JPH10158732A - レーザ切断性に優れた鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼構造物に使用される熱間圧延鋼板のレーザ
切断において、良好な切断品質を維持しつつ高速切断を
可能とする鋼板の製造方法を課題とする。 【解決手段】 鋼板の熱間圧延において、その圧延前お
よび圧延中にデスケーリングを行い、かつ、仕上げ圧延
の最終圧下率（Ｒ）を５〜２５％、仕上げ圧延温度（Ｆ
Ｔ）を９５０〜６５０℃とし、仕上げ圧延直後の冷却速
度（ＣＲ）を５〜６０℃/ ｓ、および巻取り温度（Ｃ
Ｔ）を５５０〜２５０℃の範囲とすることを特徴とする
レーザ切断性に優れた鋼板の製造方法である。また、上
記製造条件の範囲において、次式を満足する条件で熱間
圧延すると更に望ましい。 FT ×(1−R/100)×(7.5FT−4.5CR −13.5CR・CT＋1800C
T) ≦4.40×10⁸

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ切断性に優
れた鋼板に関するものであり、良好な切断品質を維持し
つつ高速のレーザ切断を可能ならしめる鋼板の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来技術】造船、建築、橋梁等には多量の熱間圧延鋼
板が使用されている。ここでいう鋼板とは板厚が1.5 〜
25ｍｍの鋼板である。これら鋼構造物の工作においては
コスト・工数の多くが溶接と切断に占められている。最
近では、これら工作の合理化のため溶接に関しては自動
化が相当に進展しているが、切断の合理化に関しては開
発が端緒についたばかりである。

【０００３】鋼板の切断方法としては、従来よりシヤリ
ング、ガス切断、プラズマ切断或いはレーザ切断等の方
法が使用されているが、これらの自動化への適性と生産
性を以下に概括する。シヤリングは自動化が容易であり
生産性も高いが、単純形状の直線切断に限られるため、
素材を準備する手段としてはよいが、部品切断には適さ
ない。

【０００４】ガス切断は切断板厚に実質上上限がなく装
置が簡単であるため、最も一般的に使用される切断方法
である。しかしながら、燃焼炎の制御、監視の点で完全
自動化の技術が完成されていない。また、切断幅が広い
ため熱変形が大きいこと、切断速度が低速であることな
どの欠点がある。

【０００５】プラズマ切断は板厚が50ｍｍ以下の場合に
は高速切断が可能なため、ガス切断に代わり普及しつつ
ある切断方法である。この方法は開先切断には適する
が、ベベル角の精度が悪く、大板から小物部品を多数切
り出す場合には、切断精度の確保が難しいという欠点が
ある。またトーチ寿命が数時間しかなく、その交換のた
め生産性が低下するとともに、完全自動化が容易ではな
い。

【０００６】一方、レーザ切断は約２０年前より実用化
した切断方法であり、板厚が3.2 ｍｍ以下の薄板加工業
を中心に普及してきたが、近年のレーザ発振器の高出力
化、低価格化により、板厚のより厚い熱間圧延鋼板の切
断にもその用途が拡がりつつある。

【０００７】レーザ切断は装置価格が比較的高価である
点と、現在入手可能な装置の出力が低いために対象板厚
の上限が20ｍｍ程度に限定される点を除くと、技術的に
は理想的な切断方法である。その特徴は次のようなもの
である。

【０００８】第１に、切断幅が非常に狭いことである。
このため、切断入熱による熱変形が小さい、切り抜き切
断に加え共通切断が可能である、切断機の出力の割には
高速切断が可能であるなどの長所を有する。

【０００９】第２の特徴として、切断品質が良好であ
る。切断面のベベル角の精度の確保が容易であるととも
に、コーナー部の角度精度の管理も容易である。また、
切断上縁部のスラグ付着が少なく、切断下縁部のスラグ
付着有無が明瞭であり、適性条件設定の判断が容易であ
る。

【００１０】第３に、レーザの光学系、切断トーチの寿
命が長く、レーザ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ことも大きな特徴である。そこ
で、レーザ切断法は鋼板切断の合理化に対し最も有力な
方法といえる。

【００１１】以上のごとく、レーザ切断は鋼板切断の合
理化に有力な方法であるものの、次の問題点によりその
普及が必ずしも拡大しなかった。すなわち、装置価格が
比較的高価なことである。これは、切断コスト、すなわ
ち単位切断長さ当たりの費用として考える必要がある。
このためには、装置価格を支配するレーザ発振器が与え
られた場合に、より生産性の高い切断を可能ならしめる
対策が必要である。具体的には、切断機の運転に消費さ
れるエネルギー効率を高めるとともに、特に、ノッチ
（部分的な切断幅拡大）などの切断不良部の発生による
歩留まり低下を抑える必要がある。

【００１２】以上の問題は、切断装置の面からあるいは
鋼板の面からの双方或いはいずれかの改善が必要であ
る。しかしながら、切断装置がすでに相当量使用されて
いる現状では、鋼板特性の改善も有効であり、強く要望
されている。即ち、より生産性の高いレーザ切断が可能
な熱間圧延鋼板を製造することが重要な課題である。

【００１３】このような要望に対して、熱間圧延で製造
した鋼板の表面性状、特に表面に生成するスケールがレ
ーザ切断性改善に重要な役割を果たすことが知られてい
る。例えば、特開平7-48622 号公報、特開平7-48623 号
公報、特開平7-178414号公報では、鋼板の製造条件を制
御することにより、均一で密着性の優れた薄いスケール
を生成し、鋼板の二次加工時のスケール疵の発生を抑え
るとともに、レーザ切断性も向上するとしている。

【００１４】しかし、これらの技術では、薄くて密着性
の高いスケールを生成させる方法が、熱間圧延鋼板の限
られた製造条件、すなわち、仕上げ圧延温度または、及
び仕上げ圧延後の鋼板表面温度の制御のみに依存してい
るため、製造できる鋼板の材質の範囲が極めて狭い範囲
に限られてしまう問題がある。また、その結果として、
生成するスケールの厚さが５μｍ以下と極めて薄いこと
がレーザ切断性向上の条件となっている。

【００１５】また、特開平5ー112821号公報、特開平7ー15
5975号公報、特開平8ー3692号公報、特開平8ー218119号公
報においては、鋼板の化学成分と製造条件を同時に制御
して、スケール表面粗さやスケール組成を制御すること
により、レーザ切断用の鋼板或いはレーザ切断性に優れ
た鋼板が開示されている。これらにおいては、鋼板の強
度に有効な化学成分の添加が抑えられたり、又は比較的
高価な元素の添加が必要な上に、上記のように製造条件
が限定されるため、製造できる鋼板の材質の範囲が極め
て狭い範囲に限られてしまう問題がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱間圧延鋼
板の製造において、仕上げ圧延の最終圧下率、仕上げ圧
延温度、仕上げ圧延直後の鋼板の冷却速度、巻取り温度
からなる総合的な製造条件のパラメータを制御すること
により、一般の材質範囲でノッチの発生を抑制したレー
ザー切断性に優れた鋼板の製造方法を提供するものであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、熱間圧延鋼
板のスケール生成に与える種々の条件を研究した結果下
記の発明をするに至った。

【００１８】第１の発明は、連続鋳造後の熱間鋼片を直
接あるいは再加熱後に熱間圧延を行うに際して、その圧
延前および圧延中にデスケーリングを行い、かつ、仕上
げ圧延の最終圧下率を５〜２５％とし、仕上げ圧延温度
を９５０〜６５０℃の範囲とし、仕上げ圧延直後の冷却
速度を５〜６０℃／ｓの範囲とし、更に巻取り温度を５
５０〜２５０℃の範囲とすることを特徴とするレーザ切
断性に優れた鋼板の製造方法を提供する。

【００１９】この発明によれば、スケール厚さを５μｍ
以下に限定する必要はなく、例えば１０μｍ程度におい
ても切断時にノッチが発生し難いレーザ切断性に優れた
鋼板が製造でき、かつ鋼板の材質範囲によらずレーザー
切断性に優れた鋼板の製造が可能である。

【００２０】第２の発明は、前記連続鋳造して得た熱間
鋼片を直接あるいは再加熱して熱間圧延を行うに際し
て、前記圧下率、圧延温度、冷却速度、巻取り温度の範
囲において、更に、下記（１）式を満足する条件で熱間
圧延することにより、生成するスケールの厚さを所定の
厚さに制御することを特徴とするレーザ切断性に優れた
鋼板の製造方法を提供する。 FT ×(1−R/100)×(7.5FT−4.5CR −13.5CR・CT＋1800CT) ≦4.40×10⁸ ------(1) ただし、 R: 仕上げ圧延の最終圧下率（％） FT: 仕上げ圧延温度（℃） CR: 仕上げ圧延直後３秒間の平均冷却速度（℃／ｓ) CT: 巻取り温度（℃）

【００２１】レーザ切断性には、前述したように、仕上
圧延条件等が大きく影響する。前述の条件の中でも特に
スケールの厚さを１０μｍ程度以下に抑える条件が望ま
しい。上記（１）式により圧延条件を制御することによ
り、スケールの厚さを１０μｍ程度以下に抑制すること
ができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の基本となる考え方を以下
に述べる。発明者らは、様々な製造条件により製造した
数種類の鋼板をレーザ切断し、その切断面の評価を行っ
た。その結果、鋼板表面に、従来言われているような極
めて薄いスケールを有しなくても、レーザ切断において
良好な切断面の品質が得られることが判明した。しか
し、スケール厚さが10μｍ程度を超えると、切断中の熱
衝撃により部分的にスケールの剥離が生じることにより
ノッチ（部分的な切断幅拡大）が発生し易い。

【００２３】熱衝撃によるスケールの剥離を防止するた
めには、連続鋳造して得た熱間鋼片を直接あるいは再加
熱して熱間圧延を行うに際して、圧延前および圧延中に
十分なデスケーリングを行って加熱中及び圧延中に生成
したスケールを除去するのみならず、圧延中および圧延
後の冷却中に生成するスケールの生成・成長を制御する
必要がある。ここで、スケールは主としてウスタイト(F
eO) とマグネタイト(Fe₃O₄)からなる酸化鉄層である。

【００２４】そこで、圧延中に水冷却を行い圧延温度を
コントロールするとともに圧延直後の冷却速度を高める
急水冷が有効であり、巻取り温度を低めに保つことも有
効である。また圧延の各パス間において生成したスケー
ルの密着強度を高めるためには特に仕上げ圧延の最終圧
下率が高いほど有利である。

【００２５】以下、本発明の詳細と限定理由について述
べる。熱間圧延における仕上げ圧延の最終圧下率につい
て検討した結果、仕上げ圧延の各パス間において生成す
るスケールは、最終圧下率が高いほど剥離し難い。又、
最終圧下率が高いほど、スケールの厚さは減少する。こ
れを利用することで、過剰な仕上げ温度の低下を招かず
に済むので、より広範な材質の熱間圧延鋼板が製造可能
である。ただし圧延機の能力及び製造した鋼板の形状か
ら５〜２５％の範囲が望ましい。

【００２６】仕上げ圧延温度について検討した結果、仕
上げ圧延温度が高温ほどスケールの成長速度が速く、生
成したスケールが剥離し易く、又スケールの薄肉化が困
難である。したがって、機械的特性などの他の材質が確
保される限り、レーザ切断性に対しては、仕上げ圧延温
度は低温の方が有利である。ただし圧延機の能力及び製
造した鋼板の形状から９５０〜６５０℃の範囲が望まし
い。

【００２７】仕上げ圧延直後の冷却速度について検討し
た結果、冷却速度が大きいほど熱衝撃に弱いスケールは
脱落し、切断時にノッチを発生し易いスケールは除かれ
る。更に、スケールの成長が抑制され、スケール厚さが
薄くなる。したがって、レーザ切断性に対しては、圧延
直後の冷却速度は大きい方が有利である。ただし、冷却
能力及び冷却速度の制御性の点から、５〜６０℃／ｓの
範囲が望ましい。

【００２８】巻取り温度についてついて検討した結果、
巻取り温度が低いほどスケールの成長が抑制され、密着
性の高い、薄いスケールが生成する。ただし冷却能力及
び制御性の点から５５０〜２５０℃の範囲が望ましい。

【００２９】以上述べた熱間圧延における製造条件のパ
ラメータにより、熱間圧延鋼板の優れたレーザ切断性を
確保することができる。スケールの厚さとレーザ切断性
の関係を図１に示す。図１は、スケールの厚さが厚くな
ると、切断中の熱衝撃により部分的にスケールの剥離が
生じることによりノッチ（部分的な切断幅拡大）が発生
するものが増えてくるので、レーザ切断性が劣ることを
示している。

【００３０】そこで、両者の間には上記相関が認められ
る。スケール厚さが１５μｍ程度以下であれば、レーザ
切断性評点は３以上であり、望ましい鋼板が製造でき
る。しかし、スケール厚さが１０μｍ程度以下であれ
ば、レーザ切断性は４以上であり、より望ましい鋼板が
製造できることも示されている。

【００３１】更に、より厳密に熱間圧延鋼板のスケール
厚さを制御するには、更にスケールの厚さを定量的に制
御するとよく、下式（１）により圧延の諸条件を総合的
に制御することが望ましい。この式（１）は、圧延条件
のパラメータを重回帰により解析して得られたものであ
る。

【００３２】 FT×(1−R/100)×(7.5FT−4.5CR −13.5CR・CT＋1800CT) ≦4.40×10⁸ ----（１） ただし、 R:仕上げ圧延の最終圧下率（％） FT:仕上げ圧延温度（℃） CR:仕上げ圧延直後３秒間の平均冷却速度（℃／ｓ) CT:巻取り温度（℃）

【００３３】この式の左辺と生成されるスケールの厚さ
との関係を図２に示す。両者は直線関係にあり、この式
の左辺が４．４０×１０⁸ 以下では、スケール厚さが１
０μｍ以下となる。従って、上記式（１）により、圧延
条件を制御すると、スケール厚さが１０μｍ以下となる
ことが明らかである。

【００３４】本発明では鋼の化学成分は特に限定されな
い。本発明方法は、例えばＪＩＳ規格に規定するＧ３１
０１、３１０６、３１１３、３１１４、３１２５、３１
３１、３１３２等の各種の熱間圧延材に適用できる。

【００３５】

【実施例】表１に示す成分組成の鋼を溶製した後、連続
鋳造によりスラブとし、これを直ちにまたは再加熱後熱
間圧延し、板厚５〜１３ｍｍの鋼板を製造した。このと
き、熱間圧延の条件を図３で示す表２において変化させ
た。

【００３６】熱間圧延にて製造後常温まで冷却したの
ち、各鋼板からサンプル採取し、スケールの厚さを光学
顕微鏡または走査型電子顕微鏡を用いて測定した。ま
た、各鋼板について各々５０ｍずつレーザ切断を行っ
て、不良箇所（ノッチの個数）の個数を測定することに
より、レーザー切断性を評価した。その評価基準は以下
の通りである。

【００３７】

【表１】

【００３８】 評点１：ノッチ３１個以上 評点２： 〃 １１〜３０個 評点３： 〃 ３〜１０個 評点４： 〃 １〜２個 評点５： 〃 なし ここで、ノッチとは切断幅が５０％以上拡大した箇所を
いう。図３で示す表２にこれらの結果も合わせて示す。

【００３９】図３で示す表２において示されるように、
仕上げ圧延の最終圧下率、仕上げ圧延温度、仕上げ圧延
直後の冷却速度および巻取り温度を適切な範囲に制御
し、本発明の製造条件で製造した鋼板は、スケール厚さ
も１０μｍ前後以下でそれ程厚くならず、レーザ切断性
が良好なことがわかる。これに対して、比較例では熱間
圧延条件が適切でないために、スケールがレーザ切断時
の熱衝撃により剥離し易く、又スケールの薄肉化が十分
でなく、レーザ切断性が劣る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザ切断性に優れた鋼板の製造方法によれば、密着性に優
れたスケールを有する鋼板が安定して確実に製造できる
ため、様々な長所をもつレーザ切断が従来以上に適用可
能となる。即ち、第１の発明により従来よりもレーザ切
断が優れた鋼板が製造でき、また、第２の発明によりス
ケール厚さも１０μｍ以下であるより優れた鋼板が製造
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ切断性とスケール厚さとの関係を示す図
である。

【図２】スケール厚さと（１）式の左辺の値の関係を示
す図である。

【図３】熱間圧延条件とスケール厚さ、レーザー切断性
との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海津 亨 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 樺澤 真事 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造で得られた熱間鋼片を直接ある
   いは再加熱後に熱間圧延を行うに際して、その圧延前お
   よび圧延中にデスケーリングを行い、かつ、仕上げ圧延
   の最終圧下率を５〜２５％とし、仕上げ圧延温度を９５
   ０〜６５０℃の範囲とし、仕上げ圧延直後の冷却速度を
   ５〜６０℃／ｓの範囲とし、更に巻取り温度を５５０〜
   ２５０℃の範囲とすることを特徴とするレーザ切断性に
   優れた鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記連続鋳造で得られた熱間鋼片を直接
   あるいは再加熱後に熱間圧延を行うに際して、前記圧下
   率、圧延温度、冷却速度、巻取り温度の範囲において、
   更に、下記（１）式を満足する条件で熱間圧延すること
   を特徴とする請求項１記載のレーザ切断性に優れた鋼板
   の製造方法。 FT ×(1−R/100)×(7.5FT−4.5CR −13.5CR・CT＋1800CT) ≦4.40×10⁸ ---- (1) ただし、 R: 仕上げ圧延の最終圧下率（％） FT:仕上げ圧延温度（℃） CR:仕上げ圧延直後３秒間の平均冷却速度（℃／ｓ) CT:巻取り温度（℃）