JP3594807B2

JP3594807B2 - 圧延鋼材の熱間圧接方法およびその装置

Info

Publication number: JP3594807B2
Application number: JP22551698A
Authority: JP
Inventors: 浩一坂本; 傑浩福島; 紀夫岩波; 信広田添; 史郎長田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-08-10
Also published as: JP2000052060A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粗圧延された鋼材を接合した後、連続に仕上げ圧延を行うに際し、鋼材の端部を脱スケールするために切削した後、熱間で接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼製造工場では、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。
【０００３】
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、これを単に「先行鋼材」と記載する）と、後続する粗圧延済みの鋼材（以下、これを単に「後行鋼材」と記載する）とを接合し、熱間仕上圧延を連続的に行う方法（以下、これを単に「連続化熱間圧延方法」と記載する）が提案されている。
【０００４】
たとえば、熱延鋼板の重ね合わせ部を還元炎雰囲気の下で加熱し、スケールを還元して熱延鋼板の全幅を厚さ方向に圧接する方法（特開平６−３１２２７７号公報、参照）。また、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、回転切削工具など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、同８−１９８０４号公報、同９−５７３０２号公報、参照）などがある。
【０００５】
図１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。鋳片のスラブ９は、粗圧延機１によって圧延され圧延鋼材Ｓとなり、一旦中間コイラー２においてコイルに巻き取られる。そして仕上げ圧延機群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、仕上げ圧延機群６によって仕上げ圧延が行われ、ダウンコイラー８に巻き取られる。そして高速シャー７で切断され、熱延鋼板コイルとなる。
【０００６】
図２は、回転切削工具を用いた熱間圧接装置を示す縦断面図である。
【０００７】
熱間接合は、次のような工程で実施される。まず、先行鋼材Ｓ１の後端部が所定位置（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、円筒状回転切削工具１５によって切削できる位置まで押し上げる。次に、後行鋼材Ｓ２を前進させ、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１７を燃焼させて先行鋼材Ｓ１および後行鋼材Ｓ２の端部のまわりを還元炎雰囲気として円筒状回転切削工具１５を矢印で示す方向に移動させ、それぞれの鋼材の端部を切削する。切削が終わると、回転切削工具を退避させ、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。
【０００８】
熱間接合は、鋼板の接合部の形状によって重ね合わせて行う方法と、突き合わせて行う方法とがある。
【０００９】
図３は、接合の態様を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は鋼板を重ね合わせてその厚さ方向に押圧して接合する図、（ｄ）は鋼板を突き合わせてその長手方向に押圧して接合する図である。
【００１０】
重ね合わせて行う方法は、図３（ａ）に示すように接合部を斜めに切削したもの、同図（ｂ）のように階段状に切削したもの、同図（ｃ）のように溝状の切欠をつけたものなどがある。いずれも把持装置１９で鋼板Ｓ１，Ｓ２を把持し、切削面２０，２１を重ね合わせ、圧接プレス１０で鋼材の厚さ方向に圧下する。圧下と同時に、いずれかの把持装置（この場合には後行鋼板把持装置１９）を圧下量に応じて移動させるか、または把持装置を開放する。なお、切削および接合の際には、バーナ１７から還元炎を吹き付け、酸化を防止する。
【００１１】
突き合わせて行う方法は、図３（ｄ）に示すように切削または切断後、鋼材Ｓ１，Ｓ２を把持装置１９で把持し、切削部または切断面２０，２１を同一平面に突き合わせ、さらに把持装置を鋼板の長手方向に押圧移動して接合する。また、切削および接合の際には、バーナ１７から還元炎を吹き付け、酸化を防止する。
【００１２】
図３（ｄ）に示すように接合を突き合わせて行う方法では、接合部が盛り上がり、接合不良部が存在することがある。鋼板表面の接合不良部を鋼板の幅よりも長い回転切削工具を圧延方向に移動して、切削除去する装置と方法が提案されている（特開平７−２４１７１３号公報、同８−１１８１２９号公報、参照）。
【００１３】
これらの接合部の温度が低い状態で接合された場合には、接合部の強度が低く圧延時に破断すると連続化圧延ができなくなるばかりでなく、設備などに損傷を与えることもある。これを防止するため、特開平６−３１２２７７号公報に提案された発明では、接合部を加熱することが行われている。特開平９−１５５５７１号公報に記載の発明では、圧接プレスの金型に断熱材や加熱装置を設けることが提案されている。また、特開平９−１５５４１０号公報に記載の発明では、圧接プレスの金型の表面に突起を設け、金型からの抜熱量を低減させる方法が提案されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、接合時に圧延鋼材の接合部の温度が低下すると、接合部と非接合部に温度差が生じ、圧延機でのゲージ制御が困難となったり、接合部の温度低下によって圧延荷重が増大し、スタンド間張力が増大して圧延鋼材が破断することがある。これに対し、圧延鋼材の温度を上げる方法が種々提案されているが、未だ安定した方法がなく、連続化熱間圧延を安定して実現できないのが現状である。
【００１５】
本発明の目的は、連続化熱間圧延を安定して行うため圧延鋼材を熱間圧接する方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、次の(1) 〜 (3)に示す圧延鋼材の熱間圧接方法と(4)に示す連続化熱間圧接設備にある。
【００１７】
(1) ２つの圧延鋼材の端部を接合して連続化熱間圧延を行うに際し、高温の圧延鋼材を脱スケールした後、重ね合わせ圧接または突き合わせ圧接を行う方法であって、圧下速度を30mm／秒以上として圧接を行い、連続圧延機での接合部と非接合部との温度差を50℃以下とする圧延鋼材の熱間圧接方法。
【００１８】
(2)上記圧接の圧下速度を10mm／秒から30mm／秒未満とし、圧接金型を加熱して圧接を行い、連続圧延機での接合部と非接合部との温度差を50℃以下とする圧延鋼材の熱間圧接方法。
【００１９】
(3)さらに、上記圧接の圧下速度を５ mm／秒から10mm／秒未満とし、圧接金型を加熱して圧接を行い、さらに圧接部を加熱して連続圧延機での接合部と非接合部との温度差を50℃以下とする圧延鋼材の熱間圧接方法。
【００２０】
(4)２つの圧延鋼材の端部を接合して連続化熱間圧延を行う圧延設備であって、粗圧延機と仕上げ圧延機との間に、還元炎雰囲気中で脱スケールする装置と圧接用金型を加熱する装置とを備えた熱間圧接装置と、熱間圧接装置の下流側に配置され、接合部を加熱しながら走行する加熱装置とが備えられたことを特徴とする連続化熱間圧接設備。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の熱間圧接方法は、仕上げ圧延機における接合部の温度低下を50℃以下に抑えるため、圧接の圧下速度を５〜50mm ／秒で行い、さらに必要により圧接金型の加熱と接合部の加熱を行うことにある。
【００２２】
一般に、連続仕上げ圧延機では、圧延鋼材に５０℃以上の温度変動があると、通板時にロール間隔調整（ゲージ調整）の自動制御が困難となったり、圧延荷重が大きくなるといわれている。したがって、本発明では、評価基準として接合後３０秒後の接合部の温度低下を５０℃以下とできる圧接方法とした。３０秒後としたのは、圧延鋼材が熱間圧接装置での圧接から仕上げ圧延機に噛み込まれるまでの時間を再現するためである。
【００２３】
図４は、圧下速度と接合部の温度との関係を示す図である。この図は、圧延鋼材の温度を１０５０℃として、圧下速度を５ｍｍ／秒、１０ｍｍ／秒および３０ｍｍ／秒に変化させて圧接した後、３０秒後の接合部の温度分布を測定した結果である。接合部は、圧接時に圧延鋼材が金型と接触して抜熱されることによって温度低下が生じる。
【００２４】
図４から明らかなように、圧下速度を３０ｍｍ／秒とすれば圧延鋼材の温度低下が４０℃となる。圧下速度は速いほどよいが、５０ｍｍ／秒を超えると、設備的に困難となる。しかし、圧下速度が１０ｍｍ／秒、５ｍｍ／秒では、温度低下が７０℃、９０℃となる。これでは、通板時のゲージの自動調整が困難となる。このため、本発明では圧接時の金型を加熱すること、接合部を加熱することをを行う。しかし、圧延鋼材の温度低下が１００℃を超える（圧下速度が５ｍｍ／秒未満）と、金型の加熱または接合部の加熱を行っても３０秒後に温度低下を５０℃にすることができない。
【００２５】
図５は、火炎中で脱スケールおよび圧接を行っている状況を示す図であり、（ａ）は圧接プレスの金型を火炎で加熱している状況を示す図、（ｂ）は脱スケールのための切削を火炎中で行っている状況を示す図、（ｃ）は圧接後の状況を示す図である。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、上下の金型１６，１６−１は、バーナ１７を用いて酸化炎を金型に吹き付け、加熱する。金型の温度がたとえば２５０℃に到達すると、図５（ｂ）に示すように圧延鋼材Ｓ１，Ｓ２が装入され、脱スケールのための切削が行われる。このときバーナ１７は、還元炎を圧延鋼材Ｓ１，Ｓ２と回転切削工具１５とに吹き付け、切削面２０，２１の酸化と温度低下を防止する。切削が終わると、回転切削工具が取り除かれ、上金型１６−１と圧延鋼材Ｓ１とが圧接プレス（図２の符号１０、参照）の降下と同期して押し下げられ、切削面が圧接される。このとき、上金型を加熱していたバーナ１７−１もともに降下する構造になっている。圧接が終わり、図５（ｃ）に示すように圧接プレス側の上金型１６−１が上昇すると、バーナ１７−１から酸化炎を圧延鋼材Ｓ１と下金型１６とに吹き付け、圧接部２２の温度低下を防止する。そして、図５（ｃ）に示す状態で仕上げ圧延機まで搬送される。
【００２７】
これらは、火炎による加熱のため、圧延鋼材の搬送が邪魔されることもなく、加熱対象物を直ちに切り換えることができる。しかし、加熱温度が２５０℃を超えると金型の強度を低下させる。加熱は、還元炎バーナを用いて還元炎によっておこなうのが望ましい。
【００２８】
図６は、本発明の熱間圧接装置と加熱装置を設けた連続化熱間圧延設備を示す概念図である。熱間圧接装置および加熱装置は、圧接金型または接合部を加熱するためにバーナを設け、脱スケール、圧接および接合部の加熱を仕上げ圧延機側に走行しながら行うため、走行装置が設けられている。バーナは、加熱するときは酸化炎とし、脱スケールまたは圧接するときは還元炎とする。
【００２９】
図７は、熱間圧接装置と加熱装置の制御を説明するための図である。
【００３０】
熱間圧接装置５は、圧延鋼材の温度を温度計２３を検知するとバーナ、把持装置および圧接装置を起動させる。圧延鋼材の温度や金型の温度を圧接制御装置に入力することによって、圧延鋼材の搬送速度、圧延鋼材のクランプ、回転切削工具の移動およびバーナからの火炎を酸化炎または還元炎に切替の制御を行う構造になっている。
【００３１】
加熱装置Ｃは、熱間圧接装置５で接合された圧延鋼材の接合部を加熱しながら仕上げ圧延機まで搬送する装置である。加熱装置Ｃでの加熱は、いかなる雰囲気の火炎を噴射するバーナであってもよく、また高周波誘導加熱方式であってもよい。バーナは、円筒状のものを圧延鋼材の幅方向に並べたもの、圧延鋼材の幅方向にスリットされた一体型のバーナであってもよい。
【００３２】
ガス供給装置は、熱間圧接装置５と加熱装置Ｃでのバーナの火炎を制御するものである。
【００３３】
【実施例】
（実施例１）
端部を長手方向に３０ｍｍ、厚さ方向に５ｍｍの範囲を予め斜めに切削した厚さ３０ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ１０００ｍｍの鋼板（Ｃ：０．４重量％、Ｓｉ：０．０１５重量％、Ｍｎ：０．２６重量％）を用意し、図７に示す熱間圧接装置と加熱装置を用いて圧接の圧下速度と圧接プレス金型の温度を変化させた圧接と接合部の加熱を行い、鋼板の温度変化を調べた。圧接プレス金型の温度と圧接の圧下速度を表１に示すように変化させて、１０５０℃に加熱した鋼板を圧接した。評価として圧接後３０秒後における接合部の温度低下を接触温度計によって測定し、それらの結果を表１に示した。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１から明らかなように、圧接を行った３０秒後の接合部の温度低下量（以下、これを単に「接合部の温度低下」と記載する）は、圧接時の圧下速度を３０ｍｍ／秒とすると、発明例の番号１および２に示すように、圧下速度が３０ｍｍ／秒では４０℃、圧下速度が５０ｍｍ／秒では３０℃と小さい。しかし、圧下速度が３０ｍｍ／秒未満では、比較例の番号６に示す例のように接合部の温度低下が７０℃と大きくなる。また、圧下速度が３０ｍｍ／秒未満では、金型を１５０℃に加熱しても番号６に示す例のように接合部の温度低下が７０℃と大きい。
【００３６】
これに対し、本発明は、発明例の番号３に示すように金型を加熱して金型の表面温度を２５０℃としたので、接合部の温度低下が４５℃となった。また、金型の表面温度を１５０℃とした番号４の例は、接合部を加熱したので接合部の温度低下が５０℃となった。
【００３７】
圧接の圧下速度を５ｍｍ／秒とすると、比較例の番号８に示すように、金型の表面温度が２５０℃となるまで加熱しても、接合部の温度低下が７０℃と大きくなる。これに対し、本発明は、発明例の番号５に示すように、金型の表面温度を２５０℃に加熱し、さらに加熱装置で接合部を加熱したので接合部の温度低下が５０℃となった。
【００３８】
これらの結果から、本発明の圧延鋼材の接合方法は、圧接の圧下速度を３０ｍｍ／秒以上とする。圧接の圧下速度を３０ｍｍ／秒未満では、圧接金型を加熱するか、さらに圧接部を加熱する。
【００３９】
（実施例２）
実施例１に使用したと同じ鋼板を図７に示す熱間圧接装置および加熱装置を配置した図６に示す小型の圧延設備により連続化圧延試験を行った。
【００４０】
脱スケールには、刃先の最大外径を３００ｍｍ、長さ３２０ｍｍとした円筒状回転工具を用いた。切削条件は、回転速度１５００ｒｐｍ、移動速度を６０００ｍｍ／分、鋼板の温度を１０５０℃、鋼板先端部の切削幅を３０ｍｍ、還元炎点火１秒後に切削を開始し、直火還元炎雰囲気で切削した。
【００４１】
直火還元炎雰囲気は、ノズル内混合方式のバーナを使用し、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。バーナは、板幅方向に複数個並べて配置した。燃料は、バーナ１本当たり６Ｎｍ^３／ｈｒのＬＰＧガスを酸素富化率が６０％、空気比（ｍ）が０．６として混合した。
【００４２】
上下の金型にバーナから酸化炎を噴射し、金型の表面温度が２００℃になったとき、先行鋼板と後行鋼板とを金型まで装入した。このとき、バーナの火炎を還元炎に切り換え、回転切削工具による切削（脱スケール）を開始した。切削を終えて円筒状回転工具を退避させた１秒後に圧接を開始した。
【００４３】
圧接は、重ね合わせ代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。このときの圧下速度は、３０ｍｍ／秒とした。還元炎の噴射は、圧接が終了するまでつづけ、圧接が終わると酸化炎に切り換えた。
【００４４】
上記の圧接を行った後、鋼板の温度が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５．０ｋｇｆ／ｍｍ^２の張力をかけて圧延を行い、板厚８．２ｍｍのコイルを製造することができた。仕上げ圧延機での圧延張力が５ｋｇｆ／ｍｍ^２であっても圧延材は破断することなく正常に圧延ができた。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、熱間圧接による圧延鋼材の温度低下が５０℃以上にならないので、仕上げ圧延において圧延荷重の変動が少なく、安定した連続化熱間圧延が可能となる。また、圧接金型の加熱を酸化炎で行うため、熱間圧接装置に設けたバーナは、還元炎と酸化炎とに切り換える構成となっている。このため、切削および圧接中は還元炎で酸化を防止でき、圧接後は酸化炎で温度低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】回転工具を用いた熱間圧接装置を示す縦断面図である。
【図３】接合の態様を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は鋼板を重ね合わせてその厚さ方向に押圧して接合する図、（ｄ）は鋼板を突き合わせてその長手方向に押圧して接合する図である。
【図４】圧下速度と接合部の温度との関係を示す図である。
【図５】火炎中で脱スケールおよび圧接を行っている状況を示す図であり、（ａ）は圧接プレスの金型を火炎で加熱している状況を示す図、（ｂ）は脱スケールのための切削を火炎中で行っている状況を示す図、（ｃ）は圧接後の状況を示す図である。
【図６】本発明の加熱装置を設けた連続化熱間圧延設備を示す概念図である。
【図７】熱間圧接装置と加熱装置の断面を示す図である。
【符号の説明】
１．粗圧延機２．中間コイラー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．円筒状回転切削工具
１６．下金型１７．バーナ１８．走行ローラ
１９．把持装置２０，２１．切削面２２．接合部
Ｃ．加熱装置Ｓ．鋼材Ｓ１．先行鋼材
Ｓ２．後行鋼材

Claims

２つの圧延鋼材の端部を接合して連続化熱間圧延を行うに際し、高温の圧延鋼材を脱スケールした後、重ね合わせ圧接または突き合わせ圧接を行う方法であって、圧下速度を30mm／秒以上として圧接を行い、連続圧延機での接合部と非接合部との温度差を50℃以下とすることを特徴とする圧延鋼材の熱間圧接方法。
２つの圧延鋼材の端部を接合して連続化熱間圧延を行うに際し、高温の圧延鋼材を脱スケールした後、重ね合わせ圧接または突き合わせ圧接を行う方法であって、圧接の圧下速度を10mm／秒から30mm／秒未満とし、圧接金型を加熱して圧接を行い、連続圧延機での接合部と非接合部との温度差を50℃以下とすることを特徴とする圧延鋼材の熱間圧接方法。
２つの圧延鋼材の端部を接合して連続化熱間圧延を行うに際し、高温の圧延鋼材を脱スケールした後、重ね合わせ圧接または突き合わせ圧接を行う方法であって、圧接の圧下速度を５mm／秒から10mm／秒未満とし、圧接金型を加熱して圧接を行い、さらに圧接部を加熱して連続圧延機での接合部と非接合部との温度差を50℃以下とすることを特徴とする圧延鋼材の熱間圧接方法。
２つの圧延鋼材の端部を接合して連続化熱間圧延を行う圧延設備であって、粗圧延機と仕上げ圧延機との間に、還元炎雰囲気中で脱スケールする装置と圧接用金型を加熱する装置とを備えた熱間圧接装置と、熱間圧接装置の下流側に配置され、接合部を加熱しながら走行する加熱装置とが備えられたことを特徴とする連続化熱間圧接設備。