾端部から５００ｍｍの位置から、それぞれ板幅方向１／４幅および１／２幅の圧延方向から、板厚×２０ｍｍのサンプルを合計６個採取した。各サンプルについて、地鉄およびスケール層を含む領域の倍率５００倍の光学顕微鏡写真を５枚撮影し、各写真の任意の１０ヶ所で画像解析装置を用いてスケール層の厚さを測定し、サンプル６個すべての測定値の平均をスケールの平均厚さ、また、サンプル６個すべての測定値の標準偏差をスケール厚さの標準偏差とした。
【００７０】
また、スケール組成の同定は、Ｘ線解析法による結果をもとに、スケール標準サンプルを用いた検量線法により求めた．
レーザー切断性は、６ｋＷの炭酸ガスレーザーを用いて切断し、切断後の鋼板断面におけるノッチの有無、および鋼板裏面でのドロスの付着有無を評価した。なお、酸素圧力０．３ｋｇｆ／ｃｍ２、レーザー切断速度は１１００ｍｍ／ｍｉｎ．、切断長５００ｍｍとした。
【００７１】
得られた結果を、供試鋼板の製造条件と共に表２に示す。
発明例（鋼Ｎｏ．１−１、１−２、２、３、４、５、６）は、スケールの平均厚さ１０μｍ以下、スケール層中に含まれるマグネタイトの体積分率が６０％以上を有し、またレーザー切断中の溶鋼の粘性も低く、レーザー切断性が極めて良好であった。
【００７２】
一方、成分組成中のＳｉ量が本発明範囲より少ない比較例（鋼Ｎｏ．７）と、Pが本発明範囲より少ない比較例（鋼Ｎｏ．８）は、スケール平均厚さが厚くなり、スケール層中のマグネタイト量が６０ｍａｓｓ％に至らず、レーザー切断性が劣った。
【００７３】
成分組成中のＯ量が本発明範囲より少なくＰｏが本発明範囲外の比較例（鋼Ｎｏ.９）、および、Ｐｏが本発明範囲外の比較例（Ｎｏ.１０）は、レーザー切断中の溶鋼の粘性が高く、レーザー切断性が劣った。
【００７４】
成分組成が本発明の範囲内であるが熱間圧延および／またはデスケーリング条件が本発明範囲外でスケール形態およびスケール厚さの標準偏差が本発明範囲外の比較例（鋼Ｎｏ．１−３、１−５、１−６、１−７、１−８）は、レーザー切断性が劣った。
【００７５】
鋼Ｎｏ．１−４は、成分組成とスケール形態は本発明の範囲内であるが熱間圧延終了温度が本発明範囲外で低く、鋼板中に蓄積された歪が大きいため、レーザー切断時に鋼板が変形し、切断途中で停止せざるを得ず、作業性が悪くレーザー切断性が劣った。
【００７６】
【表１】
【００７７】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、 Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．０１６〜０．０５０％、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０７％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼板において、下式で示されるＰｏが−５〜２５で、鋼板表面のスケール層の平均厚さが１０μｍ以下であり、スケール層中にマグネタイトが６０ｍａｓｓ％以上含まれることを特徴とするレーザー切断性に優れた鋼板。
Ｐｏ＝（２．９Ｓｉ−０．２Ｍｎ＋０．７Ａｌ）×（Ｏ−０．００２３）２×１０７
（ここで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、およびＯは含有量（ｍａｓｓ％））
【請求項２】
鋼板の成分組成に、ｍａｓｓ％でさらに、Ｃｕ：１．５％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００５％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
【請求項３】
鋼板の成分組成に、ｍａｓｓ％でさらに、ＲＥＭ：０．００８％以下、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
【請求項４】
鋼板表面のスケール層厚さの標準偏差が４．０μｍ以下となることを特徴とする請求項１〜３に記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載した成分組成からなる鋳片または鋼片を、１０００〜１２００℃に再加熱後、６５０〜８５０℃で終了する熱間圧延を実施し、９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中において、鋼板表裏面に水を噴射してデスケーリングを５回以上かつデスケーリングのパス間時間を１０〜５０秒で実施することを特徴とするレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法。
【請求項６】
９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中に、熱間圧延機に鋼板を通過させながら鋼板の上下面をそれぞれ４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ以上の水量密度で加速冷却を１回または２回以上実施することを特徴とする請求項５に記載のレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法。
【請求項１】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０％、 Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．０１６〜０．０５０％、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０７％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼板において、下式で示されるＰｏが−５〜２５で、鋼板表面のスケール層の平均厚さが１０μｍ以下であり、スケール層中にマグネタイトが６０ｍａｓｓ％以上含まれることを特徴とするレーザー切断性に優れた鋼板。
Ｐｏ＝（２．９Ｓｉ−０．２Ｍｎ＋０．７Ａｌ）×（Ｏ−０．００２３）２×１０７
（ここで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、およびＯは含有量（ｍａｓｓ％））
【請求項２】
鋼板の成分組成に、ｍａｓｓ％でさらに、Ｃｕ：１．５％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００５％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
【請求項３】
鋼板の成分組成に、ｍａｓｓ％でさらに、ＲＥＭ：０．００８％以下、Ｃａ：０．００５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
【請求項４】
鋼板表面のスケール層厚さの標準偏差が４．０μｍ以下となることを特徴とする請求項１〜３に記載のレーザー切断性に優れた鋼板。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載した成分組成からなる鋳片または鋼片を、１０００〜１２００℃に再加熱後、６５０〜８５０℃で終了する熱間圧延を実施し、９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中において、鋼板表裏面に水を噴射してデスケーリングを５回以上かつデスケーリングのパス間時間を１０〜５０秒で実施することを特徴とするレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法。
【請求項６】
９５０℃〜圧延終了温度の間の圧延パス中に、熱間圧延機に鋼板を通過させながら鋼板の上下面をそれぞれ４ｍ３ ／ｍ２ ｍｉｎ以上の水量密度で加速冷却を１回または２回以上実施することを特徴とする請求項５に記載のレーザー切断性に優れた鋼板の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−８７３３９（Ｐ２０１２−８７３３９Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３４１５（Ｐ２０１０−２３３４１５）
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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