JP7315823B2

JP7315823B2 - 鋼材

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Publication number: JP7315823B2
Application number: JP2019094052A
Authority: JP
Inventors: 昌彦木下; 祥晃新宅; 浩司石田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: JP2020189300A

Description

本発明は鋼材に関する。

鋼材の切断に、古くからガス切断が利用されている（例えば、特許文献１および２を参照。）。ガス切断とは、切断用の酸素ガスおよび予熱用の燃料ガス（プロパンガス等）を吹き付けながら鋼材を切断する技術であり、鉄の酸化反応に伴って発生する燃焼熱を利用することを特徴としている。

実開昭６３－１４８０２７号公報特開平１－１３３６７５号公報特開平７－２１７８３０号公報

中西実、「ガス切断の予熱炎に関する研究（第３報）－予熱炎の切断板厚に及ぼす影響－」、溶接学会誌、１９６８年、第３７巻、第１１号、ｐ．１２６０－１２６７西口公之、松山欽一、「高速切断法とその実用化」、溶接学会誌、１９７４年、第４３巻、第８号、ｐ．８０５－８１７中西実、「切断酸素気流に関する二、三の考察および実験（第１報）－予熱炎をともなわない場合－」、溶接学会誌、１９６８年、第３７巻、第４号、ｐ．３６９－３７７中西実、「切断酸素気流に関する二、三の考察および実験（第２報）－予熱炎を伴う場合－」、溶接学会誌、１９６８年、第３７巻、第６号、ｐ．６０４－６１０中西実、「切断酸素気流に関する二、三の考察および実験（第３報）－シュリーレン写真と純度分布との関係－」、溶接学会誌、１９６８年、第３７巻、第７号、ｐ．７３０－７３５

上記のように、ガス切断では鉄の酸化反応を利用するため、切断面には酸化皮膜が付着することとなる。また、切断面の裏面側（切断用の酸素ガスおよび予熱用の燃料ガスを噴射する側の反対側）には、溶けた鋼が排出されず冷え固まったノロ（スラグと称する場合もある）が生成し得る。

ガス切断で切断面に付着した酸化皮膜のうち、切断面に対して突起し密着した状態の酸化皮膜があると、切断面が滑らかでなくなり、表面粗さが粗くなり、切断面の品位を損なうため、グラインダー等により研削する必要が生じる。ノロが生成する場合にも、グラインダー等により研削する必要が生じ、製造効率を悪化させる要因となる。そのため、ガス切断を行った際に、酸化皮膜の剥離性に優れ、かつノロが生成しにくい鋼材が求められている。

本発明は前記した課題を解決するためになされたものであり、ガス切断用の鋼材であって、ガス切断後の酸化皮膜の剥離性に優れ、かつノロが生成しにくい鋼材を提供することを目的とする。

本発明者らは、種々の鋼種を用いて、様々な条件においてガス切断を行い、切断面の調査を行った結果、鋼材中に含まれるＳｉ含有量を低減して、切断時に鋼が酸化されることにより生じるＦｅ_２ＳｉＯ_４（ファイアライト）の生成を抑えるとともに、切断時に鋼材表面に吹き付けられるガス中の酸素純度を高めることにより、酸化皮膜の剥離性が向上し、さらに、ノロの生成を抑制することが可能であることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の鋼材を要旨とする。

（１）切断用酸素ガスおよび予熱燃料ガスを鋼材の表面に同時に吹き付けて、前記鋼材を切断するガス切断機により切断される用途に用いられる鋼材であって、
前記ガス切断機は、前記鋼材の表面に吹き付ける前記切断用酸素ガスの酸素純度を維持するための酸素純度維持機構を備え、
前記鋼材は、質量％で、Ｓｉ：０．２５％以下を含有する、
鋼材。

（２）前記酸素純度維持機構は、前記切断用酸素ガスおよび前記予熱燃料ガスを噴射する火口であり、
前記火口は、前記切断用酸素ガスを噴射する方向に垂直な断面において、前記火口の軸中心から径方向に向かって順に、
前記切断用酸素ガスを噴射する切断用酸素ガス噴流口、
補助酸素ガスを噴射する補助酸素ガス噴流口、および
前記予熱燃料ガスを噴射する予熱燃料ガス噴流口、を有する、
上記（１）に記載の鋼材。

（３）前記酸素純度維持機構は、前記切断用酸素ガスおよび前記予熱燃料ガスを噴射する火口であり、
前記火口は、前記切断用酸素ガスを噴射する方向に垂直な断面において、前記火口の軸中心から径方向に向かって順に、
前記切断用酸素ガスを噴射する切断用酸素ガス噴流口、および
前記予熱燃料ガスを噴射する予熱燃料ガス噴流口、を有し、
前記切断用酸素ガス噴流口には、前記切断用酸素ガス噴流口の先端から前記切断用酸素ガスの流れ方向上流側に向かって、漸次的に断面積が小さくなるテーパ部が設けられている、
上記（１）に記載の鋼材。

（４）前記鋼材の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０２～０．２０％、
Ｓｉ：０．２５％以下、
Ｍｎ：０．２０～１．６０％、
Ｐ：０．０３３％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０８０％以下、
Ｎ：０．００９％以下、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．０５０％、
Ｎｂ：０～０．０４０％、
Ｖ：０～０．１００％、
Ｃｒ：０～２．００％、
Ｍｏ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．４０％、
Ｂ：０～０．００３０％、
Ｃａ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．００５０％、
Ｓｎ：０～０．５０％、
残部：Ｆｅおよび不純物である、
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の鋼材。

本発明によれば、ガス切断後の酸化皮膜の剥離性に優れ、かつノロが生成しにくい鋼材を得ることが可能となる。

従来の火口の（ａ）縦断面図および（ｂ）横断面図である。酸素カーテン式火口の（ａ）縦断面図および（ｂ）横断面図である。ポストミックス火口の（ａ）縦断面図および（ｂ）横断面図である。（ａ）ストレートノズルおよび（ｂ）ダイバーゼントノズルの縦断面図である。

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。

（Ａ）ガス切断機
本発明に係る鋼材は、ガス切断機により切断される用途に用いられる。ガス切断機は、切断用酸素ガスおよび予熱燃料ガスを鋼材の表面に同時に吹き付けて、鋼材を切断する機械である。

ここで、本発明に係る鋼材の切断に用いられるガス切断機は、鋼材の表面に吹き付ける切断用酸素ガスの酸素純度を維持するための酸素純度維持機構を備えることを特徴とする。鋼材の表面に吹き付ける切断用酸素ガスの酸素純度を維持するとは、切断に用いる酸素ガスに、不純物の混入が０．５体積％以下となるようにして鋼材の表面に吹き付けることをいう。

より詳細には、酸素純度が９９．５体積％以上である酸素ガスに、不純物の混入が０．５体積％以下となるようにして鋼材の表面に吹き付けて、鋼材の表面に吹き付ける切断用酸素ガスの酸素純度を９９．５体積％以上にすることをいう。

酸素純度維持機構の構成については特に限定されず、例えば、切断用酸素ガスおよび予熱燃料ガスを噴射する火口が、切断用酸素ガスの酸素純度を維持するための機能を有していてもよい。上記機能を有する火口として、例えば、非特許文献１に開示される酸素カーテン式火口が挙げられる。

図１（ａ）は、従来の火口の縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるｂｂ部分を示す横断面図である。また、図２（ａ）は、酸素カーテン式火口の縦断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるｂｂ部分を示す横断面図である。図１に示すように、従来の火口は、切断用酸素ガスを噴射する方向に垂直な断面において、火口の軸中心から径方向に向かって切断用酸素ガスを噴射する切断用酸素ガス噴流口１および予熱燃料ガスを噴射する予熱燃料ガス噴流口２を有する。

一方、図２に示すように、酸素カーテン式火口は、切断用酸素ガスを噴射する方向に垂直な断面において、火口の軸中心から径方向に向かって順に、切断用酸素ガスを噴射する切断用酸素ガス噴流口１、補助酸素ガスを噴射する補助酸素ガス噴流口３、および予熱燃料ガスを噴射する予熱燃料ガス噴流口２を有する。

酸素カーテン式火口では、切断用酸素ガス噴流口１と予熱燃料ガス噴流口２との間に、補助酸素ガス噴流口３を有することによって、鋼材の表面に吹き付けられる切断用酸素ガスが予熱燃料ガスによって希釈されるのを防止し、酸素純度が維持される（例えば、非特許文献１のＴａｂｌｅ６の結果を参照。）。

また、特許文献３に記載されるポストミックス火口を用いてもよい。図３（ａ）は、ポストミックス火口の縦断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるｂｂ部分を示す横断面図である。ポストミックス火口は、酸素カーテン式火口のさらに径方向外側に予熱酸素ガス噴流口４を有するものである。

また、切断用酸素ガスの酸素純度を維持するための機能を有する火口としては、上記の構成に限定されず、非特許文献２に開示されるダイバーゼントノズルを用いてもよい。図４は、（ａ）ストレートノズルおよび（ｂ）ダイバーゼントノズルの縦断面図である。

ダイバーゼントノズルは、従来の火口と同様に、切断用酸素ガスを噴射する方向に垂直な断面において、火口の軸中心から径方向に向かって切断用酸素ガスを噴射する切断用酸素ガス噴流口１および予熱燃料ガスを噴射する予熱燃料ガス噴流口２を有する。それに加えて、図４（ｂ）に示すように、切断用酸素ガス噴流口には、切断用酸素ガス噴流口の先端から切断用酸素ガスの流れ方向上流側に向かって、漸次的に断面積が小さくなるテーパ部１１が設けられている。

さらに、切断用酸素ガス噴流口は、切断用酸素ガス噴流口の先端から切断用酸素ガスの流れ方向上流側に向かって順に、漸次的に断面積が小さくなる第１のテーパ部１１、断面積が一定となる平行部１２、および漸次的に断面積が大きくなる第２のテーパ部１３が設けられていてもよい。

火口（ノズル）の直下では、噴射する酸素ガスの噴流と大気（静止気体）との間には摩擦が発生する。ストレートノズルでは、酸素ガスの噴流速度が音速程度であるため、摩擦の影響により噴流が乱れ、酸素純度が低下する。それに対して、ダイバーゼントノズルでは、音速を超える速度の噴流が得られるため、噴流の乱れが抑制され、酸素純度が維持される（非特許文献２～５を参照。）。

ガス切断条件については特に制限はなく、公知の条件から適宜選択すればよい。例えば、火口から切断用酸素ガスおよび予熱燃料ガスを鋼材の表面に同時に吹き付けて、鋼材を切断することで鋼材を製造するときにおける、切断用酸素ガスの供給圧力は０．０１～２．５０ＭＰａとすることが好ましく、予熱燃料ガスの供給圧力は０．０１～０．２０ＭＰａとすることが好ましい。

また、鋼材の切断速度は低すぎると製造効率が悪く、一方、高すぎると切断不良が生じるおそれがある。そのため、切断速度は５０～６００ｍｍ／分とするのが好ましい。切断速度は１００ｍｍ／分以上とするのがより好ましく、５００ｍｍ／分以下とするのがより好ましい。

さらに、火口と鋼材との距離が遠すぎると、鋼材表面での酸素純度が低下するおそれがある。そのため、火口と鋼材との距離は４０ｍｍ以下とすることが好ましく、３０ｍｍ以下とすることがより好ましい。上記距離に下限は設けないが、近すぎる場合には火口が、鋼材と接触したり切断に伴う燃焼熱により損傷したりするおそれもあることから、３ｍｍ以上とすることが好ましく、５ｍｍ以上とすることがより好ましい。

（Ｂ）化学組成
本発明に係る鋼材は、Ｓｉ含有量が、質量％で、０．２５％以下である。上述のように、鋼材中に含まれるＳｉ含有量が過剰であると、ガス切断中に酸化されて酸化皮膜中にＦｅ_２ＳｉＯ_４を形成し、酸化皮膜の剥離性を悪化させる。

Ｓｉ以外の元素の含有量については、特に制限はない。以下に、好適な化学組成について説明する。各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。

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、ガス切断時に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。

Ｓｉ：０．２５％以下
Ｓｉは、脱酸剤として用いられる元素であるため、鋼材中には不可避的に含まれる。しかし、上述のように、Ｓｉはガス切断中に酸化されてスケール中にＦｅ_２ＳｉＯ_４を形成し、酸化皮膜の剥離性を悪化させるため、Ｓｉ含有量は０．２５％以下とする必要がある。Ｓｉ含有量は０．１５％以下であるのが好ましく、０．１０％未満であることがより好ましい。なお、Ｓｉ含有量に下限を設ける必要はないが、過度の低減は経済性の低下を招くため、０．０１％以上とすることが好ましく、０．０２％以上とすることがより好ましい。

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、その含有量が１．６０％を超えると、靱性の劣化およびガス切断性の劣化を招くことがある。したがって、Ｍｎ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。

Ｐ：０．０３３％以下
Ｐは、不純物として鋼中に存在する元素である。Ｐ含有量が過剰であると、鋼材の機械的性質および溶接性といった特性が劣化する。したがって、Ｐ含有量は０．０３３％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、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。

Ａｌ：０．０８０％以下
Ａｌは、脱酸作用を有する元素である。しかしながら、Ａｌ含有量が０．０８０％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、靱性が劣化するおそれがある。したがって、Ａｌ含有量は０．０８０％以下とするのが好ましい。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０５０％である。なお、Ａｌ含有量に下限を設ける必要はないが、過度の低減は経済性の低下を招くため、０．０１０％以上とすることが好ましく、０．０２０％以上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。

Ｃｕ：０～０．５０％
Ｃｕは、耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、鋳片に割れ等の悪影響を及ぼすおそれがある。このため、Ｃｕ含有量は０．５０％以下とすることが好ましく、０．４０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｃｕ含有量は０．０１％以上とすることが好ましく、０．０２％以上とすることがより好ましい。

Ｎｉ：０～０．５０％
Ｎｉも、耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、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。そのため、Ｎｉ含有量は０．５０％以下とするのが好ましく、０．４０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とすることが好ましく、０．０２％以上とすることがより好ましい。

Ｔｉ：０～０．０５０％
Ｔｉは、析出強化により鋼板の強度を高める作用を有する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、溶接部の靭性に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、Ｔｉ含有量は０．０５０％以下とすることが好ましく、０．０４０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｔｉ含有量は０．００５％以上とすることが好ましく、０．０１０％以上とすることがより好ましい。

Ｎｂ：０～０．０４０％
Ｎｂは、析出強化により鋼板の強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、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、Ｎｂ含有量は０．０４０％以下とすることが好ましく、０．０３０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｎｂ含有量は０．００３％以上とすることが好ましく、０．００８％以上とすることがより好ましい。

Ｖ：０～０．１００％
Ｖも、析出強化により鋼板の強度を高める作用を有する元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、コスト面で不利になるうえに、母材の靭性を劣化させるおそれがある。そのため、Ｖ含有量は０．１００％以下とすることが好ましく、０．０９０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｖ含有量は０．０１０％以上とすることが好ましく、０．０２０％以上とすることがより好ましい。

Ｃｒ：０～２．００％
Ｃｒは、鋼板の強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、融点が高いＣｒ酸化物を形成して湯流れ性を悪化させて、ガス切断表面の粗さの劣化につながるおそれがある。そのため、Ｃｒ含有量は２．００％以下とすることが好ましく、１．５０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｃｒ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：０～０．５０％
Ｍｏは、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、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、Ｍｏ含有量は０．５０％以下とすることが好ましく、０．４０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｍｏ含有量は０．１０％以上とすることが好ましく、０．１５％以上とすることがより好ましい。

Ｗ：０～０．４０％
Ｗも、固溶強化により鋼板の強度を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、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、Ｗ含有量は０．４０％以下とすることが好ましく、０．３０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｗ含有量は０．０５％以上とすることが好ましく、０．０８％以上とすることがより好ましい。

Ｂ：０～０．００３０％
Ｂは、焼入れ性を高める作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、溶接性を劣化させるおそれがある。そのため、Ｂ含有量は０．００３０％以下とすることが好ましく、０．００２０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｂ含有量は０．０００５％以上とすることが好ましく、０．０００８％以上とすることがより好ましい。

Ｃａ：０～０．００５０％
Ｃａは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、ガス切断性が損なわれるおそれがある。したがって、Ｃａ含有量は０．００５０％以下とすることが好ましく、０．００４０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｃａ含有量は０．００１％以上とすることが好ましく、０．００２％以上とすることがより好ましい。

Ｍｇ：０～０．００５０％
Ｍｇは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、ガス切断性が損なわれるおそれがある。そのため、Ｍｇ含有量は０．００５０％以下とすることが好ましく、０．００４０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｍｇ含有量は０．００１％以上とすることが好ましく、０．００２％以上とすることがより好ましい。

ＲＥＭ：０～０．００５０％
ＲＥＭは、ＨＡＺ靱性を改善する作用を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、その含有量が多い場合には、ガス切断性が損なわれるおそれがある。したがって、ＲＥＭ含有量は０．００５０％以下とすることが好ましく、０．００４０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、ＲＥＭ含有量は０．００１％以上とすることが好ましく、０．００２％以上とす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：０～０．５０％
Ｓｎは、Ｓｎ^２＋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、Ｆｅ^３＋を速やかに還元させ、酸化剤としてのＦｅ^３＋濃度を低減する作用を有することにより、Ｆｅ^３＋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、Ｓｎ含有量は０．５０％以下とすることが好ましく、０．３０％以下とすることがより好ましい。上記の効果を得たい場合には、Ｓｎ含有量は０．０３％以上とすることが好ましく、０．０５％以上とす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０．１０％未満とし、かつＣｕ／Ｓｎ比が１．０以下とすることが好ましい。Ｃｕ含有量が０．１０％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おそれがある。Ｓｎを含有させる場合のＣｕ含有量の上限は０．０９％であることがより好ましい。

上記の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、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。

（Ｃ）厚さ
本発明の鋼材の厚さについては特に限定はしない。ただし、鋼材厚さの上限は６０ｍｍとすることが好ましく、４０ｍｍとすることがより好ましく、３０ｍｍとすることがさらに好ましい。

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。

（Ｄ）製造方法
本発明に係る鋼材の製造条件について特に制限はないが、例えば、上述した化学組成を有する鋼片を、９５０～１２００℃の加熱温度で３０分以上保持し、デスケーリングを行った後に熱間圧延を施し、その後、空冷または水冷により室温まで冷却することにより、製造することができる。

表１に示す化学組成を有する鋼種Ａ～Ｉのスラブを１１２０℃に加熱し、デスケーラーでスケールを除去後、仕上げ温度７５０～９００℃で圧延して厚さが２０～６０ｍｍの鋼材を得た。

上記鋼材に対してガス切断機を用いた切断試験を行い、ガス切断後の切断面における酸化皮膜の剥離性およびノロ生成の有無について評価を行った。切断試験には、日酸ＴＡＮＡＫＡ株式会社製のガス切断機ＫＴ－５ＮＸを用いた。

火口としては、図１に示す切断用酸素ガスの酸素純度を維持するための機能を有していない従来の火口、図２に示す切断用酸素ガスの酸素純度を維持するための機能を有する酸素カーテン式火口、図３に示す切断用酸素ガスの酸素純度を維持するための機能を有するポストミックス火口、図４に示す切断用酸素ガスの酸素純度を維持するための機能を有するダイバーゼントノズルの火口、のいずれかを用いた。

従来の火口の場合には、切断用酸素ガスの供給圧力を０．４５ＭＰａ、予熱燃料ガスの供給圧力を０．０３～０．０５ＭＰａとした。また、ダイバーゼントノズルの場合には、切断用酸素ガスの供給圧力を０．５０ＭＰａ、予熱燃料ガスの供給圧力を０．０５ＭＰａとした。

酸素カーテン式火口の場合には、切断用酸素ガスおよび補助酸素ガスの供給圧力を０．５０～０．５５ＭＰａ、予熱燃料ガスの供給圧力を０．０５～０．１０ＭＰａとした。また、ポストミックス火口の場合には、切断用酸素ガス、補助酸素ガスおよび予熱酸素ガスの供給圧力を０．５０ＭＰａ、予熱燃料ガスの供給圧力を０．０５ＭＰａとした。

なお、酸素カーテン式火口の場合、補助酸素ガスの供給は、切断用酸素ガスの供給と同一の酸素ボンベから分岐させて使用した。そのため、補助酸素ガスの供給圧力と切断用酸素ガスの供給圧力とは同じである。同様に、ポストミックス火口の場合、補助酸素ガスおよび予熱酸素ガスの供給は、切断用酸素ガスの供給と同一の酸素ボンベから分岐させて使用した。そのため、補助酸素ガスおよび予熱酸素ガスの供給圧力と切断用酸素ガスの供給圧力とは同じである。

また、火口と鋼材との距離（火口高さ）および切断速度は、表２に示す条件とした。

ガス切断で切断面に付着した酸化皮膜のうち、切断面に対して突起し密着した状態の酸化皮膜があると、切断面の表面粗さが粗くなっている。切断面を軍手またはウエスでふき取った際には、この酸化皮膜で引っかかりが生じる。このような切断面の品位では、グラインダー等により研削する必要が生じてしまう。

本願では、ガス切断後の切断面のこのような酸化皮膜の剥離性を以下の要領で評価し、剥離率を求めた。

まず始めに、ガス切断後の鋼材の切断面を、軍手またはウエスで３回ふき取った。そして、ガス切断後の鋼材の切断面を写真撮影し、得られた写真について、鋼材の表面側から裏面側に直線の観察する観察線を引き、観察線の全長を鋼材の板厚とし、観察線のうち、切断面に対して突起した状態の酸化皮膜と観察した部分の合計の長さを酸化皮膜付着長さとして、下記式により剥離率を求めた。
剥離率＝（１－酸化皮膜付着長さ／板厚）×１．１９×（板厚）^{－０．０６５}

この剥離率では、板厚の影響を補正する項を設けて、剥離性の評価が、異なる板厚のものでも統一的にできるようにした。そして、この剥離率が０．８０以上であるものを、剥離性が良好とした。

なお、観察し定量化する位置は、ガス切断を開始した点およびガス切断を終了した点から切断方向に２０ｍｍ以上離れた、ガス切断が定常状態である部分のうち、ドラグラインの部分を除いた、ガス切断方向の中間点とした。この位置であれば、ガス切断は定常状態であり、ばらつきを少なくして酸化皮膜の剥離性を評価できる。

また、ガス切断後の鋼材の切断面を写真撮影するに際しては、鋼材の切断面に対して斜めから光を当てるなどして、酸化皮膜が切断面に対して突起し密着した状態であるかどうかが分かりやすくなるようにした。

本発明者らが調べたところ、酸化皮膜が切断面に対して突起し密着した状態である場合には、酸化皮膜の厚さは１０μｍ超の例えば２０μｍ程度の厚いものであった。それに対して、酸化皮膜が切断面に対して突起していない場合には、酸化皮膜の厚さは１０μｍ以下の例えば５μｍ程度の薄いものであった。

このことから、酸化皮膜が厚いことで、酸化皮膜は切断面に対して突起して密着し、切断面の表面粗さを粗くさせ、切断面の品位を低下させているものと思われる。

さらに、ガス切断後の切断面におけるノロ生成の有無の評価は以下の要領で行った。

ガス切断後の切断面の酸化皮膜の剥離性の評価と同様に、まず始めに、ガス切断後の鋼材の切断面を、軍手またはウエスで３回ふき取った。そして、ガス切断を開始した点およびガス切断を終了した点から切断方向に２０ｍｍ以上離れた、ガス切断が定常状態である部分のうち、ドラグラインの部分を除いた、ガス切断方向の中間部で、切断面の裏面側の連続した５０ｍｍの間に、大きさが３ｍｍ以上のノロの生成があるかどうかを目視で判断し評価した。

それらの結果を表２に併せて示す。

表２から明らかなように、本発明の規定を満足する試験Ｎｏ．１～１５では、剥離率が０．８０以上で良好であり、かつノロの生成が認められなかった。それらに対して、比較例の試験Ｎｏ．１６～２１では、剥離率が低くなった。特に試験Ｎｏ．１６および２１では、全面に酸化皮膜が残存し、ノロも生成する結果となった。

１．切断用酸素ガス噴流口
２．予熱燃料ガス噴流口
３．補助酸素ガス噴流口
４．予熱酸素ガス噴流口
１１．テーパ部
１２．平行部
１３．テーパ部

Claims

火口から切断用酸素ガスおよび予熱燃料ガスを鋼材の表面に同時に吹き付けて、前記鋼材を切断するガス切断機により切断される用途に用いられる鋼材であって、
前記ガス切断機は、前記鋼材の表面に吹き付ける前記切断用酸素ガスの酸素純度を９９．５体積％以上に維持するための酸素純度維持機構を備え、
前記火口と前記鋼材との距離が３ｍｍ以上４０ｍｍ以下であり、
前記鋼材は、質量％で、Ｓｉ：０．２５％以下を含有し、
前記酸素純度維持機構は、前記切断用酸素ガスおよび前記予熱燃料ガスを噴射する前記火口であり、
前記火口は、前記切断用酸素ガスを噴射する方向に垂直な断面において、前記火口の軸中心から径方向に向かって順に、
前記切断用酸素ガスを噴射する切断用酸素ガス噴流口、
補助酸素ガスを噴射する補助酸素ガス噴流口、および
前記予熱燃料ガスを噴射する予熱燃料ガス噴流口、を有し、
前記火口を備える前記ガス切断機を用いて、
前記切断用酸素ガスおよび前記補助酸素ガスの供給圧力を０．５０ＭＰａ、前記予熱燃料ガスの供給圧力を０．０５ＭＰａとし、
前記火口と前記鋼材との距離を１０ｍｍとし、かつ、
切断速度を３７０ｍｍ／分として、前記鋼材を切断し、
切断された前記鋼材の切断面を、ウエスで３回ふき取った後、写真撮影し、得られた写真について、前記鋼材の表面側から裏面側に直線の観察する観察線を引き、前記観察線の全長を前記鋼材の板厚とし、前記観察線のうち、前記切断面に対して突起した状態の酸化皮膜と観察した部分の合計の長さを酸化皮膜付着長さとして、下記式により剥離率を算出した際に、前記剥離率が０．８０以上である、
鋼材。
剥離率＝（１－酸化皮膜付着長さ／板厚）×１．１９×（板厚）^{－０．０６５}
火口から切断用酸素ガスおよび予熱燃料ガスを鋼材の表面に同時に吹き付けて、前記鋼材を切断するガス切断機により切断される用途に用いられる鋼材であって、
前記ガス切断機は、前記鋼材の表面に吹き付ける前記切断用酸素ガスの酸素純度を９９．５体積％以上に維持するための酸素純度維持機構を備え、
前記火口と前記鋼材との距離が３ｍｍ以上４０ｍｍ以下であり、
前記鋼材は、質量％で、Ｓｉ：０．２５％以下を含有し、
前記酸素純度維持機構は、前記切断用酸素ガスおよび前記予熱燃料ガスを噴射する前記火口であり、
前記火口は、前記切断用酸素ガスを噴射する方向に垂直な断面において、前記火口の軸中心から径方向に向かって順に、
前記切断用酸素ガスを噴射する切断用酸素ガス噴流口、および
前記予熱燃料ガスを噴射する予熱燃料ガス噴流口、を有し、
前記切断用酸素ガス噴流口には、前記切断用酸素ガス噴流口の先端から前記切断用酸素ガスの流れ方向上流側に向かって、漸次的に断面積が小さくなるテーパ部が設けられており、
前記火口を備える前記ガス切断機を用いて、
前記切断用酸素ガスの供給圧力を０．５０ＭＰａ、前記予熱燃料ガスの供給圧力を０．０５ＭＰａとし、
前記火口と前記鋼材との距離を１０ｍｍとし、かつ、
切断速度を３７０ｍｍ／分として、前記鋼材を切断し、
切断された前記鋼材の切断面を、ウエスで３回ふき取った後、写真撮影し、得られた写真について、前記鋼材の表面側から裏面側に直線の観察する観察線を引き、前記観察線の全長を前記鋼材の板厚とし、前記観察線のうち、前記切断面に対して突起した状態の酸化皮膜と観察した部分の合計の長さを酸化皮膜付着長さとして、下記式により剥離率を算出した際に、前記剥離率が０．８０以上である、
鋼材。
剥離率＝（１－酸化皮膜付着長さ／板厚）×１．１９×（板厚）^{－０．０６５}
前記鋼材の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０２～０．２０％、
Ｓｉ：０．２５％以下、
Ｍｎ：０．２０～１．６０％、
Ｐ：０．０３３％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０８０％以下、
Ｎ：０．００９％以下、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．０５０％、
Ｎｂ：０～０．０４０％、
Ｖ：０～０．１００％、
Ｃｒ：０～２．００％、
Ｍｏ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．４０％、
Ｂ：０～０．００３０％、
Ｃａ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．００５０％、
Ｓｎ：０～０．５０％、
残部：Ｆｅおよび不純物である、
請求項１または請求項２に記載の鋼材。