JP3501914B2

JP3501914B2 - 鋼材の熱間圧接方法

Info

Publication number: JP3501914B2
Application number: JP03785297A
Authority: JP
Inventors: 浩一坂本; 誠司岡田; 俊博森; 正海沖; 信広田添; 紀夫岩波
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2004-03-02
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: JPH10230302A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋼材の連続熱間
圧延ライン等において、高温鋼材（たとえば900℃以上
というような圧延中の鋼材）を効率よく、しかも確実に
圧接する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鉄工場では、省エネルギー、製品歩留
りの向上、生産性の向上等を目的として、製造工程の連
続化が精力的に進められている。その中でも、熱延鋼板
（ホットコイル）を製造する熱間圧延工程の連続化は重
要な課題の一つとなっている。従来の熱間圧延において
は、加熱後のスラブを１枚ずつ粗圧延機と仕上圧延機に
供給して間欠的に圧延を行っていた。このような間欠圧
延は、それ自体が非能率的なだけでなく、特に被圧延材
の板厚が薄い場合には、その先端が変形してガイドロー
ルに突っ掛けたり、後端が圧延機を抜けるときに絞り込
まれて圧延ロールを損傷することが多い。これらのトラ
ブルが発生すると、圧延ラインを停止して補修やロール
の交換を行うことを余儀なくされる。このようなトラブ
ルを防止するには圧延速度を遅くしなければならず、圧
延の能率は一層低下する。

【０００３】また、熱延鋼板の先端部および後端部で
は、その中央部に比べて圧延速度のバランスが崩れ、適
正な圧延温度範囲から外れるので、寸法外れが発生し易
い。更に、熱延鋼板の先端では、板幅方向の中央部が圧
延方向に突き出して板幅が狭くなり、後端では逆に板幅
中央部が窪むフィッシュテイルという現象が起きる。そ
の外、先端が圧延ロールに噛み込む時やダウンコイラー
による巻取り開始時に、急激な張力の上昇があり板幅が
狭くなるという問題もある。このように仕上圧延後の鋼
板の先端および後端は、製品として寸法不良になるか
ら、その部分は切り捨てなければならず、生産歩留りの
低下が大きい。

【０００４】上記のような問題を解消するために、近
年、粗圧延機と仕上圧延機の間で、先行する粗圧延済み
の鋼材（以下、先行鋼材という）と、後続する粗圧延済
みの鋼材（以下、後行鋼材という）とを圧接し、仕上圧
延を連続的に行う方法が提案されている。この場合の圧
接は、スケールを除去 (脱スケール) した鋼材の端部を
突き合わせ、または重ね合わせて圧接することによって
行うのが最も実際的である。

【０００５】本出願人は、熱延鋼板の重ね合わせ部また
は突き合わせ部を還元雰囲気の下で加熱し、スケールを
還元して熱延鋼板の幅方向に圧接する方法を特開平5-80
58号公報で提案した。還元雰囲気の下で加熱すれば、積
極的にスケールを除去しなくとも圧接ができるので、熱
延鋼板の圧接を簡単に能率よく行うことができるのであ
る。

【０００６】しかし、還元雰囲気の下での加熱だけで還
元できるスケールの厚さには限界があり、数10μｍ以上
の厚いスケールが生成している鋼板、あるいは還元され
にくい組成のスケールが生成している鋼板の場合には、
圧接の前に積極的に脱スケールすることが必要となる。
本出願人の一人は、機械的に脱スケールを行う方法につ
いて次に示す提案を行った。

【０００７】1) 先行鋼材の後端部と後行鋼材の先端部
をそれぞれ上下一対の金型で挟み、両材の接合面同士を
すり合わせてスケールを除去した後、金型を電極として
通電加熱し、圧接する方法（特開平5-245507号公報参
照）、 2) ブラシロールとそのブラシロールを使用して高温鋼
材を脱スケールした後、熱間圧接する方法（特開平6-20
0388号公報参照）、 3) 粗圧延後の高温鋼材を圧延ライン中で、回転切削工
具によって機械的に脱スケールして圧接する方法（特開
平6-335785号公報、特開平8-19804号公報参照）。

【０００８】図５は、熱間圧接装置を配置した熱間連続
圧延設備の概要を示す図である。鋼材のスラブ9は、粗
圧延機1によって圧延され圧延鋼材Sとなり、一旦コイル
ボックス2においてコイルに巻き取られる。そして仕上
げ圧延機6に送られる前に巻き戻され、レベラー3によっ
てコイルの巻き癖が矯正され、クロップシャー4で端部
の不良部分が切断される。その後、走行する熱間圧接装
置5において先行鋼材S1の後端部と後行鋼材S2の先端部
とを圧接した後、仕上げ圧延機6により仕上げ圧延が行
われ、ダウンコイラー8で巻き取られ、高速シャー7で切
断され、熱延鋼板コイルとなる。

【０００９】図６は、従来の熱間圧接装置の一例を示す
図である。圧接は、次のような工程で実施される。ま
ず、先行鋼材S1の後端が所定位置（圧接プレス10の位
置）にきたときクランプ装置11で鋼材を固定し、架台12
に設けられたテーブルローラ13を昇降用シリンダー14に
よって上昇させ、円筒状回転工具15によって切削できる
位置(H)まで押し上げる。次に、後行鋼材S2を前進させ
てその先端が下金型16の位置（先行鋼材の後端に重なり
合う位置）にきたとき、後行鋼材をクランプ装置11で固
定する。その後、バーナー17を燃焼させて先行鋼材S1お
よび後行鋼材S2の端部を還元炎雰囲気として円筒状回転
工具15を移動装置（図示せず）により矢印方向に移動さ
せて鋼材の端部を斜め切削する。切削が終わると、円筒
状回転工具を退避させ、先行鋼材の架台12を圧接プレス
10と同時に下降させて圧接する。この熱間圧接装置5
は、走行ローラ18によって圧延方向に走行する。

【００１０】図７は、従来の熱間圧接装置に使用されて
いる円筒状回転工具によって鋼材の接合部を切削する状
況を示す図である。図示するように後行鋼材S2を下金型
16で支持し、円筒状回転工具15を回転させながら工具の
送り方向（矢印）に移動することにより、鋼材の先端
（斜線部）を斜めに切削する。先行鋼材も同様に切削さ
れる。円筒状回転工具には、高速度鋼や超硬合金製の刃
物19が使用されるが、断続的な切削のため、衝撃的な力
が働き、工具寿命が短い。

【００１１】このように機械的に脱スケールする方法で
は、装置が複雑なため熱間圧接装置が大きくなること、
切削動力が大きいこと、切削工具の寿命が短いことなど
の欠点がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】熱間圧延ラインの粗圧
延機から仕上圧延機までの間にある鋼材は、およそ 900
〜1150℃の高温である。従って、この間で脱スケールを
行っても、圧接までに時間がかかれば再びスケールが生
成してしまう。還元雰囲気の下でホットスカーファーや
ブラシロールを用いて脱スケールする方法も提案されて
いる。しかし、ホットスカーファーでは再酸化し、ブラ
シロールでは脱スケールが十分でなく、圧接強度を低下
させることになる。また、回転切削工具による脱スケー
ルの方法では、工具を高速度鋼製や超硬合金製にしても
耐熱性や耐衝撃性が不十分で、先端が損傷し、実用的で
ない。

【００１３】本発明の目的は、高温の鋼材の圧接すべき
面を耐熱性と耐衝撃性に優れた工具によって脱スケール
（切削）し、健全な圧接部を得る方法を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、900〜100
0℃での切削において、切削工具の耐熱性と耐衝撃性を
高めるためには、刃先を回転させればよいことに着目
し、本発明を完成した。

【００１５】本発明の要旨は、下記の高温鋼材を重ね合
わせて熱間圧接する方法にある（図１参照）。

【００１６】圧接される先行鋼材S1の後端部と後行鋼材
S2の先端部を還元炎雰囲気または高温の無酸化雰囲気の
下で脱スケールした後、脱スケール部を重ね合わせて還
元炎雰囲気または高温の無酸化雰囲気の下で圧接する方
法であって、回転しない支持軸21の移動により支持軸を
中心に自由回転する回転刃20をすくい面26を送り方向に
傾斜(α)させて取り付けた自由回転工具Cを用い、回転
刃を鋼材に切り込ませ前記自由回転工具を送り移動させ
ることにより脱スケールする鋼材の熱間圧接方法。

【００１７】自由回転する回転刃を支持する支持軸は刃
物台23に固定され、その刃物台にはガイドローラーを取
り付けるのが望ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の自由回転刃によ
る切削の原理を説明するための図であり、(a)は平面
図、(b)は正面図、(c)は側面図である。図示するように
自由回転刃20の断面は、円錐台形状に構成され、支持軸
21を傾斜させて取り付けることによって、切削面（すく
い面）にすくい角γと傾斜角αとを与え、切削と刃の回
転を容易にする。すくい角を与えるのは、すくい面に溝
を設けてもよいが、(b)図に示すように支持軸21を水平
方向（工具の送り方向）に対してγだけ傾けるのがよ
い。また、傾斜角は、(a)図に示すように支持軸21を平
面的に水平方向（工具の送り方向）に対してαだけ傾け
て付与する。

【００１９】すくい角は、切削するために必要な角度で
あり、10゜〜30゜とするのが望ましい。10゜未満では切
削抵抗が増大する。また、30゜を超えると刃先の角度が
小さくなり刃先が弱くなり、欠損する。

【００２０】傾斜角は、工具を送り方向に移動したとき
回転力Fが生じ、回転刃を自由に回転させる。傾斜角が1
5゜未満では回転が不安定になる。また、35゜を超える
と切削幅（図１参照）が狭くなり、圧接する幅が狭くな
る。したがって、傾斜角は15〜35゜の範囲とするのが望
ましい。

【００２１】図2(c)に示すように切削部は、自由回転刃
で切削されるので曲面となるが、圧接部の性能には影響
しない。

【００２２】図１は、自由回転工具の一部を示す図であ
り、(a)は平面図、(b)は正面図である。自由回転工具Ｃ
は、自由回転刃20の回転を円滑にするために、回転刃と
支持軸21との間に軸受22を設け、支持軸を刃物台23に固
定する。支持軸は水平方向に対してすくい角（γ）だけ
傾け、平面的に送り方向に対して傾斜角（α）だけ傾け
て取り付けられている。

【００２３】傾斜角を付与することにより、回転刃は回
転しながら鋼材を連続的に切削するため、衝撃力による
欠損が少なく、刃先が回転するため刃先の温度上昇によ
る摩耗が少なく、寿命が長くなる。また、刃先には衝撃
力が負荷されないため高速切削が可能となり、切削時間
が短縮され、ひいては圧接装置の走行距離が短くてす
み、設備費が少なくなる。

【００２４】図３は、本発明の自由回転工具を用いた熱
間圧接装置を示す図である。本発明の熱間圧接装置は、
脱スケールのための切削工具として自由回転工具Ｃを配
設するものであり、他の装置は従来の装置と同様であ
る。脱スケールは、自由回転工具Ｃを紙面に垂直方向に
油圧装置などの移動装置（図示せず）によって送り移動
させ、先行鋼材と後行鋼材の圧接する面を同時に切削し
て行う。

【００２５】図４は、自由回転工具の一例を示す図であ
り、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は正面図である。

【００２６】自由回転刃20は、刃物台23にそれぞれ支持
軸21を介して、すくい角および傾斜角が付与されて取り
付けられている。刃物台23には、鋼材の表面に接触して
鋼材の上下動を拘束する垂直ガイドローラ24と、鋼材の
端面に接触して工具の左右動を拘束する水平ガイドロー
ラ25とが設けられている。

【００２７】本発明の圧接に必要な脱スケールの方法
は、自由回転工具を鋼材の幅方向に送り移動させること
により、回転刃を回転させながら切削するので、従来の
方法のように回転刃の支持軸を回転させる装置を必要と
しない。したがって、脱スケールする切削装置としては
移動装置のみで簡単であり、熱間圧接装置を小型化する
ことができる。

【００２８】

【実施例】厚さ30mm、幅300mm、長さ7000mmの鋼板コイ
ル（Ｃ：0.1重量％、Ｓｉ：0.5重量％、Ｍｎ：1.2重量
％）を用意し、図３に示す熱間圧接装置を配置した図５
に示す小型の圧延設備によって連続化試験を行った。

【００２９】コイルボックスでの加熱温度は1250℃であ
り、熱間圧接装置での脱スケール（切削）および圧接条
件は次の通りである。

【００３０】切削工具として、最大外径300mm、幅30mm
の円錐台形状の自由回転刃をすくい角20゜、傾斜角25゜
となるように支持軸を刃物台に固定した自由回転工具を
用いた。切削は、直火還元炎雰囲気中において最大切
り込み深さを 14 mm、切削幅を30 mmとし、送り移動速
度（切削速度）が300mm／秒となるように移動装置を移
動させた。なお、鋼材の切削温度は1050℃、還元炎点火
１秒後に切削を開始した。

【００３１】直火還元炎雰囲気は、ノズル内混合方式の
バーナーを使用し、リング状のスリットノズルから混合
気体を噴射して還元炎を形成させた。バーナーは、板幅
方向に複数個並べて配置した。燃料は、バーナー１本当
たり６ Nm³/hrのＬＰＧガスを酸素富化率60％、空気比
（ｍ）0.6とした。

【００３２】切削を終えて自由回転工具を退避させた１
秒後に圧接を開始した。圧接は、温度1050℃、重ね合わ
せ量25mmとし、圧接には能力300トンのプレスを用い、
板厚が30mmになるまで押圧して行った。還元炎の噴射
は、圧接が終了するまでつづけた。

【００３３】圧接後、鋼材温度が1000℃になったとき、
３台の仕上げ圧延機により、それぞれ40％、35％、30％
の圧下率と、約3.0 kgf/mm²の張力をかけて従来と同様
の圧延を行い、板厚8.2mmのコイルを製造することがで
きた。

【００３４】本発明の脱スケールに使用した自由回転工
具の寿命は、切削できた長さ（脱スケール長さ）で約10
0ｍであったが、従来の方法、たとえば図７に示した円
筒状回転工具（円筒状回転工具は、回転刃先直径400m
m、円筒に取り付けられた刃物数120本、切削速度は100
mm／秒）では、約10ｍであった。

【００３５】

【発明の効果】本発明の自由回転工具を用いて切削して
熱間圧接する方法は、切削装置の構造が簡単で圧接装置
が小型化できるとともに、圧接時間が短く熱間圧接装置
の走行距離が短くなり、圧延設備費の低減を図ることが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】自由回転工具の一部を示す図であり、(a)は平
面図、(b)は正面図である。

【図２】本発明の自由回転刃による切削の原理を説明す
るための図であり、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は
側面図である。

【図３】本発明の自由回転工具を用いた熱間圧接装置を
示す図である。

【図４】自由回転工具の一例を示す図であり、(a)は平
面図、(b)は側面図、(c)は正面図である。

【図５】熱間圧接装置を配置した熱間連続圧延設備の概
要を示す図である

【図６】従来の熱間圧接装置の一例を示す図である。

【図７】従来の熱間圧接装置に使用されている円筒状回
転工具によって鋼材の接合部を切削する状況を示す図で
ある。

【符号の説明】

１．粗圧延機２．コイルボックス３．レベラー４．クロップシャー５．熱間圧接装置６．仕上げ圧延機７．高速シャー８．ダウンコイラー９．スラブ 10．圧接プレス 11．クランプ装置 12．架台 13．テーブルローラ 14．昇降用シリンダー 15．円筒状回転工具 16．下金型 17．バーナー 18．走行ローラ 19．刃物 20．自由回転刃 21．支持軸 22．軸受 23．刃物台 24．垂直ガイドローラ 25．水平ガイドローラ 26．すくい面 27．逃げ面Ｃ．自由回転工具Ｓ．鋼材 S1．先行鋼材 S2．後行鋼材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ２３Ｋ 20/14 Ｂ２３Ｋ 20/14 (72)発明者森俊博大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者沖正海大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者田添信広神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリングセンター内 (72)発明者岩波紀夫神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリングセンター内 (56)参考文献特開平８−10809（ＪＰ，Ａ) 特開平８−19804（ＪＰ，Ａ) 特開平６−335785（ＪＰ，Ａ) 特開平５−8058（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 1/00 - 1/46 B21B 15/00 B21B 45/06 B23C 3/13 B23K 20/00 B23K 20/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧接される先行鋼材の後端部と後行鋼材の
先端部を還元炎雰囲気または高温の無酸化雰囲気の下で
脱スケールした後、脱スケール部を重ね合わせて還元炎
雰囲気または高温の無酸化雰囲気の下で圧接する方法で
あって、回転しない支持軸の移動によって支持軸を中心
に自由回転する回転刃をすくい面を送り方向に傾斜させ
て取り付けた自由回転工具を用い、回転刃を鋼材に切り
込ませ前記自由回転工具を送り移動させることにより脱
スケールすることを特徴とする鋼材の熱間圧接方法。
【請求項２】自由回転する回転刃を支持する支持軸は刃
物台に固定され、その刃物台にはガイドローラを取り付
け、鋼材の上下方向の移動と工具の左右方向の移動を抑
制することを特徴とする請求項１に記載の鋼材の熱間圧
接方法。