JP3688788B2

JP3688788B2 - 熱間鋼材接合機のプレス機構

Info

Publication number: JP3688788B2
Application number: JP02031496A
Authority: JP
Inventors: 浩一坂本; 誠司岡田; 俊博森; 紀夫岩波; 信広田添
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2016-02-06
Also published as: JPH09216007A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱間鋼材接合機のプレス機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱間圧延において、スラブを一枚ずつ粗圧延機並びに仕上圧延機に供給して、間欠的に圧延を行なっていた。このような間欠圧延では、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圧延の場合には、被圧延材の先端部が変形してガイドロールに突っかかる虞れ、また、後端部が圧延機を抜けるときに絞り込まれて圧延ロールを傷める虞れがある。
これらの不都合が発生すると、損傷箇所を修理するために圧延ラインを止めなければならない。そこで、従来は、先・後端部の圧延速度を遅くするという対策を講じているが、これでは圧延能率が低下する。
【０００３】
また、熱延鋼板の先・後端部は、中央部に比べて圧延速度のバランスが崩れ、従って、適正な圧延温度範囲から外れるため、寸法外れが発生し易い。
これは、熱延鋼板の先端が巻取り機に巻取られるまではテーブルローラ上を低速の無張力で通板し、巻取り開始直後に急激な張力が作用して板幅が狭くなる。その後、一定速度・一定張力で巻取られる。さらに、鋼板が圧延機を抜けた後、低速にして無張力で巻取られるためである。
このように、仕上圧延後の鋼板の先・後端部は、圧延速度、張力の影響によって板幅及び鋼材の冷却が変動し、寸法が外れたり温度が外れ、その部分を切り捨て及び格落として処理しなければならず、生産歩留りの低下が大きくなる。
【０００４】
上記のような問題を解決するために、近年、粗圧延機と仕上圧延機の間で、先行する粗圧延済み鋼板（以下「先行鋼材」という）と、後続する粗圧延済み鋼板（以下「後行鋼材」という）とを互いに接合し、仕上圧延を連続して実施すると云う技術が提案され、実用に供されつつある。
このときに重要なことは、先・後鋼材の接合技術であり、圧延の際にデスケーリング装置でスケールを除去するが、接合場所に至る間に新たにスケールが生成し、このスケールが接合の妨げになる。そこで、接合の直前にこの新スケールを除去しつつ接合面を形成し、プレス機構で圧接する。この種の技術の一例を次に示す。
【０００５】
図１２は従来の熱間鋼材の接合方法説明図であり、先行鋼材１０１をロール１０２で一定距離持上げ、この先行鋼材１０１の後端下方に後行鋼材１０３を臨ませ、バーナ１０４で発生した還元性ガス中で、ロータリカッタ１０５にて、先行鋼材１０１の後端１０１ａ下面及び後行鋼材１０３の先端１０３ａ上面を斜めにカットして接合面を形成し、パンチ１０７ａ，ダイ１０７ｂにて先行鋼材１０１の後端と後行鋼材１０３の先端とを圧接すると云うものである。
【０００６】
図１３（ａ），（ｂ）は従来の圧接工程説明図であり、（ａ）はプレス開始時の先・後行鋼材の断面を示し、（ｂ）はプレス完了時の先・後行鋼材の断面を示す。
（ａ）にて、先行鋼材１０１の後端と後行鋼材１０３の先端とを初期重ね代Ｌ１だけ重ね、幅Ｌ０のパンチ１０７ａ及びダイ１０７ｂにて圧接を開始する。
（ｂ）は、先行鋼材１０１と後行鋼材１０３とが同レベルになるまで圧接した状態を示し、接合部の幅はＬ２に増大する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１３から明らかな如く、接合面を含む幅Ｌ０を、パンチ１０７ａで強圧する必要があり、そのための数百トン級プレス機が必要となる。
後述の走間接合機（図２参照）に、プレス機構を組込むことから、このプレス機構のプレス力が大きいと、走間接合機は大型になる。走間接合機は文字通り、走行台車に各種の機構を搭載したものであるから、プレス機構が大きいことは好ましいことではない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、走間接合機の小型化を図る研究を進めるなかで、仕上圧延機の特性を巧みに利用することにより、走間接合機での接合作用を軽減することに成功した。
具体的には、請求項１は、先行鋼材の端部と後行鋼材の端部とを還元性又は無酸化雰囲気下で脱スケールをし、重ね合わせ、ダイ及びパンチで圧接するプレス機構において、前記ダイは当該ダイと対向する先行鋼材又は後行鋼材の長手方向端部側の先行鋼材・後行鋼材同士の接合面の鋼材長手方向一端部のみを押圧する突起部を備え、前記パンチは前記接合面の鋼材長手方向他端部のみを押圧する突起部を備え、前記ダイの突起部と前記パンチの突起部とを前記接合面に未接合部が残るように前記接合面に沿って間隔をおいて配置したことを特徴とする。
【０００９】
タンデム仕上圧延機では、第１段圧延機と第２圧延機との間の張力をそれ程大きくする必要はない。その理由を詳しく述べる。
【００１０】
図１４は初期重ね代と接合面圧の関係を示すグラフ（実験値）であり、横軸は初期重ね代、縦軸は接合面圧であり、パラメータは圧下率である。
初期重ね代を同一にして、圧下率ｒを変えると、圧下率ｒが大きいほど接合面圧が大きくなることが分かる。
図１５は接合面圧と接合強度の関係を示すグラフ（実験値）であり、横軸は接合面圧、縦軸は接合強度である。接合面圧が大きいほど、接合強度は大きくなる。
【００１１】
圧延では、圧延機で圧下される毎に圧下率が大きくなる上に、接合部が延ばされて接合面積も増え、相乗的に接合強度が高まり、対破断性が増す。
そこで、第１段圧延機に噛み込んで破断しない程度に弱めた接合強度を、走間接合機で付与すればよいことになる。
【００１２】
接合面を、局部的に圧接するだけであるから、所要プレス力が大幅に減り、プレス機構の能力を大幅に下げることができる。その結果、プレス機構の小型化と、走間接合機の軽量化並びに小型化とが図れる。
【００１３】
請求項２は、突起部を帯状突起としたことを特徴とする。
請求項１の作用に加えて、プレス機構のパンチ、ダイの形状が単純であるから、設備費の高騰を抑えることができる。
【００１４】
請求項３は、突起部を角柱若しくは円柱を所定ピッチで一列に配置したものであることを特徴とする。
角柱若しくは円柱で母材を押圧するだけで局部プレスが可能となり、所要プレス力が大幅に減り、プレス機構の能力を大幅に下げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る熱間圧延ラインのレイアウト図であり、熱間圧延ラインは、粗圧延機１、圧延材を巻取って保温しつつ巻戻すコイルボックス２、レベラ３、圧延材をクロス方向に切断するクロップシャー４、本発明に係る走間接合機１０、仕上圧延機６、高速シャー７、巻取り機８をこの順に配列してなる。
【００１６】
粗圧延機１でスラブ９から圧延した鋼材はコイルボックス２に巻取られたのちに巻き戻されて、レベラ３で先後端部の巻き癖を直す。接合する面を確保するために鋼材の先後端をクロップシャー４で切断する。
その後、走間接合機１０で先行鋼材の後端と後行鋼材の先端とを接合し、仕上圧延機６にて仕上圧延をしたのち巻取り機８で巻き取り、巻取り量が一定量に達したら高速シャー７で切断して熱延コイルにする。
【００１７】
図２は本発明に係る走間接合機の側面図であり、走間接合機の一例を示す。
走間接合機１０は走行台車１１と、プレスのためのプレスシリンダ１２，パンチ１３及びダイ１４と、このダイ１４の出側（図右側）に配置した第１クランパ１５、ピンチロール１６、ロール１７，１７及びバーナ２１と、これらを一括して上下動させるための昇降フレーム１８及び昇降シリンダ１９，１９と、ダイ１４の入側に配置した第２クランパ２２、ピンチロール２３及びロール２４，２４と、バーナ２５と、ロータリカッタ２６からなる。２７は第１クランパ作動シリンダ、２８は第２クランパ作動シリンダである。
【００１８】
以上の構成からなる走間接合機１０の作用を次に述べる。
図３（ａ），（ｂ）〜図５（ａ），（ｂ）は走間接合機の作用説明図である。図３（ａ）において、先行鋼材３１が所定位置に達したら、第１クランパ作動シリンダ２７を作動して、第１クランパ１５を下げ、この第１クランパ１５で先行鋼材３１を固定する。
図３（ｂ）において、矢印▲１▼の如く昇降シリンダ１９，１９を作動して、第１クランパ１５などを所定高さ持上げる。次に、矢印▲２▼の如く後行鋼材３２の先端を所定位置まで進め、第２クランパ２２で固定する。
図４（ａ）において、バーナ２１，２５を作動して還元性火炎で先行鋼材３１の後端及び後行鋼材３２の先端を包む。
図４（ｂ）において、図時計方向に回動したロータリカッタ２６を、矢印▲３▼の如く平行四辺形を描くように移動して、後行鋼材３２の先端及び先行鋼材３１の後端を斜めにカットする。この工程は後に詳しく説明する。
【００１９】
図５（ａ）において、矢印▲４▼の如く先行鋼材３１を下げて、その後端を後行鋼材３２の先端に重ねる。つづいて矢印▲５▼の如くパンチ１３を下降して、先・後行鋼材３１，３２同士を圧接する。なお、矢印▲４▼と矢印▲５▼とを同時に実行して、先・後行鋼材３１，３２同士を圧接しても良い。
図５（ｂ）において、パンチ１３並びに第１・第２クランパ１５，２２を開放して、繋がった状態の先・後行鋼材３１，３２を前進させる。３３は接合部である。
以上の工程は、走行台車１１を適宜走行させながら実施する。先行鋼材３１及び後行鋼材３２を停止する必要がないので、圧延作業が継続できる。
【００２０】
図６は本発明に係るプレス機構のダイの斜視図（第１実施例）であり、ダイ１４は、平坦面１４ａの端部（鋼材の流れ方向における端部）に矩形断面の帯状突起部１４ｂを備えたことを特徴とする。
パンチ１３も同様である。
【００２１】
以上の構成のプレス機構の作用を次に述べる。
図７（ａ），（ｂ）は第１実施例の第１作用説明図であり、（ａ）は圧接前、（ｂ）は圧接後の状態を示す。
（ａ）において、先行鋼材３１の後端下面の接合面３０と、後行鋼材３２の先端上面の接合面３０とを重ね、パンチ１３の帯状突起部１３ｂとダイ１４の帯状突起部１４ｂとをセットする。詳しくは、帯状突起部１３ｂ，１４ｂは接合部３０の図の左・右端部を各々臨む。この状態からパンチ１３を下げる。
（ｂ）は圧接後の接合面の状態を示し、接合面３０の端部３０ａ，３０ｂは良好に圧接されたが、中央部３０ｃは未圧接部である。
従来と比較して圧接面積が小さいので、その分だけプレス力は小さくなる。
【００２２】
図８（ａ），（ｂ）は第１実施例の第２作用説明図であり、（ａ）は圧接前、（ｂ）は圧接後の状態を示す。
（ａ）において、斜めにカッタして形成した先行鋼材３１の接合面３０と、斜めにカッタして形成した後行鋼材３２の接合面３０とを重ね、パンチ１３の帯状突起部１３ｂとダイ１４の帯状突起部１４ｂとをセットする。詳しくは、帯状突起部１３ｂ，１４ｂは接合部３０の図の左・右端部を各々臨む。この状態からパンチ１３を下げる。
（ｂ）は圧接後の接合面の状態を示し、接合面３０の端部３０ａ，３０ｂは良好に圧接されたが、中央部３０ｃは未圧接部である。
従来と比較して圧接面積が小さいので、その分だけプレス力は小さくなる。
【００２３】
図９（ａ），（ｂ）は第１実施例の第３作用説明図であり、（ａ）は圧接前、（ｂ）は圧接後の状態を示す。
（ａ）において、斜めにカッタして形成した先行鋼材３１の接合面３０と、斜めにカッタして形成した後行鋼材３２の接合面３０とを重ね、パンチ１３の帯状突起部１３ｂとダイ１４の帯状突起部１４ｂとをセットする。詳しくは、帯状突起部１３ｂ，１４ｂは接合部３０の図の左・右端部を各々臨む。この状態からパンチ１３を下げる。
（ｂ）は圧接後の接合面の状態を示し、接合面３０の端部３０ａ，３０ｂは良好に圧接されたが、中央部３０ｃは未圧接部である。
従来と比較して圧接面積が小さいので、その分だけプレス力は小さくなる。
【００２４】
図１０は本発明に係るプレス機構のダイの斜視図（第２実施例）であり、ダイ１４Ｂは、平坦面１４ａの端部（鋼材の流れ方向における端部）に角柱を所定ピッチで且つ一列に並べた角柱断続突起部１４ｃを備えたことを特徴とする。
パンチ１３も同様である。
なお、角柱は角錐台であってもよい。
【００２５】
図１１は本発明に係るプレス機構のダイの斜視図（第３実施例）であり、ダイ１４Ｄは、平坦面１４ａの端部（鋼材の流れ方向における端部）に円柱を所定ピッチで且つ一列に並べた円柱断続突起部１４ｄを備えたことを特徴とする。
パンチ１３も同様である。
なお、円柱は円錐台であってもよい。
【００２６】
なお、前記バーナ２１，２５で還元性火炎を先行鋼材３１の後端及び後行鋼材３２の先端に吹き付けたのは、先行鋼材３１の後端及び後行鋼材３２の先端の再酸化防止と温度低下防止を図るものである。
従って、熱した窒素ガスなどの不活性ガスを切削の間吹き付けるものであってもよい。
【００２７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。しかし、本発明は実施例に限るものではない。
実施例１〜実施例９；
（１）供試材；
炭素鋼板（Ｃ：０．１％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．２％）
板厚３０ｍｍ、板幅３００ｍｍ、長さ１，０００ｍｍ
温度１，２５０℃
【００２８】
（２）直火還元炎条件；
バーナの形式；ノズル内混合方式
燃料；ＬＰＧ６Ｎｍ³／ｈｒ／１バーナ
酸素富加率；６０％
空気比ｍ；０．６
バーナ配列；鋼材の幅方向に複数本配列。
なお、バーナはリング状スリットノズルから混合気を吹き出して還元炎を発生するものである。
【００２９】
（３）切削条件；
カッタの種類；円筒ロータリカッタ（最大外径３００ｍｍ）
チップの配列；千鳥配置
回転数；１，５００ｒｐｍ
送り速度；６，０００ｍｍ／ｍｉｎ
切削面の幅；３０ｍｍ
なお、切削はバーナ点火１秒後に開始した。
【００３０】
（４）圧接条件；
圧接温度；１，０５０℃
重ね合せ量（幅）；２５ｍｍ
使用プレス機構；３００トンプレス
雰囲気；還元炎噴射
なお、切削を終えて切削装置を退避させた後、１秒後に圧接を開始した。
【００３１】
（５）仕上圧延条件；
圧延機数；３段（４０％，３５％，３０％の圧下率）
張力：第１段〜第２段間約２．０ｋｇｆ／ｍｍ²
張力：第２段〜第３段間約４．０ｋｇｆ／ｍｍ²
鋼材温度；１，０００℃
仕上り厚さ；８．２ｍｍ
【００３２】
【表１】

【００３３】
実施例１；
プレス機構に図６に示す帯状突起部（幅８ｍｍ、高さ２０ｍｍ）を備えたダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図７に示す単純重ねとして、１７５トンで接合したところ、以降の圧延での破断が無く、評価は○である。
実施例２；
プレス機構に図１０に示す角柱断続突起部（角柱の幅８ｍｍ、高さ２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）を備えたダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図７に示す単純重ねとして、１００トンで接合したところ、以降の圧延での破断が無く、評価は○である。
【００３４】
実施例３；
プレス機構に図１１に示す円柱断続突起部（円柱の直径８ｍｍ、高さ２０ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）を備えたダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図７に示す単純重ねとして、９０トンで接合したところ、以降の圧延での破断が無く、評価は○である。
比較例１；
プレス機構に図１３に示す平坦なダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図７に示す単純重ねとして、２５０トンで接合した。以降の圧延での破断は無かったが、プレス力が大きいので評価は△とした。
【００３５】
【表２】

【００３６】
実施例４；
プレス機構に図６に示す帯状突起部（幅８ｍｍ、高さ１５ｍｍ）を備えたダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図８に示す斜めにカットした接合面同士を重ねて、１７０トンで接合したところ、以降の圧延での破断が無く、評価は○である。
実施例５；
プレス機構に図１０に示す角柱断続突起部（角柱の幅８ｍｍ、高さ２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）を備えたダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図８に示す斜めにカットした接合面同士を重ねて、９５トンで接合したところ、以降の圧延での破断が無く、評価は○である。
【００３７】
実施例６；
プレス機構に図１１に示す円柱断続突起部（円柱の直径８ｍｍ、高さ２０ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）を備えたダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図８に示す斜めにカットした接合面同士を重ねて、８５トンで接合したところ、以降の圧延での破断が無く、評価は○である。
比較例２；
プレス機構に図１３に示す平坦なダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図８に示す斜めにカットした接合面同士を重ねて、２４０トンで接合した。以降の圧延での破断は無かったが、プレス力が大きいので評価は△とした。
【００３８】
【表３】

【００３９】
実施例７；
プレス機構に図６に示す帯状突起部（幅８ｍｍ、高さ１０ｍｍ）を備えたダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図９に示す斜めにカットした接合面同士を重ねて、１００トンで接合したところ、以降の圧延での破断が無く、評価は○である。
実施例８；
プレス機構に図１０に示す角柱断続突起部（角柱の幅８ｍｍ、高さ２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）を備えたダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図９に示す斜めにカットした接合面同士を重ねて、５０トンで接合したところ、以降の圧延での破断が無く、評価は○である。
【００４０】
実施例９；
プレス機構に図１１に示す円柱断続突起部（円柱の直径８ｍｍ、高さ２０ｍｍ、ピッチ２０ｍｍ）を備えたダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図９に示す斜めにカットした接合面同士を重ねて、４０トンで接合したところ、以降の圧延での破断が無く、評価は○である。
比較例３；
プレス機構に図１３に示す平坦なダイ及びプレスを使用し、重ね合せ形状を図９に示す斜めにカットした接合面同士を重ねるだけとしたが
、接合しなかった。従って、評価は×である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、先行鋼材の端部と後行鋼材の端部とを還元性又は無酸化雰囲気下で脱スケールをし、重ね合わせ、ダイ及びパンチで圧接するプレス機構において、前記ダイは当該ダイと対向する先行鋼材又は後行鋼材の長手方向端部側の先行鋼材・後行鋼材同士の接合面の鋼材長手方向一端部のみを押圧する突起部を備え、前記パンチは前記接合面の鋼材長手方向他端部のみを押圧する突起部を備え、前記ダイの突起部と前記パンチの突起部とを前記接合面に未接合部が残るように前記接合面に沿って間隔をおいて配置したことを特徴とする。
接合面を、局部的に圧接するだけであるから、所要プレス力が大幅に減り、プレス機構の能力を大幅に下げることができる。その結果、プレス機構の小型化と、走間接合機の軽量化並びに小型化とが図れる。
【００４２】
請求項２は、突起部を帯状突起としたことを特徴とする。
請求項１の作用に加えて、プレス機構のパンチ、ダイの形状が単純であるから、設備費の高騰を抑えることができる。
【００４３】
請求項３は、突起部を角柱若しくは円柱を所定ピッチで一列に配置したものであることを特徴とする。
角柱若しくは円柱で母材を押圧するだけで局部プレスが可能となり、所要プレス力が大幅に減り、プレス機構の能力を大幅に下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱間圧延ラインのレイアウト図
【図２】本発明に係る走間接合機の側面図
【図３】走間接合機の作用説明図
【図４】走間接合機の作用説明図
【図５】走間接合機の作用説明図
【図６】本発明に係るプレス機構のダイの斜視図（第１実施例）
【図７】第１実施例の第１作用説明図
【図８】第１実施例の第２作用説明図
【図９】第１実施例の第３作用説明図
【図１０】本発明に係るプレス機構のダイの斜視図（第２実施例）
【図１１】本発明に係るプレス機構のダイの斜視図（第３実施例）
【図１２】従来の熱間鋼材の接合方法説明図
【図１３】従来の圧接工程説明図
【図１４】初期重ね代と接合面圧の関係を示すグラフ（実験値）
【図１５】接合面圧と接合強度の関係を示すグラフ（実験値）
【符号の説明】
１…粗圧延機、６…仕上圧延機、１０…走間接合機、１３…パンチ、１３ｂ…帯状突起部、１３ｃ…角柱断続突起部、１３ｄ…円柱断続突起部、１４，１４Ｂ，１４Ｄ…ダイ、１４ｂ…帯状突起部、１４ｃ…角柱断続突起部、１４ｄ…円柱断続突起部、２６…ロータリカッタ、３０…接合面、３０ｃ…未接合部、３１…先行鋼材、３２…後行鋼材、Ｌ１…初期重ね代、Ｌ２…プレス後の接合面長さ。

Claims

先行鋼材の端部と後行鋼材の端部とを還元性又は無酸化雰囲気下で脱スケールをし、重ね合わせ、ダイ及びパンチで圧接するプレス機構において、
前記ダイは当該ダイと対向する先行鋼材又は後行鋼材の長手方向端部側の先行鋼材・後行鋼材同士の接合面の鋼材長手方向一端部のみを押圧する突起部を備え、前記パンチは前記接合面の鋼材長手方向他端部のみを押圧する突起部を備え、前記ダイの突起部と前記パンチの突起部とを前記接合面に未接合部が残るように前記接合面に沿って間隔をおいて配置したことを特徴とする熱間鋼材接合機のプレス機構。
前記突起部は、帯状突起であることを特徴とする請求項１記載の熱間鋼材接合機のプレス機構。
前記突起部は、角柱若しくは円柱を所定ピッチで一列に配置したものであることを特徴とする請求項１記載の熱間鋼材接合機のプレス機構。