JP2007175768A - オーステナイト系ステンレス鋼連続熱間圧延材の剪断接合方法及び連続熱間圧延設備 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Crを12〜26質量(wt)%、Niを6〜22質量%含み、その他の不可避な不純物と残りのFeからなるオーステナイト系ステンレス鋼金属バーなどを、熱間圧延設備列の中で後行する金属バー60の先端と先行する金属バー110の後端を重ねて接合する接合機30を利用して剪断接合し、接合された金属バーの接合面が前記金属バーの厚さ方向から傾斜して形成されるように金属バーを互いに接合するようにした。
【選択図】図1
Description
このような連続熱間圧延分野において重要な点は、先行する熱間圧延板材(以下、「金属バー」という)の後端と後行する金属バーを互いに接合する金属バーの接合技術にある。
今まで知られている接合技術としては、溶融接合法と固相接合法とに大別される。
この特許文献1の発明は、先行金属バーの後端部と後行金属バーの先端部を上下に重ね合わせて、重ねられた二つの金属バーを同時に剪断することで剪断過程にて生成される二つの金属バーの剪断面を直接接触させて接合する技術である。
このようなオーステナイト系ステンレス鋼に接合技術を適用して連続熱間圧延を行う場合、生産性増加及び薄物化ができる等多くの長所がある。
図1は、本発明の一実施例に係るオーステナイト系ステンレス鋼連続熱間圧延設備の基本構成を示す構成図である。
そして、走行中の状態で金属バーを剪断接合するために、接合機30は金属バーの走行に追従して移動できるようになっており、接合機30が金属バーの走行に追従して揺れ動く設備を追加的に設置することができる。
図2を参照すれば、本発明による接合機100は上部刃集合体180と下部刃集合体190、そしてこれらを移動可能に支持するハウジング101からなる。
このとき、オーステナイト系ステンレス鋼金属バーの接合部は、破断せずに仕上圧延機40を通過できる程度の接合強度を維持する必要がある。
固相接合は二つの自由表面(free surface)が一つの界面(interface)になる工程であるといえる。この場合、熱力学的に固相接合工程における自由エネルギーγの変化を計算すると、数式1に示すようになる。
図6を参照して本発明による接合機100の剪断接合過程を説明する。
このような力によって図6(b)に示すように対向する圧力が作用して接合が発生する。
その結果、金属バーの両端部は接合強度が落ちてしまい、図7の右側に示すように、接合時にこの部分には部分酸化も起こる。これが後続する仕上圧延時に亀裂発生原因になって、亀裂が大きくなれば連続鋼板の連続部破断が発生する。
デスケーリング条件としてはデスケーリング時の温度及び圧力を制御してスケールの混入を抑制することができる。接合条件としては金属バー接合時の温度、ラップ、及びストローク率を制御して接合部の接合力と形状を調節することができる。
ストローク率とは接合機100の上部刃181と下部刃191とが重なり合う金属バーに接触してから上下に動いた距離の合計(ΔlU+ΔlL)を金属バーの厚さ(t)で割った値である。
下記表1の組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼の金属バーを用いて図1〜図3に示す連続熱間圧延設備で金属バーの剪断接合時の工程変数を変化させて実験した。
ここで、接合部強度比とは下記数式2のようである。
図11に示すように、接合された金属バーを仕上圧延機で仕上圧延して通板性を試験した結果、接合強度比が52%以上であれば、金属バーの接合部破断なしで仕上圧延が可能であることが分かる。そして、エッジ亀裂率の場合、30%までは通板が可能であった。
このように、オーステナイト系ステンレス鋼は、高温強度が高くて50MPa程度の高い圧力でも接合強度の低下幅とエッジ亀裂率の上昇幅が小さい。
この図12に示すように、オーステナイト系ステンレス鋼を剪断接合した時の接合温度は、接合強度比に殆ど影響を与えないことが分かる。また、図示してないが、エッジ亀裂率にも影響を与えないことが分かる。
この図13に示すように、ラップと接合強度比はガウス分布、つまり放物線の関係を示していることが分かる。
つまり、ラップが増加するようになれば接合強度が増加する理由は、ラップが増加するにつれて、圧延面からの接合面の立ち上がり角度が小さくなって、これによって剪断刃の押圧力のうちの接合面の垂直な方向の分力が増加するためであり、ラップ量が所定の値より大きくなれば必要な荷重が大きくなるので、接合強度が減少する。
図14に示すように、ストローク率が増加することによって接合部の破断荷重は徐々に増加している途中で、1.30にて通板基準を満たし、1.30以上ではほとんど飽和現象を示していたが、1.60以上では再び減少した。しかし、1.65までは通板基準を満たしていることが分かる。
図15のグラフに示す実験材は、450mmの幅のオーステナイト系ステンレス鋼金属バーを剪断接合した後、接合された実験材二組を側面溶接して840〜900mmの幅にした後、再び前後面に同一な厚さのバーを溶接して作られた9000mmの長さの金属バーである。このような金属バーを加熱炉で加熱した後、仕上圧延を実施した結果について、この図15に示している。
20 コイルボックス
30 接合装置
40 仕上圧延機
50 ダウンコイラー
60 後行金属バー
61 後行金属バーの先端
70 入口側クロップシャー
80 重ね装置
81 デスケーリング装置
90 先行金属バー
91 先行金属バーの後端
100 接合機
101 ハウジング
110 金属バー
120 クロップ処理装置
130、140 レベラー
150 出口側クロップシャー
160 エッジヒーター
170 バーヒーター
180 上部刃集合体
181 上部刃
182 上部クランプ
183 上部支持装置
184 突起
190 下部刃集合体
191 下部刃
192 下部クランプ
193 下部支持装置
194 突起
Claims (7)
- Crを12〜26質量(wt)%、Niを6〜22質量%含み、その他の不可避な不純物と残りのFeからなるオーステナイト系ステンレス鋼金属バー、または、Crを12〜26質量%、Niを6〜22質量%にSi、Mn、P、S、Cu、Mo、Al、Vなどの元素が少なくとも一つ以上が3.00質量%以下含まれていて、その他の不可避な不純物と残りのFeからなるオーステナイト系ステンレス鋼金属バーを、熱間圧延設備列の中で後行する金属バーの先端と先行する金属バーの後端を重ねて接合する接合機を利用して剪断接合し、接合された金属バーの接合面が前記金属バーの厚さ方向から傾斜して形成されるように金属バーを互いに接合するようにしたことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼連続熱間圧延材の剪断接合方法。
- 前記金属バーの接合予定部を、50MPa以下の圧力でデスケーリングすることを特徴とする請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼連続熱間圧延材の剪断接合方法。
- 前記金属バーを剪断接合する場合、前記接合機の上部刃と下部刃とが重なり合う距離であるラップの範囲を3mm以上19mm以下にして剪断接合することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼連続熱間圧延材の剪断接合方法。
- 前記金属バーを剪断接合する場合、前記接合機の上部刃と下部刃とが移動した距離の合計を金属バーの厚さで割ったストローク率を1.30以上1.65以下にして剪断接合することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼連続熱間圧延材の剪断接合方法。
- 前記金属バーを剪断接合する場合、前記接合機の上部刃と下部刃双方が同時に上下移動しながら剪断接合することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼連続熱間圧延材の剪断接合方法。
- 前記金属バーを剪断接合する場合、前記接合機の上部刃と下部刃のいずれか一方だけが移動しながら剪断接合することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼連続熱間圧延材の剪断接合方法。
- Crを12〜26質量%、Niを6〜22質量%含み、その他の不可避な不純物と残りのFeからなるオーステナイト系ステンレス鋼、または、Crを12〜26質量%、Niを6〜22質量%にSi、Mn、P、S、Cu、Mo、Al、Vなどの元素が少なくとも一つ以上が3.00質量%以下含まれていて、その他の不可避な不純物と残りのFeからなるオーステナイト系ステンレス鋼スラブを粗圧延する粗圧延機と、
前記粗圧延された金属バーをコイル状に巻き取るコイルボックスと、
前記コイルボックスのコイラーから巻き出される金属バーの接合予定部をデスケーリングするデスケーリング装置と、
前記デスケーリングされた金属バーを先行金属バーの後端と後行金属バーの先端を重ね合わせて重ね合わせ部を挟んだ状態でその両側から圧入して剪断しながら剪断接合する一対の剪断刃が備えられている剪断接合装置と、
前記剪断接合された金属バーを仕上圧延する仕上圧延機とを有し、
オーステナイト系ステンレス鋼金属バーを連続熱間圧延するようにした
ことを特徴とする連続熱間圧延設備。
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