JP3249267B2

JP3249267B2 - 金属帯の連続冷間圧延ラインにおける通板並びに圧延方法

Info

Publication number: JP3249267B2
Application number: JP29759393A
Authority: JP
Inventors: 健松本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 2002-01-21
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH07124611A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通常又は特定ライン内
に組込まれた連続冷間圧延ラインに金属帯を通板し圧延
するに際し、ライン入側で金属帯尾端と次の金属帯の先
端とを良好且つ容易に溶接ビード高さの低い状態に特定
溶接機によって溶接した後に、更に特定方法により特定
範囲の溶接ビードカットを行ってから通板し当該溶接ビ
ード部をも含めて圧延する金属帯の連続冷間圧延ライン
における通板並びに圧延方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にステンレス鋼鋼帯や高ニッケル合
金帯などにおける熱間圧延や冷間圧延鋼帯とか同合金と
かを含む金属帯を、連続冷間圧延ラインに通板し冷間圧
延（以下、単に圧延と言うことがある）するためには、
連続冷間圧延ラインとして、図１に示す通常の連続冷間
圧延ラインや図２〜図５に示すような特定ライン内に組
込まれた連続冷間圧延ラインが用いられる。各図に示す
如く、巻出機１から巻き出された金属帯Ｓは、ライン入
側の溶接機２，入側ルーパ３，４重や６重冷間圧延機や
２０段ゼンジマーミル等に代表されるクラスターミル
（多段圧延機）などの冷間圧延機を１基以上設置した圧
延機７，出側ルーパ８，シヤー９を経て巻取機１０に巻
き取られている。特定ライン内に組込まれた連続冷間圧
延ラインとしては、図２〜図３に示すように、例えば脱
スケール設備としての酸洗設備５，又は焼鈍設備４及び
酸洗設備５を有するラインに後続しかかる圧延機７が一
体化して配設されているもの（事例として特開平5-2124
10号公報，特開平5-104116号公報，特開平5-228504号公
報参照）とか、図４〜図５に示すように、逆にこのよう
な圧延機７の配置されている連続冷間圧延ラインに例え
ば中間ルーパ６を配置し脱スケール設備としての酸洗設
備５，又は焼鈍設備４及び酸洗設備５を有するラインを
後続して一体化して配設したものである。なおこの脱ス
ケール設備としては、単に酸洗設備５だけでなく、機械
的な脱スケール装置と化学的な脱スケール装置とが組合
わされた設備でも良く、後者の一つとして酸洗設備５を
配設してもよい。

【０００３】このような連続冷間圧延ラインにおいて、
溶接機で溶接接合された先行金属帯の尾端と次の金属帯
の先端との溶接部は、この溶接部を組織的に見ると、溶
接ビードと母材とが不連続であるため脆性状態にあり、
この部分を母材と同等に圧延すると破断事故になること
が多い。しかしながら、図１〜図５に示すような連続冷
間圧延ラインにおいては、レバース方式の冷間圧延機と
違って金属帯を圧延中に停止させるのは事故以外にな
く、この溶接部を回避して圧延機で圧延することは実質
的にできないし、また行わないのである。レバース方式
の冷間圧延機ではこの溶接部を回避して圧延することは
できるが、溶接部を回避して圧延すればこの溶接部を境
にして前後に相当長い未圧延部分や目標板厚を越えた板
厚不良部とこの回避圧延に起因する種々の欠陥の発生し
ている表面品質異常部が発生して、圧延作業の能率低下
や金属帯の製造歩留の低下や不必要な工程増加による生
産性の低下や製造コストの上昇等の問題が発生するため
に、この溶接部を含めた圧延技術の確立が非常に重要な
課題である。

【０００４】通常の連続冷間圧延ラインのみならず、多
機能を果たすべく特定ライン内に組込まれた連続冷間圧
延ラインにおいて、(１)溶接部を破断させずに連続冷間
圧延を可能にすることは最重要課題であるが、これのみ
ならず、(２)多機能を果たさねばならないので溶接作業
時間も充分取れず制約を受けるので、限られた短時間内
で溶接作業を完了させることも重要である。

【０００５】以下、この２点について詳細に説明する。
先ず(１)については、内在する溶接欠陥（切欠き，溶け
込み不良等）が無いという溶接部そのものの健全性と、
溶接部厚さが母材金属帯厚に近いという圧延機に殆んど
抵抗なく噛み込ませるのに必要な条件とが重要である。
後者の溶接部厚さは、その厚さが過大であるとその部分
が圧延機に噛み込まれた際のショックで破断し易くなる
ために重要な条件であるが、本発明者は現在の圧延機に
おいては溶接部の厚みは上面下面共にそれぞれ板厚の約
１０％程度以下の盛り上がりであれば溶接部圧延が可能
であるとの知見を得ている。

【０００６】次に(２)について図１〜５を参照して述べ
ると、図１に示す通常の連続冷間圧延ラインにおいては
ライン入側に設けた溶接機２で金属帯尾端と次の金属帯
の先端とを溶接作業を行っている間にライン内の圧延機
７における圧延を停止させないために入側ルーパ３を設
けてあるのが一般的で、予めこの入側ルーパ３に蓄えて
おいた金属帯Ｓを圧延機７に送り出す時間内に溶接作業
を完了させるのであるが、これは中央セクションの減速
操業の可否によって異なる。即ち、中央セクションに例
えば焼鈍設備４や酸洗設備５が存在しておらず圧延のみ
を行うのであれば、近年の板厚制御技術の発達によりラ
イン速度の変化に起因する製品板厚の変動を防止できる
ので、入側ルーパ３に蓄え得る量が少なくても溶接時に
圧延機７の圧延速度を減速して溶接の完了を待つことが
できる。また、図２及び図４に示す如く、酸洗設備５が
更に付加され組込まれているラインでも、或る程度の減
速つまり酸洗液への金属帯Ｓの浸漬時間の増加は、金属
帯Ｓ表面の酸洗仕上げ状態に著しい変化を与えないため
圧延機７の圧延速度を減速することは許容される。

【０００７】しかしながら、図３及び図５に示す如く、
中央セクションに更に焼鈍設備４が設置されている場合
は、ライン速度の変化により金属帯Ｓの温度が目標範囲
を外れ易いので焼鈍設備４内におけるライン速度を低下
させることができない。よってこの場合、ライン設計を
行う際には溶接時間を勘案して入側ルーパ３のルーパ量
を多量にする検討や決定がなされるし、既設のラインで
溶接機２の更新や増設をする際には逆に入側ルーパ３の
ルーパ量を勘案して溶接機２による溶接作業の所要時間
を制限せざるを得なくなる。このような問題点を解消す
るために長大なルーパを設置して溶接作業に時間的余裕
を与えることも考えられるが、スペース的，設置費用的
に限界があって、既設のライン内にこのような長大なル
ーパを設置することは無理である。例えば、中央セクシ
ョンの最高ライン速度が６０ｍ／分（近年の焼鈍・酸洗
ラインとしては比較的遅い例であるが）で、ルーパ長さ
が３００ｍあったとしても、５分以内に溶接作業を完了
させ得る溶接機２が必要となる。

【０００８】連続冷間圧延ラインに限らず連続加工処理
を行うラインの溶接機としては、フラッシュバット溶
接機，マッシュシーム溶接機，レーザー溶接機など
が用いられてきたが、ＭＩＧ溶接機に代表されるガス
シールドメタルアーク溶接機、即ち消耗性電極と被溶接
物である金属帯にアークを発生させる溶接機を用いた例
はなかった。

【０００９】ここで、以下に前記の４種類の溶接機の特
徴及びその問題点を述べる。フラッシュバット溶接機とその問題点フラッシュバット溶接のプロセスは、主として次のよう
にフラッシュ工程と突き合わせ工程とより成る。即ち、
図６の（ａ）に示すように先ず金属帯Ｓ₁の尾端と次の
金属帯Ｓ₂の先端とに電圧を印加し、次いで図６の
（ｂ）に示すようにそれらを接近させて両者間に火花
（ｆｌａｓｈ）を発生させて加熱された両端部を溶融さ
せ、両者が充分加熱された頃合いを見計らって両者を急
激に突き合わせて衝突（ｂｕｔｔ）させると、図６の
（ｃ）に示すように溶融部や軟化部は金属帯Ｓ（Ｓ₁，
Ｓ₂）の上面及び下面の方へ溶接ビードとして押し出さ
れて溶接が完了する。そこで、図６の（ｄ）に示すよう
に押し出された部分をその後の工程で除去する。前記フ
ラッシュ工程において両金属帯Ｓ₁，Ｓ₂の端部は空気中
の酸素と化合し金属酸化物を生成するが、これは後に続
く突き合わせ工程にて溶接ビードとして接合部から押し
出され、溶接完了後に除去されるため問題になり難い。

【００１０】そして、接合部から押し出された部分を除
去する方法としては、シェーパ状の装置でバイト刃を金
属帯の幅方向に移動させて、接合部から直線状に押し出
された溶接ビード部分に押し当ててそれを削り取るよう
に移動させる方法が一般になされているので、溶接部に
おける板厚の増大をほとんど無くすことができるため、
連続圧延に適した形状となり、また後記説明するアーク
溶接機やシーム溶接機の如く金属帯の幅方向にトーチ等
を移動させながら溶接するのでなく、全幅同時に溶接を
行ってしまえるので、短時間で溶接作業が完了するとい
う利点があるため、この溶接法は比較的厚板、即ち板厚
が約２〜１０mmの金属材料全般（普通鋼を含む）に広く
用いられている。

【００１１】しかしながらこの溶接機は、両金属帯
Ｓ₁，Ｓ₂の端部をそれぞれ挟持した強大なクランプを互
いに近付けて行く機構を必要とするから大掛かりな機構
となり高価であり、設置スペースも大きいという欠点を
有しており、更に本発明者の研究によれば、種々の金属
帯のうちの、近年需要の増大している安定化フェライト
系ステンレス鋼鋼帯には適していない。即ち、安定化フ
ェライト系ステンレス鋼は、ＳＵＳ４３０に代表される
フェライト系ステンレス鋼に炭素との親和力の大きいＴ
ｉ，Ｎｂ等を微量添加し、オーステナイト生成元素とし
て鋼中で作用する固溶炭素をそれらの炭化物（ＴｉＣ，
ＮｂＣ）として固定させたもので、高い耐食性を特徴と
している。Ｔｉ，Ｎｂの添加量は微量であるが、実際に
は次のように決定される量である。炭素は等モルのＴ
ｉ，Ｎｂと化合し、Ｔｉ，Ｎｂの役割は鋼中の固溶炭素
の全てと化合することであるので、その添加量は含有Ｃ
と等モル以上でなければならず、Ｃ以外にＯ，Ｎ等とも
化合することを見込んで一般にはＣの７〜１０倍のモル
数を投入している。従って添加されたＴｉ，Ｎｂのう
ち、相当量は鋼中に固溶することになる。この鋼種の鋼
帯をフラッシュバット溶接すると、化合する相手がなく
鋼中に固溶していたＴｉ，Ｎｂは酸素との親和力も強い
ため一般の鋼材などに比して前述したフラッシュ工程で
酸化物が生成し易いが、そのほとんどは接合部から溶接
ビードとして押し出されて除去される。しかしながら、
生成した酸化物が極く僅かに残ることがあり、その場合
に溶接の突き合わせ部に残った酸化物が薄い膜状となる
ため溶接部に切欠き状の欠陥、即ち小さな割れとして作
用するのであり、しかもこの種の鋼は熱間圧延金属帯の
ような厚板の場合には切欠き靭性が低い、つまり母材の
靭性が低い上に溶接部の靭性も低いのでその溶接部に割
れが発生すると、それが母材へと成長して破断に至る危
険性が非常に高いのである。

【００１２】その対策としては、溶接時に雰囲気をアル
ゴン等の不活性ガスで大気と置換する方法や、予め溶接
部に油を塗布しておいて溶接時に燃焼する油によって周
囲雰囲気中の酸素を消費させるといった方法が考えられ
る。しかし、前者の方法を本発明者がテストした処、複
雑な構造の溶接機の突き合わせ部において溶接部を不活
性ガス雰囲気にして大気をシールするのは容易でなく、
元来空気中に約２０％含まれている酸素濃度を半減させ
ることすら困難であった。また、後者の方法は火災の予
防上問題があり、突き合わせ部近傍の電気部品等の焼損
が懸念されるため、実施不可能であった。

【００１３】マッシュシーム溶接機とその問題点マッシュシーム溶接のプロセスは重ね合わせ抵抗溶接で
ある。即ち、図７に示すように両金属帯Ｓ₁，Ｓ₂の端部
を重ね合わせてその上下を電極輪で挟み、この電極輪に
通電しながらシーム溶接を行う方法である。この溶接法
は、比較的薄い約４.５mm以下の金属帯全般（普通鋼を
含む）に用いられており、溶接ビードは低く潰される
（ｍａｓｈ）ので母材金属帯とほぼ同等の厚みに仕上が
り、そのまま圧延機に噛み込ませることが可能である。
溶接速度は板厚に依存し板厚の増大に伴い遅くなるが、
板幅１０００〜１３００mmの範囲にあって、板厚４.５m
mでも約３.５ｍ／分で溶接できるため、比較的短時間で
溶接作業が完了する上、溶接ビード除去も不要であると
いう利点もある。また、前記フラッシュバット溶接機や
後記するレーザー溶接機に比較して小型で安価な装置で
あるが、例えば酸洗されていない熱間圧延鋼帯のように
表面に酸化物とか異物とかが存在するとその酸化物等が
通電性を阻害するのでシーム溶接が極めて困難になるた
め、酸洗されていない熱間圧延鋼帯等を溶接せねばなら
ないラインには適さない。

【００１４】ガスシールドメタルアーク溶接機とその
問題点ガスシールドメタルアーク溶接機として総称されるのは
図８に示すように消耗性電極と被溶接物である金属帯Ｓ
₁，Ｓ₂とにアークを発生させる溶接機であり、アーク保
護ガスとして、アルゴンを主体とした不活性（ｉｎｅｒ
ｔ）ガスを用いるＭＩＧ溶接機（ＭｅｔａｌＩｎｅｒ
ｔＧａｓＡｒｃＷｅｌｄｅｒ），Ｃ０₂ガスを混
入させたガスを用いるＭＡＧ溶接機（ＭｅｔａｌＡｃ
ｔｉｖｅＧａｓＡｒｃＷｅｌｄｅｒ），Ｃ０₂ガス
を用いるＣ０₂溶接機，シールドガスを用いずに消耗電
極であるワイヤ中にフラックスを封入して溶接中にガス
を発生させる方法の溶接機等がある。このガスシール
ドメタルアーク溶接機は前記したフラッシュバット溶
接機やマッシュシーム溶接機や後記するレーザー溶
接機と比較して小型で安価な装置であるという点で優れ
ている。

【００１５】このガスシールドメタルアーク溶接機は、
金属板同士の溶接にも用いられてきたが、連続圧延ライ
ンの入側溶接機の如く連続加工処理ラインにおける金属
帯の溶接機としての例は存在していない。その理由とし
ては次のような諸点が挙げられる。 (１)フラッシュバット溶接機やマッシュシーム溶接
機や後記するレーザー溶接機と比較して溶接速度が遅
い。 (２)溶接部は溶接ビードが大きく、そのままでは圧延に
不向きである。 (３)大きな溶接ビードを短時間で除去する有効な方法が
なかった。この溶接ビードの除去手段として、フラッ
シュバット溶接に用いるのと同様なシェーパ状の装置で
は大きな溶接ビードを短時間内に圧延可能な状態に処理
するのに対応し難い。

【００１６】レーザー溶接機とその問題点レーザー光はアークに比較してエネルギー密度が高く、
従って溶接速度も速い上、溶接ビードも極めて小さく、
その溶接部は健全で、連続圧延前の溶接に非常に適して
いるめ、近年連続ライン入側用の溶接熱源として注目さ
れ、実際にこれを用いている例も多いが、次のような問
題を有している。 (１)レーザー光の発振機が高価である。 (２)溶接部においてレーザー光は微小領域に絞られて開
先に照射されるため、両金属帯Ｓ₁，Ｓ₂の不揃いで不良
な端部をそれぞれ予め切断し揃い合わせてから突き合わ
せる際の突き合わせ精度の高さが求められ、例えば板幅
や板厚や形状に難点のある熱間圧延鋼帯のような金属帯
の溶接時にその精度を与えるためには、切断装置（シヤ
ー）又はクランプがその精度補償機構を備えた大掛かり
なものとなって設置費用が高価となるばかりか広い設置
スペースを要する。 (３)前記(２)項の如く高精度を確保するために、発振機
自体，レーザー光を導き照射させるミラーやレンズ等の
光学系，シヤー等の機械系の点検や保守に多大な高資質
労力が必要であり、このような連続加工処理ラインは一
般に１日２４時間稼働するが、入側溶接機が故障すると
一切の金属帯の通板が不可能となるため、これ１台しか
設置しない場合にはこの精密機器用の特別な保守教育を
受けた要員を配備する等の対策を講じなければならな
い。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の溶接
機は種々の欠点を有しており、また連続加工処理ライン
の取り分けライン入側に配置される溶接機としては種々
の問題点を有しているが、溶接部に欠陥が生じ易く破断
し易い安定化フェライト系ステンレス鋼鋼帯を含む金属
帯を通板し圧延する際に、かかる問題点を解消して、ラ
イン入側で金属帯の尾端と次の金属帯の先端とを、溶接
ビード高さの低い状態に良好且つ容易に溶接し、しかも
その溶接部をも容易且つ短時間内に溶接ビードカットを
行うことができるようにして、当該溶接部を含み破断す
ることなく安定して圧延することを可能とする金属帯の
連続冷間圧延ラインにおける通板並びに圧延方法を提供
することを課題とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究を行い、図１〜図５に示す通常又は
特定ライン内に組込まれた連続冷間圧延ラインにステン
レス鋼鋼帯等々を含む金属帯を通板する際に、ライン入
側で金属帯の尾端と次の金属帯の先端とを溶接する溶接
機として、前述した各種溶接機を使用した場合の相対比
較を行い、その結果を表１にまとめた。

【００１９】

【表１】

【００２０】この表１の結果から、従来連続冷間圧延ラ
インの入側溶接機として採用されたことの無かったＭＩ
Ｇ溶接機等に注目して更に研究を行った結果、 (ａ)両金属帯Ｓ₁，Ｓ₂の端部を溶接し、その溶接部をも
含めて連続冷間圧延するために、消耗性電極と被溶接物
である両金属帯Ｓ₁，Ｓ₂とにアークを発生させるガスシ
ールドメタルアーク溶接機を用いれば良いこと、 (ｂ)このような両金属帯の溶接における溶接電流とし
て、１００〜３００パルス／秒の範囲のパルス電流を用
いてやれば、溶接速度を上げると共に溶接ビード高さを
低く小さい状態に溶接することが可能となり、従ってこ
の溶接ビードの短時間内での除去が可能となること、 (ｃ)両金属帯Ｓ₁，Ｓ₂の厚さの１０％以下の高さとなる
ように溶接ビードカットを行う程度で、溶接部は圧延に
充分耐え得ること、 (ｄ)溶接ビードの除去方法として、回転軸が両金属帯Ｓ
₁，Ｓ₂の幅方向（溶接ビードの方向）に平行又は特定角
度をもって回転する回転砥石を、溶接ビードに押し当て
て幅方向に移動させながら研削する溶接ビードカットが
最適な方法であること、を究明し、本発明を完成させた
のである。

【００２１】即ち、本発明は、ステンレス鋼やその他の
高合金などの金属帯を、通常の連続冷間圧延ライン、取
り分け特定ライン内に一体的に組込まれた連続冷間圧延
ラインに通板し圧延するに際し、ライン入側で金属帯尾
端と次の金属帯の先端とを、消耗性電極と被溶接物であ
る該金属帯とに１００〜３００パルス／秒のパルスを付
与してアークを発生させるガスシールドメタルアーク溶
接機で溶接し、溶接完了後に該溶接ビード高さを所定範
囲の高さとなるように研削する溶接ビードカットを行っ
てから通板して、当該溶接ビード部をも含めて圧延する
ことを特徴とする金属帯の連続冷間圧延ラインにおける
通板並びに圧延方法に関するものである。

【００２２】

【実施例】先ず、基本的に図８に示し前述した如きＭＩ
Ｇ溶接機等のガスシールドメタルアーク溶接機を用い、
シールドガスとしてはアルゴンを９８％含む主として不
活性ガスを使用して、種々の金属帯を溶接を行っては前
述の如き連続多重又は多段冷間圧延機を配置するライン
に通板し圧延を行った。金属帯としては、前記安定化フ
ェライト系ステンレス鋼を含む各ステンレス鋼鋼帯や、
Ｎｉ含有量が２０〜５０重量％で多量のＦｅを含有する
Ｆｅ−高Ｎｉ合金帯や、これにＣｒを含有させた高Ｎｉ
合金帯などについて、同様に通板し圧延を行った。

【００２３】このように実機調査結果、前記本発明の課
題に鑑みて最も問題のある代表金属帯としては、低靭性
の母材であって、溶接部及びその熱影響部が低靭性であ
る上に溶接部における欠陥も生じ易く、従ってその欠陥
による切欠き感受性の高い安定化フェライト系ステンレ
ス鋼帯であること、しかもその薄板厚よりも厚手の板厚
のものに破断等の問題が生じ易いこと、更にその幅方向
や長手方向にバラツキの多い板厚や同板幅や同形状面や
表面に厚い酸化スケールが付着していることなどからそ
の熱間圧延鋼帯に問題が生じ易いことなどが判明した。
そこで、難溶接性であり溶接部が難圧延性である安定化
フェライト系ステンレス鋼帯が前記本発明の課題を達成
できれば、他の金属帯の溶接性及び溶接部の圧延性も殆
んど問題ないので、この鋼帯の最も問題の多い厚手の板
厚の熱間圧延鋼帯を中心に実施し、本発明の代表的な実
施例として以下に説明していく。

【００２４】旧来のＭＩＧ溶接機にパルスを付与しない
電流を流して約０.８ｍ／分の溶接速度で板厚約４.５mm
のＮｂ添加の安定化フェライト系ステンレス鋼の未酸洗
の熱間圧延鋼帯の開先部を溶接した処、その溶接部の断
面は図９の実線の如く溶接ビード高さは約５mmもあり、
１ｍ幅の鋼帯の溶接にはシヤーリング等の準備時間を含
めると約３分も要することが判明した。このように溶接
ビード高さが高くなるのは、一般にガスシールドメタル
アーク溶接においては裏ビードが確実に出るまで溶接を
行うことがその健全性の観点から必要であるが、この溶
接法の特性として電流にほぼ比例して消耗性電極（いわ
ゆる溶接ワイヤ）を供給することが必要であるので、熱
間圧延ステンレス鋼鋼帯の如く板厚が厚く裏ビード（深
溶込み）が容易に得られないときは裏ビードが確実に出
るまでは溶接電流を上昇させるか又は溶接速度を低下さ
せねばならないため、単位ビード長さ当たりに使用する
溶接ワイヤは多くなって溶接ビード高さがどうしても高
くなる傾向にあるからである。

【００２５】このような溶接ビード高さが高い溶接部を
含めてその両側（前後）の鋼帯を圧延することは極めて
困難であり、圧延を可能ならしめるためにこの溶接ビー
ド高さを所定範囲の高さとなるように研削しようして、
図１１に示すような回転軸が鋼帯の幅方向に平行な回転
砥石を溶接ビードに押し当てて鋼帯の幅方向に移動させ
て研削する溶接ビードグラインダで約１ｍ／分の砥石送
り速度で研削したが、図９に破線に示す程度に圧延機に
噛み込ませることが困難な高さ約２mmの溶接ビードが残
存し、しかも溶接ビードと砥石の位置合わせ作業を含め
ると約２分の時間を要した。また、前記溶接ビードグラ
インダの砥石送り速度を半減させたり、２度送りを試み
たりしたが、母材の厚さの１０％以下の高さとなるよう
に溶接ビードカットを行うことが不可能であった。

【００２６】しかしながら、本発明者はこの溶接法に固
執して、溶接した溶接部が圧延に耐え得るか否かを検討
すべく、非常に労力を要したがこのような溶接ビードを
ポータブルのグラインダにて更にこの鋼帯表面にほぼ面
一になるまで研削した上で、この溶接ビートカット処理
の施こされた鋼帯を４タンデムゼンジマーミルにて圧延
張力約４０kgf／mm²で板厚１.５mmまで溶接部を含めて
圧延した（圧延率６６.６％）処、溶接部が破断するこ
とは無かった。この実験でガスシールドメタルアーク溶
接機で溶接した溶接部の圧延が可能であることが確認で
きたので、次に溶接速度の向上と溶接ビードを小さくす
ることを検討した。

【００２７】

【作用】本発明者は、前述したレーザー溶接が、ガスシ
ールドメタルアーク溶接に比較して溶接ビードが小さく
高速溶接が可能なのは、熱源のエネルギ密度が高く、深
溶込み特性が得られることに着目し、ガスシールドメタ
ルアーク溶接においてもアークを絞って（硬直させて）
エネルギ密度を高める方策として消耗性電極と被溶接物
である鋼帯とにパルス電流を用いることに着目し、３３
０パルス／秒の電源を用意し３００パルス／秒のパルス
電流を用いて前記鋼帯に対して溶接を行った処、溶接速
度を１.５倍の１.２ｍ／分に向上させても裏ビードが得
られたのみならず、図１０に実線で示すような溶接ビー
ド高さが約２mmに抑えられ、その結果前記図１１に示す
ような溶接ビードグラインダを用いて溶接ビードの研削
を行った処、図１０に破線で示すように母材表面とほぼ
面一の状態に研削するのに約４分しかかからなかった。
そして、この研削後の鋼帯を前記４タンデムゼンジマー
ミルによって圧延張力約４０kgf／mm²で板厚１.５mmま
で溶接部を含めて圧延した（圧延率６６.６％）が、溶
接部が破断することは無かった。この安定化フェライト
系ステンレス鋼熱間圧延鋼帯のＮｂ添加により安定化さ
せた化学組成事例と、このパルスを付与した電流を使用
した場合と、使用しない場合との結果をまとめて表２及
び表３に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】このような溶接部の圧延実験結果から、ガ
スシールドメタルアーク溶接機で連続ライン入側で未酸
洗の鋼帯尾端と次の未酸洗の鋼帯の先端とを消耗性電極
と被溶接物である鋼帯とに所定範囲のパルス電流を付与
して溶接を行うので、その溶接時における溶滴移行現象
がドロップ移行からスプレイ移行へ変化すると考えられ
る現象に起因して、深溶け込み特性が得られて低電流に
て健全な裏ビードが得られ、しかも過剰な消耗性電極
（溶接ワイヤ）の供給を必要としないために溶接ビード
高さを低く抑え且つ溶接速度の向上による溶接時間の短
縮を可能とするばかりでなく、圧延に耐え得る溶接部を
得ることが可能となることが確認ができたのである。そ
の結果、溶接ビードグラインダーによる溶接ビードの平
滑化も可能となって、溶接と研削とを含めた作業を約４
分という連続加工処理ラインとしての許容できる時間内
に収めることが可能となることが確認ができたのであ
る。

【００３１】通常ＭＩＧ溶接等においては直流電流(Ａ)
によるが、本発明方法で採用したガスシールドメタルア
ーク溶接においては、消耗性電極と被溶接物である鋼帯
とにパルス電流を用いることが有効であることが確認で
きた。このパルス（周波数）(Ｈｚ)と平均電流(Ａ)と
は、一般的に、一事例として図１２に実線で示すよう
に、直線的な比例関係にあり、１回のパルスで移行する
溶滴径の大きさが点線で示される。この事例は、被溶接
物として通常の炭素鋼帯をガスシールドメタルアーク溶
接する際に、消耗性電極であるワイヤとして直径が１.
２mmの軟鋼を使用し、ガスとして（２０％ＣＯ₂＋８０
％Ａｒ）のブレンドガスを使用して雰囲気を大気からシ
ールし、この消耗ワイヤ先端と被溶接物との距離を１０
mmに保持して溶接した結果、パルス（周波数）(Ｈｚ)を
上げていけば平均（溶接）電流(Ａ)も比例して増加する
ことが示され、この平均（溶接）電流を増せば比例して
消耗ワイヤの溶融速度が増加することを意味しているの
である。即ち、パルス（周波数）(Ｈｚ)と消耗ワイヤの
溶融速度とも比例関係にあるので、１回のパルスで移行
する溶滴の大きさ（溶滴径）は点線で図示するように殆
んど変らず、全電流範囲に亘って消耗ワイヤ径と同程度
であることを示している。

【００３２】このような事例を参照して、このパルス
（周波数）(Ｈｚ)がどの程度の範囲にあれば良いのかに
ついて、種々の金属帯に対してほぼ同様にして溶接及び
圧延実験をも重ねて検討した結果、１００〜３００パル
ス／秒の範囲であれば良いことが確認できた。ＪＩＳ規
格やＡＩＳＩ規格に規定されるステンレス鋼鋼帯であ
り、その板幅が約１６００mm以下で板厚が２.０〜６.５
mmの範囲の熱間圧延鋼帯や冷間圧延鋼帯の場合には、１
５０〜２５０パルス／秒の範囲であれば良いことが確認
できたのである。前記本発明の課題を達成するために
は、被溶接物である金属帯及びその溶接に関する種々様
々な条件が実際には寄与するのであるが、このパルス状
高周波(Ｈｚ)による安定なアーク溶接におけるパルス
（周波数）(Ｈｚ)として、１００パルス／秒未満では溶
滴移行現象がスプレイ移行へ変化せずドロップ現象にと
どまって、裏ビート（母材への深溶込み）が容易に得ら
れなくなって溶接不良・圧延破断現象につながるので好
ましくなく、逆に３００パルス／秒超えではスプレイ移
行へ溶滴移行現象が強まり過ぎて場合によっては溶接部
に穴が開けられるように溶接不良につながり好ましくな
いために、前述の如く１００〜３００パルス／秒の範囲
のパルスを付与した電流でなければならないことが究明
できたのである。

【００３３】

【発明の効果】以上に詳述した本発明に係る金属帯の連
続圧延ラインにおける通板並びに圧延方法は、前記本発
明の課題達成し、以下に列挙するような利点及び効果が
認められ、その工業的価値は非常に大きなものである。（イ）難溶接性でその溶接部が難圧延性である安定化フ
ェライト系ステンレス鋼帯を含むステンレス鋼鋼帯をは
じめ、比較的厚手の板厚で表面に酸化スケール層を有す
る難溶接性の熱間圧延鋼帯や同合金帯又は厚手の板厚の
冷間圧延鋼帯や同合金帯など、種々の金属帯に対して適
応可能であること、（ロ）本発明における金属帯の連続
冷間圧延ラインとしては、通常の連続冷間圧延ラインで
も良く適応できるが、取り分け連続冷間圧延機能のみな
らず他の多機能をも果たさねばならぬ特定ライン内に組
込まれた連続冷間圧延ラインにおいても、前後の両金属
帯端部の短い溶接制限時間やその溶接性，更にその溶接
部の破断しない圧延性などを満足させて適応可能である
こと、（ハ）本発明方法は、新設ラインだけでなく、既
設ラインを小改造して、実施適応可能であること、例え
ば具体的に、従来未酸洗の熱間圧延ステンレス鋼帯など
の連続圧延を行うラインに設置する入側溶接機としては
フラッシュバット溶接機を採用していたが、近年生産量
の増大している安定化フェライト系ステンレス鋼帯の溶
接及びその溶接部の圧延は前述の如く困難であり、この
問題に対しては高価で保守・管理が面倒で困難なレーザ
ー溶接機の導入以外に対応できなかったが、このレーザ
ー溶接機の採用はシヤー装置やクランプ装置が大掛かり
なために既設ライン中にその設置スペースがなく、ライ
ンそのものの大改造を余儀なくされていたが、本発明方
法によれば、レーザー溶接機に比較して小型で安価なＭ
ＩＧ溶接機等のガスシールドメタルアーク溶接機と溶接
ビードグラインダとを導入するだけで良いので、既設の
ラインの比較的小さなスペースを利用して設置できる
上、ライン改造や溶接機購入の費用も比較的安価に済む
ばかりでなく、保守性も格段に優れていること、（ニ）
本発明方法は、前記（ロ）項及び（ハ）項に記載するよ
うな新設又は既設のかかる金属帯の連続冷間圧延ライン
に実施し適応されるだけでなく、同様に種々の金属帯の
連続加工処理ラインへの適応も可能であること、（ホ）
本発明方法は、被圧延物である金属帯の未圧延部や目標
板厚不良部、また表面品質異常部を発生させることなく
連続冷間圧延を行うことを可能とし、圧延作業能率の向
上や製造歩留の向上や不必要で余分な工程を通板しない
で済むことなどから生産性の向上を図り、総合的に製造
コストの低減を可能とするのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】通常の金属帯を冷間圧延する連続冷間圧延ライ
ンの一例を示す概要説明図である。

【図２】特定ライン内に組込まれた連続冷間圧延ライン
の事例を示すもので、脱スケール設備としての酸洗設備
を備えるラインに後続し圧延機が一体化して配設されて
いる金属帯の連続冷間圧延ラインの一例を示す概要説明
図である。

【図３】特定ライン内に組込まれた連続冷間圧延ライン
の事例を示すもので、焼鈍設備及び脱スケール設備とし
ての酸洗設備を備えるラインに後続し圧延機が一体化し
て配設されている金属帯の連続冷間圧延ラインの一例を
示す概要説明図である。

【図４】特定ライン内に組込まれた連続冷間圧延ライン
の事例を示すもので、連続冷間圧延ラインに後続して、
中間ルーパを配置し引続き脱スケール設備としての酸洗
設備を一体化して配設されている金属帯の連続冷間圧延
ラインの一例を示す概要説明図である。

【図５】特定ライン内に組込まれた連続冷間圧延ライン
の事例を示すもので、連続冷間圧延ラインに後続して、
中間ルーパを配置し引続き焼鈍設備及び脱スケール設備
としての酸洗設備を一体化して配設されている金属帯の
連続冷間圧延ラインの一例を示す概要説明図である。

【図６】フラッシュバット溶接機による溶接プロセスの
概要を示す説明図である。

【図７】マッシュシーム溶接機による溶接概要を示す説
明図である。

【図８】ＭＩＧ溶接機等によるガスシールドメタルアー
ク溶接機による溶接概要を示す説明図である。

【図９】パルス電流によらない旧来のＭＩＧ溶接機によ
る溶接部の断面を示す説明図である。

【図１０】パルス電流を用いたＭＩＧ溶接機等のガスシ
ールドメタルアーク溶接機による溶接部の断面を示す説
明図である。

【図１１】回転軸が金属帯の幅方向に平行な回転砥石を
溶接ビードに押し当てて金属帯の幅方向に移動させて研
削する溶接ビードグラインダによる溶接ビードカットの
一事例を示す説明図である。

【図１２】金属帯の溶接における溶接電流としてパルス
電流を用いたときの平均溶接電流(Ａ)とパルス（周波
数）(Ｈｚ)との関係等の一事例を示す関係説明図であ
る。

【符号の説明】

１巻出機２溶接機３入側ルーパ４焼鈍設備５酸洗設備６中間ルーパ７圧延機８出側ルーパ９シヤー１０巻取機Ｓ金属帯Ｓ₁先行金属帯Ｓ₂後行金属帯

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 15/00 B21B 1/28 B23K 9/173

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続冷間圧延ラインに金属帯を通板し圧
延するに際し、ライン入側で金属帯尾端と次の金属帯の
先端とを、消耗性電極と被溶接物である該金属帯とに１
００〜３００パルス／秒のパルスを付与してアークを発
生させるガスシールドメタルアーク溶接機で溶接し、溶
接完了後にその溶接ビード高さを所定範囲の高さとなる
ように研削する溶接ビードカットを行ってから通板し
て、当該溶接ビード部をも含めて圧延することを特徴と
する金属帯の連続冷間圧延ラインにおける通板並びに圧
延方法。
【請求項２】金属帯がステンレス鋼鋼帯である請求項
１に記載の金属帯の連続冷間圧延ラインにおける通板並
びに圧延方法。
【請求項３】連続冷間圧延ラインが、一連の連続焼鈍
及び脱スケール装置を有するラインに後続し一体化して
配設されている請求項１又は２に記載の金属帯の連続冷
間圧延ラインにおける通板並びに圧延方法。
【請求項４】溶接完了後に回転砥石を溶接ビードに押
し当てて金属帯の幅方向に移動させ、溶接ビード高さを
金属帯の厚さの１０％以下の高さとなるように研削する
溶接ビードカットを行う請求項１から３までのいずれか
１項に記載の金属帯の連続冷間圧延ラインにおける通板
並びに圧延方法。