CN116783028A - 钢带的激光切断方法、激光切断设备、冷轧方法及冷轧钢带的制造方法 - Google Patents

钢带的激光切断方法、激光切断设备、冷轧方法及冷轧钢带的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的钢带的激光切断方法是使用激光将包括将先行钢带的后端部和后行钢带的前端部接合后的接合部的钢带的宽度方向端部切断的钢带的激光切断方法，其中，以在切断后的宽度方向端部处纵横比为1.0以上的渣滓之间的间隔成为1.0mm以上且纵横比为1.0以上的渣滓与纵横比小于1.0的渣滓之间的间隔成为1.0mm以上的方式将钢带切断。

Description

钢带的激光切断方法、激光切断设备、冷轧方法及冷轧钢带的 制造方法
技术领域
本发明涉及钢带的激光切断方法、激光切断设备、冷轧方法及冷轧钢带的制造方法。
背景技术
在钢带的冷轧工序中，一般以生产性、成品率的提高为目的而将先行材(先行钢带)的后端部和后行材(后行钢带)的前端部接合，并将钢带连续地向冷轧线供给。由此，能够在遍及全长地赋予了张力的状态下轧制钢带，在钢带的前端部、后端部处也能够高精度地控制厚度、形状。
伴随于冷轧钢带的高合金化、激光焊接机的进步，对于先行材和后行材，取代以往的闪光对焊等而由激光焊接进行接合正在成为主流。但是，不管闪光对焊、激光焊接等焊接手段如何，在先行材与后行材的接合部(焊接部)的宽度方向端部，都会由于先行材与后行材的宽度及厚度之差、位置偏移等而不可避免地形成台阶。因而，若在该状态下轧制钢带，则在台阶部产生应力集中，在焊接部处钢带有可能断裂。若在焊接部处钢带断裂，则不得不使冷轧线停止，因此生产性显著下降。另外，会产生更换因断裂片而损伤的工作辊的需要，因此生产成本上升。
尤其是，近年来，以构件的轻量化、特性提高为目的，相对于冷轧钢带的薄规格化及高强度化的要求越发变强。并且，目前，伴随于此而对冷轧要求的压下率、轧制负荷变高，伴随于台阶部处的应力集中增加而钢带的断裂率变高。因此，为了抑制焊接部处的钢带的断裂，在缓和台阶部附近的应力集中的目的下，进行在进行焊接部的宽度方向端部形成缺口(切口)的局部冲裁后轧制钢带的工序。需要说明的是，在钢带的宽度方向端部处，对接精度等差，焊接变得不充分，强度容易变低，因此，在局部冲裁中，也存在将强度低的部分(大概从宽度方向端部起30mm左右)切掉的目的。
作为局部冲裁的方法，一般是例如如专利文献1所记载那样，将不具有角部的半圆形状的缺口机械地剪切加工的方法。然而，在半圆形状的缺口中，外缘的曲率一样，在焊接部处钢带的宽度变得最小，因此会在焊接部产生最大应力。因此，在专利文献2中，作为用于缩短局部冲裁时间的方法，记载了使用激光切断来形成缺口的方法。另外，在专利文献3中记载了渣滓(激光切断时的熔融物)的产生量少的激光切断方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-76911号公报
专利文献2：日本特开昭60-115387号公报
专利文献3：日本专利第6354793号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，目前，在如上所述的局部冲裁的方法中，尤其在Si、Mn的含量多的硅钢板、高张力钢板等脆性材料、高合金材料的冷轧时，无法发挥充分的效果，无法充分地抑制焊接部处的钢带的断裂。
本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于提供即使在脆性材料、高合金材料的情况下也能够抑制焊接部处的钢带的断裂的钢带的激光切断方法及激光切断设备。另外，本发明的其他的目的在于提供即使在脆性材料、高合金材料的情况下也能够抑制焊接部处的钢带的断裂而稳定地进行冷轧的钢带的冷轧方法。而且，本发明的其他的目的在于提供即使在脆性材料、高合金材料的情况下也抑制焊接部处的钢带的断裂而能够稳定地制造冷轧钢带的冷轧钢带的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的发明人认识到：在由激光切断后的钢带的截面产生的渣滓因冷轧而伸展为锐利的形状，有可能成为从钢带的宽度方向端部起的裂纹的起点。因此，研究了渣滓与钢带的裂纹敏感性之间的关系，其结果，认识到：在激光切断时产生的渣滓密集时，钢带的裂纹敏感性升高。并且，本发明的发明人认识到：通过控制钢带的激光切断面中的渣滓的纵横比(渣滓高度/渣滓宽度)和渣滓的间隔，在冷轧后也能够抑制从钢带的宽度方向端部起的裂纹。
另外，认识到：即使利用激光切断了钢带，若在焊接部的附近残留有加工硬化了的剪切面，则此处也会成为应力集中的起点而成为焊接部附近的钢带的断裂的原因。具体而言，对于焊接部附近的冷轧钢带，在焊接时实施穿孔机向宽度方向中央部附近的圆形的孔加工。该孔加工以使冷连轧机跟踪焊接点位置的目的实施，但由于穿孔机是冲裁加工，所以穿孔机断面成为剪切面。因而，若实施高负荷的冷轧，则从穿孔机断面产生应力集中，产生焊接部附近的钢带的断裂。
本发明基于上述的想法而完成，具有以下的特征。
本发明涉及的钢带的激光切断方法是使用激光将包括将先行钢带的后端部和后行钢带的前端部接合后的接合部的钢带的宽度方向端部切断的钢带的激光切断方法，其中，以在切断后的所述宽度方向端部处纵横比为1.0以上的渣滓之间的间隔成为1.0mm以上且纵横比为1.0以上的渣滓与纵横比小于1.0的渣滓之间的间隔成为1.0mm以上的方式将钢带切断。
最好是，在使所述钢带停止的状态下连续地执行将所述宽度方向端部切断的切断工序和在所述钢带利用激光形成一个以上的孔部的孔部形成工序。
本发明涉及的钢带的激光切断设备执行本发明涉及的钢带的激光切断方法。
本发明涉及的钢带的冷轧方法对由本发明涉及的钢带的激光切断方法切断后的钢带进行冷轧。
本发明涉及的冷轧钢带的切断方法利用包括本发明涉及的钢带的冷轧方法的工序来制造冷轧钢带。
发明效果
根据本发明涉及的钢带的激光切断方法及激光切断设备，即使在脆性材料、高合金材料的情况下也能够抑制焊接部处的钢带的断裂。另外，根据本发明涉及的钢带的冷轧方法，即使在脆性材料、高合金材料的情况下也能够抑制焊接部处的钢带的断裂而稳定地进行冷轧。而且，根据本发明涉及的冷轧钢带的制造方法，即使在脆性材料、高合金材料的情况下也能够抑制焊接部处的钢带的断裂而稳定地制造冷轧钢带。
附图说明
图1是用于说明作为本发明的一实施方式的钢带的激光切断方法的示意图。
图2是示出渣滓的产生量多的部分处的冷轧后的供试材的截面图像及表面图像的图。
图3是示出渣滓的产生量少的部分处的冷轧后的供试材的截面图像及表面图像的图。
图4是用于说明占空因数的图。
具体实施方式
以下，参照附图，关于作为本发明的一实施方式的钢带的激光切断方法、激光切断设备、冷轧方法及冷轧钢带的制造方法进行说明。需要说明的是，以下所示的实施方式例示用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法，不将构成部件的材质、形状、构造、配置等限定为以下所示的实施方式。另外，附图是示意性的。因而，应该留意厚度与平面尺寸的关系、比率等与现实不同，在附图相互间也包括互相的尺寸的关系、比率不同的部分。
图1是用于说明作为本发明的一实施方式的钢带的激光切断方法的示意图。如图1所示，作为本发明的一实施方式的钢带的激光切断方法对包括先行钢带1的后端部与后行钢带2的前端部的焊接部3的宽度方向端部的钢带的规定范围通过使用了激光的切断(激光切断)而形成圆弧状的缺口11。由此，能够不在焊接部3的宽度方向端部产生加工硬化地形成缺口11。另外，即使在Si、Mn的含量多的硅钢板、高张力钢板等脆性材料、高合金材料的情况下，也能够不使焊接部3处的断裂产生地将先行钢带1及后行钢带2连续地冷轧。需要说明的是，缺口11的形状、激光切断的轨迹(激光的扫描轨迹)不限定于本实施方式，即使缺口11的形状是半圆形状、大致等腰梯形等其他的形状也没有任何问题。
在本实施方式中，为了评价在激光切断时残留于钢带的切断面的渣滓对冷轧造成的影响，进行了以下所述的实验室规模的轧制实验。即，作为供试材，使用了含有3.3质量％的Si的、对宽度方向两端部进行了激光切断的板厚2mm的硅钢板。并且，不赋予张力，使用工作辊径500mm的轧制机对供试材进行了总压下率50％的冷轧。
图2(a)、(b)示出渣滓的产生量多的部分处的冷轧后的供试材的截面图像及表面图像。另外，图3(a)、(b)示出渣滓的产生量少的部分处的冷轧后的供试材的截面图像及表面图像。从图2与图3的比较明显可知，在因激光切断条件的不良而残留了渣滓的情况下，渣滓在冷轧后也残留，而且渣滓的形状进展为锐利的形状。在本实验中，未对供试材赋予张力，但在如实际生产那样赋予张力而冷轧的连轧中，推定为进展为锐利的形状的渣滓会成为应力集中的起点而以致于焊接部处的钢带的断裂。
综上，在本实施方式中，使在激光切断时产生的纵横比(渣滓高度/渣滓宽度)为1.0以上的渣滓之间的间隔为1.0mm以上，且使纵横比为1.0以上的渣滓与纵横比小于1.0的渣滓之间的间隔为1.0mm以上。根据这样的渣滓的状态，即使在Si、Mn的含量多的硅钢板、高张力钢板等脆性材料、高合金材料的情况下，也能够抑制在冷轧时渣滓的形状进展为锐利的形状，不使焊接部处的钢带的断裂产生地进行冷轧。
需要说明的是，在本实施方式中，激光切断的加工条件除了使在激光切断时产生的纵横比为1.0以上的渣滓之间的间隔为1.0mm以上且使纵横比为1.0以上的渣滓与纵横比小于1.0的渣滓之间的间隔为1.0mm以上以外，无需特别限定。根据钢带的厚度等而合适地设定即可。例如使激光输出为每1ms0.5kw以上，使激光的加工点径为0.1mm以上且小于1.0mm，使图4所示的脉冲周期时间与脉冲时间之比(占空因数)为0.3以上且小于0.8。另外，作为在脉冲式激光中使用的气体，能够使用压缩空气、氮及氧。另外，优选使气体压力为0.5MPa以上。除此之外，在本实施方式中，将以往利用穿孔机进行的向钢带的宽度方向中央部附近的冲裁加工通过闭合截面形状的激光切断而实施。需要说明的是，在图1所示的例子中，在先行钢带1形成闭合截面形状的孔部12，但也可以在后行钢带2形成孔部12。另外，闭合截面形状、切断孔数及切断位置坐标也不特别限定。另外，在焊接点的追踪方法通过漏磁通法、其他的图像判定法来实施的情况下，无需形成孔部。
进一步补充说明，若是通常的低碳钢，则即使进行以往的剪切加工也不会产生宽度方向端部的裂纹(边缘裂纹)。因此，对于几乎不产生焊接部附近的断裂的钢种，未必需要应用本发明，应该对因剪切加工而焊接部断裂的脆性材料、高合金材料等钢种应用。不过，冷连轧机既存在是硅钢板、高张力钢板的专用轧机的情况，也存在不是如此而是也一并轧制低碳钢等的兼用轧机的情况。在该情况下，即使对低碳钢也通过激光切断进行局部冲裁，也没有任何问题。另外，也可以同时设置剪切加工机和激光切断机的双方，根据钢种而分开使用。
实施例
以下，将本发明基于实施例来说明。使用由合计5个轧机架构成的冷连轧机，进行了将母材厚度2.0mm、板宽1000mm的含有2.8～3.3mass％Si的电磁钢板用的原材钢板作为轧制材而冷轧至完工厚度0.300mm的实验。在实施例中，基于本发明的实施方式进行了激光切断。即，在先行钢带与后行钢带的焊接部附近，进行了相对于钢带两端面的半圆形状的激光切断和相对于先行钢带的宽度中央位置的圆形闭合截面形状的激光切断。需要说明的是，切断条件设为：气体种类为压缩空气、气压为1.0MPa、激光输出为0.8kW、占空因数为0.5、扫描速度为3.0m/min.。另外，在比较例中，除了不进行满足本发明的条件的激光切断而以锐利的形状的渣滓的产生变多的激光切断条件实施以外，与实施例同样地进行了轧制。将进行了以上这样的激光切断的实施例及比较例中的渣滓的状态和100钢卷轧制后的断裂钢卷产生率在表1中示出。
[表1]
如表1所示，在比较例中，焊接部断裂的产生率为8.0～12.0％，相对于此，在实施例中，焊接部断裂的产生率为2％以下。由此，确认了本发明的有效性。即，通过应用本发明而将先行钢带与后行钢带的焊接部附近激光切断，能够使锐利的形状的渣滓的量降低且消除焊接部附近的加工硬化部。并且，由此，能够抑制焊接部断裂的产生，达成生产性的提高、成品率的提高。
以上，关于应用了由本发明人完成的发明的实施方式进行了说明，但本发明不由本实施方式的构成本发明的公开的一部分的描述及附图限定。即，基于本实施方式而由本领域技术人员等完成的其他的实施方式、实施例及运用技术等全部包含于本发明的范畴。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供即使在脆性材料、高合金材料的情况下也能够抑制焊接部处的钢带的断裂的钢带的激光切断方法及激光切断设备。另外，根据本发明，能够提供即使在脆性材料、高合金材料的情况下也能够抑制焊接部处的钢带的断裂而稳定地进行冷轧的钢带的冷轧方法。而且，根据本发明，能够提供即使在脆性材料、高合金材料的情况下也能够抑制焊接部处的钢带的断裂而稳定地制造冷轧钢带的冷轧钢带的制造方法。
附图标记说明
1 先行钢带
2 后行钢带
11 缺口
12 孔部。

Claims (5)

1.一种钢带的激光切断方法，是使用激光将包括将先行钢带的后端部和后行钢带的前端部接合后的接合部的钢带的宽度方向端部切断的钢带的激光切断方法，其中，
以在切断后的所述宽度方向端部处纵横比为1.0以上的渣滓之间的间隔成为1.0mm以上且纵横比为1.0以上的渣滓与纵横比小于1.0的渣滓之间的间隔成为1.0mm以上的方式将钢带切断。
2.根据权利要求1所述的钢带的激光切断方法，
在使所述钢带停止的状态下连续地执行将所述宽度方向端部切断的切断工序和在所述钢带利用激光形成一个以上的孔部的孔部形成工序。
3.一种钢带的激光切断设备，执行权利要求1或2所述的钢带的激光切断方法。
4.一种钢带的冷轧方法，对由权利要求1或2所述的钢带的激光切断方法切断后的钢带进行冷轧。
5.一种冷轧钢带的制造方法，利用包括权利要求4所述的钢带的冷轧方法的工序来制造冷轧钢带。
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