JP5648750B2 - 連続熱間圧延におけるシートバーの接合方法 - Google Patents

連続熱間圧延におけるシートバーの接合方法 Download PDF

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Description

本発明は、連続熱間圧延におけるシートバーの接合方法に関し、詳しくは、先行シートバーの後端と後行シートバーの先端を誘導加熱装置を用いて加熱し、押圧（アプセット）して接合し、順次つなぎ合わせて連続的に圧延する、連続熱間圧延におけるシートバーの接合方法に関する。
シートバーを１本毎に加熱、粗圧延、仕上圧延して所望の厚さの鋼板に仕上げる、いわゆるバッチ式の熱間圧延ラインでは、特に仕上圧延工程において、鋼片先端の噛み込み不良、鋼片後端の絞込み、鋼片先端のランナウトテーブル上での搬送トラブル、シートバー先後端の寸法不良などのトラブルがあった。
このため、仕上圧延機の入側搬送ラインで先行シートバーの後端と後行シートバーの先端を順次接合してから仕上圧延に供する連続圧延方法が提案され、これに伴いシートバーの接合方法についても種々の方法が開発されている。
その中でも比較的短時間で接合を終了できる方法として、特許文献１や特許文献２に開示の誘導加熱圧接法が知られている。この方法は、誘導加熱により先行シートバーの後端と後行シートバーの先端との接合予定部を急速加熱したのち、力を加えて互いに突き合わせる（アプセットする）ことによって接合する方法である。
また、特許文献３には、シートバーの突き合わせ接合の際に発生していたシートバーの上下のズレ、接合装置の絶縁材の破損等を防止でき安定した連続熱間圧延を行うことができるシートバーの接合装置及び接合方法が開示されている。
特開昭６０−２４４４０１号公報 特開平０８−００１２０４号公報 特開平１０−２８６６０７号公報
然しながら、従来の連続熱間圧延におけるシートバーの接合方法においては、以下の課題がある事が分った。即ち、過去の連続圧延操業実績の解析により、シートバーが質量％で、Ｃ：０．０３８〜０．１２０％、Ｓｉ：０．０１〜１．４０％、Ｍｎ：０．８０〜１．４０％、Ｐ：０．００５〜０．０２４％、Ｓ：０．００１〜０．０５４％、Ｎ：０．００２〜０．００５％、Ａｌ：０．０２４〜０．０５０％を含有し残部Ｆｅ及び不可避的不純物である組成（組成Ｃ１）を有する鋼種である場合、或いは、組成Ｃ１に加えて更に、Ｃｕ：０．０１〜０．０３％、Ｎｉ：０．０１〜０．０２％、Ｃｒ：０．０２〜０．９０％、Ｍｏ：０．００１〜０．０１０％、Ｖ：０．００２〜０．００５％、Ｔｉ：０．００２〜０．０５５％、Ｎｂ：０．００４％以下のうちの１種又は２種以上を含有する組成（組成Ｃ２）を有する鋼種である場合、接合したシートバーの仕上圧延中乃至仕上圧延後に当該接合部が破断する頻度が高いという課題がある事が分った。
発明者は上記課題を解決する為に鋭意検討し、以下の知見を得た。
（ア） 上記組成はＳｉ、Ｍｎ量の上限が高い。当該成分元素はシートバー接合時の誘導加熱によって大気に曝され酸化し易くて、当該成分元素の融点は鋼のそれよりも低いことから、当該成分含有量が高い（Ｓｉ：０．５％以上、及び/又は、Ｍｎ：１．０％以上である）場合、高温でのシートバー接合界面に当該成分元素が液状に凝集して酸化され当該成分元素の酸化物が多数生成する。
（イ） 上記組成はＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉの上限が高い。当該成分元素は製鋼段階で溶鋼中に酸化物を形成し、当該成分含有量が高い場合、当該成分元素の酸化物は鋳片内に多量に残留し、シートバー接合界面にも多量に現れる。
（ウ） （ア）（イ）で述べた酸化物は、何れも延性に乏しい為、シートバー接合界面に多量に存在すると、シートバーの接合強度を低下させ、仕上圧延中の張力により接合部破断の原因となる。
（エ） 上記酸化物をシートバー接合中に接合界面から十分に排除する事により、接合強度を向上させる事ができて、上記破断の発生頻度を大幅に低減できる。その為にはシートバー接合工程において、接合全時間に対してアプセット後にそのままの状態に保持する時間の割合を適正に管理する対策が非常に有効である。
（オ） （エ）の対策は、被接合材であるシートバーが、前記組成Ｃ１，Ｃ２以外の組成を有する低合金鋼（合金元素の総量が５ｍａｓｓ％以下である鋼）、中合金鋼（合金元素の総量が５ｍａｓｓ％超１０ｍａｓｓ％未満である鋼）、高合金鋼（合金元素の総量が１０ｍａｓｓ％以上である鋼（ステンレス鋼を含む））の何れかの鋼種である場合にも有効である。
本発明は上記知見に基づいて成されたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）熱間仕上圧延機の入側で先行シートバーの尾端と後行シートバーの先端をクランプして、アプセットを開始しつつ誘導加熱し、目標アプセット量に達した後、クランプを開放するシートバー接合方法であって、前記目標アプセット量に達してからクランプを開放するまでの時間であるアプセット後の保持時間を、アプセット開始からクランプ開放までの時間である接合全時間の２５％以上６０％以下とすることを特徴とする熱間連続圧延におけるシートバーの接合方法。
（２）前記シートバーは、質量％で、Ｃ：０．０３８〜０．１２０％、Ｓｉ：０．０１〜１．４０％、Ｍｎ：０．８０〜１．４０％、Ｐ：０．００５〜０．０２４％、Ｓ：０．００１〜０．０５４％、Ｎ：０．００２〜０．００５％、Ａｌ：０．０２４〜０．０５０％を含有し残部Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有することを特徴とする（１）に記載の熱間連続圧延におけるシートバーの接合方法。
尚、本発明の効果がより顕著に発現するのは、（２）において、Ｓｉ：０．５％以上、及び/又は、Ｍｎ：１．０％以上の場合であるので、より好ましくは、前記シートバーは、（２）においてＳｉ：０．０１〜１．４％に代えてＳｉ：０．５０〜１．４％とした組成、又は、（２）においてＭｎ：０．８０〜１．４０％に代えてＭｎ：１．０〜１．４０％とした組成を有することである。
（３）前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜０．０３％、Ｎｉ：０．０１〜０．０２％、Ｃｒ：０．０２〜０．９０％、Ｍｏ：０．００１〜０．０１０％、Ｖ：０．００２〜０．００５％、Ｔｉ：０．００２〜０．０５５％、Ｎｂ：０．００４％以下のうちの１種又は２種以上を含有することを特徴とする（２）に記載の熱間連続圧延におけるシートバーの接合方法。
本発明によれば、先行シートバー尾端と後行シートバー先端とを接合する接合工程において、シートバー接合界面の酸化物を有効に排除することができ、シートバー接合強度を大幅に向上させ、次工程である仕上圧延工程（仕上圧延開始から巻取り完了までの工程）での接合部破断を有効に低減できるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施に用いられる連続熱間圧延ラインの一例を示す概略図である。 図２は、図１中の接合装置の一例を示す概略図である。 図３は、ＦＥＭ解析による接合強度比とアプセット量の関係図に設備制約の限界線を重ねて示すグラフである。 図４は、本発明範囲外の接合方法で接合したシートバー接合部の１例を示す概略図である。 図５は、本発明範囲内の接合方法で接合したシートバー接合部の１例を示す概略図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施に用いられる連続熱間圧延ラインの一例を示す概略図であり、コイルボックス１から仕上圧延機第１スタンド７までの設備列が示されている。該設備列は、粗圧延機（図示せず）から出た板材（シートバー）を巻き取るコイルボックス１、コイルボックス１から巻き出された先行シートバーＳ１の後端及び後行シートバーＳ２の先端を切断するクロップシャー２、先行シートバーＳ１及び後行シートバーＳ２の切断面（接合面）同士を接合する接合装置３、レベラー４、ピンチロール５ａ，５ｂ，５ｃ、脱スケール装置６、仕上圧延機第１スタンド７を有している。
接合装置３は、図２に一例を示すように、クロップシャー２によって後端のクロップが切り落とされた先行シートバーＳ１及び先端のクロップが切り落とされた後行シートバーＳ２の各切断端を接合面同士が互いに非接触で対向配置されるように把持（クランプ）する左右のクランプ装置８，９と該クランプ装置８，９によって把持された先行シートバーＳ１及び後行シートバーＳ２の各切断端を加熱する誘導加熱装置１０と、クランプ装置８をクランプ装置９側に押して誘導加熱装置１０によって加熱された先行シートバーＳ１及び後行シートバーＳ２の各切断端の接合面同士を突き合わせて押圧（アプセット）し接合する押圧シリンダ１１と、該アプセット時に先行シートバーＳ１及び後行シートバーＳ２とが上下方向にずれることを防止する目違い防止板１２を備える。
ここで、本実施の形態では、誘導加熱装置１０によって先行シートバーＳ１及び後行シートバーＳ２の各切断端を加熱する際に、先行シートバーＳ１及び後行シートバーＳ２の各接合面の温度が鋼片の固相率２５％となるように加熱し、この状態で押圧シリンダ１１によってクランプ装置８を２４ｍｍ押して、即ちアプセット量を２４ｍｍとして、接合面同士をアプセットするようにした。これにより、接合面同士のアプセット時に接合界面に生成された鋼の融点より高い融点の酸化物、鋼の融点より低い融点の酸化物とも、液相となって融けた鋼と共に接合界面から外側に排出される結果、該酸化物が接合界面に残留して接合強度が低下するのを回避することができる。
図３は有限要素法（ＦＥＭ）により接合部挙動を解析して得られた、固相率及びアプセット量と、接合部の対母材強度比である接合強度比の相関をグラフ化したものである。固相率が低いほど、またアプセット量が大きいほど、接合部強度は向上する。但し、固相率を下げすぎると、液相が増えて鋼片の溶け落ちにより不完全接合となってしまう。また、アプセット量が大きすぎると、接合荷重が設備上の制約にかかり、十分なアプセットができなくなる。
然しながら、上述の様に固相率とアプセット量とを、融け落ちが起こらず且つ設備制約を満たす範囲内（図３参照）に設定してシートバー接合を行うだけでは十分な接合強度は得られない。十分な接合強度を得るには、本発明に則り、前記アプセット後の保持時間を前記接合全時間の２５％以上６０％以下とする必要がある。
なお、前記接合全時間に対するアプセット後の保持時間の割合は、これが６０％を超えると接合強度向上効果が飽和し、圧延能率の低下を招くだけとなるため、６０％以下とすることが好ましい。
図４、図５は、共に固相率２５％、アプセット量２４ｍｍで前記組成Ｃ１を有するシートバーの接合を実施した後の接合部分にシートバー長手方向に張力を加えて接合部を明確にした例である。但し、図４は接合全時間４．５秒に対し、アプセット後の保持時間を０．５秒（接合全時間の１１％）とし、一方、図５は接合全時間４．７秒に対し、アプセット後の保持時間を１．５秒（接合全時間の３２％）とした。図４の例では仕上圧延中に接合部破断が発生した。図５は、正常に仕上圧延を完了できた。シートバー幅方向の接合率も、保持時間０．５秒の３６％に対し、保持時間１．５秒では７７％と大幅に改善されている。
同様に、前記組成Ｃ２乃至前記（オ）に挙げた鋼種のシートバーについて固相率、アプセット量を変更して調べたところ、接合全時間に対するアプセット後の保持時間の割合を２５％以上とすると接合後のシートバー幅方向接合率が著しく良好であり、そのまま仕上圧延しても接合部で破断せず、正常に圧延できることを把握した。
これは、前記組成Ｃ１，Ｃ２乃至前記（オ）に挙げた鋼種になると鋼成分のＳｉ、Ｍｎ等が多量にあって、これらが誘導加熱によって大気に曝され酸化しやすくて、これらの融点は鋼よりも低いことからシートバー接合界面に液状に多量に生成し、凝集して酸化物となる。
その結果、全接合時間に対するアプセット後の保持時間の割合が２５％未満と低い場合は、これら酸化物の一部が接合界面に残留して固化し、酸化物は延性がないことからこれらを起点として、シートバー幅方向全体に亀裂が進展し破断しやすい。
一方、全接合時間に対するアプセット後の保持時間の割合を２５％以上と高くすると、前述の液状元素が凝集した酸化物を接合界面から充分に排出できる結果、接合界面が充分溶着できて延性も確保され破断することがなく、安定して仕上圧延が可能になるわけである。
先行シートバー、後行シートバーとして、それぞれ幅１１００ｍｍ、厚み３０ｍｍになるシートバーを、図１に示した連続熱間圧延ラインに供した。シートバーの鋼種は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ等を含む表１に示す合金鋼である。接合装置３内で先行シートバーＳ１及び後行シートバーＳ２の各接合面を対向配置した後、誘導加熱装置１０にて各接合面を加熱し、アプセットシリンダ１１によってクランプ装置８を押して接合面同士を表２に示す目標アプセット量に達するまで押圧（アプセット）し接合した後、表２に示すアプセット後の保持時間だけ保持した後に左右のクランプ装置８，９によるアプセットを開放した。接合完了後、仕上圧延機の７スタンドミルにより板厚１．６ｍｍまで圧延を施した。これらの圧延材について、シートバー幅方向の接合率を目視判定し、更に、接合後の仕上圧延での破断の有無を調査した。
これらの結果を表２に示す。
比較例では、接合全時間に対するアプセット後の保持時間の割合は２５％未満であり、接合後のシートバー幅方向界面の接合率は４８％以下であって、仕上圧延中に破断が発生した。
これに対して本発明例では、接合全時間に対するアプセット後の保持時間の割合は、２５％以上であり、接合後のシートバー幅方向界面の接合率は６８％以上であって、仕上圧延工程中で全く破断しなかった。
Figure 0005648750
Figure 0005648750
１ コイルボックス
２ クロップシャー
３ 接合装置
４ レベラー
５ ピンチロール
６ 脱スケール装置
７ 仕上圧延機第１スタンド
８ 入側クランプ装置
９ 出側クランプ装置
１０ 誘導加熱装置
１１ アプセットシリンダ
１２ 目違い防止板

Claims (2)

  1. 熱間仕上圧延機の入側で先行シートバーの尾端と後行シートバーの先端をクランプして、アプセットを開始しつつ誘導加熱し、目標アプセット量に達した後、クランプを開放するシートバー接合方法であって、前記目標アプセット量に達してからクランプを開放するまでの時間であるアプセット後の保持時間を１．２秒以上３．１秒以下とし、アプセット開始からクランプ開放までの時間である接合全時間を４．６秒以上５．２秒以下とし、
    前記シートバーは、質量％で、Ｃ：０．０３８〜０．１２０％、Ｓｉ：０．０１〜１．４０％、Ｍｎ：０．８０〜１．４０％、Ｐ：０．００５〜０．０２４％、Ｓ：０．００１〜０．０５４％、Ｎ：０．００２〜０．００５％、Ａｌ：０．０２４〜０．０５０％を含有し残部Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有することを特徴とする熱間連続圧延におけるシートバーの接合方法。
  2. 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜０．０３％、Ｎｉ：０．０１〜０．０２％、Ｃｒ：０．０２〜０．９０％、Ｍｏ：０．００１〜０．０１０％、Ｖ：０．００２〜０．００５％、Ｔｉ：０．００２〜０．０５５％、Ｎｂ：０．００４％以下のうちの１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の熱間連続圧延におけるシートバーの接合方法。
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