JP6665830B2 - 連続熱間圧延における鋼片の接合方法 - Google Patents
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Description
本発明は、連続熱間圧延において、仕上圧延機の入側で先行鋼片と後行鋼片とを接合し、その後の熱間仕上圧延で接合部での破断を防止して安定に圧延する方法に関する。
従来、連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片と後行鋼片とを接合する方法としては、例えば、連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置して、この状態で誘導加熱装置によって先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを急速加熱し、次いで、加熱された先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧（アップセット）接合する方法が知られている。
しかしながら、大気雰囲気中で接合を行う際に、鋼中にＣｒ、Ｍｎ、Ｓｉのように鋼の融点（１４００〜１６００℃）よりも高い融点の酸化物（例えば、Ｃｒ酸化物：融点約２０００℃）を生成する成分を多く含むステンレス鋼や高張力鋼等については、誘導加熱時に接合面に生成されるこれらの酸化物が、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、後工程の仕上圧延にて接合部が破断する等の問題が生じていた。
この問題に対し、加熱工程で、誘導加熱装置を用いて先行鋼片及び後行鋼片の各接合面の温度を鋼片の液相線温度以上にする方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、高い融点の酸化物を生成する成分を多く含む場合、接合面の温度を鋼片の液相線温度以上に加熱しても、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ることがある。
また、接合機の接合面周辺にガスを吐出できるガス吐出口を設け、ガス吐出口より非酸化性ガスを吐出し、接合面間の雰囲気の酸素濃度を許容値以下とし、酸化物の生成を防止する方法がある（特許文献２参照）。しかし、当方法を使用しても、クロップシャーによって先尾端が切り落とされた後、接合機まで鋼片の先尾端が搬送されるまでの間に接合面に酸化物が生成し、その酸化物がアップセット後も接合部に残存して接合強度を著しく低下させていた。
本発明は、前述した問題点を解消するためになされたものであり、後工程の仕上圧延にて接合部の破断を防止できる、連続熱間圧延における鋼片の接合方法を提供することを目的とする。
［１］連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置し、前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを誘導加熱する加熱工程と、加熱された前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧接合する接合工程とを含む、連続熱間圧延における鋼片の接合方法であって、先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端の各接合面に、鉄より酸素親和力が高い無機物を含む粉末を塗布し、誘導加熱開始前に、液体もしくは気体を吹き付けて塗布した粉末を除去したのち、加熱接合することを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合方法。
先行鋼片と後行鋼片の各接合面に、鉄よりも酸素親和力が高い元素を含む酸化物以外の無機物の粉末を塗布する。これにより、塗布した粉末に含まれる元素と鋼中および鋼片表面の酸素が酸化物を生成し、接合面近傍の酸素が（消費され）欠乏する。この後、液体もしくは気体を吹き付けて塗布した粉末を除去した後、接合のために加熱・アップセットが行われるが、接合面近傍の酸素が欠乏しているため、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉといった鋼中の元素の酸化物が接合面に生成しにくくて、接合後に接合界面に残存して接合強度を低下させることを防止できる。なお、前記液体としては水や不燃性油などが好ましく、前記気体としては空気や窒素ガスなどが好ましい。
これにより後工程の仕上圧延にて接合部の破断を防止できる。
これにより後工程の仕上圧延にて接合部の破断を防止できる。
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。
図１は、連続熱間圧延ラインの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２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、先行鋼片と後行鋼片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。
ここで、本実施形態では、先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの鋼種については特に限定されず、例えば、先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの内の少なくとも一方が鋼の融点（１４００〜１６００℃）よりも高い融点の酸化物を生成する元素を含有する鋼種としてもよい。鋼の融点よりも高い融点の酸化物とは、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ等の酸化物（具体的には、Ｃｒ酸化物：融点約２０００℃、その他ＭｎＯ、ＳｉＯ２）のことを指す。
本実施形態の鋼片の接合方法は、上述した連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの先端とを互いに非接触で対向配置し、先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの先端とを加熱する加熱工程と、加熱された先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの先端とを突き合わせて押圧接合する接合工程とを含む。
本発明は各接合面に、鉄より酸素親和力が高い無機物を含む粉末を塗布し、誘導加熱開始前に、液体もしくは気体を吹き付けて塗布した粉末を除去したのち、加熱接合することを特徴とする。
塗布する粉末は、鉄よりも、酸素親和力が高い元素を含む必要がある。これにより、塗布した粉末に含まれる元素と鋼中および鋼片表面の酸素が酸化物を生成し、接合面近傍の酸素が（消費され）欠乏する。塗布する粉末の融点は本発明の効果に影響しない。
粉末を塗布する箇所としては、先行鋼片と後行鋼片の各切断面に塗布する必要があり、効果を得るためには幅方向の５０〜１００％の領域に塗布することが望ましい。また、粉末塗布時に上面または下面に塗布してもよい。
粉末を塗布する量は、接合面近傍の酸素を欠乏させる効果を十分に得るため、各接合面の単位面積当たり０．０５μｇ／ｍｍ２以上が望ましい。また、粉末を塗布する量は、各接合面の単位面積当たり１００ｍｇ／ｍｍ２以下が望ましい。
粉末を除去するための液体または気体を吹き付けた後に残存する粉末の量は、各接合面の単位面積当たり０．０５μg／ｍｍ２以下が望ましく、０．０２μg／ｍｍ２以下がより望ましい。残存量が多すぎると、接合界面に残存し、接合強度を低下させるおそれがある。噴射する液体または気体の流量としては粉末の除去能力と装置の実現性を鑑みて、気体の場合は１〜１００００００Ｎｍ３／ｍｉｎ・ｍ２、液体の場合は流量０．１〜５００ｍｍ３／ｍｉｎ・ｍ２の量が噴射されるとよい。
塗布した粉末と鋼中の酸素が反応する時間を確保するため、粉末を塗布するタイミングと、粉末を除去するタイミングの間は、５秒間以上確保することが望ましく、ライン長やシートバーの温度低下を鑑みると１２０秒以下が現実的である。また、粉末を除去した後に再び接合面近傍に再び酸素が富化することを防ぐために、粉末を除去してから４０秒以内に加熱を開始することが望ましい。
塗布の方法としては、無機物の粉末をスプレーを用いて塗布する方法などがある。
また、本手法は接合界面を半溶融状態〜溶融状態まで加熱し、アップセットして接合する場合に効果がある。
なお、鋼組成として、Ｃの場合０．０１質量％〜最大１．２質量％、Ｓｉの場合０質量％〜最大７．０質量％、Ｍｎの場合０質量％〜最大７．２質量％、Ｃｒの場合０質量％〜最大３５．０質量％、Ｔｉの場合０質量％〜最大０．３質量％、Ａｌの場合０質量％〜最大０．３質量％、Ｐの場合０質量％〜最大０．５質量％、Ｓの場合０質量％〜最大０．４質量％、Ｎｉの場合０質量％〜最大２５．０質量％、Ｍｏの場合０質量％〜最大１．０質量％、Ｖの場合０質量％〜最大０．５質量％含有していても（残部はＦｅおよび不可避的不純物）、同様の条件で、接合部が破断することなく目標仕上げ板厚まで良好な連続圧延を継続可能である。
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１２００ｍｍ、厚み３０ｍｍからなる鋼（成分組成は、質量％で、Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：２．８％、Ｍｎ：０．９％、Ｃｒ：０．１％、Ｔｉ：０．０％、Ａｌ：０．０％、Ｐ：０．０％、Ｓ：０．０％、Ｎｉ：０．０％、Ｍｏ：０．０％、Ｖ：０．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。）の鋼片を、図１に示すような連続熱間圧延ラインで連続圧延を実施した。この鋼片の融点は１４９０℃であった。このとき、図２に示すような接合装置４内で先行鋼片と後行鋼片の接合面を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、押圧接合した。
加熱条件は、投入電力が１０００ｋＷ、周波数が１０００Ｈｚ、加熱時間を６．０秒および３．０秒の２水準を設けた。加熱時間６．０秒の場合は、接合面の温度が上述の対象鋼の融点以上となる条件であり、アップセット量は１３．０ｍｍとした。加熱時間３．０秒の場合は、接合面が半溶融状態となる条件である。アップセット量は８．０ｍｍとした。
クロップシャーによる切り落とし完了後、図１に示す粉末塗布装置１１ａ、１１ｂを用い接合面に無機物の粉末の塗布を行った。
本発明例の粉末として、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ホウ素の粉末を用いた。いずれの粉末も酸素親和力が鉄より高い元素から成る。また、比較例の粉末として、酸素親和力が鉄より低いニッケルの粉末を用いた。
図３に先行鋼片１ａへの粉末塗布の形態、図４に後行鋼片１ｂへの粉末塗布の形態を示す。本実施例では、粉末塗布装置は幅方向に１００ｍｍピッチで配列された１３本のノズルから構成されており、鋼片の全幅に塗布が可能である。各ノズルは鋼板上面において直径２００ｍｍの円状の範囲に粉末を塗布する。各ノズルは０．１０〜１５０００ｇ／ｓで粉末の塗布量を調整可能であり、ノズルの噴霧範囲ではほぼ均一に粉末の塗布が可能である。ノズルの噴射向きは鉛直方向から４５°傾けた。
粉末塗布装置の位置は固定であり、本実施例では、１ｍ／ｓで動く先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端それぞれが通過するタイミングで１秒間塗布を行った。本実施例では、先行鋼片の尾端についてはクロップシャーによる切り落とし完了後３秒、後行鋼片の先端についてはクロップシャーによる切り落とし完了後１秒で先行鋼片の尾端に粉末塗布を開始し１秒で塗布が完了した。
図５に先行鋼片１ａへの粉末除去のためのエアー噴射の形態、図６に後行鋼片１ｂへの粉末除去のためのエアー噴射の形態を示す。エアー噴射装置１２は幅方向に１００ｍｍピッチで配列された１３本のノズルから構成されており、本実施例の条件では鋼片の全幅に噴射が可能である。各ノズルの流量は１００００Ｎｍ３／ｍｉｎ・ｍ２であり、ノズルの噴射向きは鉛直方向とした。
本実施例では、先行鋼片の尾端に粉末塗布を行ってから１５秒後にエアーを噴射した。エアー噴射の５秒後に誘導加熱を開始した。
表１に本発明と同様の粉末塗布を行ったのち、一方はエアーを噴射せず接合も行わず空冷し、接合面に塗布された粉末の量を幅方向を１０ｍｍずつの領域に分けて、全幅について調査した結果として、その最小値を示した。また、他方は、エアーを噴射し接合を行わず空冷し、接合面に残留した粉末の量を調査した結果を示した。
さらに、本発明と同様の粉末塗布を行って、エアーを噴射し接合された鋼片は、切削装置５でノロを除去した後に、仕上げ圧延機において、板厚が２．０ｍｍになるまで熱間圧延を実施した。
連続圧延を４本以上行うことができたものについて、接合強度の低下を防止できたと判断して、合格○とした。このうち、連続圧延を１０本全てにわたって行うことができたものを◎とした。連続圧延が３本以下で割れが生じたものを不合格×とした。
表１にそれぞれの条件で連続圧延が可能だった本数を示す。
従来例の粉末塗布を行わない場合（試験Ｎｏ.１、Ｎｏ．１４）、鉄より酸素親和力が低いニッケルの粉末を塗布した場合（Ｎｏ．２７）では、連続圧延を２本できたが、３本目において接合部に割れが発生していた。本発明例であるＮｏ．２〜Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．２６の粉末塗布を行った場合は、粉末の種類や塗布量によらず、連続圧延を９本以上行うことができた。
また、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２１、Ｎｏ．２３〜Ｎｏ．２６は、本発明のより好ましい条件であり、１０本以上連続圧延が可能であった。
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
１１ａ、１１ｂ 粉末塗布装置
１２ エアー噴射装置
１ｂ 後行鋼片
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Claims (2)
- 連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置し、前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを誘導加熱する加熱工程と、加熱された前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧接合する接合工程とを含む、連続熱間圧延における鋼片の接合方法であって、
先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端の各接合面に、鉄より酸素親和力が高い無機物を含む粉末を塗布し、誘導加熱開始前に、液体もしくは気体を吹き付けて塗布した粉末を除去したのち、加熱接合することを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合方法。 - 前記粉末を塗布してから該粉末を除去するタイミングの間が５秒以上、１２０秒以下であって、かつ前記粉末を除去した後、前記誘導加熱開始までの時間が４０秒以内であることを特徴とする請求項１に記載の連続熱間圧延における鋼片の接合方法。
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