特許 6954976 レーザー切断性に優れる高耐酸化Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金とその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6954976

(24)【登録日】2021年10月4日

(45)【発行日】2021年10月27日

(54)【発明の名称】レーザー切断性に優れる高耐酸化Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金とその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 19/05 20060101AFI20211018BHJP

   C22F 1/10 20060101ALI20211018BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20211018BHJP

【ＦＩ】

   C22C19/05 Z

   C22F1/10 H

   !C22F1/00 623

   !C22F1/00 640B

   !C22F1/00 682

   !C22F1/00 683

   !C22F1/00 684C

   !C22F1/00 685Z

   !C22F1/00 691

   !C22F1/00 691B

   !C22F1/00 691C

   !C22F1/00 692A

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-209634(P2019-209634)

(22)【出願日】2019年11月20日

(65)【公開番号】特開2021-80525(P2021-80525A)

(43)【公開日】2021年5月27日

【審査請求日】2021年1月28日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000232793

【氏名又は名称】日本冶金工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096884

【弁理士】

【氏名又は名称】末成 幹生

(72)【発明者】

【氏名】平田 茂

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 隆之

【審査官】 川村 裕二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０４０４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２６４１６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ １９／００−１９／０７

Ｃ２２Ｆ １／００− １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

以下質量％にて、
Ｃ：０．００５〜０．０５０％、
Ｓｉ：０．０２〜０．４５％、
Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、
Ｐ：≦０．０３５％、
Ｓ：０．０００１〜０．００１５％、
Ｎｉ：５７．０〜６３．０％、
Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、
Ａｌ：１．１０〜１．８０％、
Ｔｉ：０．１０〜０．４５％、
Ｎ：０．００１〜０．０２０％、
Ｂ：０．００１０〜０．００３５％、および
Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｎｄのうちいずれか１種以上を０．００１〜０．０１０％
から成り、さらに式（１）を満足し、
０．０８×Ｃｒ − １０１×Ｂ ＞ １．４０ …（１）
残部がＦｅおよび不可避な不純物からなり、
粒界酸化深さが１０μｍ以下であることを特徴とするＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金。

【請求項2】

Ｍｇ：０．００２〜０．０２０％、Ｏ：≦２０ｐｐｍで、かつ、Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｎｂ：０．０２〜０．２０％のいずれか１種あるいは２種を含有することを特徴とする請求項１に記載のＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金。

【請求項3】

請求項１または２に記載の合金の帯、板の製造方法であって、請求項１または２に記載の組成を有する合金を常法により板もしくは帯とし、これの軟化、炭化物などの固溶化を目的に行う熱処理を、熱処理温度：１０５０〜１２５０℃、燃焼ガス雰囲気中で、酸素濃度２．０〜４．５％の範囲として行い、水冷し、その後酸洗し表面の酸化スケールを除去し、粒界酸化深さを１０μｍ以下とすることを特徴とするＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金の帯、板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高い歩留まりで部材を切断採取でき、軽微な手入れ、もしくは手入れ無しで次工程へと進むことができる、レーザー切断性、耐酸化性に優れるＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金に関するものである。

【背景技術】

【0002】

Ｃｒ、Ａｌを多量に含有するＮｉ合金は、耐酸化性に優れるため、高温で厳しい酸化が生じる環境で使われている。高温で運転される装置は、大きな板から切断、曲げなどの加工を経て、溶接、ロウ付け、機械的な締結などの方法で組み立てられるが、最近、高価である当該合金板から歩留りよく部材を採取するためにレーザー切断が採用されている。

【0003】

レーザー切断機は、ＮＣ（数値制御）を付属し曲線を含む切断を自動で行うものが一般的である。類似する切断方法としては、ウォータージェット、プラズマ切断があるが、前者は切断速度が遅く生産性が低い、後者は切断幅が大きく歩留りが悪く、入熱も大きく酸化が生じるだけでなく切断面の凹凸も大きく、切断後の手入れ、例えば機械加工などが追加で必要になる。これに対し、レーザー切断は、切断速度が速く、切断幅も小さく歩留り良好で入熱も小さい。このため切断面の酸化も限定的で、切断面の平滑性も高く、そのまま使用できるレベルにあり、高価なＮｉ合金を歩留り良く切断するのに適した方法である。

【0004】

しかしながら、Ｃｒ、Ａｌを多量に含有するＮｉ合金をレーザー切断したところ、スパッタの発生が非常に多く、追加手入れが必要となった。また、レーザーが入射する側である上縁部から繋がる切断面が乱れ、不均一な凹凸も散発していた。これら問題を解決したレーザー切断性に優れる合金が求められている。

【0005】

レーザー切断性を改善した先行技術としては、例えば、特許文献１では、鋼材表面に薄い密着性の良い酸化スケールを形成、これの組成を制御することでレーザー切断性を向上させたものが提案されている。密着性の良い薄いスケールとすることで切断中に発生する不良、具体的には、切断面の凹凸状の部分的な切断不良を防止している。

【0006】

この技術の他には、特許文献２にＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、ＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌ、希土類）、Ｃａ、Ｍｇの１種または２種以上を最大でも２％以下を目安に含有し、熱間圧延後、ガス雰囲気とした炉中で徐冷することでレーザー切断に適した酸化スケールとした鋼板が提案されている。

【0007】

しかしながら、特許文献１および２は、いずれも鋼板に関するもので、本発明で対象としている合金元素の添加量が多く、Ｎｉをベースとする合金に関するものではない。さらに、Ｎｉ合金は鋼とは異なり、酸化スケールを除去した状態でレーザー切断されるため、表面状態が異なり参考となるものではない。

【0008】

酸化スケールを除去した状態、例えば、酸洗したステンレス鋼についての提案としては、特許文献３にレーザー切断により生じるドロスと呼ばれる切断くずの発生に対しＳｉ量を制御することでこれを抑制する技術が示されている。しかしながら、本発明とは化学組成が大きく違うため、参考となるものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００３−２２１６４０号公報

【特許文献2】特開２０１３−２４８６２９号公報

【特許文献3】特開２０００−３０９８５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

以上述べたように、従来技術は、鋼を対象とし、酸化スケールが存在する状態で行うものがほとんどであり、酸化スケールの無い状態でのレーザー切断性を改善する方策は示されていない。さらに、Ｎｉ合金について、レーザー切断性を改善した先行技術は見当たらない。

【0011】

本発明は、レーザー切断性に関する上記問題点を解決するためのものであり、その目的は、レーザー切断性を改善することであり、切断面のスパッタの発生、切断面の均一性を向上させ、追加での手入れを極力少なくすることができるＣｒ、Ａｌを多量に含有するＮｉ合金を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

発明者らは、これら状況を鑑み、問題を解決するべく鋭意検討を行った。レーザー切断した合金断面において散発している切断面の不均一部を観察したところ、Ａｌの酸化物が粒界に存在し、これが酸洗により脱落すると溝となり、この部分でレーザーの乱れが生じ、断面の不均一、スパッタが発生するものと推定された。対象としている合金は耐酸化性を向上させるためＡｌ量が添加してあるが、この一部が焼鈍工程でＡｌ酸化物として表層の粒界に発生していたことを突き止め、焼鈍工程での粒界酸化を抑制するため、合金成分を以下の範囲に制御することが良いことを明確にした。

【0013】

すなわち、レーザー切断性に優れる高耐酸化Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金は、以下質量％にて、Ｃ：０．００５〜０．０５０％、Ｓｉ：０．０２〜０．４５％、Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、Ｐ：≦０．０３５％、Ｓ：０．０００１〜０．００１５％、Ｎｉ：５７．０〜６３．０％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ａｌ：１．１０〜１．８０％、Ｔｉ：０．１０〜０．４５％、Ｎ：０．００１〜０．０２０％、Ｂ：０．００１０〜０．００３５％、およびＬａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｎｄのうちいずれか１種以上を０．００１〜０．０１０％から成り、さらに式（１）を満足し、
０．０８×％Ｃｒ − １０１×％Ｂ ＞ １．４０ …（１）
残部がＦｅおよび不可避な不純物からなり、粒界酸化深さが１０μｍ以下であることを特徴とする。

【0014】

本発明においては、上記合金はさらに、Ｍｇ：０．００２〜０．０２０％、Ｏ：≦２０ｐｐｍで、かつ、Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｎｂ：０．０２〜０．２０％のいずれか１種あるいは２種を含有することを好ましい態様としている。

【0015】

本発明のレーザー切断性に優れる高耐酸化Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金の帯、板の製造方法は、上記組成を有する合金を常法により板もしくは帯とし、これの軟化、炭化物などの固溶化を目的に行う熱処理を、熱処理温度：１０５０〜１２５０℃、燃焼ガス雰囲気中で、酸素濃度２．０〜４．５％の範囲として行い、焼鈍し、水冷し、その後酸洗し表面の酸化スケールを除去し、粒界酸化深さを１０μｍ以下とすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明の成分含有量と製造方法を採用することにより、Ｃｒ、Ａｌを多量に含有するＮｉ合金において、レーザー切断面のスパッタの発生、切断面の均一性を向上させ、追加での手入れを極力少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明のＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金板の表面観察およびＳＥＭ−ＥＤＳ分析結果を示す図である。

【図2】６０Ｎｉ−２２Ｃｒ−１．１Ａｌ合金における粒界酸化深さにおよぼすＬａ添加の影響を示すグラフである。

【図3】６０Ｎｉ−Ｃｒ−１．１Ａｌ合金における粒界酸化深さにおよぼすＣｒ、Ｂ添加の影響を示すグラフである。

【図4】粒界酸化深さにおよぼすＣｒ量、Ｂ量の影響を示すグラフである。

【図5】粒界酸化深さによるスパッタ個数の変化を示すグラフである。

【図6】粒界酸化深さによる切断面乱れ個数の変化を示すグラフである。

【図7】スパッタ個数を評価するために切断方法 (白色が評価対象)を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

発明者らは、これら状況を鑑み、問題を解決するべく鋭意検討を行った。まず、最初に当該合金をレーザー切断した断面の観察を行った。散発している切断面の不均一部を観察したところ、起点は上縁部つまりレーザー照射した表面にある様な形態、分布となっていた。合金表面における何らかの不均一が、そのまま断面の形態に影響を及ぼしていた。スパッタの発生もよく観察すると、発生は散発で、完全には一致していないものの、切断面の乱れとある程度一致していた。そこで、切断する板表面をＳＥＭにて観察したところ、酸洗により形成された溝部、いわゆる酸洗粒界溝に似た形態で深くえぐられていた。この部分をＳＥＭ−ＥＤＳで分析し、図１に示す。図１（ａ）中、四角形で囲った範囲のそれぞれ元素の分析結果が図１（ｂ）である。図に示すように、Ａｌが検出されたことから、Ａｌの酸化物が粒界に存在していると考えた。これが酸洗により脱落すると溝となり、この部分でレーザーの乱れが生じ、断面の不均一、スパッタが発生するものと推定される。

【0019】

対象としている合金は耐酸化性を向上させるためＡｌが添加してある。これの一部がＡｌ酸化物として表層の粒界に発生したと考えたが、製造工程中での発生タイミングは不明であった。このため、酸洗前、後の板断面の観察を行った。その結果、焼鈍後の板において粒界でＡｌの酸化が生じていることを確認した。これより、焼鈍工程でＡｌの粒界酸化が生じていることが判った。つまり、防止策としては焼鈍工程での粒界酸化を抑制すると良いことになる。

【0020】

Ａｌの粒界酸化を抑制する元素の添加を検討することとした。６０Ｎｉ−２２Ｃｒ−１．２Ａｌ合金をベースに種々添加元素、その量を変化させて実験室溶解（２０ｋｇ）を行った。選択した元素は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ、Ｌａ、Ｃｅとした。これらを２０ｍｍｔ×１００ｍｍｗ×Ｌとなる様に鍛造、表面をシェーパーにより研削し１５ｍｍｔとした。これに１２５０℃×３ｈｒの加熱保持した後、シェーパーによって１２ｍｍｔとし酸化の影響を完全に除去、四段圧延機により冷間圧延を行い５ｍｍｔとした。脱脂後、これに１１７５℃×５ｍｉｎの固溶化熱処理を施し、硝酸とフッ酸の混酸で酸洗したものを評価に供した。

【0021】

固溶化熱処理は、大気雰囲気ではなく、都市ガス（１３Ａ）をバーナーで燃焼させた雰囲気中で行った。酸素濃度は２．７％であった。粒界酸化の深さは、板断面を埋め込み鏡面まで研磨したものについて、ＳＥＭで粒界酸化の深さを測定することで評価した。長さ３０ｍｍの範囲に生じている粒界酸化の中で深いもの１０点を選び、その平均値で評価した。

【0022】

その結果、Ａｌ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂの含有量によりＡｌの粒界酸化深さが変化することが判った。Ｓｉ、Ｔｉ、ＲＥＭの添加は粒界酸化を軽減する傾向があり、特にＲＥＭの効果は明瞭であった。ＲＥＭのうち特に顕著であったＬａが粒界酸化深さに及ぼす影響を図２に示す。図２より、０．００１％以上添加すると粒界深さを効果的に低減できることが判った。

【0023】

Ｂについて２種類の濃度範囲とし、それぞれにおいてＣｒを変化させて検討した結果を図３に示す。図３に示す様に、Ｂは粒界酸化を助長する傾向が確認され、Ｂ含有量が多いとＣｒの改善効果が小さくなることが判った。

【0024】

これより、粒界酸化におよぼすＣｒ量とＢ量の関係を求めたのが図４である。粒界酸化を１０μｍ程度の軽いものとするには、Ｃｒ添加量に見合ったＢ量とすることが必要であり、その関係は、次式となることを明らかにした。
０．０８×Ｃｒ − １０１×Ｂ ＞ １．４０ …（１）

【0025】

同じく実験室溶解材で酸洗した５ｍｍｔ板を用い、これをレーザー切断し、スパッタの発生数、上縁部からの切断面の乱れ、切断面の均一性を評価した。レーザー切断は、小池酸素工業製のＣＯ_２レーザー(商品名：ＬＡＳＥＲＴＥＸ、定格出力：４．０ｋｗ)を用い、切断速度１４００ｍｍ／ｍｉｎ、ガス圧０．７ＭＰａ、出力０．７ｋＷとして作業し、これで1つの組成について３回切断を行い、これらを評価に供した。

【0026】

スパッタ個数については顕微鏡で切断上面側を倍率１０倍で観察し、１００ｍｍ×５０ｍｍの範囲を観察、スパッタの個数を数え評価した。粒界酸化深さによるスパッタ個数の変化を図５に示す。粒界酸化が浅くなるに従って、スパッタ個数が減少し切断性が向上することが判る。粒界酸化深さが１０μｍ以下となるとスパッタ個数は５個以下となりかなり良化する。

【0027】

また、上縁部からの切断面の乱れは、切断面上面側から縁部を撮影し、切断線からのずれが生じている、つまり乱れている個数を数え評価し、図６に示す。図６に示す様に、これも粒界酸化深さが浅くなることで良化する。

【0028】

切断面の均一性は、レーザー３Ｄ顕微鏡(キーエンス製、商品名：ＶＲ−３０００)を用い、切断面５ｍｍｔ×１００ｍｍ長さについて評価し、板厚すべてに渡り、平均より１００μｍ程度高くなっている部分、低くなっている部分の個数で評価した。これも図５と同じ傾向であり、粒界酸化深さが小さくなることで良化することを確認した。

【0029】

これより、粒界酸化深さが低減するに従い、切断時のスパッタ発生が減り、切断面の品質が向上することを確認した。

【0030】

次に、本発明における各元素の成分組成の限定理由を説明する。以下、％は質量％である。
Ｃ：０．００５〜０．０５０％
ＣはＦ．Ｃ．Ｃ相を安定化させるために有効な元素であり、室温、高温での強度を確保するためにも重要な元素である。このため、少なくとも０．００５％の添加は必要である。しかしながら、過度に含むと固溶限を超え、熱処理を施しても多量の炭化物が残存してしまう。また、溶接、固溶化熱処理時の冷却時などにＣｒ炭化物の析出が容易となり、耐酸化性に有効なＣｒ量を低減させてしまう。このため上限を０．０５０％とする。含有量の好ましい下限は０．００７％で、より好ましい下限は０．００９％、好ましい上限は０．０４５％で、より好ましい上限は０．０４０％である。

【0031】

Ｓｉ：０．０２〜０．４５％
Ｓｉは、脱酸作用を有する重要な元素であり、酸化スケールの剥離を抑制し耐酸化性改善する効果を有し、さらにＡｌの粒界酸化を抑制する効果がある。また、レーザー切断により生じる湯の流動性を確保するのに効果があり必須な元素である。このため、少なくとも０．０２％の添加は必要である。しかしながら、Ｓｉを過剰に含有すると熱間加工性の著しい低下が生じる。このため、Ｓｉの含有量の上限は０．４５％とした。含有量の好ましい下限は０．０４％で、より好ましい下限は０．０６％、好ましい上限は０．４３％で、より好ましい上限は０．４０％である。

【0032】

Ｍｎ：０．１０〜０．８０％
Ｍｎは脱酸剤として添加される元素であり、Ｆ．Ｃ．Ｃ．相を安定にすることで、高温強度、高温クリープ強度の確保に寄与する。このためＭｎは０．１０％以上含有させる必要がある。しかしながら、過度な添加は耐酸化性を劣化させる。従って Ｍｎの含有量は０．１０〜０．８０％とした。含有量の好ましい下限は０．１２％で、より好ましい下限は０．１５％、好ましい上限は０．７５％で、より好ましい上限は０．７０％である。

【0033】

Ｐ：≦０．０３５％
Ｐは不純物として鋼中に不可避的に混入する元素である。結晶粒界に偏析し熱間加工性を悪くするため、できる限り低減することが必要である。従って、Ｐの含有量は≦０．０３５％とする。好ましい範囲は、≦０．０３０％で、より好ましい範囲は≦０．０２５％である。

【0034】

Ｓ：０．０００１〜０．００１５％
Ｓは、鋼中に不可避的に混入する不純物元素であり、熱間加工性を低下させ、割れを発生させる。そのためＳ含有量は極力少ない方が良く、上限値は０．００１５％が望ましい。但しＳは溶融時の湯の流動性を高めることから溶接、レーザー切断を行う場合には必要な元素でもある。湯の流動性を確保するためには、０．０００１％以上含有することが好ましい。含有量の好ましい下限は０．０００２％で、より好ましい下限は０．０００３％、好ましい上限は０．００１４％で、より好ましい上限は０．００１３％である。

【0035】

Ｎｉ：５７．０〜６３．０％
ＮｉはＦ．Ｃ．Ｃ．相を安定化する元素であり、耐酸化性を確保し、高温強度、高温クリープ強度を向上させる重要な元素である。このため、５７．０％以上の添加が必要である。しかしながらＮｉの含有量が６３．０％を上回ると熱間変形抵抗の増大、コスト増を招く。よってＮｉの含有量は５７．０〜６３．０％とした。含有量の好ましい下限は５７．２％で、より好ましい下限は５７．５％、好ましい上限は６２．８％で、より好ましい上限は６２．５％である。

【0036】

Ｃｒ：２０．０〜２５．０％
Ｃｒは耐酸化性を向上させる重要な元素であり、本発明合金が想定する厳しい酸化が生じる環境で使用するために不可欠な元素である。さらに、Ａｌの粒界酸化防止し、レーザー切断性を改善する効果を有する。しかし過度なＣｒの含有はＦ．Ｃ．Ｃ．相の安定度を低下させ、Ｃｒ炭化物の析出を促進し、かえって耐酸化性を劣化させる。このためＣｒの含有量は２０．０〜２５．０％とした。含有量の好ましい下限は２０．５％で、より好ましい下限は２１．０％、好ましい上限は２４．５％で、より好ましい上限は２４．０％である。

【0037】

Ａｌ：１．１０〜１．８０％
Ａｌは脱酸剤として添加される成分である。またＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系スラグの共存下で、脱酸により脱硫を促し、熱間加工性に悪影響を及ぼすＳを低減させるのに重要な元素である。また、耐酸化性を改善する必須の元素であり、Ａｌの粒界酸化を抑制し、レーザー切断性を改善する重要な役割がある。このため、少なくとも１．１０％以上の添加が必要である。しかしながら、過剰に含有するとＡｌ窒化物を形成し高温クリープ強度を劣化させ、Ｆ．Ｃ．Ｃ相の安定度を低下させる。さらに、熱間加工性を著しく低下させる。従ってＡｌの含有量は、１．１０〜１．８０％とする。含有量の好ましい下限は１．１５％で、より好ましい下限は１．２０％、好ましい上限は１．７５％で、より好ましい上限は１．７０％である。

【0038】

Ｔｉ：０．１０〜０．４５％
Ｔｉは脱酸剤として添加される成分である。Ｔｉ窒化物を形成し凝固組織を微細化し、これより粒界のＰ、Ｓ濃度を低下させ、熱間加工性を向上させる元素である。さらに、Ａｌ、Ｃｒとともに、粒界酸化を抑制し、レーザー切断性を向上させるのに必須な元素である。このため、少なくとも０．１０％以上の添加が必要である。しかし過剰に含有するとＴｉ窒化物が多量生成し、表面欠陥の原因となり、さらに、Ｔｉ窒化物／母相の界面でボイド発生が促進されクリープ特性の劣化を招く。従ってＴｉの含有量は、０．４５％を上限とする。含有量の好ましい下限は０．１２％で、より好ましい下限は０．１５％、好ましい上限は０．４３％で、より好ましい上限は０．４０％である。

【0039】

Ｎ：０．００１〜０．０２０％
ＮはＦ．Ｃ．Ｃ．相を安定化する元素であり、室温、高温の強度、いずれも向上させるのに有効な元素である。少なくとも０．００１％の添加は必要である。但しＮの含有量が過剰になると炭窒化物が多量に析出し、高温クリープ強度を低下させる。また、室温の強度が高くなりすぎると曲げ加工性が低下する。従って０．０２０％を越えてはならない。含有量の好ましい下限は０．００２％で、より好ましい下限は０．００３％、好ましい上限は０．０１５％で、より好ましい上限は０．０１０％である。

【0040】

Ｂ：０．００１０〜０．００３５％
Ｂは、熱間加工性を良化させる元素であり、高温でのクリープ強度を向上させる効果もあり本発明合金に必須である。しかしながら、一定量以上含有するとＣｒの改善効果を低減させ、Ａｌの粒界酸化を促進、レーザー切断性を劣化させる。ごく微量の含有であれば問題はないので、その含有量を０．００１０〜０．００３５％とする必要がある。含有量の好ましい下限は、０．００１２％、より好ましい下限は０．００１４％、好ましい上限は０．００３３％で、より好ましい上限は０．００３０％である。

【0041】

Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｎｄ：いずれか１種以上を０．００１〜０．０１０％
これら元素は、一般的にＲＥＭは、熱間加工性を良化させるために添加される元素であり、本発明ではＡｌの粒界酸化を抑制し、レーザー切断性を良化させる重要な元素である。このため、必須な元素である。しかしながら、溶湯へ添加する場合の歩留りが悪く、多量に添加しようとすると著しいコスト増を招く。一定量以上添加すると介在物の増加を招き、高温クリープ特性の劣化、レーザー切断面の品質劣化を招く。従って、添加量は０．００１〜０．０１０％とする。含有量の好ましい下限は、０．００２％、より好ましい下限は０．００３％、好ましい上限は０．００９％で、より好ましい上限は０．００８％である。

【0042】

Ａｌの粒界酸化を低減する添加元素の効果としては、Ｌａ＞Ｃｅ＞Ｙ＞Ｎｄの順であり、Ｌａ、Ｃｅの効果が大きい。好ましい組み合わせは、Ｌａ、Ｃｅのいずれかを含む複合添加であり、より好ましい添加は、Ｌａのみ、Ｃｅのみ単独添加、もしくはＬａ＋Ｃｅの複合添加である。

【0043】

０．０８×Ｃｒ − １０１×Ｂ ＞ １．４０
本発明では、ＣｒはＡｌの粒界酸化を抑制する有用な元素であり。これに対し、ＢはＣｒ効果を低減させる低減すべき元素であるが、熱間加工性が悪いＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金での添加は必須である。Ｃｒの改善効果を確実に得るためには、Ｃｒ、Ｂの添加量が上式で１．４０を超える様にそれぞれ添加量を制御する必要がある。好ましくは、１．４５を超える範囲であり、より好ましくは１．５５を越える範囲である。

【0044】

Ｍｇ：０．００２〜０．０２０％
Ｍｇは、適量の添加により熱間加工性を良化させる元素である。このため、必要に応じて０．００２％以上添加される。しかしながら、Ｍｇを一定量以上に含有すると介在物が増加し耐食性、クリープ特性が劣化する。さらに、熱間加工性を著しく劣化させてしまう。従って上限は０．０２０％とする。含有量の好ましい下限は０．００３％で、より好ましい下限は０．００４％、好ましい上限は０．０１８％で、より好ましい上限は０．０１６％である。

【0045】

Ｏ：≦２０ｐｐｍ
Ｏは、溶解時に鋼中に不可避的に混入する不純物元素であり、熱間加工性を悪化させる元素である。このため、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、ＲＥＭなどの元素を溶湯中に添加、脱酸し、低減すべき元素である。さらに、酸素量が多くなり、介在物量が増えるとクリープ特性が悪化するため、酸素量は十分低減する必要がある。これにより、上限を２０ｐｐｍとする。含有量の好ましい上限は１８ｐｐｍで、より好ましい上限は１５ｐｐｍである。

【0046】

Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｎｂ：０．０２〜０．２０％
Ｖ、Ｎｂは炭化物あるいは炭窒化物を形成し結晶粒径を微細化する元素である。これより粒界酸洗溝を増加させ、結果として粒界に生じるＡｌ酸化物の分布を均質化することができる。このため、少なくとも０．０２％以上の添加が必要である。しかし過剰に含有するとこれら元素の炭化物あるいは炭窒化物が過剰に生成、硬さを大きくし加工性を劣化させる。さらに、９００℃を超える様な温度ではクリープ特性の劣化を招く。従ってＶ、Ｎｂの含有量は、０．２０％を上限とする。含有量の好ましい下限は０．０３％で、より好ましい下限は０．０４％、好ましい上限は０．１８％で、より好ましい上限は０．１５％である。

【0047】

酸素濃度：２．０〜４．５％
酸化スケールの形成には、温度、保持時間以外に雰囲気も影響をおよぼす。酸素濃度が低い場合、スケールの形成が十分でなく、Ａｌの酸化が主体となり、Ｃｒの効果が十分に発揮されない。このため粒界酸化が生じ易くなる。よって、酸素濃度は２．０％以上とすべきである。これに対し、酸素濃度が高くなると、酸化量が多くなり、酸化スケールのロスが多くなり歩留り低下を招く。よって、４．５％を上限とする。好ましい範囲は、２．０〜４．０％、より好ましい範囲は、２．０〜３．５％である。

【0048】

熱処理温度：１０５０〜１２５０℃
熱処理は、熱間、冷間の加工により硬化したものを軟化するため、析出している炭化物などを固溶化するために実施するが、燃焼ガス雰囲気中で実施すると酸化スケールを形成し、その直下に粒界酸化が形成される。軟質化、炭化物の固溶を実現するには、少なくとも１０５０℃以上での熱処理が必要である。しかしながら、粒界酸化の深さは熱処理温度が高いもの方が深くなるので、１２５０℃を越える様な温度で処理すると深い粒界酸化が散在することが避けられない。よって、熱処理の温度は１０５０〜１２５０℃とする。好ましくは、１０５０〜１２００℃、より好ましく１０７５〜１１７５℃の範囲である。

【0049】

熱処理の条件としては、上記温度以外に保持時間がある。材料の軟化、炭化物の固溶を達成するためには、少なくとも１ｍｉｎ以上の保持時間を確保するのが良い。酸化スケールのロスを考えると保持時間は長くとも９０ｍｉｎ以内とするのが適当である。好ましい範囲は、１〜６０ｍｉｎ、より好ましい範囲は、１〜４５ｍｉｎである。

【実施例】

【0050】

以下、実施例によって本発明を詳細に説明する。但し本発明はその趣旨を超えない限り、これらの例に限定されるものではない。

【0051】

［１．サンプル製造］
まず、鉄屑、ステンレス屑、フェロクロムなどの原料を、６０トンの電気炉で溶解した。その後、ＡＯＤ工程において、酸素およびアルゴンを吹精し、脱炭精錬した。その後、生石灰、蛍石、Ａｌ、Ｓｉを投入して脱硫、脱酸を行った。その後に連続鋳造機にて造塊し、表１に示す化学組成のスラブ(発明例１〜１６、比較例１〜８、サイズ／２００ｍｍｔ×１２５０ｍｍ×６５００ｍｍ)を得た。表１において---と表示しているものは、意図的な添加はなく、かつ分析を実施していないことを示す。

【0052】

その後、上記スラブを１２００〜１２５０℃に加熱、８０〜１００ｍｉｎ均熱保持した後、熱間圧延し、板厚５ｍｍ×１２５０ｍｍ×Ｌの熱延帯を得た。その後、連続焼鈍ラインにて１１００〜１１５０℃の熱処理を施し、水冷、酸洗したものから、５ｍｍｔ×１２５０ｍｍ×５００ｍｍの板を採取し、これで評価した。また、酸素濃度は２．５〜４．０％範囲であった。

【0053】

【表1】

【0054】

［２．粒界酸化の深さ（μｍ）］
粒界酸化の深さは、上記板の断面を埋め込み、鏡面まで研磨したものについて、ＳＥＭで粒界酸化の深さを測定することで評価した。長さ３０ｍｍの範囲に生じている粒界酸化の中で深いもの１０点を選び、その平均値で評価し、表１に併記した。

【0055】

［３．スパッタ個数］
スパッタ個数については、５ｍｍｔ×５００ｍｍ×５００ｍｍの板について、図７（ａ）のように始点から一周をジグザクに切断し、スパッタが発生し易い状態で評価した。こうして切り抜いた図７（ｂ）の切断片の切断上面側を目視で全周を観察、スパッタの個数を数え評価し、表１に併記した。スパッタの発生個数が５個以下のものを◎、６個から１５個以下であるものを〇、１６個から２５個であるものを△、２６個以上であるものを×とした。

【0056】

［４．切断面の乱れ個数］
上縁部からの切断面の乱れは、上記切断したジグザク切断片の長辺（Ａ−Ｂ）について、切断面の上面側から縁部を上面から目視観察し、３５０ｍ長さの切断線からのずれ、本発明で乱れと称しているものの個数を数え評価し、表１に併記した。乱れの発生個数が２個以下のものを◎、３個から５個以下であるものを〇、６個以上であるものを×とした。

【0057】

［５．切断面の均一性］
切断面の均一性は、レーザー３Ｄ顕微鏡(キーエンス製、商品名：ＶＲ−３０００)を用い、切断した斜めの部分（Ｂ−Ｃ）について評価した。評価長さは１８５ｍｍとなる。平均より１００μｍ程度高くなっている部分、低くなっている部分の個数で評価し、表１に併記した。不良とした個数が１個以下のものを◎、２個から４個以下であるものを〇、５個以上であるものを×とした。

【0058】

表１に示す様に本発明の組成範囲を満足している発明例１〜１６は優れたレーザー切断性を有していることが判る。いずれも粒界酸化深さは１０μｍ以下であることを確認している。

【0059】

これに対し、本発明範囲から、Ｃｒ、Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、ＲＥＭの含有量が外れている比較例１、３〜８は、スパッタの発生が多く、切断面の品質も劣っており、本発明合金が想定する用途には適用が難しい。

【0060】

特に、比較例３は、Ｂ量が本発明範囲を超えて含有している。このため、レーザー切断性が特に悪かった。

【0061】

また、式（１）が１．４０以下となっている比較例７、Ｓｉ、Ｓ量が本発明範囲外である比較例８も満足のいくレーザー切断面が得られていない。

【0062】

比較例２はＬａを含有しており、粒界酸化は抑制されスパッタの発生は少なく良好であるが、切断面の均一性が低く満足のいく品質ではなかった。これは、上限値を超えるＬａ添加により、介在物が増えているためである。

【0063】

［６．熱処理条件の検討］
また、発明例４について、熱処理条件を種々変化させ評価した結果を表２に示す。酸素濃度、熱処理温度が本発明範囲外となっているものは、レーザー切断性が劣っていることが判る。

【0064】

【表2】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】