JP6583256B2 - 連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプ - Google Patents

Description

本発明は、連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプに関し、先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部とを急速加熱して押圧・接合する際に、被接合界面における酸化物の介在を抑止して接合部の強度を確保し、接合後の鋼片を仕上げ圧延する際の破断を確実に防止しようとするものである。

鋼片を１本毎に加熱、粗圧延、仕上げ圧延して所望の厚さとする鋼板に仕上げる、いわゆるバッチ式の熱間圧延ラインでは、特に仕上げ圧延工程において、鋼片先端の噛み込み不良、鋼片後端の絞り込み、鋼片先後端での寸法不良等の問題があった。このため、最近では仕上げ圧延機の入側搬送ラインで、先行する鋼片の後端部と後行する鋼片の先端部とを順次接合してから仕上げ圧延に供する連続圧延法（エンドレス圧延法）が実用化され、これに伴い鋼片の接合方法について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、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鋼片の後端部と後行鋼片の先端部との接合予定部を急速加熱したのち、互いに突き合せて押圧（アップセット接合）することによって、先行・後行両鋼片を接合するものである。

しかし、従来の連続熱間圧延における鋼片の接合においては、鋼中に鋼の融点（１４００〜１６００℃）よりも高い融点の酸化物を生成するＣｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ等の成分（例えば、Ｃｒ酸化物：融点約２０００℃）を含むステンレス鋼や高張力鋼板等について、誘導加熱時に接合面に生成されるこれら酸化物がアップセット後も接合部に固相として残って接合強度を著しく低下させ、後工程の仕上げ圧延にて前記接合部が破断する等の問題が生じる場合があった。

このような問題を解決する方法としては、誘導加熱による加熱工程で先行鋼片および後行鋼片の各接合面の温度が鋼片の液相線温度以上になるように加熱し、かつアップセットを誘導加熱装置による交番磁界の印加中又は予め把握された誘導加熱装置の電源を切ってから接合面の鋼が溶け落ちるまでの時間内に行う方法が特許文献１に開示されている。この方法では、接合界面を液相線温度以上まで加熱することによって、接合界面に生成された鋼の融点よりも高い融点の酸化物が、液相となって溶けた鋼と共に排出されやすくなる為、該酸化物の残留による接合強度の低下を回避できるとされている。また、このとき液相線温度以上の加熱によって、アップセット前に溶鋼が溶けた後の面への酸化物の再生成を防ぐ為、アップセットを溶鋼が溶け落ちるまでの時間内で行うことが有効とされている。

特開２０００−２７１６０６号公報 特開２０００−２８０００３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された方法では、特にステンレス鋼や高張力鋼等の接合強度の低下が著しい鋼片をエンドレス圧延する場合に問題が生じる。これら鋼片では、接合界面を鋼の融点以上の温度まで加熱することで接合界面に生成する酸化物を確実に溶鋼と共に排出しなければならない。アップセット時、鋼片は櫛歯状のクランプ（目違い防止板）により把持され（特許文献２など）、鋼片端部の座屈による接合強度の低下を防いでいる。特許文献２等に記載される従来の接合技術では加熱温度が鋼片の液相線温度未満であったため、この櫛歯を上下同じ位置とすることで把持強度を増していた。しかし、上記鋼片の端部を液相線温度以上まで加熱する場合，鋼片と櫛歯の接触部で溶鋼の排出が阻害され、接合面に酸化物が残留して、接合部の強度が著しく低下し、上記鋼片の接合部が仕上げ圧延中に破断してしまうという問題があった。

そこで、本発明では、連続熱間圧延において、鋼片の接合部の強度の低下を抑制した鋼片の接合用クランプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ね、連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプの構造に工夫を加えることで、先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部とを急速加熱して押圧・接合する際に溶鋼を効率的に排出できて接合部の強度を確保し、接合後の鋼片接合部の圧延中の破断を確実に防止する方法を考案した。本発明は、以下のような特徴を有する。

［１］先行鋼片および後行鋼片の夫々をその厚さ方向に挟圧支持して位置決めする上下で一対になる二組のブロックを備え、少なくとも一組のブロックに櫛歯形状をした目違い防止板を連結して、鋼片を誘導加熱する連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプにおいて、
上面側と下面側の目違い防止板の鋼片と接触する凸部が、幅方向に互い違いとなることを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプ。

本発明によれば、連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプの構成に工夫を加えることで、先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部とを急速加熱して押圧・接合する際、被接合界面における酸化物の残留を抑止して接合部の強度を確保し、もって接合後の鋼片の圧延中の破断を確実に防止することが可能となる。

連続熱間圧延ラインの一例として、コイルボックスから仕上げ圧延機の第１スタンドまでの設備配列の概略を示す図 接合装置の設備構成の一例の概略を示す図 従来の目違い防止板、絶縁材、磁性材の構造の概略を示す図（（ａ）は斜視図、（ｂ）は鋼片幅方向からみた断面図） 従来の接合部における溶鋼の残存を示す図（（ａ）は鋼片長手方向の断面図、（ｂ）は鋼片幅方向の断面図） 本発明の互い違いとする目違い防止板の概略図（鋼片幅方向の断面図）

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、連続熱間圧延ラインの一例として、コイルボックスから仕上げ圧延機の第１スタンドまでの設備配列の概略を示す図である。入側から、粗圧延機から出てきた鋼片を巻き取るコイルボックス２、コイルボックスから巻き出された先行鋼片１ａの尾端および後行鋼片１ｂの先端を切断するクロップシャー３、先行鋼片１ａと後行鋼片１ｂを接合する接合装置４、接合後の鋼片接合部に付着しているノロ（溶鋼の固化したもの）を除去する切削装置５、仕上げ圧延機の第１スタンド６である。

接合装置４は、図２に例を示すように、クロップシャーによって先尾端が切り落とされた先行鋼片１ａと後行鋼片１ｂの各切断面が互いに非接触で対向配置されるように保持する左右のクランプ装置７ａ、７ｂと、該クランプ装置によって保持された鋼片の接合面を誘導加熱する誘導加熱装置８と、クランプ装置７ａをクランプ装置７ｂ側に押して、接合面を突き合せて押圧接合する押圧シリンダ９と、該押圧接合時に鋼片が上下方向にずれることを防止する目違い防止板１０ａ、１０ｂとを備える。クランプ装置７ａ、７ｂは、先行鋼片１ａおよび後行鋼片１ｂの夫々をその厚さ方向に挟圧支持して位置決めする上下で一対になる二組のブロックを有し、目違い防止板１０ａ、１０ｂは、少なくとも一組のブロックに連結され、櫛歯形状を有する。

図３は目違い防止板１０ａの構造を示した図である。より具体的には、図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は鋼片幅方向の断面図である。鋼片は櫛歯形状の目違い防止板１０ａ、１０ｂによって上下から挟持されている。互いに隣り合う目違い防止板１０ａ、１０ｂの間には磁性材１１が装着されている。目違い防止板１０ａ、１０ｂの対向する面には耐熱と誘導加熱時のスパーク抑制等を目的にセラミックス等の絶縁材１２が装着される。接合面の直上直下では幅方向に目違い防止板１０ａ、１０ｂの絶縁材１２が鋼片に接触している部分（凸部）と、鋼片と接触していない部分（凹部１４）とが交互に存在し、櫛歯状を為している。押圧接合時に接合界面から排出される溶鋼は、鋼片と接触していない凹部１４から排出される。排出された溶鋼はそのまま鋼片へ付着して接合装置から排出される。

軟鋼など従来材を接合する場合、接合用クランプの前記凸部・凹部の位置を上下で一致させることにより、目違い防止板による鋼片端部の把持強度が増していた。一方、ステンレス鋼や高張力鋼などを接合する場合は、接合界面を液相線温度以上まで加熱しアップセット時に溶鋼を排出するが、凸部・凹部の位置を上下で一致させると、上記のように目違い防止板の凸部で挟まれた部分は図４（長手方向断面（ａ）、幅方向断面（ｂ））の模式図に示すように溶鋼およびその内部の酸化物が排出されにくくなるため、接合面に酸化物の一部が残って接合強度が著しく低下し、仕上げ圧延中に鋼片の接合部で破断が発生してしまうという問題があった。

本発明ではこの問題を回避する為、図５に示すように上面側と下面側の目違い防止板の凸部１０ａ、１０ｂを上下で互い違いとした。溶鋼はアップセットにより上部または下部の磁性材１１、目違い防止板１０ａ、１０ｂの絶縁材１２、鋼片１ａ、１ｂとで囲まれた空間（凹部１４）に排出されるので接合強度が向上する。

またこのとき、加熱中の把持強度を確保し、液相線温度以上に加熱してアップセットした場合の溶鋼の排出性が良好でかつ鋼片の変形を防止できるように、目違い防止板１０ａ、１０ｂの絶縁材１２（凸部）の幅Ｗａと絶縁材の間隔（磁性材料が有って鋼片と接触していない凹部１４）の幅Ｗｂの関係が重要となる。

接合される鋼片の厚みｔに対し、凸部の幅Ｗａは０．３ｔ≦Ｗａ≦０．５ｔとすることが好ましい。この範囲より小さいと絶縁材１２の強度が十分でなくなり、また絶縁材１２が鋼片に食い込んで、その跡が鋼片に残り、仕上げ圧延時の破断の原因となる。また、この範囲より大きいと溶鋼の排出性が悪化し、接合面に酸化物が残って仕上げ圧延時の破断の原因となる。

凹部の幅Ｗｂは、凸部の幅Ｗａに対し２．０Ｗａ≦Ｗｂ≦３．０Ｗａとすることが好ましい。この範囲より小さいと溶鋼の排出性が悪化し仕上げ圧延時の破断の原因となる場合がある。またこの範囲より大きいと、液相線温度以上に加熱する際に鋼片が変形して仕上げ圧延時に破断となり、液相線温度以下に加熱する際に鋼片の把持が十分でなくなり接合不良となってやはり仕上げ圧延時に破断する原因となる。

また凹部１４の高さＨは０．３ｔ＜Ｈ＜２ｔとすれば溶鋼の排出に十分なスペースを確保しつつ目違い防止板および絶縁材の強度も保つことが出来る。

以下、本発明の効果について、実施例をもとに説明する。粗圧延後の寸法が板幅１１００〜１２００ｍｍ、厚み３０ｍｍからなる高張力鋼（１．５質量％Ｓｉ−２．７質量％Ｍｎ鋼）の鋼片を図１に一例を示した連続熱間圧延ラインで連続圧延を実施した。このとき接合装置４内で先行鋼片１ａと後行鋼片１ｂの接合面を５ｍｍの間隔を隔てて対向配置した後、誘導加熱装置８によって接合面を加熱した。加熱条件は投入電力が１０００ｋＷ、周波数１０００Ｈｚ、加熱時間６．０秒である。この加熱条件は、接合面の温度が対象鋼の融点以上となる条件であり、融点以上の温度となる領域は接合端面からの１２ｍｍの範囲である。接合された鋼片は切削装置５でノロを除去された後に仕上げ圧延機において、板厚２．０ｍｍまで熱間圧延した。

上記の基本条件のもと、目違い防止板１０ａ、１０ｂの構造を変更し、１２本の連続熱間圧延（接合は１１回）を行った。この時、仕上げ圧延後の接合部外観を表面検査計でモニタリングし、接合部に割れ等の欠陥が生じていた回数を調査した。表１に目違い防止板の条件と、それぞれの条件で割れ欠陥の発生回数を示す。なお、本発明では、割れ欠陥の発生回数が２回以下の場合を合格とする。

従来例の目違い防止板１０ａ、１０ｂを上下位置を一致させて配置する場合、接合部の割れ欠陥の発生回数が１０回と多発した。これに対して、本発明例２の目違い防止板１０ａ、１０ｂを上下を互い違いに配置する場合、接合部の割れ欠陥の発生回数が２回以下とわずかであり、特に本発明例１に示す前述の凸部の幅Ｗａが鋼片の厚みに対して０．３ｔ≦Ｗａ≦０．５ｔ、かつ、前述の凹部の幅Ｗｂが２．０Ｗａ≦Ｗｂ≦３．０Ｗａとなる場合、接合部の割れ欠陥の発生回数が皆無［０（ゼロ）］であり、著しく良好であった。

１ａ 先行鋼片
１ｂ 後行鋼片
２ コイルボックス
３ クロップシャー
４ 接合装置
５ 切削装置
６ 仕上げ圧延機
７ａ、７ｂ クランプ装置
８ 誘導加熱装置
９ 押圧シリンダ
１０ａ、１０ｂ 目違い防止板
１１ 磁性材
１２ 絶縁材
１３ 溶鋼
１４ 凹部

Claims (1)

1. 先行鋼片および後行鋼片の夫々をその厚さ方向に挟圧支持して位置決めする上下で一対になる二組のブロックを備え、少なくとも一組のブロックに櫛歯形状をした目違い防止板を連結して、鋼片を誘導加熱する連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプにおいて、
   上面側と下面側の目違い防止板の鋼片と接触する凸部が、幅方向に互い違いとなり、
   前記凸部の幅Ｗａ(ｍｍ)と、前記凸部間に形成される凹部の幅Ｗｂ(ｍｍ)とが、２．０Ｗａ≦Ｗｂ≦３．０Ｗａを満たすことを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプ。

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