CN103842104B - 热连轧中的薄板坯的接合方法 - Google Patents

热连轧中的薄板坯的接合方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够大幅降低热连轧中的薄板坯的断裂发生频率的薄板坯的接合方法。一种薄板坯接合方法，在热精轧机的入口侧夹持在前薄板坯的尾端和在后薄板坯的前端，在开始镦锻的同时进行感应加热，达到目标镦锻量后，打开夹钳，所述接合方法中，使从达到所述目标镦锻量开始至打开夹钳为止的时间即镦锻后的保持时间为从镦锻开始至打开夹钳为止的时间即总接合时间的25%以上且60%以下。

Description

热连轧中的薄板坯的接合方法
技术领域
本发明涉及热连轧中的薄板坯的接合方法，详细而言，涉及使用感应加热装置对在前薄板坯的后端和在后薄板坯的前端进行加热、挤压(镦锻)而进行接合、将其依次连接而连续进行轧制的热连轧中的薄板坯的接合方法。
背景技术
在对每一条薄板坯进行加热、粗轧、精轧而精加工成期望厚度的钢板的、所谓间歇式的热轧生产线中，特别是在精轧工序中，存在钢片前端的咬入不良、钢片后端的缩窄、钢片前端在输出辊道上的输送故障、薄板坯前后端的尺寸不合格等故障。
因此，提出了在精轧机的入口侧输送线上将在前薄板坯的后端与在后薄板坯的前端依次接合后供于精轧的连轧方法，随之，关于薄板坯的接合方法也开发了各种方法。
其中，作为能够以较短的时间完成接合的方法，已知专利文献1、专利文献2中公开的感应加热压接法。该方法为通过感应加热对在前薄板坯的后端与在后薄板坯的前端的接合预定部快速加热、然后施加力使其相互对接(镦锻)由此进行接合的方法。
另外，专利文献3中公开了能够防止薄板坯的对接接合时发生的薄板坯的上下错位、接合装置的绝缘材料的破损等、能够进行稳定的热连轧的薄板坯的接合装置及接合方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭60-244401号公报
专利文献2：日本特开平08-001204号公报
专利文献3：日本特开平10-286607号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，已知以往的热连轧中的薄板坯的接合方法中存在以下的问题。即，通过过去的连轧操作实际成绩的分析可知，在薄板坯为具有以质量%计含有0.038～0.120%的C、0.01～1.40%的Si、0.80～1.40%的Mn、0.005～0.024%的P、0.001～0.054%的S、0.002～0.005%的N、0.024～0.050%的Al且余量为Fe及不可避免的杂质的组成(组成C1)的钢种的情况下或者为具有在组成C1的基础上进一步含有0.01～0.03%的Cu、0.01～0.02%的Ni、0.02～0.90%的Cr、0.001～0.010%的Mo、0.002～0.005%的V、0.002～0.055%的Ti、0.004%以下的Nb中的一种或两种以上的组成(组成C2)的钢种的情况下，存在接合后的薄板坯在精轧中或精轧后该接合部发生断裂的频率高的问题。
用于解决问题的方法
本发明人为了解决上述问题进行了深入研究，得到了以下的见解。
(1)上述组成中Si、Mn量的上限高。该成分元素经过薄板坯接合时的感应加热暴露于大气中而易被氧化，该成分元素的熔点比钢的熔点低，因此，在该成分含量高(Si为0.5%以上和/或Mn为1.0%以上)的情况下，在高温下的薄板坯接合界面处，该成分元素凝聚为液态并被氧化，生成大量该成分元素的氧化物。
(2)上述组成中Al、Cr、Ti的上限高。该成分元素在炼钢阶段在钢水中形成氧化物，在该成分含量高的情况下，该成分元素的氧化物大量残留在铸片内，在薄板坯接合界面处也大量出现。
(3)在(1)、(2)中记述的氧化物均缺乏延展性，因此，在薄板坯接合界面处大量存在时，会使薄板坯的接合强度降低，由于精轧中的张力而成为接合部断裂的原因。
(4)通过将上述氧化物在薄板坯接合中从接合界面充分排除，能够使接合强度提高，能够大幅降低上述断裂的发生频率。因此，薄板坯接合工序中，对镦锻后保持原状态的时间相对于总接合时间的比例进行适当管理的对策非常有效。
(5)(4)的对策在作为被接合材料的薄板坯为具有上述组成C1、C2以外的组成的低合金钢(合金元素的总量为5质量%以下的钢)、中合金钢(合金元素的总量超过5质量%且低于10质量%的钢)、高合金钢(合金元素的总量为10质量%以上的钢(包括不锈钢))中的任一钢种的情况下也有效。
本发明基于上述见解而完成，其主旨如下所述。
(1)一种热连轧中的薄板坯的接合方法，在热精轧机的入口侧夹持在前薄板坯的尾端和在后薄板坯的前端，在开始镦锻的同时进行感应加热，达到目标镦锻量后，打开夹钳，所述接合方法的特征在于，
使从达到上述目标镦锻量开始至打开夹钳为止的时间即镦锻后的保持时间为从镦锻开始至打开夹钳为止的时间即总接合时间的25%以上且60%以下。
(2)如(1)所述的热连轧中的薄板坯的接合方法，其特征在于，上述薄板坯具有如下组成：以质量%计，含有0.038～0.120%的C、0.01～1.40%的Si、0.80～1.40%的Mn、0.005～0.024%的P、0.001～0.054%的S、0.002～0.005%的N、0.024～0.050%的Al，余量为Fe及不可避免的杂质。
另外，更显著地显示出本发明的效果的是(2)中Si为0.5%以上和/或Mn为1.0%以上的情况，因此，更优选上述薄板坯具有(2)中代替0.01～1.4%的Si而使Si为0.50～1.4%的组成或(2)中代替0.80～1.40%的Mn而使Mn为1.0～1.40%的组成。
(3)如(2)所述的热连轧中的薄板坯的接合方法，其特征在于，代替上述Fe的一部分，以质量%计含有0.01～0.03%的Cu、0.01～0.02%的Ni、0.02～0.90%的Cr、0.001～0.010%的Mo、0.002～0.005%的V、0.002～0.055%的Ti、0.004%以下的Nb中的一种或两种以上。
发明效果
根据本发明，发挥如下效果：在将在前薄板坯尾端与在后薄板坯前端接合的接合工序中，能够有效地排除薄板坯接合界面的氧化物，使薄板坯接合强度大幅提高，能够有效地减少下一工序即精轧工序(从精轧开始至卷取结束的工序)中的接合部断裂。
附图说明
图1是表示本发明的实施中使用的热连轧生产线的一例的概略图。
图2是表示图1中的接合装置的一例的概略图。
图3是在利用FEM分析得到的接合强度比与镦锻量的关系图中叠加显示出设备约束的极限线的图。
图4是表示使用本发明范围外的接合方法接合的薄板坯接合部的一例的概略图。
图5是表示使用本发明范围内的接合方法接合的薄板坯接合部的一例的概略图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施中使用的热连轧生产线的一例的概略图，示出了从卷箱1至精轧机第一机架7的设备列。该设备列包括对从粗轧机(未图示)出来的板材(薄板坯)进行卷取的卷箱1、将从卷箱1开卷的在前薄板坯S1的后端和在后薄板坯S2的前端切断的切头剪2、将在前薄板坯S1与在后薄板坯S2的切断面(接合面)相互接合的接合装置3、矫直机4、夹辊5a、5b、5c、除氧化皮装置6、精轧机第一机架7。
如图2中示出一例所示，接合装置3包括：对由切头剪2切掉后端的端头而得到的在前薄板坯S1和由切头剪2切掉前端的端头而得到的在后薄板坯S2的各切断端以接合面之间相互不接触且相对配置的方式进行把持(夹持)的左右夹钳装置8、9、对由该夹钳装置8、9把持的在前薄板坯S1和在后薄板坯S2的各切断端进行加热的感应加热装置10、将夹钳装置8向夹钳装置9侧挤压以使由感应加热装置10加热后的在前薄板坯S1和在后薄板坯S2的各切断端的接合面之间对接并挤压(镦锻)而进行接合的挤压缸11、在该镦锻时防止在前薄板坯S1和在后薄板坯S2在上下方向错位的防错位板12。
在此，本实施方式中，利用感应加热装置10对在前薄板坯S1和在后薄板坯S2的各切断端进行加热时，将在前薄板坯S1和在后薄板坯S2的各接合面的温度加热至使钢片的固相率为25%的温度，在该状态下利用挤压缸11将夹钳装置8挤压24mm，即，使镦锻量为24mm，对接合面之间进行镦锻。由此，接合面之间的镦锻时在接合界面处生成的熔点比钢的熔点高的氧化物、熔点比钢的熔点低的氧化物均成为液相而与熔化的钢一起从接合界面排出到外侧，结果，能够避免该氧化物残留在接合界面而使接合强度降低。
图3是对利用有限元法(FEM)分析接合部行为而得到的固相率和镦锻量与作为接合部相对于母材的强度比的接合强度比的相关性作图而得到的图。固相率越低，另外镦锻量越大，则接合部强度越高。但是，固相率过低时，液相增加，由于钢片焊穿而成为不完全接合。另外，镦锻量过大时，接合载荷受到设备上的约束，不能进行充分的镦锻。
但是，仅通过如上所述在不发生焊穿且满足设备约束的范围内(参考图3)设定固相率和镦锻量来进行薄板坯接合，不能得到充分的接合强度。为了得到充分的接合强度，按照本发明，需要使上述镦锻后的保持时间为上述总接合时间的25%以上且60%以下。
另外，关于镦锻后的保持时间相对于上述总接合时间的比例，该比例超过60%时，提高接合强度的效果饱和，只会导致轧制效率的降低，因此，优选设定为60%以下。
图4、图5均为对在固相率为25%、镦锻量为24mm的条件下对具有上述组成C1的薄板坯实施接合后的接合部分沿薄板坯长度方向施加张力而使接合部明确的例子。其中，图4中，相对于总接合时间4.5秒，将镦锻后的保持时间设定为0.5秒(总接合时间的11%)，另一方面，图5中，相对于总接合时间4.7秒，将镦锻后的保持时间设定为1.5秒(总接合时间的32%)。图4的例中，在精轧中发生接合部断裂。图5能够正常地结束精轧。薄板坯宽度方向的接合率在保持时间0.5秒时为36%，与此相对，在保持时间1.5秒时为77%，得到大幅改善。
同样地对上述组成C2或上述(5)中列举的钢种的薄板坯改变固相率、镦锻量进行了考察，结果可知，镦锻后的保持时间相对于总接合时间的比例为25%以上时，接合后的薄板坯宽度方向接合率显著良好，即使直接进行精轧也不会在接合部发生断裂，能够正常地进行轧制。
这是因为，为上述组成C1、C2或上述(5)中列举的钢种时，钢成分中Si、Mn等的量多，这些元素经过感应加热暴露于大气中而易被氧化，这些元素的熔点比钢的熔点低，因此，在薄板坯接合界面处以液态大量生成，凝聚而形成氧化物。
结果，在镦锻后的保持时间相对于总接合时间的比例低至小于25%的情况下，这些氧化物的一部分残留在接合界面处并固化，氧化物不具有延展性，因此，裂纹以这些氧化物为起点在整个薄板坯宽度方向上发展从而容易断裂。
另一方面，镦锻后的保持时间相对于总接合时间的比例高达25%以上时，能够将上述的液态元素凝聚而成的氧化物从接合界面充分地排出，结果，接合界面能够充分熔敷，延展性也得以确保，能够在不发生断裂的情况下稳定地进行精轧。
实施例
将作为在前薄板坯、在后薄板坯的宽度各自为1100mm、厚度各自为30mm的薄板坯供给到图1所示的热连轧生产线中。薄板坯的钢种为含有Si、Mn、Cr、Ti等的表1所示的合金钢。在接合装置3内将在前薄板坯S1和在后薄板坯S2的各接合面相对配置后，使用感应加热装置10对各接合面进行加热，利用镦锻缸11挤压夹钳装置8对接合面之间进行挤压(镦锻)直至达到表2所示的目标镦锻量而使其接合后，恰好保持表2所示的镦锻后的保持时间，然后，打开利用左右夹钳装置8、9的镦锻。接合结束后，利用精轧机的七机架轧机实施轧制直至板厚为1.6mm。对这些轧制材料，目视判定薄板坯宽度方向的接合率，进而，考察接合后的精轧中有无断裂。
将这些结果示于表2。
比较例中，镦锻后的保持时间相对于总接合时间的比例小于25%，接合后的薄板坯宽度方向界面的接合率为48%以下，在精轧中发生断裂。
与此相对，本发明例中，镦锻后的保持时间相对于总接合时间的比例为25%以上，接合后的薄板坯宽度方向界面的接合率为68%以上，在精轧工序中完全未发生断裂。
【表1】
质量%
成分 钢种A 钢种B 钢种C
C 0.075～0.095 0.07～0.09 0.038～0.059
Si 0.054以下 0.6～0.8 0.95～1.05
Mn 1.25～1.35 1.05～1.25 1.3～1.4
P 0.024以下 0.024以下 0.022以下
S 0.054以下 0.034以下 0.0024以下
N 0.005以下 0.005以下 0.005以下
Al 0.024～0.050 0.024～0.050 0.024～0.050
Ti 0.04～0.06 0.03～0.04 0.005以下
Cr -- -- 0.85～0.95
【表2】
*保持时间的比例＝(镦锻后保持时间/总接合时间)×100%
标号说明
1卷箱
2切头剪
3接合装置
4矫直机
5夹辊
6除氧化皮装置
7精轧机第一机架
8入口侧夹钳装置
9出口侧夹钳装置
10感应加热装置
11镦锻缸
12防错位板

Claims (3)

1.一种热连轧中的薄板坯的接合方法，在热精轧机的入口侧夹持在前薄板坯的尾端和在后薄板坯的前端，在开始镦锻的同时进行感应加热，达到目标镦锻量后，打开夹钳，所述接合方法的特征在于，
使从达到所述目标镦锻量开始至打开夹钳为止的时间即镦锻后的保持时间为从镦锻开始至打开夹钳为止的时间即总接合时间的25%以上且60%以下。
2.如权利要求1所述的热连轧中的薄板坯的接合方法，其特征在于，所述薄板坯具有如下组成：以质量%计，含有0.038～0.120%的C、0.01～1.40%的Si、0.80～1.40%的Mn、0.005～0.024%的P、0.001～0.054%的S、0.002～0.005%的N、0.024～0.050%的Al，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.如权利要求2所述的热连轧中的薄板坯的接合方法，其特征在于，代替所述Fe的一部分，以质量%计含有0.01～0.03%的Cu、0.01～0.02%的Ni、0.02～0.90%的Cr、0.001～0.010%的Mo、0.002～0.005%的V、0.002～0.055%的Ti、0.004%以下的Nb中的一种或两种以上。
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