JP2023127690A - Welding method of metal strip and welding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属帯連続処理ラインにおける金属帯の溶接方法および溶接装置に関し、特に、高張力鋼板を対象とし、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部をマッシュシーム溶接により溶接し、溶接部を後加熱により焼き戻して、溶接部の硬さを確実に低減させつつ、板破断を防止し、高い生産性を実現する金属帯の溶接方法および溶接装置に関する。 The present invention relates to a metal strip welding method and a welding device in a metal strip continuous processing line, and in particular to high-strength steel plates, the tail end of a leading metal strip and the tip end of a trailing metal strip are welded by mash seam welding. The present invention also relates to a metal strip welding method and welding apparatus that temper the welded part by post-heating to reliably reduce the hardness of the welded part, prevent plate breakage, and realize high productivity.
鋼帯などの金属帯の連続処理ラインでは、ライン入側で溶接により先行金属帯(以下、「先行材」ともいう。)と後行金属帯(以下、「後行材」ともいう。)をつなぎ合わせることで連続処理を可能としている。溶接方法としては、突き合わせ抵抗溶接、重ね合わせ抵抗溶接(「マッシュシーム溶接」といい、以下、「MSW」ともいう。)、レーザー溶接など様々だが、一般に、厚さ2~3mm以上の厚物材には突き合わせ抵抗溶接やレーザー溶接が使われ、2mm以下の薄物材には重ね合わせ抵抗溶接(MSW)が使われている。 In a continuous processing line for metal strips such as steel strips, a leading metal strip (hereinafter also referred to as "preceding material") and a trailing metal strip (hereinafter also referred to as "following material") are welded at the entry side of the line. By linking them together, continuous processing is possible. There are various welding methods, such as butt resistance welding, overlap resistance welding (referred to as "mash seam welding", hereinafter also referred to as "MSW"), and laser welding, but in general, thick materials with a thickness of 2 to 3 mm or more are used. Butt resistance welding and laser welding are used for thin materials of 2 mm or less, and overlap resistance welding (MSW) is used for thin materials of 2 mm or less.
近年、高張力鋼板の需要が増加しているが、高張力鋼板は、炭素(C)を多く含むため、熱処理によりマルテンサイト変態した際に、溶接部の硬度が大きく上昇するという問題点がある。 In recent years, demand for high-strength steel sheets has increased, but since high-strength steel sheets contain a large amount of carbon (C), there is a problem in that when they undergo martensitic transformation due to heat treatment, the hardness of the welded part increases significantly. .
MSWでは、溶接時、溶接部がA3変態点以上の1000℃を超えるオーステナイト領域の温度まで加熱されるが、その後、自然冷却される過程でマルテンサイト開始点(Ms点)まで急冷(焼入れ)され、溶接部は、マルテンサイト変態し、硬化する。溶接入熱の行われていない母材部分は、熱硬化の影響を受けないため、母材部分と溶接部では硬度差が生じ、連続処理ラインにおいて繰り返し曲げを受けた際、板破断を起こす恐れがある。焼鈍炉内で破断すると、炉内の損傷による炉のメンテナンスや破断した板の除去に要する操業停止に伴う生産性低下を引き起こすなど大きな問題となる。そのようなトラブルの起因となる母材部分と溶接部の硬度差をなくすために、マルテンサイト変態した溶接部を熱処理により焼き戻すことで、硬度差を低減する必要がある。 In MSW, during welding, the welded part is heated to a temperature in the austenite region exceeding 1000°C, which is the A3 transformation point, but is then rapidly cooled (quenched) to the martensite starting point (Ms point) during the natural cooling process. , the welded part undergoes martensitic transformation and hardens. Since the base metal part where no welding heat is input is not affected by thermosetting, there is a difference in hardness between the base metal part and the welded part, which may cause the plate to break when subjected to repeated bending on a continuous processing line. There is. If the sheet breaks in the annealing furnace, it will cause serious problems such as damage to the inside of the furnace, which will cause a reduction in productivity due to furnace maintenance and operation stoppages required to remove the broken plate. In order to eliminate the hardness difference between the base metal part and the welded part that causes such troubles, it is necessary to reduce the hardness difference by tempering the welded part that has undergone martensitic transformation by heat treatment.
金属帯連続処理ラインにおける金属帯の溶接方法として、特許文献1には、複数の薄鋼板の重ね合わせ部に対するマッシュシーム溶接(MSW)により、形成された接合部の機械的特性を改善することを目的とし、同種の銅合金製の円板電極(電極輪)により溶接した後、MSW装置の電極輪を再度後退させて往復させることで、同一の電極輪を用いてMSWと後加熱処理(MSWによる加熱により焼き入れされた溶接部の焼き戻し処理)を行い、さらに後加熱処理と同時に、重ね合わせ部の厚みを低減する加工(スエージング)を同時に行う、溶接継手の形成方法が開示されている。
As a method for welding metal strips in a continuous metal strip processing line,
また、特許文献2には、特許文献1と異なるマッシュシーム溶接方法として、2枚の金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部を上下一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、前記2枚の金属板を接合した後、前記金属板の接合部を上下一対の加圧ローラで圧延する圧延工程を備えるマッシュシーム溶接方法が開示されている。
In addition,
さらに、特許文献3には、自動車車体のような鋼構造物のシーム溶接において、シーム溶接後に、熱処理を実施してシーム溶接部をマルテンサイト開始温度(Ms点)未満に冷却し、続いてシーム溶接部を焼き戻し、この焼き戻しは、マルテンサイト開始温度を超えるが下部臨界温度を越えないように加熱するもので、溶接後熱処理を用いてシーム溶接継手の性能を改善する方法が開示されている。
Furthermore,
なお、特許文献4には、マッシュシーム溶接機の省力化を実現するために、金属板の重ねしろを小さくしてもよいように溶接直後に冷却媒体をかけて急冷し、溶接不良の要因となる重ねしろの変化を防止する溶接機が開示されている。
In addition,
特許文献1に記載された溶接継手の接合方法は、マッシュシーム溶接時と後熱処理時とで、同じ電極輪を用い、重ね合わせた鋼板に対して、加圧及び通電しながら上側の電極輪及び下側の電極輪に対する相対的な移動方向を逆方向とすることにより、マッシュシーム溶接を行う設備と後熱処理を行う設備とを共通にしている。しかし、特許文献1に記載された方法では、重ね合わせた鋼板の接合予定箇所に対して、上側の電極輪及び下側の電極輪を往復させる必要があり、生産性の低下につながるという課題があった。
The method for joining welded joints described in
これに対し、特許文献2に開示されたマッシュシーム溶接方法として、2枚の金属板の端部を重ね合わせて連続的に溶接し、続けて加圧ローラで圧延する方法が示されている。これに加えて、さらに加圧ローラの後方に後加熱処理装置を配置して続けて熱処理を行えば、生産性を向上することができると記載されているが、特許文献1に開示されたマッシュシーム溶接方法よりも生産性を向上できる反面、加圧ローラと後加熱処理装置の間隔が狭く、特許文献1ほどマッシュシーム溶接が終了してから熱処理(後加熱)を開始するまでの間に時間を確保することが困難であり、溶接部の焼き戻しを確実に行えない場合があり、母材部分と溶接部の硬度差が低減されず、溶接部の硬度が高いままとなるという課題があった。
On the other hand, as a mash seam welding method disclosed in
また、特許文献3は、自動車車体のような鋼構造物のシーム溶接であり、金属帯の連続処理ラインにおける金属帯端部のシーム溶接方法に関して、生産性の向上と溶接部の焼き戻しを安定的に両立させる方法については、記載も示唆もされていない。
Furthermore,
さらに、特許文献4は、単にマッシュシーム溶接を行うだけの装置が示されているのみで、溶接後の圧延およびその後の熱処理については、何ら記載がない。溶接後の急冷処理も重ねしろを確保するためであり、母材部分と溶接部の硬度差が低減されず、溶接部の硬度が高くなるという問題点は解消されてはいない。
Further,
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、金属帯のマッシュシーム溶接後の溶接部の焼き戻しを確実に行って、母材部分と溶接部の硬度差を低減し、連続処理ラインにおける板破断を防止することができる金属帯の溶接方法および溶接装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is possible to reliably temper the welded part after mash seam welding of a metal strip, reduce the hardness difference between the base metal part and the welded part, and continuously process the welded part. An object of the present invention is to provide a metal strip welding method and a welding device that can prevent plate breakage in a line.
本発明者らは、金属帯連続処理ラインにおけるMSWを用いる金属帯の溶接方法において、MSWの後、加圧ローラで圧延し、続けて後加熱装置により溶接部に焼き戻し処理を行っても、その焼き戻し処理の効果が得られず、母材部分と溶接部の硬度差が低減されずに溶接部の硬度が高いマルテンサイト組織のままである現象が発生する原因を鋭意検討した。 The present inventors have discovered that in a metal strip welding method using MSW in a continuous metal strip processing line, even if the welded part is rolled with a pressure roller after MSW and subsequently tempered with a post-heating device, We conducted a thorough investigation into the reasons why the tempering process was not effective and the hardness difference between the base metal and the weld was not reduced, leaving the weld with a martensitic structure with high hardness.
その結果、MSW直後の溶接部の温度にばらつきが生じているため、その温度が所定の温度よりも高温の場合に、溶接部の硬度が高いマルテンサイト組織のままであることを突き止めた。 As a result, it was found that due to variations in the temperature of the weld immediately after MSW, when the temperature is higher than a predetermined temperature, the weld remains a martensitic structure with high hardness.
MSWは、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部をそれぞれクランプして先行金属帯と後行金属帯とを重ね合わせ、その重ね合わせ部を上下一対の電極輪で挟み、適当な加圧力を加えて電流を流し、重ね合わせ部の接触抵抗により発生するジュール熱でお互いを溶融接着させる接合方法であり、このMSWにおける発熱量は、溶接電流および金属帯どうしの重ね代および加圧力の影響を受ける通電抵抗により決定される。 MSW is made by clamping the tail end of the leading metal band and the tip of the trailing metal band, overlapping the leading metal band and the trailing metal band, and sandwiching the overlapping part between a pair of upper and lower electrode rings. This is a joining method in which a current is applied by applying a certain pressure, and the Joule heat generated by the contact resistance of the overlapped parts is used to melt and bond them together. Determined by current carrying resistance which is affected by pressure.
しかしながら、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の重ね代は、それぞれの金属帯をクランプするクランプフレーム等の機械精度により、数パーセント程度のばらつきが生じる場合がある。また、電極輪の摩耗劣化によっても加圧力にばらつきが生じ得る。さらに、工場内の電源負荷変動に伴う電圧の脈動により溶接電流の設定に対して実際の溶接電流のばらつきが生じる。これらの原因により、MSW直後の溶接部の温度は、1000~1100℃の範囲でばらつきが生じることを見出した。 However, the overlapping margin between the tail end of the leading metal band and the leading end of the trailing metal band may vary by several percent depending on the mechanical accuracy of the clamp frame or the like that clamps each metal band. In addition, variations in the pressing force may occur due to wear and deterioration of the electrode wheel. Further, due to voltage pulsations due to power supply load fluctuations within the factory, actual welding current varies with respect to the welding current setting. It has been found that due to these causes, the temperature of the welded part immediately after MSW varies in the range of 1000 to 1100°C.
さらに、MSW直後の溶接部の温度が所定の温度よりも高いと、後加熱装置による溶接部の焼き戻し処理の前までに、溶接部の温度がマルテンサイト開始温度(Ms点)未満まで下がらずにマルテンサイト変態を生じず、金属組織はオーステナイトのままであり、後加熱装置による溶接部の焼き戻し処理を行っても焼き戻しされない。また、炭素を多く含む1470MPa以上の強度を有する高張力鋼板においては、その後の待機空冷中に、Ms点以下まで急冷されなくとも、溶接部は室温まで徐冷される過程で硬度の高いマルテンサイト組織に変態する。このため、後加熱装置による熱処理後も、溶接部の硬度が高いマルテンサイト組織のままであることを見出した。 Furthermore, if the temperature of the weld zone immediately after MSW is higher than a predetermined temperature, the temperature of the weld zone will not fall below the martensite start temperature (Ms point) before the weld zone is tempered by the post-heating device. No martensitic transformation occurs, the metal structure remains austenite, and even if the welded part is tempered using a post-heating device, it will not be tempered. In addition, in high-strength steel sheets containing a large amount of carbon and having a strength of 1470 MPa or more, during the subsequent standby air cooling, even if the weld is not rapidly cooled to below the Ms point, the welded part will be formed with high hardness martensite during the slow cooling process to room temperature. Transform into an organization. Therefore, it has been found that even after heat treatment using a post-heating device, the welded portion remains in a martensitic structure with high hardness.
本発明は、上述の検討などの結果から得られた知見に基づき、さらに検討を加えてなされたものであり、その構成は以下のとおりである。
〔1〕金属帯連続処理ラインにおける金属帯の溶接方法であって、
先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部とを重ね合わせ、該重ね合わせ部を上下一対の電極輪を回転させてマッシュシーム溶接する溶接工程と、
前記溶接工程で溶接された溶接部を上下一対の加圧ローラで圧延する圧延工程と、
前記圧延工程で圧延された前記溶接部に対して熱処理を行う後加熱工程と、
を有し、
さらに、前記後加熱工程の前に、前記溶接部を冷却する冷却工程を
有することを特徴とする金属帯の溶接方法。
〔2〕前記〔1〕において、前記冷却工程が、前記溶接部に冷却媒体を吹きかける方法、前記圧延工程における圧延速度を低下させる方法、および前記後加熱工程の前に所定時間待機させる方法のうちの少なくともいずれかの方法であることを特徴とする金属帯の溶接方法。
〔3〕前記〔1〕または〔2〕において、前記冷却工程は、前記溶接工程の直後の前記溶接部の温度に基づいて行うことを特徴とする金属帯の溶接方法。
〔4〕前記〔1〕ないし〔3〕のいずれか一つにおいて、前記金属帯が、板厚2mm以下で1470MPa以上の強度を有する高張力鋼板であることを特徴とする金属帯の溶接方法。
〔5〕金属帯連続処理ラインにおける金属帯の溶接装置であって、
先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部とを重ね合わせ、該重ね合わせ部を上下一対の電極輪を回転させてマッシュシーム溶接する溶接手段と、
前記溶接手段で溶接された溶接部を上下一対の加圧ローラで圧延する圧延手段と、
前記圧延手段で圧延された前記溶接部に対して熱処理を行う後加熱手段と、
を備え、
さらに、前記後加熱手段の上流側に、前記溶接部を冷却する冷却手段を
備えることを特徴とする金属帯の溶接装置。
〔6〕前記〔5〕において、前記冷却手段が、前記溶接部に冷却媒体を吹きかける冷却媒体噴射装置であることを特徴とする金属帯の溶接装置。
〔7〕前記〔6〕において、前記冷却媒体噴射装置が、高圧エアー噴射装置であることを特徴とする金属帯の溶接装置。
〔8〕前記〔5〕ないし〔7〕のいずれか一つにおいて、前記後加熱手段が、誘導加熱装置であることを特徴とする金属帯の溶接装置。
〔9〕前記〔5〕ないし〔8〕のいずれか一つにおいて、前記金属帯が、板厚2mm以下で1470MPa以上の強度を有する高張力鋼板であることを特徴とする金属帯の溶接装置。
The present invention has been made based on the knowledge obtained from the results of the above-mentioned studies, and further studies have been made, and the configuration thereof is as follows.
[1] A metal strip welding method in a metal strip continuous processing line, comprising:
a welding process in which the tail end of the leading metal band and the tip of the trailing metal band are overlapped, and the overlapping part is mash-seam welded by rotating a pair of upper and lower electrode wheels;
a rolling step of rolling the welded part welded in the welding step with a pair of upper and lower pressure rollers;
a post-heating step of performing heat treatment on the welded part rolled in the rolling step;
has
The method for welding metal strips further comprises a cooling step of cooling the welded portion before the post-heating step.
[2] In [1] above, the cooling step includes a method of spraying a cooling medium onto the welded part, a method of reducing the rolling speed in the rolling step, and a method of waiting for a predetermined time before the post-heating step. A method for welding a metal strip, characterized by being at least one of the following methods.
[3] The method for welding a metal strip according to [1] or [2], wherein the cooling step is performed based on the temperature of the welded part immediately after the welding step.
[4] The method for welding a metal strip according to any one of [1] to [3], wherein the metal strip is a high-tensile steel plate having a thickness of 2 mm or less and a strength of 1470 MPa or more.
[5] A metal strip welding device in a metal strip continuous processing line, comprising:
Welding means for overlapping the tail end of the leading metal band and the tip end of the trailing metal band, and performing mash seam welding on the overlapping part by rotating a pair of upper and lower electrode wheels;
a rolling means for rolling the welded part welded by the welding means with a pair of upper and lower pressure rollers;
post-heating means for heat-treating the welded part rolled by the rolling means;
Equipped with
The apparatus for welding metal strips further comprises a cooling means for cooling the welded portion upstream of the post-heating means.
[6] The metal strip welding device according to [5] above, wherein the cooling means is a cooling medium injection device that sprays a cooling medium onto the welded portion.
[7] The metal strip welding device according to [6] above, wherein the cooling medium injection device is a high-pressure air injection device.
[8] The metal strip welding device according to any one of [5] to [7], wherein the post-heating means is an induction heating device.
[9] The metal strip welding device according to any one of [5] to [8], wherein the metal strip is a high-tensile steel plate having a thickness of 2 mm or less and a strength of 1470 MPa or more.
本発明により、後加熱工程の前に、溶接部を冷却する冷却工程を設けることにより、後加熱工程の前までに、マッシュシーム溶接直後の溶接部の温度のばらつきが生じても、その溶接部の温度を低下させて、後加熱工程の前までにマルテンサイト変態を生じさせることができる。これにより、後加熱工程による溶接部の焼き戻しを確実に行い、母材部分と溶接部の硬度差を低減することができ、連続処理ラインにおいて、金属帯が繰り返し曲げ変形を受けた際の板破断を防止することができる。 According to the present invention, by providing a cooling process for cooling the welded part before the post-heating process, even if the temperature of the welded part immediately after mash seam welding varies before the post-heating process, the welded part can be The martensitic transformation can occur before the post-heating step by lowering the temperature. This makes it possible to reliably temper the welded part in the post-heating process and reduce the difference in hardness between the base metal part and the welded part. Breakage can be prevented.
[マッシュシーム溶接装置]
本発明に係るマッシュシーム溶接装置における具体的な実施態様について、図を用いて説明する。
図1は、本発明に係るマッシュシーム溶接装置の一実施態様の概略構成を示した模式図である。
先行金属帯1および後行金属帯2、上下一対の電極輪4、上下一対の加圧ローラ(「スエージングロール」ともいう。)5、後加熱装置6、溶接後温度計7、圧延後温度計8、後加熱温度計9を備えており、これらは、電極輪4等を一体となって搬送するためのキャリッジ3に装着されている。
[Mash seam welding equipment]
A specific embodiment of the mash seam welding apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a mash seam welding apparatus according to the present invention.
A leading
先行金属帯1および後行金属帯2を重ね合わせた状態で、キャリッジ3が矢印の方向に移動する。
The
上下一対の電極輪4は、例えば、油圧または空圧のシリンダー装置(図示せず)により上下方向に駆動することができ、先行金属帯1および後行金属帯2の重ね合わせ部を加圧し、溶接電流を流しながら金属帯の幅方向の一方の端から他方の端まで全幅にわたって連続的に溶接する。
The pair of upper and
上下一対の加圧ローラ5は、前記電極輪4の下流側に配置され、例えば同様に、油圧または空圧のシリンダー装置(図示せず)により上下方向に駆動することができ、溶接部を連続的に圧延して押し潰し、溶接部の段差を平坦化する。なお、加圧ローラ5は、内部水冷によりローラ表面の温度の上昇を抑える構造となっている。また、上下のロールの回転面が、例えば、5°以内の角度でクロスしていても良い。
A pair of upper and
後加熱装置6は、加熱方式としては、バーナーによって直接加熱する方式、誘導加熱装置を用いて加熱する方式、または特許文献1のような電極輪を用いて加熱する方式があるが、ここでは昇温速度が速く、設置スペースの観点から片面からの加熱が可能な誘導加熱装置を用いて加熱することが好ましい。
The
さらに、後述する本発明に係る金属帯の溶接方法を構成する溶接工程、圧延工程および後加熱工程の各工程ごとの溶接部温度を測定するために、以下のような温度計を配置することが好ましい。溶接工程後の溶接部の温度は、上下一対の電極輪4の直後に設置される溶接後温度計7で測定される。また、圧延工程後の溶接部の温度は、上下一対の加圧ローラ5の直後に設置される圧延後温度計8で測定される。なお、この圧延後温度計8は、後述する冷却工程における後加熱前待機方法を実行した際のように、圧延工程後に待機時間を設けた場合の温度(=後加熱工程前の温度)を示すことにもなる。さらに、後加熱工程中の溶接部の温度は、後加熱装置6の上部に設置される後加熱温度計9で測定される。これらの温度計は、いずれも非接触式の赤外放射温度計を用いるのが好ましい。
Further, in order to measure the temperature of the welded part in each of the welding process, rolling process, and post-heating process that constitute the metal strip welding method according to the present invention, which will be described later, it is possible to arrange the following thermometers. preferable. The temperature of the welded part after the welding process is measured by a
ここで、溶接部とは、図6に示すように、母材である先行金属帯1と後行金属帯2とが溶接により接合した部分であり、初期の重ね合わせ部が加圧加熱されて溶融した中心部分の溶融部21(「ナゲット」ともいう。)と、両母材の端面が変形して拡散接合した固相接合部22と、溶接熱によって変形した熱影響部23(「HAZ」ともいう。)とからなる部分をいう。そして、溶接部中心に対し、点対称の位置に溶接部段差24が形成される。この溶接部の温度測定は、図6に示した溶接部20の中心にある溶融部(ナゲット)21の直上の金属帯表面の位置Sにおける温度を測定している。
Here, as shown in FIG. 6, the welded part is a part where the leading
上述した本発明に係るマッシュシーム溶接装置の一実施態様では、キャリッジ3を矢印の方向に移動させることにより、後述する本発明に係る金属帯の溶接方法を構成する溶接工程、圧延工程および後加熱工程を連続的に行うことができるので、生産性を高めることができる。
In one embodiment of the mash seam welding device according to the present invention described above, by moving the
[金属帯の溶接方法]
次に、本発明に係る金属帯の溶接方法は、溶接工程、圧延工程、後加熱工程に、さらに冷却工程から構成される。
[Metal strip welding method]
Next, the metal strip welding method according to the present invention includes a welding process, a rolling process, a post-heating process, and a cooling process.
すなわち、本発明の特徴は、後加熱工程に入る前の溶接工程または圧延工程のいずれかの工程またはその後に溶接部を冷却する冷却工程を設けることであって、それにより、マッシュシーム溶接直後の溶接部に温度のばらつきが生じても、その溶接部の温度を低下させて、後加熱装置6の入側までにマルテンサイト変態を生じさせ、溶接部の焼き戻しを確実に行い、母材部分と溶接部の硬度差を低減することができるものである。
以下に、前述の各工程について、さらに詳しく説明する。
That is, the feature of the present invention is to provide a cooling process for cooling the welded part in either the welding process or the rolling process before entering the post-heating process, or after the welding process. Even if there are temperature variations in the weld, the temperature of the weld is lowered and martensitic transformation occurs before the entry side of the
Each of the above-mentioned steps will be explained in more detail below.
[溶接工程]
マッシュシーム溶接工程は、前述したように、先行金属帯1の尾端部と後行金属帯2の先端部をそれぞれクランプして重ね合わせ、その重ね合わせ部を上下一対の電極輪4で挟み、回転させながら加圧するとともに、溶接電流を流しながら金属帯の幅方向の一方の端から他方の端まで全幅にわたって連続的に溶接する工程である。
[Welding process]
As described above, the mash seam welding process involves clamping and overlapping the tail end of the leading
対象となる金属帯は、前述した2mm以下の薄物材であるが、板厚としては、5mm以下であっても適用可能であり、より好ましくは、0.5~2.5mmの範囲である。 The target metal strip is a thin material with a thickness of 2 mm or less as described above, but a plate thickness of 5 mm or less is also applicable, and is more preferably in the range of 0.5 to 2.5 mm.
重ね合わせ部の搬送方向の長さ(幅)である重ね代は、板幅方法の一方の端から他方の端までにおいて、0.5~1.5mmの範囲とするのが好ましいが、金属帯の種類や板厚、板幅などの仕様に応じてその長さを決めるのがより好ましく、板厚が大きく高強度材ほど重ね代を大きくするのが好ましい。 The overlapping margin, which is the length (width) of the overlapping part in the conveyance direction, is preferably in the range of 0.5 to 1.5 mm from one end of the sheet width to the other. It is more preferable to decide the length according to the specifications such as the type, plate thickness, plate width, etc., and it is preferable to increase the overlap margin for thicker and higher strength materials.
電極輪4は、重ね合わせ部を板幅方向の一方の端から他方の端まで全幅にわたって溶接していくために、板幅方向に移動するキャリッジ3に載置されている。上側の電極輪4の上方には、電極輪4を押して金属帯の重ね合わせ部を加圧するための加圧装置(図示せず)が設けられている。下側の電極輪4は、上方からの加圧を支える構造となっている。それぞれ上下の電極輪4には回転させるための電極輪駆動用モータ(図示せず)が設けられている。
The
溶接重ね代の他の溶接条件としては、溶接電流値、電極輪加圧力、溶接速度などが挙げられる。
電極輪加圧力が大きいほど、通電面積が大きくなるため必要な溶接電流も大きくなる。溶接電流は大きすぎると溶接部の中心にある溶融部(ナゲット)が金属帯の表層を突き破って外部に噴出するチリが発生し、小さすぎると溶接剥離を誘発する原因となる。そこで、溶接電流値および電極輪加圧力は、溶接試験を行い溶接部の断面マクロ組織写真および溶接部の強度をエリクセン試験等の結果に基づき適当に決定する。例えば、溶接電流値としては、10~25kA程度であり、電極輪加圧力としては、5~40kN程度である。
Other welding conditions for welding overlap include welding current value, electrode ring pressure, welding speed, etc.
The larger the electrode ring pressure, the larger the energized area and therefore the larger the required welding current. If the welding current is too large, the molten part (nugget) at the center of the weld will break through the surface layer of the metal strip, causing dust to be ejected to the outside, while if it is too small, it will cause weld flaking. Therefore, the welding current value and electrode ring pressure are appropriately determined by conducting a welding test and based on the cross-sectional macrostructure photograph of the welded part and the strength of the welded part by an Erichsen test or the like. For example, the welding current value is about 10 to 25 kA, and the electrode wheel pressing force is about 5 to 40 kN.
さらに、溶接速度(キャリッジの移動速度)は、溶接試験により決定した溶接電流値、電極輪加圧力の条件において、溶接部への入熱不足が発生しない範囲で可能な限り早い速度とするのが好ましく、5.0~20.0mpmの範囲が好ましい。 Furthermore, the welding speed (carriage movement speed) should be set as fast as possible without insufficient heat input to the welding part under the conditions of the welding current value and electrode wheel pressure determined by the welding test. Preferably, the range is 5.0 to 20.0 mpm.
[圧延工程]
圧延工程は、溶接された溶接部を上下一対の加圧ローラ5で連続的に圧延する工程である。
加圧ローラ5は、上記の電極輪4と同じようにキャリッジ3に載置され、電極輪4の下流側に配置されている。加圧ローラ5の上方には、加圧ローラ5を押して金属帯の溶接された溶接部を加圧するための加圧装置(図示せず)が設けられている。下側の加圧ローラ5は、上方からの加圧を支える構造となっている。それぞれ上下の加圧ローラ5には回転させるための加圧ローラ駆動用モータ(図示せず)が設けられている。
[Rolling process]
The rolling process is a process in which the welded part is continuously rolled by a pair of upper and
The
加圧ローラ5の加圧力は、電極輪加圧力と同じように、加圧ローラに加える圧力である。この加圧力は、溶接部の圧延試験を行い溶接部の断面マクロ組織写真等の結果に基づいて、溶接部の溶接部段差24(図6)を滑らかな形状として段差を平坦化できる圧力に決定する。例えば、加圧ローラの加圧力としては、10~30kN程度である。
The pressing force of the
[後加熱工程]
後加熱工程は、圧延された溶接部に対して後加熱装置6により熱処理を行う工程である。
後加熱装置(「ポストアニーラー」ともいう。)としては、前述したように、昇温速度が速く、片面からの加熱が可能な誘導加熱装置が好ましい。
[Post-heating process]
The post-heating step is a step in which the rolled welded portion is heat-treated by the
As the post-heating device (also referred to as "post-annealer"), as described above, an induction heating device that has a fast temperature increase rate and can heat from one side is preferable.
後加熱温度は、溶接部のマルテンサイト組織の焼き戻し効果を得られるように、後述するように溶接部の温度がオーステナイト開始点(Ac1点)を越えない範囲に設定するのが好ましい。なお、Ac1点は、次の式(1)で求められる。 The post-heating temperature is preferably set within a range where the temperature of the weld does not exceed the austenite starting point (Ac 1 point), as will be described later, so as to obtain the effect of tempering the martensitic structure of the weld. Note that the Ac 1 point is determined by the following equation (1).
Ac1=750.8-26.6C+17.6Si-11.6Mn-22.9Cu-23Ni+24.1Cr+22.5Mo-39.7V-5.7Ti+232.4Nb-169.4Al-894.7B ・・・ (1)
ここで、元素記号は、金属帯組成における当該元素の含有量(質量%)を示す。含有されていない元素は、0とする。
Ac 1 =750.8-26.6C+17.6Si-11.6Mn-22.9Cu-23Ni+24.1Cr+22.5Mo-39.7V-5.7Ti+232.4Nb-169.4Al-894.7B... (1)
Here, the element symbol indicates the content (mass%) of the element in the metal band composition. Elements that are not contained are set to 0.
例えば、対象とする金属帯の材料種を上述と同様に、C:0.1~0.2%、Si:0.5~1.5%、Mn:1~5%としたとき、Ac1点の範囲は、696~763℃である。一例として、前述した鋼種、C:0.20質量%、Si:1.50質量%、Mn:4.60質量%、残部:Feと不可避的不純物とした場合、Ac1点は約720℃である。 For example, when the material types of the target metal strip are C: 0.1 to 0.2%, Si: 0.5 to 1.5%, and Mn: 1 to 5% as described above, Ac 1 The range of points is 696-763°C. As an example, in the case of the above-mentioned steel type, C: 0.20% by mass, Si: 1.50% by mass, Mn: 4.60% by mass, balance: Fe and unavoidable impurities, the Ac 1 point is approximately 720°C. be.
そして、上述したMSW直後の溶接部の温度のばらつきは、レンジで約100℃(1000~1100℃)であるので、このばらつきに起因した後加熱温度のばらつき等も考慮して後加熱温度を決定する。例えば、温度のばらつき(レンジで約100℃)に余裕代20℃を加味し、Ac1点よりも120℃低い温度を後加熱温度の目標とする。そして、対象とする金属帯の材料種のC、Si、Mnの含有量(質量%)が上述の範囲の場合、後加熱温度としては、576~643℃である。また、一例として、前述した鋼種、C:0.20質量%、Si:1.50質量%、Mn:4.60質量%、残部:Feと不可避的不純物とした場合、約600℃である。 The above-mentioned variation in the temperature of the welded part immediately after MSW is about 100°C (1000-1100°C) in the microwave, so the post-heating temperature is determined by taking into consideration the variation in the post-heating temperature caused by this variation. do. For example, taking into account the temperature variation (approximately 100°C in the microwave) and a margin of 20°C, the post-heating temperature is set at a temperature 120°C lower than the Ac 1 point. When the content (mass %) of C, Si, and Mn of the material type of the metal strip is within the above-mentioned range, the post-heating temperature is 576 to 643°C. Further, as an example, in the case of the above-mentioned steel type, C: 0.20% by mass, Si: 1.50% by mass, Mn: 4.60% by mass, balance: Fe and unavoidable impurities, the temperature is about 600°C.
[冷却工程]
冷却工程は、上記の後加熱工程の前に、すなわち、後加熱工程に入る前の溶接工程後および/または圧延工程後に溶接部を冷却する工程である。
[Cooling process]
The cooling process is a process of cooling the welded part before the above-mentioned post-heating process, that is, after the welding process and/or the rolling process before entering the post-heating process.
溶接部を冷却する具体的な方法としては、(1)溶接部に冷却媒体を吹きかける方法(以下、「冷却媒体噴射方法」ともいう。)、(2)圧延工程における圧延速度を低下させて方法(以下、「圧延速度低下方法」ともいう。)、および(3)後加熱工程の前に所定時間金属帯を待機させる方法(以下、「後加熱前待機方法」ともいう。)がある。上記の(1)、(2)、(3)の方法は、それぞれ別々に行ってもよく、また適宜組み合わせて行っても良い。どの冷却方法を採用するかは、溶接工程の作業状況に応じて、選択すれば良い。 Specific methods for cooling the welded part include (1) a method of spraying a cooling medium onto the welded part (hereinafter also referred to as "cooling medium injection method"), and (2) a method of reducing the rolling speed in the rolling process. (hereinafter also referred to as "rolling speed reduction method"), and (3) method of waiting the metal strip for a predetermined time before the post-heating step (hereinafter also referred to as "standby method before post-heating"). The methods (1), (2), and (3) above may be performed separately or in combination as appropriate. Which cooling method to adopt may be selected depending on the work situation of the welding process.
さらに、溶接工程の直後の溶接部の温度に基づいて、冷却方法の選択および組み合わせを行ってもよい。溶接工程の直後の溶接部の温度に基づいて行う理由は、次の通りである。図1に一実施形態の概略構成を示したマッシュシーム溶接装置では、キャリッジ3を矢印の方向に移動させることにより、溶接工程、圧延工程および後加熱工程を連続的に行うものであり、溶接工程終了直後から後加熱工程直前までの時間は、10s以下と短い。このため、マッシュシーム溶接直後の溶接部の温度が高い場合、例えば、(1)の方法だけでは後加熱装置6の入側までにマルテンサイト変態を生じさせることができず、(1)と(2)を組み合わせて選択するのが適切な場合がある。すなわち、マッシュシーム溶接直後の溶接部の温度のばらつきに応じて、適切な冷却方法の選択および組み合わせを行うことで、溶接工程終了直後から後加熱工程直前までの短い時間でも、後加熱装置の入側までにマルテンサイト変態を確実に生じさせることが可能となる。
Furthermore, cooling methods may be selected and combined based on the temperature of the welded part immediately after the welding process. The reason why this is performed based on the temperature of the welded part immediately after the welding process is as follows. In the mash seam welding apparatus whose schematic configuration of one embodiment is shown in FIG. 1, the welding process, rolling process, and post-heating process are performed continuously by moving the
[(1)冷却媒体噴射方法]
冷却媒体噴射方法の一実施態様を図2に示す。図2の拡大図に示すように、例えば、電極輪4と加圧ローラ5の間、さらに、加圧ローラ5と後加熱装置6の間に、冷却媒体としてコンプレッサー等(図示せず)により3~4kg/cm2程度の圧力とした高圧エアーを噴射するヘッダー10、11を設け、マッシュシーム溶接後の溶接部および加圧ローラによる圧延後の溶接部に向けて高圧エアーを吐出する。溶接部の温度が高いほど、高圧エアーによる抜熱効果は高いので、特に、電極輪4と加圧ローラ5の間にヘッダー10を設けるのが好ましい。また、高圧エアー(圧縮空気)を暖気と冷気に分離するボルテックス効果を活用したボルテックスチューブを介して、室温よりも-40~-80℃低いエアーを冷却媒体として用いてもよい。冷却媒体噴射方法による冷却速度は、例えば1.6mm鋼板の場合、室温20℃時の輻射熱による自然放冷の場合が0.89℃/sであるのに対し、コンプレッサー等により3~4kg/cm2程度の圧力とした高圧エアーによる噴射冷却の場合は、2.63℃/sであり、自然放冷の2.3倍となり、ボルテックスチューブを介して-30℃の低温エアーによる噴射冷却の場合は、2.93℃/sであり、自然放冷の2.9倍まで冷却効果を高めることができる。
[(1) Coolant injection method]
One embodiment of the coolant injection method is shown in FIG. As shown in the enlarged view of FIG. 2, for example, a compressor or the like (not shown) is used as a cooling medium between the
さらに、上述のエアー以外でも、冷却媒体として(コスト的に)実用的ではないが、アルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガスを圧縮して吹きかけることもできる。 Furthermore, in addition to the above-mentioned air, compressed inert gas such as argon gas or helium gas can also be sprayed as a cooling medium, although this is not practical (in terms of cost).
[(2)圧延速度低下方法]
前述の冷却媒体噴射方法に対して、この圧延速度低下方法は、特段の冷却手段を要しない方法である。この方法は、圧延工程における加圧ローラによる圧延速度を低下させて、主に、内部水冷により表面が低い状態に保持されている加圧ローラと溶接部との接触時間を稼ぐことにより接触抜熱する方法である。
[(2) Rolling speed reduction method]
In contrast to the cooling medium injection method described above, this rolling speed reduction method does not require any special cooling means. This method reduces the rolling speed of the pressure roller in the rolling process to increase the contact time between the pressure roller, whose surface is kept low by internal water cooling, and the welding area, thereby removing contact heat. This is the way to do it.
ここで、圧延工程における圧延速度とは、図1に示す溶接装置において、先行金属帯1と後行金属帯2の溶接部を、加圧ローラ5で圧延する時の速度であり、キャリッジ3を矢印の方向に、金属帯に対して相対的に移動させる速度を指し、キャリッジ移動速度ともいい、前述の溶接速度と同等である。この圧延速度としては、5~20mpmの範囲が好ましい。
Here, the rolling speed in the rolling process is the speed at which the welded portion of the leading
圧延工程中の加圧ローラ5およびその後の後加熱装置6までの期間(距離にして約60mm)の平均冷却速度は、1.6mmの鋼板において140~160℃/sと極めて高いので、キャリッジ移動速度を下げて、この期間の時間を長くすれば、加圧ローラ5による加圧中の溶接部との接触抜熱および加圧前後の移動中の放冷(自然放冷)による抜熱量を増やすことができる。それにより、後加熱装置6入側の温度のばらつき範囲を低温側に狭めることから、確実にMs点以下にすることができる。例えば、電極輪4と後加熱装置6との間隔が500mmで、圧延速度が10mpmで、溶接後から圧延後までの平均冷却速度が140℃/sの場合、後加熱装置6入側で温度をマイナス20℃下げる場合、圧延速度を9.54mpm(マイナス5%)とし、滞留時間を3sに対して0.14s増やせばよい。
During the rolling process, the average cooling rate during the period from the
また、この圧延工程における圧延速度低下方法と併用して前述した溶接部に冷却媒体を噴射して冷却する冷却媒体噴射方法を実施することにより、加圧前後の移動中の放冷(自然放冷)に加えて強制対流による抜熱量を増やすことができ、より効率良く短時間で溶接部を冷却することができるので、好ましい。 In addition, by implementing the cooling medium injection method that injects a cooling medium into the welded part to cool it in conjunction with the rolling speed reduction method in this rolling process, it is possible to cool the welded part by allowing it to cool during movement before and after pressurization (natural cooling). ), it is possible to increase the amount of heat removed by forced convection, and the welded part can be cooled more efficiently and in a shorter time, which is preferable.
[(3)後加熱前待機方法]
冷却方法の他の方法として、後加熱工程前において所定時間金属帯を待機させて放冷する方法がある。
[(3) Post-heating standby method]
Another cooling method is a method in which the metal strip is allowed to stand by for a predetermined period of time before the post-heating step and allowed to cool.
この後加熱前待機方法の一態様を、図3を用いて説明する。
図3(a)は、マッシュシーム溶接方法における溶接途中の状態を示している。キャリッジ3が右から左方向へ移動しながら、先行金属帯1と後行金属帯2の重ね合わせ部を上下一対の電極輪4にて溶接し、その後の加圧ローラ5により溶接された金属帯が圧延されている状態である。この状態では、後加熱装置6は稼働していないOFFの状態である。通常であれば、後加熱装置6を稼働させて、つまり、ONの状態で後加熱処理を行っているが、この後加熱前待機方法の場合は、後加熱装置6がOFFの状態のままで、図3(b)の状態となる。すなわち、溶接および圧延が終了し、キャリッジ3が左端に達している状態である。ここで、電極輪4と加圧ローラ5の上側ロールのみ上昇させて、上下間にギャップ(隙間)を開く。その後、図3(c)にあるように、キャリッジ3を右方向に移動させる。この時は、前記のギャップは開いた状態のままである。そして、キャリッジ3が最初の位置(キャリッジ3が右端にいる状態)に戻ったら、図3(d)に示すように、後加熱装置6をONの状態として、キャリッジ3を左方向に移動して、溶接された金属帯を通過させて、金属帯の後加熱処理を実施する。
One aspect of the post-heating standby method will be described with reference to FIG. 3.
FIG. 3(a) shows a state in the middle of welding in the mash seam welding method. While the
この方法により、溶接された金属帯が、圧延工程後から後加熱工程までにキャリッジ3が往復する時間を待機させることができ、その間の自然放冷により溶接部の温度が低下することになる。この場合の待機時間は、40~80sが好ましい。
By this method, the welded metal strip can wait for the
さらに、この後加熱前待機方法に加えて、前述の冷却媒体噴射方法を組み合わせて行ってもよい。このとき、溶接部の温度が所定の温度(例えば、Ms点)を下回るまで待機させても良く、また、溶接工程の直後に溶接部の温度に応じてあらかじめ定めた時間だけ待機させてもよい。 Furthermore, in addition to this post-heating standby method, the above-mentioned cooling medium injection method may be used in combination. At this time, it may be allowed to wait until the temperature of the welded part falls below a predetermined temperature (for example, the Ms point), or it may be made to wait for a predetermined time depending on the temperature of the welded part immediately after the welding process. .
図4に、板厚1.6mm、溶接部の温度が335℃の時に、溶接部をそのまま待機させて自然放冷した場合と冷却媒体噴射方法を組み合わせた場合の溶接部の温度変化の違いを示す。これによると、Ms点が305℃の場合に、溶接部の温度をMs点の温度まで低下させるのに、単に待機させるだけの場合は、約40sを要し、冷却媒体噴射方法を組み合わせた場合は、約10s程度に短縮されることが分かる。 Figure 4 shows the difference in temperature change in the weld when the plate thickness is 1.6 mm and the weld temperature is 335°C, when the weld is allowed to cool naturally and when the cooling medium injection method is combined. show. According to this, when the Ms point is 305°C, it takes about 40 seconds to reduce the temperature of the weld to the Ms point by simply waiting, and when the cooling medium injection method is used in combination. It can be seen that the time is shortened to about 10 seconds.
[溶接部の温度変化(ヒートサイクル)]
本発明に係る溶接方法における冷却工程の違いによる溶接部の温度変化(ヒートサイクル)について、図5の(a)~(d)を用いて説明する。ここで、図5(a)は、冷却工程のない従来例である。図5(b)は、発明例1で、前述の冷却方法の(1)の冷却媒体噴射方法による冷却の例であり、図5(c)は、発明例2で、冷却方法の(2)の圧延速度低下方法による冷却の例であり、図5(d)は、発明例3で、冷却方法の(3)の後加熱前待機方法による冷却の例である。
[Temperature change in welding zone (heat cycle)]
Temperature changes (heat cycles) in the welded portion due to differences in the cooling process in the welding method according to the present invention will be explained using FIGS. 5(a) to 5(d). Here, FIG. 5(a) shows a conventional example without a cooling process. FIG. 5(b) is an example of cooling by the cooling medium injection method (1) of the cooling method described above in Invention Example 1, and FIG. 5(c) is an example of cooling by the cooling method (2) of Invention Example 2. FIG. 5(d) is an example of cooling using the rolling speed reduction method of (3) of the cooling method in Invention Example 3.
なお、図5(a)~(d)中の記号[A]~[F]は期間を示し、その内容は以下の通りである。
[A]溶接工程の期間(スタートから溶接が終了する期間)
[B]溶接後~圧延前の期間(溶接終了後から加圧ローラによる圧延前までのつなぎの期間)
[C]圧延工程の期間(加圧ローラ5で圧延される期間)
[D]圧延後~後加熱前の期間(圧延後から後加熱処理される前までの期間)
[E]後加熱工程の期間(後加熱装置により熱処理される期間)
[F]後加熱後から放冷されるまでの期間
Note that symbols [A] to [F] in FIGS. 5(a) to (d) indicate periods, and their contents are as follows.
[A] Period of welding process (period from start to end of welding)
[B] Period from after welding to before rolling (interval period from after welding to before rolling by pressure roller)
[C] Period of rolling process (period of rolling with pressure roller 5)
[D] Period from after rolling to before post-heating (period from after rolling to before post-heating treatment)
[E] Period of post-heating process (period of heat treatment by post-heating device)
[F] Period from post-heating to cooling
まず、図5(a)の従来例の温度変化の推移を説明する。
図5(a)中の[A]の期間は、ごく短く0.5s以内である。この期間で、溶接部は、オーステナイト変態点(以下、「Ac3点」ともいう。)を超える1000℃以上、例えば、1033℃に加熱されて、オーステナイト変態(以下、「γ変態」ともいう。)を起こす。このAc3点は、次の式(2)で求められる。
First, the transition of temperature change in the conventional example shown in FIG. 5(a) will be explained.
The period [A] in FIG. 5(a) is extremely short and is within 0.5 seconds. During this period, the welded part is heated to 1000° C. or higher, for example, 1033° C., which exceeds the austenite transformation point (hereinafter also referred to as "Ac 3 point"), and undergoes austenite transformation (hereinafter also referred to as "γ transformation"). ). This Ac3 point is determined by the following equation (2).
Ac3点=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-16.3Cu-26.6Ni-4.9Cr+38.1Mo+124.8V+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al+3315B ・・・ (2)
ここで、元素記号は、金属帯組成における当該元素の含有量(質量%)を示す。含有されていない元素は、0とする。
Ac 3 points = 937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-16.3Cu-26.6Ni-4.9Cr+38.1Mo+124.8V+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al+3315B... (2)
Here, the element symbol indicates the content (mass%) of the element in the metal band composition. Elements that are not contained are set to 0.
例えば、対象とする金属帯のうち、鋼種の組成例としてC:0.1~0.2質量%、Si:0.5~1.5質量%、Mn:1~5質量%としたとき、Ac3点の範囲は、779~958℃である。一例として、C:0.20質量%、Si:1.50質量%、Mn:4.60質量%、残部:Feと不可避的不純物とした場合、Ac3点は約850℃である。 For example, when the composition of the steel type is C: 0.1 to 0.2 mass%, Si: 0.5 to 1.5 mass%, and Mn: 1 to 5 mass% among the target metal strips, The range of Ac 3 points is 779-958°C. As an example, when unavoidable impurities include C: 0.20% by mass, Si: 1.50% by mass, Mn: 4.60% by mass, and the balance is Fe, the Ac 3 point is about 850°C.
次に、図5(a)中の[B]の期間は、3s以内であり、この期間で溶接部は自然放冷される。自然放冷の冷却速度は、板厚が0.5~2.0mmの範囲では、0.7~3.0℃/s程度である。 Next, the period [B] in FIG. 5(a) is within 3 seconds, and the welded part is allowed to cool naturally during this period. The cooling rate of natural cooling is about 0.7 to 3.0°C/s when the plate thickness is in the range of 0.5 to 2.0 mm.
そして、図5(a)中の[C]の期間は、上記の[A]と同様に0.5s以内である。ここで、溶接部は、加圧ローラ5との接触により大きく抜熱される。
次の図5(a)中の[D]の期間では、さらに自然放冷される。
The period [C] in FIG. 5A is within 0.5 seconds, similar to the above [A]. Here, a large amount of heat is removed from the welded portion due to contact with the
In the next period [D] in FIG. 5(a), natural cooling is further performed.
ここで、マルテンサイト変態開始点(以下、「Ms点」ともいう。)を下回る温度まで低下してマルテンサイト変態(以下、「M変態」ともいう。)すると、硬いマルテンサイト組織が生成するが、冷却されずに温度低下が少ないと、マルテンサイト変態がなく、硬いマルテンサイト組織は生成しない。 Here, when the temperature is lowered to below the martensitic transformation starting point (hereinafter also referred to as "Ms point") and martensitic transformation (hereinafter also referred to as "M transformation") occurs, a hard martensitic structure is generated. , If there is no cooling and the temperature drop is small, there is no martensitic transformation and no hard martensitic structure is generated.
このMs点は、次の式(3)で求められる。
Ms点=521-353C-22Si-24.3Mn-7.7Cu-17.3Ni-17.7Cr-25.8Mo ・・・ (3)
ここで、元素記号は、金属帯組成における当該元素の含有量(質量%)を示す。含有されていない元素は、0とする。
This Ms point is determined by the following equation (3).
Ms point=521-353C-22Si-24.3Mn-7.7Cu-17.3Ni-17.7Cr-25.8Mo... (3)
Here, the element symbol indicates the content (mass%) of the element in the metal band composition. Elements that are not contained are set to 0.
例えば、対象とする金属帯の材料種を上述と同様に、C:0.1~0.2%、Si:0.5~1.5%、Mn:1~5%としたとき、Ms点の範囲は、296~450℃である。一例として、前述した鋼種、C:0.20質量%、Si:1.50質量%、Mn:4.60質量%、残部:Feと不可避的不純物とした場合、Ms点は約305℃である。溶接部がこのMs点を下回る温度まで低下すると、マルテンサイト変態し、硬いマルテンサイト組織が生成することになる。 For example, when the material types of the target metal strip are C: 0.1 to 0.2%, Si: 0.5 to 1.5%, and Mn: 1 to 5% as described above, the Ms point The range is 296-450°C. As an example, in the case of the above-mentioned steel type, C: 0.20% by mass, Si: 1.50% by mass, Mn: 4.60% by mass, balance: Fe and unavoidable impurities, the Ms point is about 305°C. . When the temperature of the weld zone is lowered to below this Ms point, martensitic transformation occurs and a hard martensitic structure is generated.
続けて、図5(a)中の[E]の期間は、2s以内である。この後加熱工程に入る前の時点で、溶接部の温度がMs点を超えている場合、つまり、後加熱工程に入るまでにマルテンサイト変態が生じていないと、熱処理を行っても溶接部が焼き戻しされない状態となるので、母材(先行金属帯と後行金属帯)部分と溶接部の硬度差が低減されず、溶接部の硬度が高いままの状態となる。 Continuing, the period [E] in FIG. 5(a) is within 2 seconds. If the temperature of the weld exceeds the Ms point before entering the post-heating process, that is, if martensitic transformation has not occurred before entering the post-heating process, the weld will remain intact even after heat treatment. Since the weld is not tempered, the difference in hardness between the base metal (leading metal band and trailing metal band) and the weld is not reduced, and the hardness of the weld remains high.
その後、図5(a)中の[F]の期間において、溶接部は自然放冷される。この従来例では、[E]の後加熱工程後も焼き戻しされていない状態となり、溶接部の硬度が高いままの状態であった。 Thereafter, in the period [F] in FIG. 5(a), the welded part is allowed to cool naturally. In this conventional example, even after the post-heating step [E], the welded portion was not tempered and the hardness of the welded portion remained high.
次に、図5(b)の発明例1について説明する。
この発明例1は、図5(b)中の[B]と[D]の期間において、冷却媒体を噴射して冷却した例である。この場合、[B]の期間で溶接部の温度は大きく低下し、その後の[C]の圧延を経て、溶接部の温度がMs点を下回り、マルテンサイト変態が生じて、硬いマルテンサイト組織が生成する。従って、その後の[E]の後加熱工程で焼き戻し処理しても、Ac1点まで到達しないので、焼き戻しマルテンサイトが生成し、母材と溶接部の硬度差が低減されることになる。
Next, invention example 1 shown in FIG. 5(b) will be described.
This invention example 1 is an example in which cooling was performed by injecting a cooling medium during periods [B] and [D] in FIG. 5(b). In this case, the temperature of the weld zone decreases significantly during the period [B], and after the subsequent rolling of [C], the temperature of the weld zone drops below the Ms point, martensitic transformation occurs, and a hard martensitic structure is formed. generate. Therefore, even if tempered in the subsequent post-heating step [E], the temperature will not reach the Ac 1 point, so tempered martensite will be generated, reducing the hardness difference between the base metal and the welded part. .
次に、図5(c)の発明例2について説明する。
この発明例2は、図5(c)中の[C]の期間において、圧延工程の圧延速度(キャリッジ移動速度)を低下させる圧延速度低下方法を用いた例である。この場合、キャリッジ移動速度を低下させることにより[C]の圧延時間、および[B]、[C]の放冷(自然放冷)のための時間を稼ぐことができるため、溶接部の温度が低下し、Ms点を下回ることになる。これにより、上記の発明例1と同様に、その後の後加熱工程によっても、溶接部の温度はAc1点にまで到達しないので、焼き戻しマルテンサイトが生成し、母材と溶接部の硬度差が低減されることになる。
Next, invention example 2 shown in FIG. 5(c) will be described.
Inventive Example 2 is an example in which a rolling speed reduction method of reducing the rolling speed (carriage movement speed) of the rolling process is used in the period [C] in FIG. 5(c). In this case, by reducing the carriage movement speed, the rolling time of [C] and the time for cooling (natural cooling) of [B] and [C] can be gained, so the temperature of the weld zone can be increased. This results in a drop below the Ms point. As a result, as in Invention Example 1 above, the temperature of the welded part does not reach the Ac 1 point even in the subsequent post-heating process, so tempered martensite is generated and the hardness difference between the base metal and the welded part is will be reduced.
最後に、図5(d)の発明例3について説明する。
この発明例3は、図5(d)中の[D]の期間において、後加熱前に待機時間を設けて溶接部の温度を低下させる方法を用いた例である。この場合、[D]の期間を長くすることにより、溶接部の温度がMs点を下回るまで低下することになるので、上記の発明例1および2と同様に、その後の後加熱工程によっても、溶接部の温度はAc1点にまで到達しないので、焼き戻しマルテンサイトが生成し、母材と溶接部の硬度差が低減されることになる。
Finally, invention example 3 shown in FIG. 5(d) will be described.
Inventive Example 3 is an example in which a method is used in which a standby time is provided before post-heating to lower the temperature of the welded part during the period [D] in FIG. 5(d). In this case, by lengthening the period [D], the temperature of the welded part will drop below the Ms point, so as in Invention Examples 1 and 2, the subsequent post-heating step will also Since the temperature of the weld zone does not reach the Ac 1 point, tempered martensite is generated and the difference in hardness between the base metal and the weld zone is reduced.
[温度測定による冷却制御]
さらに、この冷却工程は、溶接工程の直後に溶接部の温度を測定し、その溶接部の温度が所定の値を上回っている場合に、その後の冷却工程を実施することが(経済的な観点から)好ましい。
[Cooling control by temperature measurement]
Furthermore, this cooling process requires measuring the temperature of the weld immediately after the welding process, and if the temperature of the weld exceeds a predetermined value, then the subsequent cooling process can be carried out (from an economic point of view). ) preferred.
具体的には、例えば、図2に示す冷却媒体噴射方法の場合には、電極輪4の直後の溶接部の温度を溶接後温度計7で測定し、その温度が所定の値を上回る場合に、電極輪4と加圧ローラ5の間に設けた高圧エアーを噴射するヘッダー10および加圧ローラ5の後に設けた高圧エアーを噴射するヘッダー11から、高圧エアーをヘッダーより吐出するように制御することが好ましい。
Specifically, for example, in the case of the cooling medium injection method shown in FIG. , a
この所定の値は、溶接後温度計7と圧延後温度計8の測定データに基づき、後加熱装置6入側において、溶接部の温度がMs点を確実に下回る温度の値を、あらかじめ決定しておけばよい。例えば、MSW直後の溶接部の温度が1000~1100℃の範囲でばらつき、後加熱装置6入側の溶接部の温度が281~309℃の範囲であって、Ms点が305℃である場合、所定の値を1070℃とすれば、後加熱装置6入側のばらつき範囲を281~300℃に狭めて、確実にMs点以下にすることができる。したがって、溶接直後の溶接部の温度が1070℃以下の場合は、高圧エアーを制御してその噴射を止めることにより、無駄に高圧エアーの吐出を防止できるので、ランニングコストを低減することができる。
This predetermined value is based on the measurement data of the
また、冷却方法が圧延速度低下方法や後加熱前待機方法の場合にも、溶接工程の直後に溶接部の温度を測定し、溶接部の温度が所定の値を上回っている場合に、その冷却方法を実施してもよい。 In addition, even when the cooling method is the rolling speed reduction method or the standby method before post-heating, the temperature of the welded part is measured immediately after the welding process, and if the temperature of the welded part exceeds a predetermined value, the cooling The method may be implemented.
本実施例では、図1または図2に示すマッシュシーム溶接装置を用い、1470MPa級の高張力鋼板(鋼種の組成としては、前述の鋼種例と同じ、C:0.20質量%、Si:1.50質量%、Mn:4.60質量%、残部:Feと不可避的不純物とした。)であって、板厚が1.6mmの冷延コイル(金属帯)を先行金属帯1および後行金属帯2として、1.2mmの重ね代で重ね合わせて、電極輪4で連続的に溶接し、続けて加圧ローラ5で圧延し、さらに続けて後加熱装置6で熱処理を行い、溶接後温度計7および圧延後温度計8でそれぞれ溶接工程後の溶接部の温度および圧延工程後の溶接部の温度を測定した。
In this example, a mash seam welding apparatus shown in FIG. 1 or 2 was used to weld a 1470 MPa class high-strength steel plate (the composition of the steel type was the same as the above steel example, C: 0.20% by mass, Si: 1 .50 mass %, Mn: 4.60 mass %, balance: Fe and unavoidable impurities), and the plate thickness was 1.6 mm. The metal strips 2 are overlapped with an overlap margin of 1.2 mm, continuously welded using an
圧延後温度計8の温度に関しては、Ms点(上記の鋼板では、305℃)を超えていない場合を良(〇)、越えている場合を否(×)と判定した。
Regarding the temperature of the
そして、溶接部の硬度が、母材である金属帯の硬度(400HV以下)相当まで焼き戻しにより軟化しているかどうかを確認した。硬度は、JIS Z 2244「ビッカース硬さ試験 試験方法」に従い、溶接部の搬送方向に、測定間隔0.2mmピッチで、測定荷重(試験力)200gとしてビッカース硬さ(HV)を測定し、ビッカース硬さ(HV)の平均値が400以下(HV≦400)である場合、焼き戻しにより軟化した(良:〇)とした。 Then, it was confirmed whether the hardness of the welded part had been softened by tempering to a level equivalent to the hardness of the base metal strip (400 HV or less). The hardness is determined by measuring the Vickers hardness (HV) in accordance with JIS Z 2244 "Vickers hardness test test method" at a pitch of 0.2 mm at measurement intervals in the transport direction of the welded part with a measurement load (test force) of 200g. When the average value of hardness (HV) was 400 or less (HV≦400), it was determined that the material had been softened by tempering (good: ◯).
なお、後加熱装置6を用いた後加熱工程では、溶接部を目標600℃として昇熱し、その後、自然放冷させた。
In the post-heating step using the
表1に、本発明例1~14および比較例1~3の結果を一覧で示す。 Table 1 lists the results of Inventive Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 3.
本発明例1~14のうち、本発明例1~7は、特に温度制御することなく、冷却工程を実施し、後加熱工程を行った例である。 Among Examples 1 to 14 of the present invention, Examples 1 to 7 of the present invention are examples in which the cooling step was performed without any particular temperature control, and the post-heating step was performed.
本発明例8~14は、温度測定による冷却制御方法を用いた発明例であり、溶接後の温度の所定値を1070℃に設定して、図1に示す溶接後温度計7により溶接直後の温度を測定し、その測定値が上記所定値を上回った場合に、冷却工程を実施するような制御を行った例である。 Examples 8 to 14 of the present invention are examples of the invention using a cooling control method based on temperature measurement. This is an example in which temperature is measured and control is performed such that a cooling step is performed when the measured value exceeds the predetermined value.
まず、本発明例1は、図2に示す溶接装置にあるように、電極輪4と加圧ローラ5の間、加圧ローラ5と後加熱装置6の間に、冷却媒体として高圧エアーを噴射するヘッダー10、11を設け、マッシュシーム溶接後および加圧ローラ5による圧延後の溶接部に向けて高圧エアーを噴射した場合である。高圧エアーの圧力は、4kg/cm2に設定し、フラットノズルにより金属帯どうしの重ね合わせ部に均等に高圧エアーが当たるように噴射した。圧延後温度が255℃で、Ms点(305℃)を下回っており、ビッカース硬度の平均値も328HVと、目標とする400HVを下回っていた。
First, in Example 1 of the present invention, as shown in the welding apparatus shown in FIG. This is a case where
本発明例2は、圧延工程における圧延速度を低下させて冷却した場合である。この場合、圧延速度を通常の9.5mpmから9.0mpmと0.5mpm下げて圧延を行った。これにより、圧延後の温度が273℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も344HVであった。 Inventive Example 2 is a case where the rolling speed in the rolling process is lowered and cooling is performed. In this case, the rolling speed was lowered by 0.5 mpm from the usual 9.5 mpm to 9.0 mpm. As a result, the temperature after rolling was 273° C., which was below the Ms point, and the average value of Vickers hardness was also 344 HV.
本発明例3は、図3に示した手順で説明したように、圧延工程終了後に、後加熱工程の前に電極輪4と加圧ローラ5のギャップを開けて、所定時間(40s)待機させて自然放冷してから後加熱処理を行った場合である。これにより、圧延後温度(=後加熱前温度)が302℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も358HVであった。
In Example 3 of the present invention, after the rolling process is completed and before the post-heating process, a gap is opened between the
本発明例4は、本発明例1の冷却媒体噴射方法と本発明例2の圧延速度低下方法を組み合わせて冷却した場合である。これにより、圧延後の温度が241℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も320HVであった。 Inventive Example 4 is a case in which the cooling medium injection method of Inventive Example 1 and the rolling speed reduction method of Inventive Example 2 are combined for cooling. As a result, the temperature after rolling was 241° C., which was below the Ms point, and the average value of Vickers hardness was also 320 HV.
本発明例5は、本発明例1の冷却媒体噴射方法と本発明例3の後加熱前待機方法を組み合わせて冷却した場合である。これにより、圧延後の温度が247℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も336HVであった。 Inventive Example 5 is a case in which cooling is performed by combining the cooling medium injection method of Inventive Example 1 and the post-heating standby method of Inventive Example 3. As a result, the temperature after rolling was 247° C., which was below the Ms point, and the average value of Vickers hardness was also 336 HV.
本発明例6は、本発明例2の圧延速度低下方法と本発明例3の後加熱前待機方法を組み合わせて冷却した場合である。これにより、圧延後の温度が262℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も350HVであった。 Inventive Example 6 is a case in which the method of reducing the rolling speed of Inventive Example 2 and the standby method before post-heating of Inventive Example 3 are combined for cooling. As a result, the temperature after rolling was 262° C., which was below the Ms point, and the average value of Vickers hardness was also 350 HV.
本発明例7は、本発明例1の冷却媒体噴射方法と本発明例2の圧延速度低下方法と本発明例3の後加熱前待機方法の3つの方法をすべて組み合わせて冷却した場合である。これにより、圧延後の温度が238℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も312HVであった。 Inventive Example 7 is a case in which cooling was performed by combining all three methods: the cooling medium injection method of Inventive Example 1, the rolling speed reduction method of Inventive Example 2, and the standby before post-heating method of Inventive Example 3. As a result, the temperature after rolling was 238° C., which was below the Ms point, and the average value of Vickers hardness was also 312 HV.
次に、本発明例8~14は、溶接後温度が所定値(1070℃)を上回った場合に、冷却工程を実施した例であり、冷却工程の内容は、前述の本発明例1~7の各方法に対応して実施した。 Next, Examples 8 to 14 of the present invention are examples in which a cooling process was performed when the temperature after welding exceeded a predetermined value (1070°C), and the contents of the cooling process were as follows. It was carried out corresponding to each method.
その結果、本発明例8は、冷却媒体噴射方法を用いた例であり、圧延後の温度が285℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も320HVであった。 As a result, the present invention example 8 was an example using the cooling medium injection method, and the temperature after rolling was 285° C., which was lower than the Ms point, and the average value of the Vickers hardness was also 320 HV.
本発明例9は、圧延速度低下方法を用いた例であり、圧延後の温度が282℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も333HVであった。 Inventive Example 9 is an example using the rolling speed reduction method, and the temperature after rolling was 282° C., which was below the Ms point, and the average Vickers hardness was 333 HV.
本発明例10は、後加熱前待機方法を用いた例であり、圧延後の温度が303℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も350HVであった。 Invention Example 10 is an example using the standby method before post-heating, and the temperature after rolling was 303° C., which was below the Ms point, and the average value of Vickers hardness was also 350 HV.
本発明例11は、冷却媒体噴射方法と圧延速度低下方法を組み合わせて冷却した例である。これにより、圧延後の温度が271℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も318HVであった。 Inventive Example 11 is an example in which the cooling medium injection method and the rolling speed reduction method were combined for cooling. As a result, the temperature after rolling was 271° C., which was below the Ms point, and the average Vickers hardness was also 318 HV.
本発明例12は、冷却媒体噴射方法と後加熱前待機方法を組み合わせて冷却した例である。これにより、圧延後の温度が280℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も330HVであった。 Inventive Example 12 is an example in which cooling was performed by combining the cooling medium injection method and the standby method before post-heating. As a result, the temperature after rolling was 280° C., which was below the Ms point, and the average value of Vickers hardness was also 330 HV.
本発明例13は、圧延速度低下方法と後加熱前待機方法を組み合わせて冷却した例である。これにより、圧延後の温度が303℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も345HVであった。 Inventive Example 13 is an example in which cooling was performed by combining the rolling speed reduction method and the standby method before post-heating. As a result, the temperature after rolling was 303° C., which was below the Ms point, and the average value of Vickers hardness was also 345 HV.
本発明例14は、冷却媒体噴射方法、圧延速度低下方法および後加熱前待機方法をすべて組み合わせて冷却した例である。これにより、圧延後の温度が270℃とMs点を下回り、ビッカース硬度の平均値も310HVであった。 Inventive Example 14 is an example in which the cooling medium injection method, the rolling speed reduction method, and the standby method before post-heating were all combined for cooling. As a result, the temperature after rolling was 270° C., which was below the Ms point, and the average Vickers hardness was also 310 HV.
比較例1と2は、図1に示す後加熱装置6による後加熱工程を行わなかった場合であり、比較例1では、圧延後の温度が286℃でMs点を下回ってはいたが、後加熱処理しなかったために、ビッカース硬度の平均値が501HVと、目標とする400HVを大幅に上回った。比較例2は、圧延後の温度が315℃とMs点を上回っており、後加熱処理もなく、ビッカース硬度の平均値が520HVと、目標とする400HVを大幅に上回った。
Comparative Examples 1 and 2 are cases in which the post-heating step using the
比較例3は、後加熱処理を実施した例であるが、その前の圧延後の温度が325℃と高く、冷却工程がないことから、その後の後加熱処理を行っても、ビッカース硬度の平均値が482HVと、目標とする400HVを大幅に上回った。 Comparative Example 3 is an example in which post-heat treatment was performed, but since the temperature after rolling before that was as high as 325°C and there was no cooling process, even if the subsequent post-heat treatment was performed, the average Vickers hardness The value was 482HV, significantly exceeding the target of 400HV.
さらに、本発明例と比較例における溶接部周辺のビッカース硬度分布を測定した。その測定結果を図7に示す。比較例1の「後加熱工程なし」と比較例3の「冷却工程なしで後加熱工程あり」では、ビッカース硬度の低減効果が見られなかったが、本発明例4の「冷却工程ありで後加熱工程あり」では、ビッカース硬度の低減効果が確認された。 Furthermore, the Vickers hardness distribution around the welded parts in the inventive example and the comparative example was measured. The measurement results are shown in FIG. Comparative Example 1 with "no post-heating process" and Comparative Example 3 with "no cooling process but with post-heating process" showed no effect of reducing Vickers hardness, but inventive example 4 with "with cooling process and post-heating process". With heating process, the effect of reducing Vickers hardness was confirmed.
以上より、本発明の有効性を実証できた。 From the above, the effectiveness of the present invention was demonstrated.
1 先行金属帯(先行材)
2 後行金属帯(後行材)
3 キャリッジ
4 電極輪
5 加圧ローラ(スエージングロール)
6 後加熱装置
7 溶接後温度計
8 圧延後温度計
9 後加熱温度計
10、11 ヘッダー(冷却装置)
12 入側クランプ
13 出側クランプ
20 溶接部
21 溶融部(ナゲット)
22 固相接合部
23 HAZ(熱影響部)
24 溶接部段差
1 Preceding metal band (preceding material)
2 Trailing metal band (trailing material)
3
6
12 Entry side clamp 13 Output side clamp 20 Welded
22 Solid phase joint 23 HAZ (heat affected zone)
24 Welding step
Claims (9)
先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部とを重ね合わせ、該重ね合わせ部を上下一対の電極輪を回転させてマッシュシーム溶接する溶接工程と、
前記溶接工程で溶接された溶接部を上下一対の加圧ローラで圧延する圧延工程と、
前記圧延工程で圧延された前記溶接部に対して熱処理を行う後加熱工程と、
を有し、
さらに、前記後加熱工程の前に、前記溶接部を冷却する冷却工程を
有することを特徴とする金属帯の溶接方法。 A metal strip welding method in a metal strip continuous processing line, the method comprising:
a welding process in which the tail end of the leading metal band and the tip of the trailing metal band are overlapped, and the overlapping part is mash-seam welded by rotating a pair of upper and lower electrode rings;
a rolling step of rolling the welded part welded in the welding step with a pair of upper and lower pressure rollers;
a post-heating step of performing heat treatment on the welded part rolled in the rolling step;
has
The method for welding metal strips further comprises a cooling step of cooling the welded portion before the post-heating step.
先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部とを重ね合わせ、該重ね合わせ部を上下一対の電極輪を回転させてマッシュシーム溶接する溶接手段と、
前記溶接手段で溶接された溶接部を上下一対の加圧ローラで圧延する圧延手段と、
前記圧延手段で圧延された前記溶接部に対して熱処理を行う後加熱手段と、
を備え、
さらに、前記後加熱手段の上流側に、前記溶接部を冷却する冷却手段を
備えることを特徴とする金属帯の溶接装置。 A metal strip welding device in a metal strip continuous processing line,
Welding means for overlapping the tail end of the leading metal band and the tip end of the trailing metal band, and performing mash seam welding on the overlapping part by rotating a pair of upper and lower electrode wheels;
a rolling means for rolling the welded part welded by the welding means with a pair of upper and lower pressure rollers;
post-heating means for heat-treating the welded part rolled by the rolling means;
Equipped with
The apparatus for welding metal strips further comprises a cooling means for cooling the welded portion upstream of the post-heating means.
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