JP2020151750A - 連続熱間圧延における鋼片の接合装置、該接合装置を用いた鋼片の接合方法及び該接合方法を用いた熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合用クランプに溶鋼が堆積することを防止する連続熱間圧延における鋼片の接合装置、該接合装置を用いた鋼片の接合方法及び該接合方法を用いた熱延鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る連続熱間圧延における鋼片３の接合装置１は、先行鋼片３ａの尾端と後行鋼片３ｂの先端を加熱して押圧接合するものであって、先行鋼片３ａを挟持する上流側クランプ５ａと後行鋼片３ｂを挟持する下流側クランプ５ｂを備え、上流側クランプ５ａまたは下流側クランプ５ｂは上下一対の目違い防止板１３を有し、目違い防止板１３は凸部１５ａ、１７ａと凹部１５ｂ、１７ｂからなる櫛歯形状を有しており、鋼片３の下側に配置される目違い防止板１３ｂは、先行鋼片３ａと後行鋼片３ｂの接合位置１９から上流側及び下流側の少なくとも５０ｍｍの範囲において、凸部１７ａと凹部１７ｂの高さの差を１０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、連続熱間圧延ラインの仕上げ圧延機の入側で先行鋼片と後行鋼片とを接合する鋼片の接合装置、該接合装置を用いた鋼片の接合方法及び該接合方法を用いた熱延鋼板の製造方法に関する。

いわゆるバッチ式の熱間圧延ラインでは、鋼片を１本毎に加熱、粗圧延、仕上げ圧延して所望の厚さの鋼板に仕上げる。しかしながら、このバッチ式の熱間圧延ラインでは、特に仕上げ圧延工程において、鋼片先端の噛み込み不良、鋼片尾端の絞り込み、鋼片先端と尾端での寸法不良等の問題があった。
このため、最近では仕上げ圧延機の入側搬送ラインで、先行する鋼片の尾端部と後行する鋼片の先端部とを順次接合してから仕上げ圧延に供する連続圧延法（エンドレス圧延法）が提案され、これに伴い鋼片の接合方法についても種々の方法が開発されている。

その中でも、比較的短時間で接合を終了できる方法として、誘導加熱圧接法が知られている。誘導加熱圧接法とは、誘導加熱により先行鋼片の尾端部と後行鋼片の先端部との接合予定部を急速加熱したのち、互いに突き合せて押圧することによって、先行・後行両鋼片を接合するというものである（この押圧および接合を、以降、アップセットとも記す）。

しかしながら、従来の連続熱間圧延における鋼片の接合方法では、鋼中にＣｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ等のように、鋼の融点（１４００〜１６００℃）よりも高い融点を有する酸化物（Ｃｒ酸化物：融点約２０００℃）を生成する成分を含むステンレス鋼や高張力鋼板等を用いた場合、誘導加熱時に接合面に生成されるこれらの酸化物がアップセット後も接合部に固相として残って接合強度を著しく低下させ、後工程の仕上げ圧延にて接合部が破断する等の問題が生じる。

このような問題を解決する方法として特許文献１には、誘導加熱による加熱工程において先行鋼片および後行鋼片の各接合面の温度を鋼片の液相線温度以上に加熱することで、液相となった酸化物を溶けた鋼と共に排出して接合強度の低下を回避する方法が開示されている。

特開２０００−２７１６０５号公報

上述した特許文献１に記載された方法では、接合面を鋼片の融点以上の温度まで加熱することで、ステンレス鋼や高張力鋼を用いた場合であっても接合面に生成される酸化物を排出しやすくすることが可能であるが、排出性が良い（粘度が低い）ことからアップセット時の圧力によって溶鋼が飛散する場合がある。このような場合の問題点について図５を用いて説明する。

図５は接合装置において、目違い防止板３１を用いて先行鋼片３ａと後行鋼片３ｂを接合する過程を示す図である。図５（ａ）は先行鋼片３ａの尾端と後行鋼片３ｂの先端を加熱している状態、図５（ｂ）は加熱後に鋼片を突き合わせて押圧接合（アップセット）した状態、図５（ｃ）はアップセット後に目違い防止板３１を上下解放した状態をそれぞれ示している。
なお、図中に示す目違い防止板３１には、鋼片に対向する側に、鋼片側に突出して接合面が上下にずれることを防止する凸部３１ａと、加熱時及びアップセット時に液相化した酸化物を含む溶鋼３３（以降、ノロ３３とも記す）が排出される凹部３１ｂが形成されている。

図５（ａ）の図中の破線は、加熱前の先行鋼片３ａの尾端と後行鋼片３ｂの先端があった位置を示している。この部分が液相線温度以上に加熱されることで、加熱によって生成された酸化物を含めて液相化して、目違い防止板３１の凹部３１ｂに流れ出る。

加熱後、図５（ｂ）に示すように押圧接合（アップセット）すると、液相線温度以上に加熱したことで粘性が低くなっている溶鋼（ノロ）３３は、アップセット時に作用する圧力によって、飛散して目違い防止板３１の凹部３１ｂ内に流れ出る。

アップセット後、図５（ｃ）に示すように目違い防止板３１を上下解放すると、凹部３１ｂに流れ出たノロ３３の一部は鋼片に付着するが、下側の目違い防止板３１の凹部３１ｂに飛散した一部のノロ３３は鋼片に付着することなく凹部３１ｂに取り残される。
鋼片に付着したノロ３３は鋼片と共に接合装置から搬送されるため、バリ取り処理で鋼片から取り除かれるが、下側の目違い防止板３１の凹部３１ｂに付着したノロ３３は接合装置内部に残存してしまう。

特に、連続熱間圧延を行う場合においては、上記のようなノロ３３が目違い防止板３１内に堆積していくため、最終的には堆積したノロ３３が接合面に噛み込まれてしまって、鋼片の接合部の強度を著しく低下させてしまい、仕上げ圧延中に鋼片が破断してしまうという問題が生じる。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、接合用クランプに溶鋼が堆積することを防止する連続熱間圧延における鋼片の接合装置、該接合装置を用いた鋼片の接合方法及び該接合方法を用いた熱延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る連続熱間圧延における鋼片の接合装置は、連続熱間圧延ラインの仕上げ圧延機の入側に設置されて先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端を加熱して押圧接合するものであって、前記先行鋼片を挟持する上流側クランプと前記後行鋼片を挟持する下流側クランプを備え、前記上流側クランプまたは前記下流側クランプは前記先行鋼片と前記後行鋼片の目違いを防止する上下一対の目違い防止板を有し、該目違い防止板は鋼片側に突出する凸部と該凸部より高さの低い凹部が鋼片幅方向に交互配列した櫛歯形状を有しており、前記目違い防止板のうち鋼片の下側に配置される目違い防止板は、前記先行鋼片と前記後行鋼片の接合位置から上流側及び下流側の少なくとも５０ｍｍの範囲において、前記凸部と前記凹部の高さの差を１０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記鋼片の下側に配置される目違い防止板の前記凸部と前記凹部の高さの差が、鋼片の上側に配置される目違い防止板の前記凸部と前記凹部の高さの差よりも小さいことを特徴とするものである。

（３）本発明に係る連続熱間圧延における鋼片の接合方法は、上記（１）又は（２）に記載の鋼片の接合装置を用いたものであって、前記接合装置で前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置し、前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを加熱する加熱工程と、該加熱工程において加熱された前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧接合する接合工程とを備え、前記接合工程において前記凹部に排出された溶鋼を鋼片の下面に付着させて前記接合装置の外へ搬送することを特徴とするものである。

（４）本発明に係る熱延鋼板の製造方法は、上記（３）に記載の連続熱間圧延における鋼片の接合方法を用いて熱延鋼板を製造することを特徴とするものである。

本発明においては、鋼片の下側に配置される目違い防止板における凹部と凸部の高さの差を１０ｍｍ以下にしたことで、従来の接合装置では鋼片に付着せずに目違い防止板に堆積していたようなノロも鋼片に付着させて搬送できるため、接合用クランプに溶鋼が堆積することを防止できる。

本発明の実施の形態にかかる接合装置を説明する図であり、図中に目違い防止板の一部を拡大して示している。 本発明の実施の形態にかかる目違い防止板を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる連続熱間圧延ラインの設備構成の一部を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる接合装置を用いた鋼片の接合過程を示す図であり、溶鋼の状態を説明する図である。 従来の接合装置を用いた鋼片の接合過程を示す図であり、溶鋼の状態を説明する図である。

本発明の一実施の形態に係る連続熱間圧延における鋼片の接合装置１は、図１に示すとおり、先行の鋼片３（先行鋼片３ａ）の尾端と先行鋼片３ａに引き続いて搬送される後行の鋼片３（後行鋼片３ｂ）の先端を加熱して押圧接合するものであり、先行鋼片３ａと後行鋼片３ｂの接合面が互いに非接触で対向配置されるように保持するクランプ５（上流側クランプ５ａ及び下流側クランプ５ｂ）と、上流側クランプ５ａ及び下流側クランプ５ｂによって保持された鋼片３の接合面を加熱する誘導加熱装置７と、上流側クランプ５ａを下流側クランプ５ｂ側に押して、接合面を突き合わせて押圧接合（アップセット）する押圧シリンダ９とを備えている。
本発明の特徴となる部分を有する上流側クランプ５ａ及び下流側クランプ５ｂについて、以下詳細に説明する。

＜上流側クランプ＞
上流側クランプ５ａは、先行鋼片３ａを挟持するためのものであり、先行鋼片３ａを鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の鋼片支持用ブロック１１（先行鋼片支持用ブロック１１ａ）を有している。

＜下流側クランプ＞
下流側クランプ５ｂは、後行鋼片３ｂを挟持するためのものであり、後行鋼片３ｂを鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の鋼片支持用ブロック１１（後行鋼片支持用ブロック１１ｂ）と、押圧接合時に鋼片３が上下方向にずれることを防止する上下一対の目違い防止板１３を有している。
以下、目違い防止板１３について詳細に説明する。

《目違い防止板》
目違い防止板１３は、図１に示すように後行鋼片支持用ブロック１１ｂに固定されており、鋼片接合部の上側および下側に配置することで押圧接合時に鋼片３が上下方向にずれることを防止するものである。目違い防止板１３の形状について、図１及び図２を用いて説明する。

図１に鋼片３の接合位置近傍（破線円部分）における目違い防止板１３を拡大した図を示すと共に、図２に目違い防止板１３の形状を説明するための斜視図を示す。
目違い防止板１３は、図１の拡大図及び図２に示すように、鋼片３の上側に配置される上側目違い防止板１５と鋼片３の下側に配置される下側目違い防止板１７からなり、上側目違い防止板１５及び下側目違い防止板１７は鋼片幅方向に複数の棒状部材が交互配列されている。上下側目違い防止板１５、１７の鋼片３側は、鋼片３に向けて突出する凸部１５ａ、１７ａと凸部より高さの低い凹部１５ｂ、１７ｂが形成され、櫛葉形状になっている。
凸部１５ａ、１７ａは鋼片３の上面及び下面に近接する位置に配置可能になっており、押圧接合時に先行鋼片３ａ及び後行鋼片３ｂの接合面が上下方向にずれることを防止する部分である。
また、凹部１５ｂ、１７ｂは鋼片３の上面及び下面に対して一定の隙間を介して配置され、押圧接合時に、液相化した溶鋼３３が流入する部分である。

本実施の形態における下側目違い防止板１７は、図１の拡大図に示す凸部１７ａと凹部１７ｂの高さの差である段差ｈが従来の目違い防止板よりも小さいという特徴がある。
段差ｈを小さく設定することで、鋼片３の下面から凹部１７ｂまでの距離が近くなり、それによって排出されたノロ３３が鋼片３の下面に接しやすくなる。

排出されたノロ３３が鋼片３の下面に接して、さらに付着しやすくするためには、段差ｈは１０ｍｍ以下にする必要がある。
また、段差ｈが１０ｍｍ以下とする範囲ｓは、図１の拡大図に示す接合位置１９から上流側及び下流側にそれぞれ５０ｍｍ以上とする。図中の接合位置１９は、誘導加熱装置７による加熱工程時に、加熱によって鋼片３の端部が液相化して流れ出たあとに先行鋼片３ａと後行鋼片３ｂが接合される位置である。このように、本発明における接合位置とは先行鋼片３ａと後行鋼片３ｂが接合されることが予定されている位置のことである。

本実施の形態では段差ｈが下側目違い防止板１７の全長に亘って一定である例を示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば接合位置１９から上下流側に５０ｍｍの範囲で段差ｈが１０ｍｍ以下となっていれば、それ以外の範囲で段差ｈが１０ｍｍより大きくなっている部分があってもよい。

下側目違い防止板１７の段差ｈを小さくしたことに伴い、下側目違い防止板１７の凹部１７ｂに流れきれない溶鋼（ノロ）３３が接合部を上方に移動して、上側目違い防止板１５側に排出されることが想定される。このようなノロ３３の排出を妨げないようにするため、上側目違い防止板１５の凸部１５ａと凹部１５ｂの高さは十分な差を設けるのが好ましい。もっとも、本発明においては、上側目違い防止板１５の凸部１５ａと凹部１５ｂの高さの差を限定するものではない。

なお、上記の説明では、上流側クランプ５ａを下流側クランプ５ｂ側に押圧して、接合面を突き合せて押圧接合する例を示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば下流側クランプ５ｂを上流側クランプ５ａ側に押圧して、押圧接合してもよい。
また、上述した例では下流側クランプ５ｂが目違い防止板１３を備えているが、本発明はそれに限定されるものではなく、上流側クランプ５ａ及び下流側クランプ５ｂのいずれかに目違い防止板１３が設けられていればよい。

次に、上記のように構成された本実施の形態に係る接合装置１を用いて行う鋼片３の接合方法と該接合方法を用いて熱延鋼板を製造する方法について、その一例を図３、図４を用いて以下に説明する。

図３は、本実施の形態における連続熱間圧延ライン２１の設備構成の一部を概略化した図である。コイルボックス２３から仕上げ圧延機２５の第１スタンドまでの設備配列を示すものであり、図中の矢印の方向に鋼片３が搬送されるものとする。
図３に示すように、粗圧延機（図示なし）から出てきた鋼片３はコイルボックス２３に巻き取られ、その後コイルボックス２３から巻き出された鋼片３はクロップシャー２７によって先端及び尾端を切断される。クロップシャー２７によって切断された先行鋼片３ａの尾端と、後行鋼片３ｂの先端は接合装置１によって接合される。
この接合装置１による鋼片３の接合方法について図１、図４を用いて詳しく説明する。

尾端を切断された先行鋼片３ａおよび先端を切断された後行鋼片３ｂは、図１に示した接合装置１における上流側クランプ５ａの先行鋼片支持用ブロック１１ａ及び下流側クランプ５ｂの後行鋼片支持用ブロック１１ｂに挟圧支持されて、切断面が互いに非接触で対向配置するように保持される。

その後誘導加熱装置７によって先行鋼片３ａの尾端及び後行鋼片３ｂの先端が鋼片３の液相線温度以上に加熱されると、図４（ａ）に示すように、先行鋼片３ａの尾端及び後行鋼片３ｂの先端（図中破線で示した部分）が液相化して下側目違い防止板１７の凹部１７ｂに流れ出る（加熱工程）。

その後、押圧シリンダ９が上流側クランプ５ａを下流側クランプ５ｂ方向（図４（ａ）図中矢印方向）に押圧することで、先行鋼片３ａの尾端が後行鋼片３ｂの先端に押し付けられ、図４（ｂ）に示すように、先行鋼片３ａと後行鋼片３ｂが接合される（接合工程）。
本発明では段差ｈが１０ｍｍ以下に設定されているため、接合工程時に鋼片３の下面側に排出されるノロ３３についても鋼片３に接しやすくなっている。よって、図４（ｃ）に示すように、目違い防止板１３を上下解放した後も、ノロ３３を鋼片３に付着させて搬送することが可能である。

接合工程によって押圧接合された鋼片３は、その後切削装置２９によって鋼片３に付着しているノロ３３が除去され、ノロ３３が除去された後に仕上げ圧延機２５及び図示しない他のスタンドによって仕上げ圧延されて、熱延鋼板が製造される。

以上のように、本実施の形態においては、接合装置１の下側目違い防止板１７の段差ｈを１０ｍｍ以下としたことで、従来では接合用クランプに堆積していたようなノロ３３も鋼片３に付着させて搬送できるようにしたため、接合装置１内部にノロ３３が堆積することを防止できる。これにより、従来生じていたような接合装置１内部に堆積したノロ３３を原因とする鋼板の破断が生じることなく、連続熱間圧延によって熱延鋼板を製造することが可能である。

本発明は、鋼種によらず効果があるが、先行鋼片３ａ及び後行鋼片３ｂのうちの少なくとも一方が鋼より高い融点の酸化物を生成する元素、例えばＣ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ等を単独又は合計で１ｗｔ％以上含む鋼種である場合に特に有効な手法である。具体的には、Ｃであれば０．０３質量％〜２．０質量％、Ｃｒであれば０．０３質量％〜３５．０質量％、Ｔｉであれば０．００１質量％〜０．５質量％、Ｍｎであれば０．０３質量％〜６．２質量％、Ａｌであれば０．０１質量％〜０．５質量％、Ｓｉであれば０．０３質量％〜４．０質量％程度を含んでおり、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼種である場合に特に有効な手法である。

本発明の接合装置１による作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
本実施例は、図３に示したような連続熱間圧延ライン２１で連続熱間圧延を行うものであり、鋼片３には粗圧延後の寸法が板幅１２００ｍｍ、厚み３５ｍｍである高張力鋼（Ｓｉ１．５質量％、Ｃ０．１２質量％、Ｍｎ２．７質量％、Ｃｒ０．９質量％、Ｔｉ０．０１５質量％、Ａｌ０．０３質量％、Ｐ０．００８質量％、Ｓ０．００１５質量％）を用いた。

また、本実施例における接合装置１は、図１に示したように、先行鋼片３ａの尾端及び後行鋼片３ｂの先端を５ｍｍの隙間を設けて対向配置して、誘導加熱装置７によって加熱後、押圧接合するものであり、誘導加熱装置７の加熱条件は、投入電力１０００ｋＷ、周波数１０００Ｈｚ、加熱時間６．０秒とした。これは、本実施例における鋼片３を融点以上に加熱するものである。さらに、融点以上の温度に加熱する領域は、加熱する前の先行鋼片３ａの尾端及び後行鋼片３ｂの先端からそれぞれ１２ｍｍの範囲とした。

上述したような接合装置１によって鋼片３を接合した後、切削装置２９でノロ３３を除去し、仕上げ圧延機２５によって板厚が２．０ｍｍになるように圧延を行った。
本実施例では、図１に示したような接合装置１の下側目違い防止板１７の凸部１７ａと凹部１７ｂの段差ｈと、段差ｈが１０ｍｍ以下である接合位置１９からの範囲ｓを変更してそれぞれ連続熱間圧延を行い、仕上げ圧延後の接合部外観を表面検査計でモニタリングし、板幅に対して５０%以上の長さの割れの欠陥が生じていた場合には連続圧延を中止するものとし、最大１０本まで連続熱間圧延を行った。

表１に、本実施例で設定した下側目違い防止板１７の凸部１７ａと凹部１７ｂの高さの差（段差）ｈ及びｈが１０ｍｍ以下である接合位置１９からの範囲ｓの値を示し、それぞれの条件で連続圧延が可能だった本数を示す。
連続圧延を４本以上行うことができたものは、接合強度の低下を防止できたと判断して、接合強度合否を合格（○）とし、割れが生じて連続圧延が３本以下で中止となったものを不合格（×）とした。

試験Ｎｏ．１及びＮｏ．２に示すように、従来例に相当する下側目違い防止板１７の凸部１７ａと凹部１７ｂの高さの差（段差）ｈが１０ｍｍより大きいものは、連続圧延３本以内に接合部に割れが発生した。また、試験Ｎｏ．８及びＮｏ．９に示すように、高さの差（段差）ｈが１０ｍｍ以下であっても、その範囲ｓが５０ｍｍより小さい場合には、連続圧延３本以内に接合部に割れが発生した。
一方、試験Ｎｏ．３〜Ｎｏ．７に示すように、高さの差（段差）ｈが１０ｍｍ以下であり、かつ、その範囲ｓが５０ｍｍ以上に亘ってある場合には、連続圧延を４本以上行うことができた。

１ 接合装置
３ 鋼片
３ａ 先行鋼片
３ｂ 後行鋼片
５ クランプ
５ａ 上流側クランプ
５ｂ 下流側クランプ
７ 誘導加熱装置
９ 押圧シリンダ
１１ 鋼片支持用ブロック
１１ａ 先行鋼片支持用ブロック
１１ｂ 後行鋼片支持用ブロック
１３ 目違い防止板
１５ 上側目違い防止板
１５ａ 凸部
１５ｂ 凹部
１７ 下側目違い防止板
１７ａ 凸部
１７ｂ 凹部
１９ 接合位置
２１ 連続熱間圧延ライン
２３ コイルボックス
２５ 仕上げ圧延機
２７ クロップシャー
２９ 切削装置
３１ 目違い防止板（従来例）
３１ａ 凸部（従来例）
３１ｂ 凹部（従来例）
３３ 溶鋼（ノロ）

Claims (4)

1. 連続熱間圧延ラインの仕上げ圧延機の入側に設置されて先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端を加熱して押圧接合する接合装置であって、
   前記先行鋼片を挟持する上流側クランプと前記後行鋼片を挟持する下流側クランプを備え、前記上流側クランプまたは前記下流側クランプは前記先行鋼片と前記後行鋼片の目違いを防止する上下一対の目違い防止板を有し、該目違い防止板は鋼片側に突出する凸部と該凸部より高さの低い凹部が鋼片幅方向に交互配列した櫛歯形状を有しており、
   前記目違い防止板のうち鋼片の下側に配置される目違い防止板は、前記先行鋼片と前記後行鋼片の接合位置から上流側及び下流側の少なくとも５０ｍｍの範囲において、前記凸部と前記凹部の高さの差を１０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合装置。
2. 前記鋼片の下側に配置される目違い防止板の前記凸部と前記凹部の高さの差が、鋼片の上側に配置される目違い防止板の前記凸部と前記凹部の高さの差よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の連続熱間圧延における鋼片の接合装置。
3. 請求項１及び２に記載の鋼片の接合装置を用いた連続熱間圧延における鋼片の接合方法であって、
   前記接合装置で前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置し、前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを加熱する加熱工程と、該加熱工程において加熱された前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧接合する接合工程とを備え、前記接合工程において前記凹部に排出された溶鋼を鋼片の下面に付着させて前記接合装置の外へ搬送することを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合方法。
4. 請求項３記載の連続熱間圧延における鋼片の接合方法を用いて熱延鋼板を製造することを特徴とする熱延鋼板の製造方法。