JPH05245507A - 熱間鋼材の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱間鋼材の接合面のスケールを除去し、健全な
接合部を得る。 【構成】図示の装置を使用し、下記(1) 〜(3) のいずれ
かで接合面のスケールを除き、前後の金型を電極として
被接合材に通電してジュール熱を発生させ、接合部を圧
接に適する温度 (例えば1000℃以上) に加熱し、上記金
型によって板厚方向に圧下して接合を行う。 (1) それぞれ上下一対の金型で挟んだ先行材と後行材の
接合面どうしを擦り合わせる方法、(2) それぞれ上下一
対の金型で挟んだ両材の接合面を金型の側面に突き当て
て擦り合わせる方法、(3) それぞれ上下一対の金型で挟
んだ両材の接合部を長手方向にわずかに重なり合うよう
に配置してから上下に移動させ、接合部に塑性変形を起
こさせる方法。 上記(1) から(3) までの方法を２以上組み合わせて実施
してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱間鋼材の突き合せ
接合方法に関するものであり、例えば、粗圧延した熱間
鋼材を接合して連続仕上圧延を行うために圧延ライン上
で被圧延材を接合するのに好適な突き合せ接合方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱間圧延によって鋼板を製造する
際、スラブ１本毎に粗圧延、仕上圧延を行っていたが、
生産性が低く歩留が悪い等の問題点があった。このため
近年、粗圧延後に先行する被圧延材（先行材）の後端と
後続する被圧延材（後行材）の先端を接合し、これらの
被圧延材を連続させて圧延機に供給する方法が種々提案
されている。

【０００３】例えば特開昭61-1489 号公報の提案は、ス
ケールを除去した先行のシートバーの後端と、同じくス
ケールを除去した後続のシートバーの先端とを所定量重
ね合せて圧接する接合方法であり、また、特公平3-3895
3 号公報には熱間鋼材どうしを所定以上の応力を加えて
突き合せ、同時に通電して接合する方法が開示されてい
る。特公平3-38953 号公報の接合方法では、接合部の温
度を1400℃以上となし、接合面に存在するスケールを溶
融させて分散微細化させるから接合面のスケールを予め
除去しなくても強固な接合が得られるとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記特開昭61-1489 号
公報の接合方法では、スケール除去後に先行材と後行材
を重ね合わせて圧接するというのであるが、スケール除
去後、圧接を行うまでの間のスケール発生は抑止できな
い。この点、特公平3-38953 号公報の接合方法は合理的
な方法であるが、スケールを溶融させるためにその融点
以上に加熱する必要があり、大電流を要する。また、接
合は押し込みロールで接合面に長手方向の圧力を加えて
行うため、被圧延材の座屈が起きたり、突き合せ面がう
まく密着しないといった問題点がある。

【０００５】熱間鋼材の接合における最大の問題は、接
合面のスケール（酸化物皮膜）の存在である。接合しよ
うとする粗圧延後の鋼材端部（トップ、ボトム）はクロ
ップシャーで切断されているのが普通であるが、このシ
ャー工程から接合工程までには巻取り、保温、巻き戻し
といった工程があり、この間、鋼材は高温のままである
ために切断面にもスケールが生成する。前述のように、
このスケールを予め除去しても、接合までに時間がある
と再度酸化してスケールが着く。接合面にスケールがあ
ると、特に圧接では接合強度が低下し、後続の連続圧延
の際に接合部が破断して大きな損失を招く。

【０００６】本発明の目的は、接合しようとする２つの
熱間鋼材の接合端面のスケールを接合作業の直前に除去
することができ、接合前の加熱も最小限ですみ、しかも
健全で高強度の接合部が得られる接合方法を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、先行材後端部
と後行材先端部をそれぞれ上下一対の金型で挟んで動か
し、接合の直前に接合面のスケールを物理的に除去し、
次いで接合部に位置する鋼材に直接通電して加熱すると
ともに板厚方向に圧下することを基本とする熱間鋼材の
接合方法を要旨とする。上記のスケールの物理的な除去
の具体的な方法は、下記のとおりである。

【０００８】(1) それぞれ上下一対の金型で挟んだ先行
材と後行材の接合面どうしを擦り合わせる方法、(2) そ
れぞれ上下一対の金型で挟んだ両材の接合面を金型の側
面に突き当てて擦り合わせる方法、(3) それぞれ上下一
対の金型で挟んだ両材の接合部を長手方向にわずかに重
なり合うように配置してから上下に移動させ、接合部に
塑性変形を起こさせる方法。

【０００９】上記(1) から(3) までの方法を２以上組み
合わせて実施してもよい。

【００１０】このような方法で接合面のスケールを除去
した後は、前後の金型を電極として被接合材に通電して
ジュール熱を発生させ、接合部を圧接に適する温度 (例
えば1000℃以上) に加熱し、上記金型によって板厚方向
に圧下して接合を行う。

【００１１】図１は、本発明方法を実施するときに使用
する装置の概略側面図であり、(a)は接合作業に入る前
の状態、 (b)は接合を行っている状態である。 (a)図の
1-1と1-2 は接合しようとする熱間鋼材で、1-1 は先行
材、1-2 は後行材である。これらは図の左から右に移動
して、接合の後は図示しない圧延機に送られる。2-1、2
-2 、および2-3 、2-4 は夫々前方の上と下の金型、お
よび後方の上と下の金型である。3-1 、3-2 、3-3 、3-
4 は金型を動かす圧下シリンダー、４は金型2-4 の下降
限界および2-1 の上昇限界を規制するストッパーであ
る。５は電源で、この図の装置では前後の下金型に接続
されているが、前後の上金型または上下両方の金型に接
続してもよい。要するに後述する図２のに示すよう
に、接合面を通って先行材と後行材の両方に電流が流れ
るように配線する。電源は交流でも直流でも構わない。

【００１２】図２は、第１の発明の作業工程を説明する
図で、金型部分だけを側面図で示してある。図の〜
の順序にそって説明する。

【００１３】まず、後端をクロップシャーで切断された
先行材1-1 を金型2-1 と2-2 の間に導入し、のように
固定する。このとき、鋼材端部には鼻上がり等の変形が
あることが多いからガイド6-1 を使用するのが望まし
い。後行材1-2 の先端もに示すように金型2-3 と2-4
の間に導入し、のように固定する。この状態で前後の
金型を相対的に上下に往復運動させれば、被接合材の端
面 (接合面) は擦り合わせられて、スケールが物理的に
除去される。

【００１４】図２のは、のＡ部を拡大して示した図
である。図示のように上下の金型を少しずらして剥げ落
ちたスケールの逃げ代７を設けておくのがよい。このス
ケールは、例えば圧空で吹飛ばすことによって取除く。

【００１５】上記のようにして接合面のスケールを除去
したのちは、に示すように接合面を合わせ、金型に通
電して被接合材に電流を流し、ジュール熱によって接合
部を加熱する。接合部が圧接に適する温度になったら、
金型によって上下から被接合材の板厚方向に圧下する。
この時の変形により生じる被接合材の体積変化により、
接合面には突き合せ方向に働く応力が発生して接合が達
成されるのである。電極の役割をする金型2-1 、2-2 、
2-3 、2-4 の側面には、例えばセラミックス溶射等の方
法で絶縁加工を施しておき、電流は専ら被接合材に流れ
るようにする。

【００１６】なお、通電の圧下の工程は必ずしもこの順
序で行うのではなく、圧下しつつ通電してもよい。

【００１７】図３は、第２の発明の方法を説明する図
で、加熱圧接の工程は図２の場合と同じであるから、ス
ケール除去の工程だけを示してある。この場合は、先行
材の後端面（接合面）を金型2-4 の側面に、一方、後行
材の先端面 (接合面) を金型2-1 の側面に、それぞれ突
き当てて摺動させることによりスケールを除去する。従
って、下金型の側面には、浅い溝や窪みをつけておくの
がよい。図３のはのＢ部の拡大図で、剥げ落ちたス
ケールが金型の凹部に捕捉される様子を示す。このよう
に捕捉されたスケールは、圧空等によって吹き飛ばして
取り除く。凹部としては、例えば２〜５mmのピッチで設
けた幅、深さとも１〜３mmの溝が実用上好適である。

【００１８】この方法は、前記の被接合材の端面どうし
の擦り合わせによるスケール除去方法と併用してもよい
ことは言うまでもない。

【００１９】図４は、第３の発明の方法を説明する図
で、図２と同じくスケール除去の工程だけを示してあ
る。この場合は、図に示すように先行材の後端部と後
行材の先端部を所定の位置に移動したとき、両鋼材には
重なり部Ｃができるようにする。

【００２０】この重なり部は、、図に示すように両
材を上下に相対移動させると相互に食い込んで塑性変形
する。従って、両端部に存在していたスケールも千切れ
て剥離し除去される。はその状態を拡大して模式的に
示したものである。重なり部Ｃの重ね代（図のＬ）
は、スケールの除去に必要、且つ充分な１〜３mm程度の
僅かなもので足りる。接合面に残留するスケールも細か
く分散したものになるから実害は小さいが、さらに前記
(1) または／および(2) の方法と組み合わせて実施すれ
ば、残留スケールも完全に除くことができる。

【００２１】

【作用】本発明の方法では、接合しようとする２つの熱
間鋼材の端部（接合面）のスケールは、接合作業の直前
に除去される。従って、スケール除去の後、再酸化され
て接合面にスケールが新たに生成することがなく、圧接
は清浄な面どうしで行われるから接合後もその界面内に
スケールを内在することが少ないので接合面の品質は極
めて良好である。

【００２２】また、接合操作の過程で金型で上下からプ
レスするから、被接合材に多少の変形 (鼻上り、鼻下
り、ダレ等) があってもそれが矯正されて接合面の密着
は確かになる。しかも、圧接は金型で固定した端部を板
厚方向に圧下して行うので、先に掲げた特公平３−3895
3 号公報の方法におけるように被圧接材が座屈するおそ
れもない。

【００２３】なお、圧接の際の加熱温度は1000℃以上と
するのが望ましい。これより低温であれば圧下力を大き
く (厚み方向の圧下率を高く) しなければならず、装置
の大型化が必要になり、また、接合部の過度な厚み減少
等の好ましくない影響が出ることがある。

【００２４】ただし、本発明方法ではスケールを溶融さ
せて除去するのではないから、加熱温度は高々1200℃程
度まででよい。一般に、熱間鋼材は 600℃以上の温度に
あるから、この温度から上記の接合温度まで加熱するの
は僅かな電流で、しかも極めて短時間で済む。直接通電
方式は加熱のエネルギー効率が高いことも大きな利点で
ある。

【００２５】

【実施例】供試材として板厚30mm、幅100 mm、長さ200
mmの低炭素鋼厚板を供試材とし、図１に示したような装
置を使用して試験を行った。供試材は予め加熱炉で 600
℃に加熱し、スケール除去は下記の方法で実施した。

【００２６】（イ）図２に示した方法により先行材後端
面と後行材先端面を突き合わせて２回の摺動を繰り返し
た。

【００２７】(ロ) 図３に示した方法により先行材後端
面を金型2-4 の側面に、後行材先端面を金型2-1 の側面
にそれぞれ突き合わせ、各２回の摺動を繰り返した。両
金型の側面には幅２mm、深さ２mm、の断面がほぼ矩形の
溝を４mmピッチで設けた。

【００２８】(ハ) 図４に示した方法により、重なり代
Ｌを１mmとして先行材および後行材の接合面を塑性変形
させた。

【００２９】スケール除去後、接合面を合わせて密着さ
せ、金型を通じて約３秒間通電し、所定温度に到達して
から厚み方向の圧下を行った。加熱温度の調整は電流値
を変えて行った。

【００３０】表１に、スケール除去方法、加熱温度、電
流値、圧下率（被接合材の厚み減少率）および接合部の
評価を示す。接合部の評価は、接合後の材料を引っ張っ
て引き剥がし、破断面（旧接合面）を観察して金属光沢
のある部分（完全に接合していた部分）と酸化している
部分（接合していなかった部分）の面積を算出し、接合
面の全面積に対する接合が完全にできていた面積の百分
率で行った。この接合面積比が80％以上であれば連続圧
延に支障のない接合強度が得られる。表１の評価欄の○
が接合面積比が80％以上のもの、×はそれ未満のもので
ある。

【００３１】図５は、表１の結果を加熱温度および圧下
率との関係で整理したものである。

【００３２】接合部の板厚減少 (圧下率) は、あまり大
きくなると仕上圧延の際の荷重変動が大きくなり、ミル
負荷が過大になるので約15％以下が望ましい。図５か
ら、このような低圧下率で健全な接合を得るには加熱温
度として1000℃以上が望ましいと言える。また、表１に
示すように、スケール除去方法としては（イ）単独より
も、 (ハ) または（イ）と (ロ) の組合せや (ロ) と
(ハ) の組合せの方が効果が大きく、低圧下率で接合が
できている。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】本発明方法によれば、熱間鋼材を突き合
せ接合する際に、突き合せ面のスケールを比較的簡単
に、しかもほぼ完全に除去することができ、このスケー
ル除去後、再びスケールが生成する前に迅速に接合を行
うことができる。接合の際には、比接合材の板厚方向に
圧下するので、先行材と後行材に多少の板厚差があって
も接合部は平滑に仕上がり、後続の仕上圧延に支障がで
ることがない。

【００３５】本発明方法は、熱間圧延ラインに図１に示
したようなプレス装置を設置するだけで容易に実施でき
るから、実用性は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用するプレス装置の概略側面
図であり、 (a)は接合操作の前、(b) は接合操作時を示
す。

【図２】本発明方法の一つの工程を説明する金型部分の
概略図である。

【図３】本発明方法の他の一つのスケール除去工程を説
明する金型部分の概略図である。

【図４】本発明方法のさらにもう一つのスケール除去工
程を説明する金型部分の概略図である。

【図５】実施例の試験結果を示す図である。

【符号の説明】

1-1：先行材、 1-2：後行材、 2-1,2-2,2-3,2-4：
金型 3-1,3-2,3-3,3-4：圧下シリンダー、 4：ストッパー 5：電源、 6-1,6-2：ガイド、 7：スケールの逃げ
代

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先行材後端部と後行材先端部をそれぞれ上
   下一対の金型で挟み、両材の接合面どうしを擦り合わせ
   ることによってスケールを除去した後、前後の金型を電
   極として両材に通電して接合部を加熱し、上記金型によ
   って板厚方向に圧下して接合することを特長とする熱間
   鋼材の接合方法。
2. 【請求項２】先行材後端部と後行材先端部をそれぞれ上
   下一対の金型で挟み、両材の接合面を金型の側面に突き
   当てて擦り合わせることによってスケールを除去した
   後、前後の金型を電極として両材に通電して接合部を加
   熱し、上記金型によって板厚方向に圧下して接合するこ
   とを特長とする熱間鋼材の接合方法。
3. 【請求項３】先行材後端部と後行材先端部をそれぞれ上
   下一対の金型で挟み、両材の接合部が長手方向にわずか
   に重なり合うように配置してから上下に移動させ、接合
   部に塑性変形を起こさせることによってスケールを除去
   した後、前後の金型を電極として両材に通電して接合部
   を加熱し、上記金型によって板厚方向に圧下して接合す
   ることを特長とする熱間鋼材の接合方法。
4. 【請求項４】請求項１から３までに記載した２以上のス
   ケール除去方法により接合面のスケールを除去した後、
   前後の金型を電極として両材に通電して接合部を加熱
   し、上記金型によって板厚方向に圧下して接合すること
   を特長とする熱間鋼材の接合方法。