JP2003251463A

JP2003251463A - 厚板鋼板の条切り切断方法

Info

Publication number: JP2003251463A
Application number: JP2002056112A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Watanabe; 裕一郎渡辺; Katsuhiro Takebayashi; 克浩竹林; Shunichi Nishida; 俊一西田; Kenji Ihara; 健滋井原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2003-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】厚板鋼板を溶断して条切りする切断方法に関
する。【解決手段】該厚板鋼板の残留応力分布と降伏応力分
布を予測または実測し、該残留応力分布と降伏応力分布
に応じて入熱条件を調整しつつ溶断を行い、溶断した条
に生じるキャンバーを相殺することで変形を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚板鋼板を溶断す
るに際し、冷却むらに起因する残留応力や降伏応力（強
度としては降伏応力で代表させる。以下、同じ。）のば
らつきに伴って発生する条切り後のキャンバー、すなわ
ち、条の横曲がり変形、を防止しつつ切断を行う厚板鋼
板の条切り切断に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、厚板鋼板の製造プロセスにおい
て、制御圧延した鋼板を強水冷することで高強度、高靱
性の鋼板を得る加速冷却圧延が広く行われるようになっ
てきている。加速冷却圧延は、従来の添加元素成分を低
減し、製造コストを大幅に削減できるのみならず、溶接
性の優れた鋼板を製造可能である。加速冷却では、高温
の鋼板表面に冷却ノズルで冷却水を噴射し、鋼板表面の
対流沸騰熱伝達現象を利用して自然放冷の数百倍の高冷
却速度を実現し、より微細な結晶構造を有する鋼板、す
なわち、高強度、高靱性の鋼板を製造することを可能と
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加速冷
却は高性能であるがゆえに、冷却水の水量密度、鋼板の
表面温度、スケール厚など、鋼板の表面性状のわずかな
不均一要因が鋼板に大きな温度むらを生じさせることに
なる。このような温度むらが生じると、鋼板の製造時に
発生する残留応力によって、条切りした際に切断した条
に横曲がり（すなわち、キャンバー）が発生する。

【０００４】また、加熱から圧延、水冷、矯正、空冷等
の各過程の板幅方向の各位置における温度履歴のわずか
な差が鋼板の降伏応力にばらつきを生じさせる。その結
果、溶断時の入熱にともない発生する残留応力が条の両
端で非対称となり、キャンバーが発生するのである。本
発明は、厚板鋼板に残留応力や降伏応力のばらつきがあ
る場合においても、その条切り後にキャンバーを発生さ
せることのない厚板鋼板の条切り切断方法を提供するも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の各項に
記載の厚板鋼板の条切り切断方法によって上記課題を解
決した。 (1) 厚板鋼板を溶断して条切りする厚板鋼板の条切り切
断方法であって、該厚板鋼板の残留応力分布と降伏応力
分布を予測または実測し、該残留応力分布と降伏応力分
布に応じて入熱条件を調整しつつ溶断を行い、溶断した
条に生じるキャンバーを相殺することで変形を防止する
ことを特徴とする厚板鋼板の条切り切断方法。 (2) 前記溶断を、ガス切断にて行うことを特徴とする上
記請求項(1) に記載の厚板鋼板の条切り切断方法。 (3) あらかじめ、溶断する条の両端の溶断位置での温度
差と条に生じるキャンバー量との関係を調査しておき、
当該関係に基づいて、条の両端に所定の温度差を与えつ
つ溶断を行うことで、溶断した条に生じるキャンバーを
相殺することを特徴とする厚板鋼板の条切り切断方法。 (4) 前記溶断を、ガス切断にて行うことを特徴とする上
記(3) に記載の厚板鋼板の条切り切断方法。

【０００６】

【発明の実施の形態】鋼板に残留応力が生じた場合、切
断加工後にその応力が解放され、鋼板に変形が生じるこ
とは周知である。残留応力は、図１に示すように、温度
むらにともない鋼板が降伏することで生じる。すなわ
ち、水冷直後では、鋼板の両端部が過冷却によって収縮
し、引張応力が発生して降伏状態となる（図１
（ａ））。そして、完全冷却後、中央部の収縮で端部に
圧縮応力が発生する（図１（ｂ））。このような状態で
条切りを行うと、条切り後に応力解放によってキャンバ
ーが発生することになる（図１（ｃ））。

【０００７】鋼板の残留応力は、例えば、特開2000-426
31号公報に開示のように、ホットレベラ終了後、鋼板が
十分に復熱した際に、その板幅方向の温度分布を測定す
ることで求められる。すなわち、鋼板の表面温度の測定
値から板厚方向の温度分布を推定し、降伏応力、ヤング
率、線膨張係数等の温度依存性を考慮しつつ、「温度む
らに起因する熱膨張量差が、完全に冷却した後の鋼板に
残留応力として露見する」と仮定して算出することがで
きる。

【０００８】また、条切り後のキャンバーは、あらかじ
め求めた残留応力を用い、例えば、以下の計算モデルに
基づいて算出することができる。まず、計算モデルの前
提として、以下の仮定を設ける。条切りの前後で、塑性歪は生じないものとする。長手方向に垂直な横断面は、平面を保持するものと
する（平面歪）。キャンバーは、円弧を描いて生じるものとする。

【０００９】以上の仮定に基づき、図２に示すように、
鋼板の板幅方向位置をｘとし、更に簡単のため、板厚方
向平均値を用いることとして、全歪ε（ｘ）、応力σ
（ｘ）は、条切り前の残留応力分布をσ_b（ｘ）とし
て、下記（１）、（２）式で表わすことができる。

【００１０】

【数１】

【００１１】これらの（１）、（２）式を、下記
（３）、（４）式の力とモーメントの釣り合いの式に代
入する。

【００１２】

【数２】

【００１３】そして、ｎ₁について解くと、下記（５）
式が得られる。

【００１４】

【数３】

【００１５】ここで、Ｗは鋼板（条）の板幅、Ｅはヤン
グ率である。また、（５）式から、ｎ₂は、下記（６）
式で与えられる。

【００１６】

【数４】

【００１７】そして、以上のｎ₁、ｎ₂から、キャンバ
ー量ｄ₁、ｄ₂は、下記（７）、（８）式となる。

【００１８】

【数５】

【００１９】なお、残留応力分布は、例えば、同一入熱
条件で、鋼板表面にその板幅方向に複数枚のひずみゲー
ジを貼付けておいて短冊状に切断し、切断前後のひずみ
の変化量を測定することで求めることができる。次に、
製造時に発生する残留応力のみでキャンバーが予測でき
る例を図３に基づいて説明する。

【００２０】板厚65mm、板幅2400mm、長さ20ｍの厚板鋼
板（１）を一例として、その板幅方向の残留応力と降伏
応力の分布を図３（ａ）に示す。そして、この厚板鋼板
（１）を図示の位置で溶断して条と条を切り出すも
のとする。この条と条におけるキャンバーの実測値
と、上記の計算モデルに基づく計算値を図３（ｂ）に示
す。

【００２１】厚板鋼板（１）の例において、条は、条
に比べ、条切り位置での残留応力が条の中央を対称面
として、より非対称となっており、大きなキャンバーが
発生している。そして、この条と条のキャンバー量
の計算値は、実測値とほぼ一致する。次に、製造時に発
生する残留応力のみではキャンバーが予測できない例を
図４に基づいて説明する。つまり、降伏応力の分布の差
でもキャンバーが生じることについて説明する。

【００２２】板厚70mm、板幅2400mm、長さ20ｍの厚板鋼
板（２）において、その板幅方向の残留応力と降伏応力
の分布を図４（ａ）に示す。そして、この厚板鋼板
（２）を図示の位置で溶断して条と条を切り出すも
のとする。この条と条におけるキャンバーの実測値
と、上記の計算モデルに基づく計算値を図４（ｂ）に示
す。

【００２３】厚板鋼板（２）の例でも、条の中央を対称
面として残留応力が非対称となっており、大きなキャン
バーが発生している。しかし、キャンバーの実測値は、
計算モデルから求めた予測値よりも80mm程度大きくなっ
ている。ここで、厚板鋼板（２）においては、条の中央
を対称面として強度分布も非対称となっていることが特
徴である。

【００２４】そこで、圧延ままの状態で、残留応力が全
くない２枚の広幅鋼板を全く同一の条件でガス切断し、
切断後の残留応力を測定する実験を行った。なお、２枚
の広幅鋼板の降伏応力は、それぞれ、500 ＭPa、450 Ｍ
Paとした。実験結果を、図５に示す。図５から、条とし
た２枚の鋼板で、溶断後の残留応力が異なっていること
がわかる。このことは、条の両端で降伏応力が異なる
と、溶断後の入熱にともなって発生する残留応力が条の
両端で異なってくることを示している。

【００２５】すなわち、一般的に降伏応力分布のばらつ
きが大きくなる板端部近傍を含めての条切りを行う場
合、残留応力のみを用いてキャンバーを予測するだけで
は不十分であり、キャンバーにおよぼす鋼板の降伏応力
分布をも考慮する必要があることがわかる。キャンバー
におよぼす降伏応力の影響は、例えば、実際のキャンバ
ー量と、圧延ままの残留応力を用いて計算したキャンバ
ー量との差から求めることができる。

【００２６】図４に例示の厚板鋼板（２）の例では、条
の両端での降伏応力分布の差が、条、条のいずれの
場合も約50ＭPaあり、この差が、条切り幅300mm 、長さ
20ｍの条において、実測値と計算値に約80mmのキャンバ
ー量の差を発生させる原因となっている。ここで、鋼板
の降伏応力は、引張試験、硬度試験を行うことで実際に
測定することが可能であり、また、例えば、「高張力鋼
の制御圧延・加速圧延における組織変化のコンピュータ
シミュレーション（川崎製鉄技報、Vol.21(1989)、No.
３、pp195 〜201 ）」に開示のシミュレーションなどに
よって、材料の成分や製造条件等から降伏応力をシミュ
レーション計算することもできる。

【００２７】以上の実測値、あるいは、計算値に基づ
き、圧延前後、水冷前後などの鋼板温度分布の測定結果
から温度履歴の違いに基づく板幅方向の降伏応力分布の
ばらつきを推測できることは明らかである。次に、残留
応力および降伏応力のばらつきがまったくない鋼材（材
料）において、条の両端で入熱量を変えて条切り切断を
行った場合を想定し、ＦＥＭ（有限要素法）に基づく計
算を行った。このＦＥＭ計算における条の両端での溶断
位置の温度差とキャンバー量の関係を図６に示す。すな
わち、条の両端部への入熱条件の違いにより条切り後の
鋼板にキャンバーが生じることになる。

【００２８】したがって、残留応力や降伏応力のばらつ
きにともなって発生するキャンバーを打ち消すように、
条の両端での入熱量を変えて切断することでキャンバー
を発生させずに条切りを行うことが可能となる。すなわ
ち、図３の条の場合は、その両端での温度差を約50℃
に設定し、条の場合は、約20℃とすることでキャンバ
ー発生を解消することができる。

【００２９】また、図４（ａ）で例示の条の場合に
は、約100 ℃に設定し、条の場合には、約90℃とする
ことで、同様に、キャンバー発生を未然に防止すること
ができる。なお、条の両端での入熱の調整は、溶断をガ
ス切断で行う場合、溶断に支障がない範囲で、予熱ガス
圧、予熱酸素圧、切断酸素圧などを調整することで行う
ことが可能である。

【００３０】また、溶断方法としては、ガス切断に限定
するものではなく、プラズマ切断、アーク切断、レーザ
ー切断などを好適に適用することも可能である。

【００３１】

【実施例】板厚50〜70mm、板幅2400〜3000mm、長さ14〜
20ｍの加速冷却材を40枚準備し、板端部からの切捨て量
30mm、条幅300mm での条切りを、ガス切断により実施し
た。ここで、準備した加速冷却材のうち、20枚は、残留
応力および降伏応力の測定結果に基づき、条の両端で条
件を変え、すなわち、温度差を与え、切断を実施した
（本発明例）。一方、残りの20枚は、条の両端での切断
条件を同一とし、入熱温度差０℃として切断を実施した
（従来例）。

【００３２】なお、切断温度としては、各ガス切断線に
おいて、ガストーチから約300mm 後方、かつガス切断面
から幅方向に10mm位置の温度とした。図７に、従来例と
本発明例のそれぞれの場合において発生したキャンバー
を比較して示す。従来例では、ほとんどの条のキャンバ
ーが許容範囲を超えているが、本発明例では、すべて許
容範囲内に収まっており、本発明の効果は明らかであ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によって、厚板鋼板を溶断して条
切りを行う際のキャンバー発生を低減することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】厚板鋼板の条切りでキャンバーが発生する機構
を説明する模式図である。

【図２】キャンバー量計算モデルの説明図である。

【図３】厚板鋼板（１）の板幅方向応力分布のグラフ
（ａ）と、その条切りした材のキャンバー量を示すグラ
フである。

【図４】厚板鋼板（２）の板幅方向応力分布のグラフ
（ａ）と、その条切りした材のキャンバー量を示すグラ
フである。

【図５】条切りした材の残留応力の分布を示すグラフで
ある。

【図６】条切りした材の両端の温度差とキャンバーとの
関係を示すグラフである。

【図７】従来例と本発明例でのキャンバーを比較するグ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西田俊一岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者井原健滋岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚板鋼板を溶断して条切りする厚板鋼板
の条切り切断方法であって、該厚板鋼板の残留応力分布
と降伏応力分布を予測または実測し、該残留応力分布と
降伏応力分布に応じて入熱条件を調整しつつ溶断を行
い、溶断した条に生じるキャンバーを相殺することで変
形を防止することを特徴とする厚板鋼板の条切り切断方
法。
【請求項２】前記溶断を、ガス切断にて行うことを特
徴とする請求項１に記載の厚板鋼板の条切り切断方法。
【請求項３】あらかじめ、溶断する条の両端の溶断位
置での温度差と条に生じるキャンバー量との関係を調査
しておき、当該関係に基づいて、条の両端に所定の温度
差を与えつつ溶断を行うことで、溶断した条に生じるキ
ャンバーを相殺することを特徴とする厚板鋼板の条切り
切断方法。
【請求項４】前記溶断を、ガス切断にて行うことを特
徴とする請求項３に記載の厚板鋼板の条切り切断方法。