JP2000051906A

JP2000051906A - 熱間接合方法およびその装置

Info

Publication number: JP2000051906A
Application number: JP10225538A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sakamoto; 浩一坂本; Takahiro Fukushima; 傑浩福島; Norio Iwanami; 紀夫岩波; Nobuhiro Tazoe; 信広田添; Shiro Osada; 史郎長田
Original assignee: IHI Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: IHI Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2000-02-22
Anticipated expiration: 2018-08-10
Also published as: JP3708334B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安定した連続化熱間圧延を可能とする。【解決手段】２つの圧延鋼材の端部を回転切削工具を
用いて還元炎雰囲気中で切削して脱スケールした後、接
合部の長さを圧延鋼材の幅の20％以上とし、脱スケール
した面を圧延鋼材の搬送方向にずらせて重ね合わせ、還
元炎雰囲気中で溶接する連続化熱間圧延における熱間接
合方法。また、粗圧延機と仕上げ圧延機との間にあっ
て、搬送されている２つの圧延鋼材の端部をそれぞれ把
持する把持装置、圧延鋼材の端部を脱スケールするため
の回転切削装置、脱スケールされた面を重ね合わせまた
は突き合わせて溶接する装置ならびに脱スケールのため
の切削部および溶接部に還元炎を噴射する装置を備える
熱間接合装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、粗圧延された鋼
材を接合した後、仕上げ圧延する連続化熱間圧延するに
際し、鋼材の端部を脱スケールするために切削した後、
熱間で接合する方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼製造工場では、省エネルギー、製品
歩留りの向上、生産性の向上等を目的として、製造工程
の連続化が精力的に進められている。その中でも、熱延
鋼板（ホットコイル）を製造する熱間圧延工程の連続化
は重要な課題の一つとなっている。

【０００３】近年、粗圧延機と仕上圧延機の間で、先行
する粗圧延済みの鋼材（以下、先行鋼材という）と、後
続する粗圧延済みの鋼材（以下、後行鋼材という）とを
接合し、熱間仕上圧延を連続的に行う方法（以下、これ
を「連続化熱間圧延」と記載する）が提案されている。

【０００４】図１は、連続化熱間圧延設備の概要を示す
図である。鋳片のスラブ9は、粗圧延機1によって圧延さ
れ圧延鋼材Sとなり、一旦中間コイラ2においてコイルに
巻き取られる。そして仕上げ圧延機群6に送られる前に
巻き戻され、レベラ3によってコイルの巻き癖が矯正さ
れ、クロップシャー4で端部の不良部分が切断される。
その後、走行する熱間接合装置5において先行鋼材S1の
後端部と後行鋼材S2の先端部とを接合した後、仕上げ圧
延機群6によって仕上げ圧延が行われ、ダウンコイラ8に
巻き取られる。そして高速シャー7で切断され、熱延鋼
板コイルとなる。

【０００５】連続化熱間圧延を行うには、仕上げ圧延機
での圧延時間よりも短い時間で先行鋼材に後行鋼材を接
合する必要がある。このため、溶接による接合または圧
接による接合方法などが提案されている。たとえば、溶
接による方法には次ぎに示すものが提案されている。

【０００６】(1)先行鋼材と後行鋼材との端部を突き合
わせ、５×10⁶〜１×10⁸W/cm²のパワー密度で突き合わ
せ部をレーザ溶接によって仮付け溶接する方法（特開平
8-290203号公報、参照）。

【０００７】(2)500℃〜1300℃の温度で先行鋼材と後行
鋼材との端部を突き合わせ、板両端部近傍の片側当た
り、板幅の10％以上の合わせ面を溶融深さが板厚の30％
以上、溶接部の板厚方向の平均溶融幅を10mm以下とし、
出力が20kW以上の複数台の溶接機を用いて溶接する方法
（特開平8-294704号公報、参照）。

【０００８】(3)500℃〜1300℃の温度で先行鋼材と後行
鋼材との端部を突き合わせ、溶接ワイヤー、溶接電圧、
溶接電流および溶接速度を規定し、合わせ面に５mm以下
の間隙を設けて複数台の溶接機を用いて溶接する方法
（特開平8-294705号公報、参照）。

【０００９】(4)先行鋼材と後行鋼材との端部を突き合
わせレーザ溶接する方法であって、ブローホールを防止
するため共金またはアルミニウム、シリコンまたはチタ
ンを含む鋼の溶接フィラーを被溶接部に供給しながらレ
ーザ溶接する方法（特開平8-309402号公報、参照）。

【００１０】(5)先行鋼材と後行鋼材との端部をジグソ
形状に加工し、はめ込み、幅端部を溶接する方法（特開
昭62-89503号公報、参照）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述の溶接による圧延
鋼材の接合は、突き合わせ部を仮付け溶接または本溶接
を行った後、後段の圧延機の圧延によって本接合を行う
ものである。そのため、溶接機の容量、溶接条件などを
規定して、突き合わせ溶接部の面積を大きくしたり、ブ
ローホールを少なくすることを図っている。レーザ溶接
では、溶接時に被溶接部の酸化膜が蒸発すると説明され
ているが、ブローホールが発生するのでこれを防止する
ための溶接材料を添加する必要がある。また、圧延鋼材
の板厚が変化したとき、溶接機の容量、溶接条件などを
変えなければならない。

【００１２】ジグソ形状の組み合わせ接合は、ジグソ形
状の表面は酸化皮膜が存在するので、接合部に酸化物や
未接合部が生じる。また、圧延鋼材の幅端部では未接合
部が開口するという問題があった。

【００１３】本発明の目的は、通常の溶接法によって安
定した連続化熱間圧延を可能にする熱間接合方法および
その装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、熱間溶接
の接合強度について種々研究を行い、圧延鋼材を還元炎
雰囲気中で切削した後、還元炎雰囲気中で溶接すること
によって、連続化熱間圧延を可能にする接合強度が得ら
れることを見出し、本発明を完成した。

【００１５】本発明の要旨は、次のおよびに示す圧
延鋼材の熱間接合方法ならびにに示す熱間接合装置に
ある。

【００１６】２つの圧延鋼材の端部を回転切削工具を
用いて還元炎雰囲気中で切削して脱スケールした後、溶
接部の長さを圧延鋼材の幅の20％以上とし還元炎雰囲気
中で溶接する連続化熱間圧延における熱間接合方法。

【００１７】上記の切削して脱スケールした面を圧延鋼
材の搬送方向にずらせて重ね合わせ、溶接するのが望ま
しい。

【００１８】２つの圧延鋼材の端部を還元炎雰囲気中
でジグソ形状に切断した後、はめ合わせ、還元炎雰囲気
中で端部を溶接した後、仕上げ圧延を行う連続化熱間圧
延における熱間接合方法。

【００１９】粗圧延機と仕上げ圧延機との間にあっ
て、搬送されている２つの圧延鋼材の端部をそれぞれ把
持する把持装置、圧延鋼材の端部を脱スケールするため
の回転切削装置、脱スケールされた面を重ね合わせまた
は突き合わせて溶接する装置ならびに脱スケールのため
の切削部および溶接部に還元炎を噴射する装置を備える
熱間接合装置。

【００２０】本発明で用いる溶接は、脱スケールした鋼
板の接合部を密着して酸化させないための溶接であり、
仕上げ圧延機までの搬送するための強度があればよいの
で、溶接条件等は特に規定しない。また、上記のジグ
ソ形状とは、たとえば図８に示すような上下方向にはめ
合わせると接合できるように、鋼板の端部に台形状の凹
凸部を打ち抜きなどで形成したものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、連続化熱間圧延を行う
際の圧延鋼材の接合を還元炎雰囲気中で溶接することに
よって行う。溶接には、アーク溶接法、レーザ溶接法ま
たは電子ビーム溶接法を用いることができる。

【００２２】還元炎雰囲気中で溶接するのは、接合面を
回転切削工具などで切削してスケールを除去した後、溶
接が終わるまで酸化を防止するためである。還元炎は、
ノズル内混合方式のバーナを使用し、リング状のスリッ
トノズルから混合気体を噴射することによって得られ
る。なお、すすを発生させない還元炎を得るには、たと
えばバーナ１本当たり６ Nm³/hrのＬＰＧガスを使用し
た場合、酸素富化率を30％〜80％、空気比（ｍ）を0.45
〜0.65とする混合気体とすればよい。バーナは、板幅に
よって幅方向に複数個配置するのが望ましい。

【００２３】厚いスケールが生成している圧延鋼材、あ
るいは還元されにくい組成のスケールが生成している圧
延鋼材は、還元炎雰囲気中で回転切削工具などによって
機械的に脱スケールする。

【００２４】図２は、回転切削工具と溶接機を備えた熱
間接合装置を示す縦断面図である。

【００２５】熱間接合は、次のような工程で実施され
る。まず、先行鋼材S1の後端部が所定位置（溶接装置10
の位置）にきたとき把持装置11で先行鋼材S1を固定し、
架台１２に設けられたテーブルローラ１３を昇降用シリ
ンダ14によって上昇させ、回転切削工具15によって切削
できる位置まで押し上げ、溶接装置に設けた上金具16の
下面にセットする。次に、後行鋼材S2を前進させてその
先端が下金具16-1の位置（先行鋼材の後端に重なり合う
位置）にきたとき、後行鋼材S1を把持装置11-1で固定す
る。その後、バーナ17を燃焼させて先行鋼材S1および後
行鋼材S2の端部のまわりを還元炎雰囲気として回転切削
工具15を矢印で示す方向に移動させ、それぞれの鋼材の
端部を斜め切削する。切削が終わると、回転切削工具を
退避させ、先行鋼材の架台12、上金具16および溶接装置
10を同時に下降させて溶接する。溶接装置10は、液圧装
置などの移動装置によって、上下に往復移動できるよう
に構成されている。この熱間接合装置5は、走行ローラ1
8によって圧延方向に走行する。

【００２６】図３は、還元炎雰囲気中で切削している状
況と還元炎雰囲気中で溶接している状況を示す模式図で
あり、(a)は回転切削工具を用いて斜め切削中の側面
図、(b)はアーク溶接中の側面図である。ここに示す回
転切削工具は、圧延鋼材の幅よりも長い切削刃を持ち、
圧延鋼材の幅方向を同時に切削できる工具である。

【００２７】図3(a)に示すように、先行鋼材S1および後
行鋼材S2をそれぞれ上下の金具16,16-1にセットした
後、バーナ17から還元炎を噴射しながら回転切削工具15
を一点鎖線矢印で示す方向に移動させ、先行鋼材S1およ
び後行鋼材S2の破線で示す部分を斜めに切削し、切削面
20,21を形成する。その後、図(b)に示すように、切削面
20,21を距離ｄだけずらせて重ね合わせ、溶接トーチ10-
1によって還元雰囲気中で溶接する。これによると、切
削面および溶接部が還元炎雰囲気中で形成されるので、
酸化膜の生成がなく、しかも次工程の圧延で切削面が圧
接されるので、張力圧延が可能となる。

【００２８】切削面20,21を距離ｄだけずらせて重ね合
わせるのは、切削面を溶接して溶接部に圧延鋼材表面の
スケールの巻き込みを防止するためである。

【００２９】図４は、還元炎雰囲気中で切削している状
況と還元炎雰囲気中で溶接している状況を示す模式図で
あり、(a)は回転切削工具を用いて平行に切削中の側面
図、(b)はアーク溶接中の側面図である。ここに示す回
転切削工具15-1は、図３に示す回転切削工具よりも刃先
の長さが短く、工具の軸を圧延鋼材の長手方向と平行ま
たは傾斜させて、回転させながら圧延鋼材の幅方向に移
動する工具である。工具の軸を圧延鋼材の長手方向と平
行にすると、圧延鋼材の端部には段部が形成され、軸を
傾斜させると図３に示すような斜め切削面が形成され
る。

【００３０】図4(a)に示すように、先行鋼材S1および後
行鋼材S2を上下の金具16,16-1にセットした後、バーナ1
7から還元炎を噴射しながら回転切削工具15-1を紙面に
垂直方向に移動させ、破線で示す部分を平行に切削し、
切削面20-1,21-1を形成する。その後、図(b)に示すよう
に、切削面20-1,21-1を距離ｄだけずらせて重ね合わ
せ、溶接トーチ10-1によって還元雰囲気中で溶接する。
これによると、切削面および溶接部が還元炎雰囲気中で
形成されるので、酸化膜の生成がなく、しかも次工程の
圧延で切削面が圧接されるので、張力圧延が可能とな
る。

【００３１】図５は、還元炎雰囲気中で切削している状
況と還元炎雰囲気中で溶接している状況を示す模式図で
あり、(a)は２つの圧延鋼材を搬送方向に突き合わせて
回転切削工具を用いて平行または斜めに切削している側
面図、(b)はアーク溶接中の側面図である。ここに示す
回転切削工具15-2は、図４に示す回転切削工具と同じま
たは円錐台状の工具が使用することができる。いずれも
工具の軸を圧延鋼材の長手方向と平行または傾斜させ
て、回転させながら圧延鋼材の幅方向に移動する工具で
ある。工具の軸を圧延鋼材の長手方向と平行にすると、
圧延鋼材の端部には図４に示すような段状の切削面が形
成され、軸を傾斜させると図３に示すような斜め切削面
が形成される。

【００３２】図６は、溶接部の状況を示す図であり、
(a)は接合部を斜め切削した後重ね合わせて隅肉溶接し
たもの、(b)は接合部を段状に切削した後重ね合わせて
隅肉溶接したもの、(c)から(e)までは接合部の対向する
面を平行に切削した後突き合わせ溶接したものである。
溶接部22は、図(c)に示すように圧延鋼材の幅方向を全
部溶接するのが望ましい。しかし、図6(a)および(b)に
示すように重ね合わせて隅肉溶接するものは、後続の圧
延によって切削面が圧接されるので、断続的に溶接し、
圧延鋼材の幅方向の20％以上溶接されておればよい。し
かし、図6(c)から(e)までに示すように突き合わせ溶接
の場合には、圧延鋼材の幅方向の30％以上溶接するのが
望ましい。

【００３３】図７は、ジグソ形状に加工した後溶接する
状況を示す側面図であり、(a)は打ち抜き前の状況、(b)
は打ち抜き後の状況、(c)ははめ合わせた後の状況およ
び(d)溶接している状況を示す図である。

【００３４】図7(a)に示すように、先行鋼材S1および後
行鋼材S2をダイス23,23-1にセットし、打ち抜きポンチ2
4,24-1によって還元炎雰囲気中でジグソ形状に打ち抜き
加工する。図7(b)に示すように、ポンチが圧延鋼材から
引き抜かれ、ダイスが破線矢印のように退避する。次ぎ
に、図7(c)に示すように、先行鋼材側のポンチホルダ25
が降下して、先行鋼材と後行鋼材とのジグソ形状部をは
め合わせ、接合する。つづいて、図7(d)に示すように、
ジグソ形状の幅方向の端部を溶接する。

【００３５】図８は、ジグソ形状部をはめ合わせて溶接
した状況を示す斜視図である。この場合の溶接部22は、
圧延鋼材の接合力を得るものではなく、ジグソ形状の幅
方向の端部の開口を防ぎ、圧延鋼材の幅端部の合わせ面
に酸化膜を生じさせないようにするためである。

【００３６】

【実施例】厚さ30mm、幅300mm、長さ1000mmの鋼板
（Ｃ：0.15重量％、Si：0.015重量％、Mn：0.26重量
％）を用意し、図２に示す熱間接合装置を配置した図１
に示す小型の圧延設備により連続化圧延試験を行った。

【００３７】脱スケールには、刃先の最大外径を300m
m、長さ320mmとした円筒状回転切削工具を用いた。切削
条件は、回転速度1500rpm、移動速度を6000mm／分、鋼
板の温度を1050℃、鋼板先端部の切削幅を30mm、還元炎
点火１秒後に切削を開始し、直火還元炎雰囲気で切削し
た。

【００３８】直火還元炎雰囲気は、ノズル内混合方式の
バーナーを使用し、リング状のスリットノズルから混合
気体を噴射して還元炎を形成させた。バーナーは、板幅
方向に複数個並べて配置した。燃料は、バーナー１本当
たり６ Nm³/hrのＬＰＧガスを酸素富化率60％、空気比
（ｍ）0.6とした。

【００３９】溶接は、直径３mmのワイヤを用い、電流15
00A、電圧30V、速度40 mm／秒の条件で行った。

【００４０】上記の圧接を行った後、鋼板の温度が1000
℃になったとき３台の仕上げ圧延機によりそれぞれ40
％、35％、30％の圧下率と、約5.0 kgf/mm²の張力をか
けて圧延を行い、板厚8.2mmのコイルを製造した。

【００４１】（実施例１）圧延鋼材の脱スケールを斜め
切削による方法、平行切削による方法および突き合わせ
切削による方法で行い、表１に示す溶接による接合を行
い、連続化熱間圧延試験を実施した。これらの試験の結
果を表１にまとめて示した。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１から明らかなように、発明例の番号１
から６までは、溶接雰囲気を還元炎とし、接合部の幅を
重ね合わせの場合は圧延鋼材の幅の20％または27％、突
き合わせの場合には33％としたので、いずれも連続化熱
間圧延を行うことができた。

【００４４】比較例の番号７、10および12は、溶接雰囲
気を大気としてので、圧延時に圧延鋼材が破断し、連続
化熱間圧延ができなかった。比較例の番号８および９
は、接合部の幅が圧延鋼材の幅の17％と小さく、圧延に
よって接合部に開口部が発生した。また、比較例の番号
11は、突き合わせ溶接のため接合部が27％と小さく、圧
延によって接合部に開口部が発生した。

【００４５】（実施例２）２つの圧延鋼材の端部を図７
に示すようにジグソ形状に加工し、組み合わせ、図８に
示すように表面を溶接した後、連続化熱間圧延試験を行
った。接合部には、開口が認められなかった。しかし、
溶接を施さないものは、接合部に開口が認められた。

【００４６】

【発明の効果】本発明の方法および装置によれば、脱ス
ケールと溶接を還元炎雰囲気中で行うので、溶接部に不
純物の噛み込みがなく、接合力を高めることができる。
また、重ね合わせの場合には、圧延によって重ね合わせ
部が圧接されるので、張力圧延が可能となる。これによ
り、連続化熱間圧延を安定して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続化熱間圧延設備の概要を示す図である。

【図２】回転切削工具と溶接機を備えた熱間接合装置を
示す縦断面図である。

【図３】還元炎雰囲気中で切削している状況と還元炎雰
囲気中で溶接している状況を示す模式図であり、(a)は
回転切削工具を用いて斜め切削中の側面図、(b)はアー
ク溶接中の側面図である。

【図４】還元炎雰囲気中で切削している状況と還元炎雰
囲気中で溶接している状況を示す模式図であり、(a)は
回転切削工具を用いて平行に切削中の側面図、(b)はア
ーク溶接中の側面図である。

【図５】還元炎雰囲気中で切削している状況と還元炎雰
囲気中で溶接している状況を示す模式図であり、(a)は
２つの圧延鋼材を搬送方向に突き合わせて回転切削工具
を用いて平行または斜めに切削している側面図、(b)は
アーク溶接中の側面図である。

【図６】溶接部の状況を示す図であり、(a)は接合部を
斜め切削した後重ね合わせて隅肉溶接したもの、(b)は
接合部を段状に切削した後重ね合わせて隅肉溶接したも
の、(c)から(e)までは接合部の対向する面を平行に切削
した後突き合わせ溶接したものである。

【図７】ジグソ形状に加工した後溶接する状況を示す側
面図であり、(a)は打ち抜き前の状況、(b)は打ち抜き後
の状況、(c)ははめ合わせた後の状況および(d)溶接して
いる状況を示す図である。

【図８】ジグソ形状部をはめ合わせて溶接した状況を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１：粗圧延機２．中間コイラ３．レベラ４．クロップシャー５．熱間圧接装置６．仕上げ圧延機群７．高速シャー８．ダウンコイラ９．スラブ 10．溶接装置 10-1．溶接トーチ 11．把持装置 12．架台 13．テーブルローラ 14．昇降用シリンダ 15．回転切削工具 16．上金具 16-1．下金具 17．バーナ 18．走行ローラ 19．液圧装置 20,21．切削面 22．溶接部 23．ダイス 24．打ち抜きポンチ 25．ポンチホルダ S1．先行鋼材 S2．後行鋼材ｄ．ずらせ量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福島傑浩大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者岩波紀夫神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリングセンター内 (72)発明者田添信広東京都江東区毛利１丁目19番地10号石川島播磨重工業株式会社江東事務所内 (72)発明者長田史郎神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリングセンター内Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB01 CA01 DA01 DA02 DD09 DF02 DG01 4E002 AD01 BD05 BD06 BD09 BD10 CB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの圧延鋼材の端部を回転切削工具を用
いて還元炎雰囲気中で切削して脱スケールした後、溶接
部の長さを圧延鋼材の幅の20％以上とし還元炎雰囲気中
で溶接することを特徴とする連続化熱間圧延における熱
間接合方法。
【請求項２】上記の切削して脱スケールした面を圧延鋼
材の搬送方向にずらせて重ね合わせ、溶接することを特
徴とする請求項１に記載の連続化熱間圧延における熱間
接合方法。
【請求項３】２つの圧延鋼材の端部を還元炎雰囲気中で
ジグソ形状に打ち抜きした後、はめ合わせ、還元炎雰囲
気中で圧延鋼材の幅端部を溶接することを特徴とする連
続化熱間圧延における熱間接合方法。
【請求項４】粗圧延機と仕上げ圧延機との間にあって、
搬送されている２つの圧延鋼材の端部をそれぞれ把持す
る把持装置、圧延鋼材の端部を脱スケールするための回
転切削装置、脱スケールされた面を重ね合わせまたは突
き合わせて溶接する装置ならびに脱スケールのための切
削部および溶接部に還元炎を噴射する装置を備えること
を特徴とする熱間接合装置。