CN116897093A - 钢带的激光切割方法、激光切割设备、冷轧方法和冷轧钢带的制造方法 - Google Patents

钢带的激光切割方法、激光切割设备、冷轧方法和冷轧钢带的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的钢带的激光切割方法为使用脉冲式激光对接合了先行钢带的后端部与后行钢带的前端部的接合部附近进行切割的钢带的激光切割方法，其中，将脉冲式激光的输出功率设定为每1毫秒为0.5kw以上，将脉冲式激光的加工点直径设定为0.1mm以上且小于0.6mm，将脉冲周期时间与休止时间之比设定为0.3以上且小于0.8。

Description

钢带的激光切割方法、激光切割设备、冷轧方法和冷轧钢带的 制造方法
技术领域
本发明本发明涉及钢带的激光切割方法、激光切割设备、冷轧方法和冷轧钢带的制造方法。
背景技术
在钢带的冷轧工序中，以提高生产率、成品率为目的，一般将先行材料(先行钢带)的后端部与后行材料(后行钢带)的前端部接合，将钢带连续地供给至冷轧生产线。由此，能够在遍及全长施加张力的状态下轧制钢带，在钢带的前端部、后端部也能够高精度地控制厚度、形状。
随着冷轧钢带的高合金化、激光焊接机的进步，先行材料与后行材料通过激光焊接接合来代替以往的闪光对焊等的情况正在成为主流。但是，与闪光对焊、激光焊接等焊接方法无关，在先行材料与后行材料的接合部(焊接部)的宽度方向端部，由于先行材料与后行材料的宽度和厚度的差异、位置偏移等，不可避免地形成高差。因此，在这样的状态下轧制钢带时，应力集中产生在高差部，钢带有可能在焊接部断裂。钢带在焊接部断裂时，不得不停止冷轧生产线，因此生产率显著降低。另外，由于需要更换因断裂片而损伤的工作辊，因此生产成本上升。
特别是近年来，以构件的轻量化、特性提高为目的，对冷轧钢带的薄规格化和高强度化的要求日益增强。而且现状是，与此相伴，对冷轧所要求的压下率、轧制负荷变高，随着高差部处的应力集中增加，钢带的断裂率变高。因此，为了抑制焊接部处的钢带的断裂，以缓和在高差部附近的应力集中为目的，在焊接部的宽度方向端部进行形成凹口(切口)的开槽，然后进行轧制钢带的工序。需要说明的是，在钢带的宽度方向端部，对接精度等差，焊接变得不充分，强度容易降低，因此开槽也有切掉强度低的部分(大致从宽度方向端部起约30mm)的目的。
作为开槽的方法，例如如专利文献1中记载的那样，一般是机械性地剪切加工出不具有角部的半圆形状的凹口的方法。但是，在半圆形状的凹口中，外缘的曲率相同，在焊接部处钢带的宽度最小，因此在焊接部产生最大应力。因此，专利文献2中，作为用于缩短开槽时间的方法，记载了使用激光切割形成凹口的方法。另外，专利文献3中记载了浮渣(激光切割时的熔融物)的产生量少的激光切割方法。
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
发明所要解决的问题
但是现状是，在如上所述的开槽的方法中，特别是在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，不能发挥充分的效果，不能充分地抑制焊接部处的钢带的断裂。
本发明是鉴于上述问题而完成的，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割方法和激光切割设备。另外，本发明的另一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。此外，本发明的另一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制造冷轧钢带的冷轧钢带的制造方法。
用于解决问题的方法
本发明的发明人发现，在利用激光切割后的钢带的截面上产生的浮渣有可能由于冷轧而伸展为锐利的形状，从而成为从钢带的宽度方向端部开裂的起点。因此，研究了能够进一步抑制浮渣的产生的激光切割条件，结果发现，通过使脉冲周期时间与脉冲时间之比(占空因数)小于一定值，能够缩短相对于激光切割长度的浮渣的产生长度。
另外发现，即使利用激光切割钢带，在焊接部的附近残留有加工硬化的剪切面时，该处也会成为应力集中的起点，从而成为在焊接部附近处的钢带断裂的原因。具体而言，在焊接部附近的冷轧钢带上，在焊接时通过冲孔实施向宽度方向中央部附近的圆形的孔加工。该孔加工以使串列式冷轧机追踪焊接点位置为目的而实施，但是由于冲孔为冲裁加工，因此冲孔断面成为剪切面。因此，实施高负荷的冷轧时，从冲孔断面产生应力集中，在焊接部附近发生钢带的断裂。
本发明是基于上述构思而完成的，具有以下特征。
本发明的钢带的激光切割方法为使用脉冲式激光对接合了先行钢带的后端部与后行钢带的前端部的接合部附近进行切割的钢带的激光切割方法，其中，将所述脉冲式激光的输出功率设定为每1毫秒0.5kw以上，将所述脉冲式激光的加工点直径设定为0.1mm以上且小于0.6mm，将脉冲周期时间与休止时间之比设定为0.3以上且小于0.8。
利用所述脉冲式激光切割的切割部可以包括钢带的宽度方向两端面和一个以上闭合截面形状。
可以使用0.5MPa以上的压缩空气作为用于所述脉冲式激光的气体。
本发明的钢带的激光切割设备为使用脉冲式激光对接合了先行钢带的后端部与后行钢带的前端部的接合部附近进行切割的钢带的激光切割设备，其中，将所述脉冲式激光的输出功率设定为每1毫秒0.5kw以上，将所述脉冲式激光的加工点直径设定为0.1mm以上且小于0.6mm，将脉冲周期时间与脉冲时间之比设定为0.3以上且小于0.8。
利用所述脉冲式激光切割的切割部可以包括钢带的宽度方向两端面和一个以上闭合截面形状。
可以使用0.5MPa以上的压缩空气作为用于所述脉冲式激光的气体。
本发明的钢带的冷轧方法对通过本发明的钢带的激光切割方法切割后的钢带进行冷轧。
本发明的冷轧钢带的制造方法通过包括本发明的钢带的冷轧方法的工序来制造冷轧钢带。
发明效果
根据本发明的钢带的激光切割方法和激光切割设备，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。此外，根据本发明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为用于说明作为本发明的一个实施方式的钢带的激光切割方法的示意图。
图2为示出供试材料的截面图像和表面图像的图。
图3为用于说明占空因数的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对作为本发明的一个实施方式的钢带的激光切割方法、激光切割设备、冷轧方法和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了用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法，并不是将构成部件的材质、形状、结构、配置等确定为以下所示的实施方式。另外，附图是示意性的。因此，应注意厚度与平面尺寸的关系、比率等与现实的不同，在附图彼此之间也包含彼此的尺寸关系、比率不同的部分。
图1为用于说明作为本发明的一个实施方式的钢带的激光切割方法的示意图。如图1所示，在本发明的一个实施方式的钢带的激光切割方法中，对于包括先行钢带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，通过使用激光的切割(激光切割)形成圆弧状的凹口11。由此，能够在不使焊接部3的宽度方向端部发生加工硬化的情况下形成凹口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，也不会发生在焊接部3处的断裂，能够对先行钢带1和后行钢带2连续地进行冷轧。需要说明的是，凹口11的形状、激光切割的轨迹(激光的扫描轨迹)不限于本实施方式，凹口11的形状即使是半圆形状、大致等腰梯形等其它形状也没有任何问题。此外，在本实施方式中，利用闭合截面形状的激光切割来实施以往利用冲孔进行的对钢带的宽度方向中央部附近的冲裁加工。需要说明的是，在图1所示的例子中，在先行钢带1上形成了闭合截面形状的孔部12，但是也可以在后行钢带2上形成孔部12。另外，对闭合截面形状、切割孔数和切割位置坐标也没有特别限定。此外，在利用漏磁通法、其它图像判定法实施焊接点的追踪方法的情况下，不需要形成孔部。
在本实施方式中，为了评价在激光切割时残留的浮渣对冷轧造成的影响，进行了以下所述的实验室规模的轧制实验。即，作为供试材料，使用含有3.3质量％的Si的、将宽度方向两端部激光切割后的板厚2mm的硅钢板。然后，在不施加张力的情况下，使用工作辊直径为500mm的轧机，对供试材料进行总压下率为50％的冷轧。
图2(a)示出压下率为0％时供试材料的截面图像，图2(b)示出压下率为50％时供试材料的截面图像，图2(c)示出压下率为50％时供试材料的表面图像。如图2(a)～(c)所示，可知在由于激光切割条件不良而残留有浮渣的情况下，浮渣在冷轧后也残留，进而浮渣发展为锐利的形状。在本实验中，虽然没有对供试材料施加张力，但是在如实际生产那样施加张力而进行轧制的串列式轧制中，推测发展为锐利的形状的浮渣成为应力集中的起点而导致钢带断裂。
因此，在本实施方式中，以尽量减小如上所述的浮渣的附着面积的方式，作为激光切割条件，将激光输出功率设定为每1毫秒0.5kw以上，将激光的加工点直径设定为0.1mm以上且小于0.6mm，将图3所示的脉冲周期时间与脉冲时间之比(占空因数)设定为0.3以上且小于0.8。在如激光的加工点直径为0.6mm以上或占空因数大于0.8那样的激光切割条件下，热的投入量变大，容易生成浮渣。另一方面，在如激光的加工点直径小于0.1mm或占空因数小于0.3那样的激光切割条件下，热的投入量变少，不能切割钢带。
激光的加工点直径更优选为0.2mm～0.3mm，占空因数更优选为0.5～0.75。另外，用于脉冲式激光的气体优选采用0.5MPa以上的压缩空气。这是因为，在小于0.5MPa的气压下，生成的浮渣不会吹飞，容易残留在切割截面上。
另外，在将激光切割时使用的气体设定为氧气的情况下，通过利用氧化反应热能够以低输出功率进行切割。但是，在激光的扫描速度慢的条件和激光输出功率高的条件下，在未照射激光的部分发生熔融发展的自燃现象。氮气也可以得到同样的效果，但是在扫描速度慢的条件和输出功率高的条件下，氮气固溶于熔融部或浮渣中，生成硬质的氮化物、氮化层，因而有时成为应力集中的起点。更优选除了价格低廉以外、通过适度地包含氧气而能够利用氧化反应热的压缩空气。
此外，如果是通常的低碳钢，则即使进行以往的剪切加工，也不会产生宽度方向端部的开裂(边缘开裂)。因此，对于几乎不发生焊接部附近的断裂的钢种，不需要一定应用本发明，而应该适用于通过剪切加工使焊接部断裂的脆性材料、高合金材料等钢种。但是，串列式冷轧机有时也是硅钢板、高张力钢板的专用轧机，但是有时也不是硅钢板或高张力钢板的专用轧机，而是还同时轧制低碳钢等的兼用轧机。在此情况下，利用激光切割对低碳钢进行开槽也没有任何问题。另外，也可以同时设置剪切加工机和激光切割机这两者，根据钢种分开使用。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行说明。使用由共5个轧制机架构成的串列式冷轧机，将母材厚度2.0mm、板宽1000mm的含有2.8～3.3质量％的Si的电磁钢板用原材钢板作为轧制材料，进行冷轧至精轧厚度为0.300mm的实验。在实施例中，基于本发明的实施例进行激光切割。即，在先行钢带与后行钢带的焊接部附近，进行相对于钢带两端面的半圆形状的激光切割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割。另一方面，在比较例中，实施了不进行满足本发明的条件的激光切割的激光切割条件。除此以外，与实施例同样地进行轧制。将进行了如上所述的激光切割的实施例和比较例中的浮渣产生情况和100卷轧制后的断裂卷发生率示于表1中。需要说明的是，表1中记载的浮渣高度和浮渣产生长度的◎、○、△、×的含义如表2中记载所述。
[表1]
[表2]
浮渣高度 浮渣产生长度
× 不能切割 相对于激光切割长度为8成以上
△ 浮渣为0.2mm以上 相对于激光切割长度为4～7成以上
○ 浮渣小于0.2mm 相对于激光切割长度为2～3成以上
◎ 无浮渣 相对于激光切割长度为1成以上
如表1所示，在比较例中，焊接部断裂的发生率为6.0％～10.0％，与此相对，在实施例中，焊接部断裂的发生率为2％以下。由此，确认了本发明的有效性。即，通过应用本发明对先行钢带与后行钢带的焊接部附近进行激光切割，能够降低浮渣的生成量，并且能够使在焊接部附近的加工硬化不发生。并且，由此能够抑制焊接部断裂的发生，实现生产率和成品率的提高。
以上，对应用了本发明人所完成的发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限于构成本实施方式的本发明的公开内容的一部分的记述和附图。即，本领域技术人员基于本实施方式进行的其它实施方式、实施例和运用技术等全部包含在本发明的范畴内。
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割方法和激光切割设备。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。此外，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制造冷轧钢带的冷轧钢带的制造方法。
符号说明
1 先行钢带
2 后行钢带
11 凹口
12 孔部

Claims (8)

1.一种钢带的激光切割方法，其是使用脉冲式激光对接合了先行钢带的后端部与后行钢带的前端部的接合部附近进行切割的钢带的激光切割方法，其中，
将所述脉冲式激光的输出功率设定为每1毫秒0.5kw以上，将所述脉冲式激光的加工点直径设定为0.1mm以上且小于0.6mm，将脉冲周期时间与休止时间之比设定为0.3以上且小于0.8。
2.根据权利要求1所述的钢带的激光切割方法，其中，利用所述脉冲式激光切割的切割部包括钢带的宽度方向两端面和一个以上闭合截面形状。
3.根据权利要求1或2所述的钢带的激光切割方法，其中，使用0.5MPa以上的压缩空气作为用于所述脉冲式激光的气体。
4.一种钢带的激光切割设备，其是使用脉冲式激光对接合了先行钢带的后端部与后行钢带的前端部的接合部附近进行切割的钢带的激光切割设备，其中，
将所述脉冲式激光的输出功率设定为每1毫秒0.5kw以上，将所述脉冲式激光的加工点直径设定为0.1mm以上且小于0.6mm，将脉冲周期时间与脉冲时间之比设定为0.3以上且小于0.8。
5.根据权利要求4所述的钢带的激光切割设备，其中，利用所述脉冲式激光切割的切割部包括钢带的宽度方向两端面和一个以上闭合截面形状。
6.根据权利要求4或5所述的钢带的激光切割设备，其中，使用0.5MPa以上的压缩空气作为用于所述脉冲式激光的气体。
7.一种钢带的冷轧方法，其中，对通过权利要求1～3中任一项所述的钢带的激光切割方法切割后的钢带进行冷轧。
8.一种冷轧钢带的制造方法，其中，通过包括权利要求7所述的钢带的冷轧方法的工序来制造冷轧钢带。
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