JP2014012299A - 剪断可否判定方法、鋼板の製造方法、及び鋼板の剪断設備 - Google Patents

Abstract

【課題】剪断装置で剪断可能な鋼板をより適切に判定することを目的としている。
【解決手段】剪断候補の鋼板毎に、対象とする鋼板１１の剪断時の温度である剪断温度αと係数Ａとの関係である温度剪断情報を予め求めておく。そして、剪断候補の鋼板１１の実際の剪断温度αと上記予め求めた温度剪断情報とから求めた係数Ａと、下記式とに基づき、剪断可能か否かを判定する。
Ｆ ＝Ａ・ｔ^２・ＴＳ／ｔａｎθ
ここで、Ｆ：剪断荷重予測値、Ａ：剪断に係る係数、ｔ：鋼板の板厚、ＴＳ：鋼板の引張強度、θ：剪断レーキ角である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、厚鋼板などの鋼板の剪断に係り、搬送されてくる鋼板を剪断装置で剪断可能か否かを判定する方法及びそのような判定方法を採用した鋼板の剪断設備に関する。

厚鋼板の剪断は、例えば特許文献１に記載のように、規格（引張強度）に応じて予め設定した板厚の範囲に基づき、剪断装置で剪断可能か否かを判定する。そして、剪断出来ないと判定すると、その鋼板はオフラインによるガス切断など各種の熱切断工程に廻される。
ここで、剪断装置で剪断可能か否かの判定は、例えば、対象とする鋼板を剪断するのに要する剪断荷重予測値Ｆを、その鋼板の板厚ｔ、規格毎に決定されている引張強度ＴＳ、及び剪断レーキ角θを使用して下記式によって求め、その求めた剪断荷重予測値Ｆが、剪断装置の設備条件から決定された設備耐荷重の最大値（限界剪断荷重）よりも小さければ、剪断装置で剪断可能と判定する。下記式は、「最新塑性加工要覧 第２版（日本塑性加工学会編）ｐ．２２９」等に記載されている公知の式である。係数Ａは、剪断装置毎に決定される固定値である。
Ｆ ＝Ａ・ｔ^２・ＴＳ／ｔａｎθ

特開２００９−６６６９９号公報

ガス切断など各種の熱切断工程の処理能力は剪断装置に比べて低く、且つオフラインでの処理となることから、可能であれば剪断装置で剪断する鋼板の量を増やしたい。ある鋼板が剪断装置で剪断可能であるか否かは、通常、鋼板の強度（例えば引張強度）とサイズ（板厚・板幅）などを考慮し、十分な安全係数を見込んで判断されるが、過剰な安全係数の設定は生産能率の低下につながるため、少しでも効率のよい剪断可否判定方法が求められている。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、剪断装置で剪断可能な鋼板をより適切に判定することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、搬送されてくる鋼板に対し、剪断装置で剪断可能か否かを判定する剪断可否判定方法において、
剪断候補の鋼板毎に、対象とする鋼板の剪断時の温度である剪断温度と係数Ａとの関係である温度剪断情報を予め求めておき、
剪断候補の鋼板の実際の剪断温度と上記予め求めた温度剪断情報とから求めた係数Ａと、下記（１）式とに基づき、剪断可能か否かを判定することを特徴とする。
Ｆ ＝Ａ・ｔ^２・ＴＳ／ｔａｎθ ・・・（１）
ここで、
Ｆ：剪断荷重予測値
Ａ：剪断に係る係数
ｔ：鋼板の板厚
ＴＳ：鋼板の引張強度
θ：剪断レーキ角
である。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、対象とする鋼板の実際の剪断温度から、上記予め求めた温度剪断情報に基づき当該剪断温度に対応する係数Ａを求め、その求めた係数Ａを使用して剪断荷重予測値Ｆを求め、その求めた剪断荷重予測値Ｆに基づき、剪断可能か否かを判定することを特徴とする。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載の剪断可否判定方法で剪断可能と判定された鋼板を前記剪断装置で剪断することを特徴とする。

次に、請求項４に記載した発明は、搬送されてくる鋼板を剪断装置で剪断する剪断設備であって、請求項１又は請求項２に記載の剪断可否判定方法で剪断可否を判定する剪断判定部を備え、剪断判定部により剪断可能と判定された場合には、前記鋼板を剪断することを特徴とする。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した構成に対し、前記剪断判定部に加えて、剪断装置の上流に配置されて、剪断時の鋼板の温度を増加可能な加熱装置、を備え、剪断判定部の判定に基づき加熱すると剪断可能な場合には、前記鋼板を剪断可能な温度にまで上記加熱装置で加熱することを特徴とする。

本発明によれば、鋼板が剪断装置で剪断可能であるか否かをより適切に判定することが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る剪断温度と剪断係数Ａ′との関係を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る剪断設備を含む製造ラインを示す図である。 剪断判定部の処理を示す図である。 本発明に基づく他の実施形態に係る剪断設備を含む製造ラインを示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（本実施形態で採用する「係数Ａ′−剪断温度」の関係について）
先に、本実施形態で採用する「係数Ａ′−剪断温度」の関係について説明する。
鋼板の剪断荷重予測値Ｆは、下記（１）式で表すことが出来る。なおこの（１）式は、例えば「最新塑性加工要覧 第２版（日本塑性加工学会編）ｐ．２２９」等に記載されている式である。
Ｆ ＝Ａ・ｔ^２・ＴＳ／ｔａｎθ ・・・（１）
ここで、
Ａ：剪断に係る係数
ｔ：鋼板の板厚
ＴＳ：鋼板の引張強度
θ：剪断レーキ角
である。

上記係数Ａは、従来では、剪断装置の設備構成の諸元から決まる値、つまり係数Ａは剪断装置毎の固定値として予め設定されている。なおこのことから、従来では、目標板厚ｔが決定された時点で、上記（１）式に基づく剪断装置での剪断可否を判定可能な状態となっている。
これに対し、本実施形態では、係数Ａを、剪断温度αをパラメータとした変数値として扱う。剪断温度αとは、剪断時の鋼板の表面の温度を指す。

次に、本実施形態の係数Ａ及びＡ′について説明する。
上記（１）式を変形することで、係数Ａは、下記（２）式で表すことが出来る。
Ａ ＝ｔａｎθ・｛Ｆ／（ｔ^２・ＴＳ）｝ ・・・（２）
Ａ′＝Ｆ／（ｔ^２・ＴＳ）とおくと、下記（３）式となる。
Ａ′＝ｔａｎθ・Ａ ・・・（３）
以下、係数Ａの代わりに、係数Ａ′を、剪断温度αをパラメータとした値とする。係数Ａと係数Ａ′とは、剪断レーキ角θの乗算の有無の違いだけであり、実質同等の係数である。係数Ａ′とすることで、剪断レーキ角θの影響を除外した。

そして、上記（３）式を（１）式に代入すると下記（４）式となる。すなわち、求めたＡ′に、対象の鋼板の板厚ｔと引張強度ＴＳとを乗算することで、剪断荷重予測値Ｆを求めることが出来る。
Ｆ ＝Ａ′・ｔ^２・ＴＳ ・・・（４）
上記係数Ａ′は、対象とする鋼板の板厚ｔ及び引張強度ＴＳについて無次元化した値とした。この無次元化に伴い、本実施形態では、引張強度ＴＳを、従来と同様に常温での引張強度ＴＳの値として使用する。

そして、本実施形態では、上記係数Ａ′と剪断温度αとの関係を、予め設定した剪断対象となる鋼板の鋼種毎に実験によって求めておく。但し、引張強度ＴＳは、上述のとおり、常温での引張強度ＴＳとする。
ここで、下記鋼種の板材において、係数Ａ′と剪断温度αとの関係を求めたところ、図１に示すような関係を得た。この図１を求める際に使用した鋼板は、Ｃ：０．１６質量％、Ｓｉ：０．２６質量％、Ｍｎ：０．９５質量％、Ｐ：０．０２質量％、Ｓ：０．０１６質量％、残部はＦｅ及び不可避的成分の鋼種である。

図１から分かるように、常温（室温〜７０℃前後）でのＡ′に対して、約２００〜３００℃の範囲の特定温度領域でのＡ′が約１／３もの小さな値となっている。このことは、剪断荷重予測値Ｆが、温度が３００℃前後の特定領域では常温の約１／３となることを指す。
そして、本実施形態では、上記のような係数Ａ′と剪断温度αとの関係を、予め、剪断装置で剪断する可能性のある剪断候補の鋼種について、個別の実験などによって求めておく。求めた「係数Ａ′−剪断温度α」の関係は、鋼種毎に関数式やマップなどの形式で記憶しておく。この「係数Ａ′−剪断温度α」の情報を、温度剪断情報とも呼ぶ事にする。

（構成）
次に、本発明を適用する設備の一実施形態の例を示す。本実施形態では、仕上圧延後のクロップシャーに対して本発明を適用した例である。本発明を適用する剪断装置は、サイドシャーや他の設備における切断工程で使用する剪断装置（シャー）であっても問題は無い。
図２は、本実施形態の設備構成例を説明する概要図である。
すなわち、上流側から順番に、加熱炉１、仕上圧延機２、プリレベラー３、ホットレベラー４、クーリングベッド５、温度検出装置１３、クロップシャー７、サイドシャー８、エンドシャー９が配置され、クーリングベッド５で目標の鋼板温度まで降下した仕上圧延及び矯正後の鋼板１１が、クロップシャー７に向けて搬送される。このとき、コントローラ１２は、クロップシャー７で剪断可能な鋼板１１か否かの判定を行い、クロップシャー７で剪断可能な鋼板１１と判定された場合には、当該鋼板１１をクロップシャー７に送ってクロップの切断が剪断で実施される。一方、コントローラ１２が、クロップシャー７で剪断出来ないと判定した場合には、その鋼板１１を搬送ラインから外して、オフラインでガス切断やレーザー切断などの切断機１０にて切断作業を行う、あるいは、コントローラ１２が、クロップシャー７で剪断出来ないと判定した場合に、クロップシャー７においては処理をせず素通しして、さらに下流のエンドシャー９で剪断するなど、下流の設備を使用して処理を実施する。

次に、上記コントローラ１２の処理について説明する。
コントローラ１２は、剪断判定部１２Ａを備える。その剪断判定部１２Ａの処理を、図３を参照して説明する。
剪断判定部１２Ａは、ステップＳ１０にて、上記温度検出装置１３が検出した鋼板温度情報を取得する。
次に、ステップＳ２０にて、鋼板温度情報と搬送速度とに基づきクロップシャー７の位置における剪断温度αを求める。すなわち、温度検出位置からクロップシャー７までの温度降下量を求め、検出した鋼板温度から温度降下量を減算して剪断温度αを求める。

次に、ステップＳ３０にて、求めた剪断温度αをパラメータとして、対象の鋼種の温度剪断情報を適用して、当該剪断温度αに対応する剪断係数Ａ′を求める。
次に、ステップＳ４０にて、上記（４）式に基づき、対象とする鋼種の板厚ｔ、及び常温での引張強度ＴＳを使用して、剪断荷重予測値Ｆを求める。
ここで、常温での引張強度ＴＳは、鋼種毎に予め決定されている値である。板厚ｔは、実測値でも良いが、予め設定された板厚目標値でも良い。
次に、ステップＳ５０にて、予め設定されているクロップシャー７の限界剪断荷重Ｆｘと、上記ステップＳ４０で求めた剪断荷重予測値Ｆとを比較し、下記式のように、剪断荷重予測値Ｆが限界剪断荷重Ｆｘ以下である場合には、剪断可能と判定する（ステップＳ５３）。一方、下記式を満足しない場合には剪断不可と判定する（ステップＳ５６）。
Ｆ ≦ Ｆｘ

次に、ステップＳ６０では、判定結果を出力する。剪断判定部１２Ａは、以上の処理を、次材が温度検出位置に到達する度に実施する。
そして、上記コントローラ１２で、剪断可能と判定された場合には、そのままクロップシャー７まで搬送して剪断処理を行う。一方、コントローラ１２が剪断不可と判定された場合には、オフラインでの切断処理を行う。あるいは、コントローラ１２で剪断不可と判断された場合に、クロップシャー７においては処理をせずクロップシャー７を素通しして、さらに下流のエンドシャー９で剪断することとしてもよい。

ここで、上記実施形態では、本発明に基づく剪断可否判定をクロップシャー７に適用した場合で説明しているが、エンドシャー９に対して適用しても良い。また、複数のシャーに対して、同時期に上記可否判定を行い、全てのシャーで剪断可とした場合にオンラインでの剪断処理を実行したり、剪断可能なシャーを決定し、剪断可能なシャー位置までは剪断で処理を行い、残りの切断をオフラインで実施するようにしたりしても良い。

（動作その他）
本実施形態では、剪断温度αに基づき、予め求めた「係数Ａ′−剪断温度α」の情報（温度剪断情報）を参照して、係数Ａ′を求め、その求めた係数Ａ′と対象とする鋼板１１の板厚ｔ、常温での引張強度ＴＳとを（３）式に代入して、剪断荷重予測値Ｆを求める。そして、求めた剪断荷重予測値Ｆに基づき対象とする剪断装置での剪断可否を判定する。
なお、剪断可否の判定に当たっては、剪断荷重以外に、板幅や板厚など鋼板サイズの観点からの装置制約も考慮すべきであるが、これら鋼板サイズに起因する制約因子については、従来と同様に判定することが可能である。よって、以下、本発明の特徴である、剪断荷重の予測方法やそれに基づく剪断可否判定方法について説明する。

従来にあっては、常温での引張強度に基づき剪断荷重予測値Ｆを求めているが、本実施形態では、例えば図１の鋼種において、剪断温度αが２００℃の場合には、Ａ′が常温時の半分以下として求められる。
この結果、常温の温度での係数Ａ′では、剪断装置で剪断不可と判定される鋼板１１であっても、剪断可能と判定される可能性が高くなる。すなわち、従来であれば、剪断不可と判定された鋼板の中には、本発明を適用することで、剪断可能と判定されて剪断される鋼板が生じるので、オフラインでの切断を減らすことが可能となる。

また、引張強度ＴＳ及び板厚ｔを無次元化した係数Ａ′を剪断温度αのパラメータとした値とすることで、すなわち、引張強度ＴＳも温度依存性があるが、剪断荷重を予測するに当たって温度依存性の因子を係数Ａ′が受け持ち、引張強度ＴＳとして常温の値を採用することで、簡易に上記剪断荷重予測値Ｆを演算することが可能となる。
ここで、図２に示す剪断温度αと係数Ａ′との関係において、２００〜３００℃前後の特定温度領域で係数Ａ′が常温の約１／３まで小さくなっている。この特定温度領域は、青熱脆性域の温度と重なっている。この青熱脆性域の温度では、一般に、鋼の引張強度ＴＳや硬さが常温の場合より増加し、伸び・絞りが減少する現象が知られている。

このように、上記青熱脆性域の温度では逆に常温時よりも引張強度ＴＳが増加していることから、仮に、温度依存性がある引張強度ＴＳ自体を、剪断温度αをパラメータとして上記（１）式に適用した場合には、剪断荷重予測値Ｆが、常温時よりも青熱脆性域の温度で高い値となり、実態と離れる。このため、（１）式とは異なる式によって剪断荷重予測値Ｆを求める必要が発生する。これに対し、本願発明では、剪断荷重を予測するに当たって温度依存性の因子を係数Ａ′（あるいは係数Ａ）が受け持ち、引張強度ＴＳとして常温の値を採用するので、従来使用している（１）式を使用しつつ、簡易に剪断温度αに基づく剪断荷重予測値Ｆを求めることが可能となる。なお、常温時に比べて、青熱脆性域の温度での引張強度ＴＳは、通常２倍も高くなることは無い。

以上のように、本実施形態では、上記予め求めた「係数Ａ′−剪断温度α」の関係を採用して（３）に基づき求めた剪断荷重予測値Ｆを使用すると、青熱脆性域の温度以外の剪断温度αであっても、実際の剪断荷重予測値Ｆを簡易且つ精度良く求めることが可能となる。この結果、従来、剪断不可と判定される場合であっても、実際に剪断可能な鋼板１１を剪断可能と判定できる結果、従来よりも多くの鋼板を剪断処理することが可能になり、オフラインでの切断処理を減少させることが出来る。

そして、上述した判定方法により剪断可能であると判断された鋼板を前記剪断装置で剪断することにより、厚鋼板などの鋼板を製造すれば、従来に比べてより多くの鋼板を各種の熱切断でなく剪断で処理することが可能となるので、生産効率向上に寄与する。
ここで、上記実施形態では、剪断装置に到達したときの剪断温度αから剪断可否を判定する場合を説明した。この処理の代わりに、次のように処理しても良い。
１）常温での剪断荷重予測値Ｆが限界剪断荷重Ｆｘよりも高い鋼板１１にだけ、上記剪断温度αに基づく剪断可否を実施するようにしても良い。常温での剪断荷重予測値Ｆは前もって求めることが出来るので、上記剪断温度αに基づく剪断可否を判定する鋼板１１を減らすことが出来る。
２）また剪断装置の限界剪断荷重Ｆｘから、剪断可能な係数Ａ′の上限値Ａｘを先に求めておき、その係数Ａｘと、上記剪断温度αから求めた係数Ａ′とを比較して剪断可否を判定しても良い。

３）また上記上限の係数Ａｘから、温度剪断情報に基づき、対象とする板を剪断可能な剪断温度αの上限αｘを求め、その上限値αｘと実際の剪断温度αとを比較して剪断可否を判定しても良い。逆に剪断温度αが上記上限値αｘ以上かつ青熱脆性域以下の温度までの温度に予め鋼板１１を加熱する加熱装置を別途設けるようにしても良い。この場合、例えば、図４に示すように、クロップシャー７の上流側に加熱装置２０を設け、コントローラ１２の指示を受けて鋼板１１を加熱し、加熱装置２０に内蔵される図示しない温度検出装置により、剪断可能な温度域にまで鋼板が加熱されたことを確認した上で、クロップシャー７にて鋼板を剪断することができる。例えば、コントローラ１２は、対象とする鋼板１１の剪断可能な温度の情報を加熱装置２０に出力する。そして、加熱装置２０が、図示しない温度検出装置の検出情報に基づき鋼板１１を剪断可能な温度以上に加熱した後に、鋼板１１をクロップシャー７側に搬送するようにする。
ここで、上記説明では、係数Ａ′を使用して説明したが、係数Ａ′の代わりに係数Ａ（＝Ａ′／ｔａｎθ）そのものを使用しても良い。

７ クロップシャー（剪断装置）
１１ 鋼板
１２ コントローラ
１２Ａ 剪断判定部
１３ 温度検出装置
２０ 加熱装置
Ａ、Ａ′ 剪断係数
Ｆ 剪断荷重予測値
Ｆｘ 限界剪断荷重
ＴＳ 引張強度
α 剪断温度

Claims (5)

1. 搬送されてくる鋼板に対し、剪断装置で剪断可能か否かを判定する剪断可否判定方法において、
   剪断候補の鋼板毎に、対象とする鋼板の剪断時の温度である剪断温度と係数Ａとの関係である温度剪断情報を予め求めておき、
   剪断候補の鋼板の実際の剪断温度と上記予め求めた温度剪断情報とから求めた係数Ａと、下記（１）式とに基づき、剪断可能か否かを判定することを特徴とする剪断可否判定方法。
   Ｆ ＝Ａ・ｔ^２・ＴＳ／ｔａｎθ ・・・（１）
   ここで、
   Ｆ：剪断荷重予測値
   Ａ：剪断に係る係数
   ｔ：鋼板の板厚
   ＴＳ：鋼板の引張強度
   θ：剪断レーキ角
   である。
2. 対象とする鋼板の実際の剪断温度から、上記予め求めた温度剪断情報に基づき当該剪断温度に対応する係数Ａを求め、その求めた係数Ａを使用して剪断荷重予測値Ｆを求め、その求めた剪断荷重予測値Ｆに基づき、剪断可能か否かを判定することを特徴とする請求項１に記載した剪断可否判定方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の剪断可否判定方法で剪断可能と判定された鋼板を前記剪断装置で剪断することを特徴とする鋼板の製造方法。
4. 搬送されてくる鋼板を剪断装置で剪断する剪断設備であって、
   請求項１又は請求項２に記載の剪断可否判定方法で剪断可否を判定する剪断判定部を備え、
   剪断判定部により剪断可能と判定された場合には、前記鋼板を剪断することを特徴とする鋼板の剪断設備。
5. 前記剪断判定部に加えて、
   剪断装置の上流に配置されて、剪断時の鋼板の温度を増加可能な加熱装置、を備え、
   剪断判定部の判定に基づき加熱すると剪断可能な場合には、前記鋼板を剪断可能な温度にまで上記加熱装置で加熱することを特徴とする請求項４に記載の鋼板の剪断設備。
   

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