JPH0557306A - 熱間鋼材の突き合わせ接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡便な方法で、確実に接合することができ、か
つ、高い接合強度が得られる熱間鋼材の突き合わせ接合
方法の提供。 【構成】熱間圧延ライン上の先行圧延材の後端部と後行
圧延材の先端部を切断し、両切断面を加熱した後突き合
わせ、この突き合わせ部をプレスで厚さ方向に圧下して
接合する。この厚さ方向圧下を突き合わせ部の幅方向両
端部のみで行ってもよい。また、両切断面の加熱は、還
元雰囲気中で行うのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱間での圧延を連続
的に行うために圧延ライン上の鋼材を接合する熱間鋼材
の突き合わせ接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱間での鋼材の圧延においては、
加熱後のスラブを１枚ずつ圧延ラインに供給し、スラブ
毎に粗圧延機と仕上圧延機とで圧延する間欠圧延を行っ
ていた。この方法では、特に薄物の圧延において、圧延
材の先端が圧延機のガイドやロールに突き当たったり、
あるいは後端部が圧延機を通過する時に絞り込みが発生
することが多く、そのため圧延速度を下げるなどの処置
が必要となり、圧延能率の低下が避けられない。また、
圧延材の先端部および後端部は、長手方向中央部に比
べ、温度外れ、寸法外れが発生しやすく、そのため製品
規格に合致しない不良部として切り捨てられ、歩留り低
下の原因となっていた。

【０００３】近年、このような問題を解消する方法とし
て、粗圧延機と仕上圧延機の間で先行圧延材の後端部と
これに続く後行圧延材の先端部を接合し、粗圧延から仕
上圧延まで連続して圧延する方法（仕上連続圧延と呼ば
れる）およびそのための装置が提案されている。

【０００４】例えば、特開昭63−90302 号公報には、誘
導加熱により先行鋼片および後行鋼片の接合端部を加熱
し、これらの鋼片をクランプ装置でつかみ、このクラン
プ装置を接合端部が近接する方向に移動させて突き合わ
せ、圧接する鋼片接合装置が提案されている。

【０００５】図７はこのようなクランプ装置による突き
合わせ接合を示す説明図で、クランプ装置１、２により
被接合材３、４をつかみ、加熱装置（図示せず）で接合
端部５、６を所定温度に加熱した後、クランプ装置１、
２を接合端部５、６が互いに接近する方向（図中の矢印
の方向）に移動させ、両端部５、６を突き合わせて圧接
する。

【０００６】また、特開昭62−142082号公報には、接合
しようとする鋼材の接合面に高周波電流を通電して接合
面を加熱した後、鋼材をピンチロールで固定して接合面
を突き合わせ、接合する方法が開示されている。

【０００７】しかしながら、上記のようなクランプ装置
またはピンチロールの把持 (グリップ) 力により接合の
ための押圧力を得る方法では、クランプ部またはロール
と材料間ですべりが発生しやすく、グリップ部のすべり
により材料表面に疵が発生しがちであり、また押圧時に
座屈変形が発生して接合不良となる場合もある。さら
に、これらの方法においては、圧接により接合面に板厚
の盛り上がりが生じるため、後続の仕上圧延において圧
延トラブルが生じたり、あるいはロールに疵を発生させ
ることがある。そのため、この板厚の盛り上がり部を平
滑にするための装置が別に必要になる (特開昭63−1607
07号公報) 。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】仕上連続圧延を行うた
めの先行圧延材と後行圧延材の接合に際しては、強度の
高い接合を迅速に行え、しかも簡素で操作しやすい設備
で実施できる技術が要求される。しかし、従来の突き合
わせ接合の場合、グリップ部のすべりによる疵の発生、
押圧時の座屈変形による接合不良、等々の問題があり、
さらに接合部の板厚の盛り上がりを平滑化するための後
処理設備を要する等、設備コストの面でも多くの問題が
ある。

【０００９】本発明は、簡便な方法で、確実に接合する
ことができ、かつ、高い接合強度の確保が可能な熱間鋼
材の突き合わせ接合方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
およびの熱間鋼材の突き合わせ接合方法にある。

【００１１】 熱間圧延ライン上の先行圧延材の後端
部と後行圧延材の先端部を切断し、両切断面を加熱した
後突き合わせ、この突き合わせ部をプレスで厚さ方向に
圧下して接合することを特徴とする熱間鋼材の突き合わ
せ接合方法。

【００１２】 熱間圧延ライン上の先行圧延材の後端
部と後行圧延材の先端部を切断し、両切断面を加熱した
後突き合わせ、この突き合わせ部の幅方向両端部をプレ
スで厚さ方向に圧下して接合することを特徴とする熱間
鋼材の突き合わせ接合方法。

【００１３】上記およびの接合方法における両切断
面の加熱は、還元雰囲気中で行うのが望ましい。

【００１４】本発明方法において、先行圧延材とは、圧
延ライン上を走行し、その後端に後続する圧延材が接合
される圧延材である。後行圧延材とは、前記の先行圧延
材の後端に接合される圧延材である。これらをまとめて
被接合材と呼ぶ。また、熱間鋼材とは、加熱されて熱い
状態にある鋼材を意味する。

【００１５】図１〜図３は、本発明方法を実施するため
の装置の概要を示す斜視図である。

【００１６】まず図１に示すのは、被接合材を突き合わ
せ部の幅方向全長にわたって接合する装置である。接合
装置９は加熱装置10ａ、10ｂおよびプレス11を有する。
被接合材３、４（このいずれか一方が先行圧延材で、他
方が後行圧延材である）は、図示しない切断機で端部を
切断、除去したのち、ピンチロール７、８により接合装
置９に送り込まれ、端部が加熱装置10ａ、10ｂで所定温
度に加熱される。次いで、ピンチロール７、８またはそ
れに変わるクランプ装置（図示せず）で把持し、切断面
12ａ、12ｂを突き合わせ、プレス11に取り付けられた上
金型13ａ、下金型13ｂにより突き合わせ部を厚さ方向、
すなわち、被接合材の面に垂直の方向に圧下する。以
下、これを「厚み圧下」と記す。

【００１７】図１の装置では、厚み圧下は被接合材の幅
方向全長にわたって行う。しかし、この圧下は、必ずし
も板幅全長にわたって行う必要はない。

【００１８】図２は、本発明のの方法による熱間鋼材
の突き合わせ接合の一例を示す説明図である。ここでは
接合装置は被圧延材の突き合わせ部の板幅両端部だけを
圧下するように９ａと９ｂに分割されている。接合装置
９ａは加熱装置10ａ、10ｂ、およびプレス11ａを有して
いる。プレス11ａには上金型13ａが取り付けられてお
り、これと対向して下金型13ｂがある。もう一方の接合
装置９ｂの構成も同じである。

【００１９】接合装置９ａ、９ｂには移動装置をつけ
て、被接合材の板幅に応じて幅方向に移動可能とし、板
幅が変わっても幅方向の両端部を圧下できるようにして
おくのが望ましい。このとき、下金型13ｂは、上金型13
ａの幅より大きくして固定式としてもよい。

【００２０】図２の装置による接合の手順は、前記図１
におけると同様であり、ただ、圧下部が板幅両端部にな
るだけである。

【００２１】図３に示すのは、一体の接合装置９（従っ
て、プレス装置11も一体) に、加熱装置と金型だけを板
幅端部に取り付けたもので、図２の装置と同じく、本発
明のの方法の実施に使用するものである。即ち、接合
装置９は、一体のプレス11と、被圧延材の幅方向の両端
部に配置された加熱装置10ａ、10ｂ、10ｃ、10ｄおよび
上金型13ａ、13ｃをもつ。

【００２２】金型をプレスに摺動できるように嵌め込み
シフトシリンダー(図示せず) で幅方向に移動可能にし
ておけば、被接合材の板幅に合わせて金型を動かして適
正な位置を圧下することができる。下金型（13ｂ、およ
び図には見えない、上金型13ｃに対向する下金型）は上
金型に対応する位置だけに置いてもよく、また上金型よ
りも大きいもの（例えば、板幅全長にわたるもの）を置
いてもよい。この装置による接合操作も図１および図２
の装置における場合と基本的に同じである。

【００２３】本発明方法による接合は還元雰囲気で行う
のが望ましい。図１〜３の装置であれば加熱装置10ａ、
10ｂ（あるいは更に、10ｃ、10ｄ）として、直火還元バ
ーナーを用い、被接合材を接合装置に送り込んだ後、直
火還元バーナーで切断面を所定温度まで加熱する。還元
雰囲気は、例えばアセチレン、プロパン等の可燃性ガス
を燃焼させる際に、酸素比を適切に制御することにより
得られる。

【００２４】

【作用】本発明方法の特徴は、突き合わせ接合を、従来
のアプセット（突き合わせ方向への押圧）ではなく、厚
み圧下によって行う点にある。従来の突き合わせ接合に
おいては、被接合材を把持したクランプ装置を接合面に
直角の方向、すなわち被接合材の長手方向に移動させて
アプセットしていた。本発明の方法では、被接合材の端
面を軽く突き合わせ、その部分をプレスで厚み圧下する
ことにより生ずる材料の長手方向の応力を利用するので
ある。

【００２５】図４は本発明方法による突き合わせ接合の
際の接合状況を示す縦断面図である。プレスの金型13
ａ、13ｂにより被接合材３、４の端部を厚み圧下する
と、被接合材３、４はクランプ装置14ａ、14ｂにより拘
束されているので長手方向に逃げることができない状態
で圧縮力が働き、接合面に高い押圧力ｐが発生する。こ
の押圧力により接合が行われ、高い接合強度を得ること
ができる。クランプ装置14ａ、14ｂの代わりにピンチロ
ールを用いて被接合材３、４を拘束しても同様の効果が
得られる。

【００２６】前記のように、厚み圧下は、突き合わせ部
の全幅にわたって行う必要はない。

【００２７】所定の接合強度が得られる程度に、幅方向
両端部の一定幅を圧下すれば足りる。

【００２８】以下、必要な圧下幅を求める一つの実験結
果について説明する。

【００２９】板厚４mm、板幅30mmの低炭素鋼材を用い
て、まず、その接合面をアセチレンガスの燃焼炎で加熱
した。その時、酸素量比を還元炎となるように制御し
た。両端部が所定温度に達した後、接合面を突き合わ
せ、突き合わせ部の幅方向の圧下長さ比を変えて、部分
厚み圧下を行った。

【００３０】その後、２タンドミルによる張力圧延を行
い、その時の接合部の切断状況を調査した。圧延の条件
は下記のとおりである。

【００３１】圧延温度 : 1000℃ 圧下率 : No.1スタンドで40％、No.2スタンドで
40％ スタンド間張力: 2 kgf/mm² 実験結果を表１に示す。なお、表１の圧下長さ比という
のは、突き合わせ部の幅全長に対する圧下した部分の長
さの比である。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に示すように、幅方向両端部の圧下
で、しかも圧下長さ比を 0.3とした場合に圧延時の破断
が生じない十分な接合強度を得られている。即ち、両端
部をそれぞれ全幅の15％の長さにわたって圧下すればよ
い。さらに詳細な実験の結果、両端部10％以上の幅方向
長さを圧下すれば、通常の圧延に耐える接合強度が得ら
れることが確認された。

【００３４】なお、プレスによる厚み圧下の程度 (厚み
圧下率) は、大きいほど接合強度が上がるが、過度に圧
下すると図４に示すように圧下部分の肉厚が減少し、後
の圧延に支障を来す。適正な厚み圧下率は30〜50％程度
である。

【００３５】被接合材である鋼材は圧延ラインに入る前
に、通常 900〜1100℃に加熱されているので表面にはス
ケールが生成している。しかし、接合する端部は、接合
面を合わせるために切断されているので、殆どスケール
はない状態である。従って、本発明の接合方法は、大気
雰囲気で実施することができる。ただし、鋼材が熱い状
態にあるため切断後の端面にも短時間に若干のスケール
が生成するから、接合の際の加熱を還元雰囲気下で行っ
て、そのスケールを還元して接合を行うのが望ましい。
この還元雰囲気は、接合装置を含む接合部周辺をシール
して、水素ガス等の還元ガスを含む雰囲気で満たすとい
う方法でもよいが、前述したように、接合の際の加熱を
還元炎で行うようにすると装置も簡単で実際的である。

【００３６】従来のクランプ装置やピンチロールのグリ
ップ部の摩擦力によりアプセットして接合する方法にお
いては、材料の長手方向にアプセットする機能を有する
装置が必要で、その構造が複雑になるが、本発明の方法
では、プレス圧下という簡便な方法で材料の長手方向に
高い押圧力を発生させ、接合不良を生じさせることなく
確実に接合ができ、しかも高い接合強度が得られる。ま
た、本発明方法においては、厚み圧下により接合を行う
ので、従来問題となっていた突き合わせ接合時の板厚の
盛り上がりがなく、板厚の盛り上がりを平滑にするため
の後処理装置が不要となる利点もある。本発明方法で接
合した部分は、わずかに肉厚が減少しているがプレス圧
下の圧下率を前記のように適正に選べば、その後の圧延
に何ら問題にならない。

【００３７】さらに、プレスによる厚み圧下を突き合わ
せ部の幅方向両端部の適当な長さだけに行ってもよく、
その場合は幅方向の全長を厚み圧下する場合に比べて必
要加圧力は小さくなり圧下装置の小型化が可能である。
その時は圧延材の切断面を加熱するのも突き合わせ部の
幅方向両端部のみでよく、加熱装置も圧下装置と同様に
小型化でき、圧下のエネルギーとともに加熱のエネルギ
ーも節約できる。

【００３８】

【実施例１】板厚10mm、幅 300mm、長さ200mm の低炭素
鋼の板を供試材として使用し、本発明方法による突き合
わせ接合を実施して、接合部の盛り上がりの有無および
接合強度比を調査した。また、比較のため、従来行われ
ている方法に準じた方法 (以下、比較例という) によっ
ても同様の試験を行った。なお、接合部の盛り上がりの
有無は肉眼観察により判定し、接合強度比は、接合部の
引張試験を行い、母材の強度に対する接合部の強度の割
合を百分率 (％) で表した。

【００３９】試験条件は以下の通りである。

【００４０】(1) 接合方法 本発明方法：図５に示すように２枚の供試材15を突き合
わせ、これらの供試材15を上下からクランプ装置14で拘
束し、突き合わせ部分を加圧面が平面の矩形状の金型17
で上下から加圧する。加熱にはバーナー16を使用する。

【００４１】比 較 例：図６に示すように２枚の供試
材15を突き合わせ、供試材15の両外側から加圧する。加
熱にはバーナー16を使用する。

【００４２】(2) 加 熱 供試材を無酸化雰囲気炉で 900℃に加熱した後炉から抽
出し、中性炎バーナーまたは還元炎バーナーで接合端部
を加熱する。中性炎バーナーによる加熱が大気中での加
熱に相当する。

【００４３】(3) 加 圧 供試材をバーナーで1000〜1400℃に加熱した後、本発明
方法では３〜５mmの厚み圧下を実施し、比較法では６〜
８mmのアプセットを行った。

【００４４】表２に、試験条件ならびに試験結果を示
す。この表から明らかなように、本発明方法では接合部
における板厚の盛り上がりは認められず、また、接合強
度比も比較法の1400℃加熱の場合と同等、またはそれに
勝る値が得られた。なお、本発明方法でも1400℃加熱の
場合は、接合部のスケールは溶融して除去されるために
大気雰囲気での加熱で十分な接合強度が得られている。

【００４５】

【表２】

【００４６】

【実施例２】板厚10mm、幅 300mm、長さ700mm の低炭素
鋼の板を供試材として使用し、本発明方法により突き合
わせ部の幅方向両端部を厚み圧下して接合し、その後タ
ンデムミルによる張力圧延の試験を実施して接合部の破
断状況を調査した。

【００４７】また、比較のため突き合わせ部の幅方向全
幅の厚み圧下と幅方向中央部のみの厚み圧下の試験も行
った。

【００４８】試験条件は以下の通りである。

【００４９】(1) 接合方法 実施例１と同じ。ただし、金型は供試材の全幅を加圧す
るものと、供試材の両端部または中央部の所定長さだけ
を加圧するものとを使い分けた。

【００５０】(2) 加 熱 実施例１と同じ。幅方向の一部を加圧する場合も接合面
の全幅を加熱した。

【００５１】(3) 加 圧 供試材をバーナーで1000〜1400℃に加熱した後、４mmの
厚み圧下を実施した。

【００５２】(4) 圧 延 接合した供試材を加熱炉で1100℃に加熱し圧延機２台で
前段圧延機の圧下率40％、後段圧延機の圧下率40％のタ
ンデム圧延を実施した。なお、圧延時のスタンド間張力
が２kg/mm²になるように張力制御を行った。

【００５３】表３に、接合の諸条件および圧延の結果を
示す。No.6〜8 のように幅方向全長を厚み圧下した場合
に破断しないのは当然であるが、No.1〜5 のように幅方
向端部だけを厚み圧下した場合でも、圧延時に破断しな
い十分な接合強度がえられている。必要なプレス圧下力
は、圧下する幅（長さ) に比例するから、幅方向端部の
みを圧下する場合には、圧下力比が小さくなっており、
それだけエネルギーの節約になる。

【００５４】

【表３】

【００５５】

【発明の効果】本発明方法によれば、比較的簡単なプレ
ス装置で熱間鋼材の突き合わせ接合を迅速に行うことが
できる。この接合方法では、被接合材の座屈変形等によ
る接合不良を生ずることがなく、また、クランプ装置に
よるアプセット時に生ずる表面疵の問題が解消し、更
に、接合部の板厚の盛り上がりがなく、これを矯正する
ための後処理設備が不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】接合部の幅方向全長を厚み圧下する本発明方法
を実施するための装置の一例を示す斜視図である。

【図２】接合部の幅方向の両端部を厚み圧下する本発明
方法を実施するための装置の一例を示す斜視図である。

【図３】同じく、接合部の幅方向の両端部を厚み圧下す
る本発明方法を実施するための装置の他の一例を示す斜
視図である。

【図４】本発明方法による突き合わせ接合の際の接合状
況を示す説明図である。

【図５】本発明方法の実施例で使用した試験装置の説明
図である。

【図６】実施例において比較のために使用した試験装置
の説明図である。

【図７】従来のクランプ装置を使用する熱間圧延鋼材の
突き合わせ接合の説明図である。

【符号の説明】

１, ２: クランプ装置、 ３, ４: 被接合材、 ５,
６: 接合端部 ７, ８: ピンチロール、 ９, ９ａ, ９ｂ：接合装置、 10a 〜 10d：加熱装置、 11：プレス、 12a, 12b：切
断面、 13a 〜 13c：金型、14：クランプ装置、15：供試材、1
6：バーナー、 17：金型

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱間圧延ライン上の先行圧延材の後端部と
   後行圧延材の先端部を切断し、両切断面を加熱した後突
   き合わせ、この突き合わせた部をプレスで厚さ方向に圧
   下して接合することを特徴とする熱間鋼材の突き合わせ
   接合方法。
2. 【請求項２】熱間圧延ライン上の先行圧延材の後端部と
   後行圧延材の先端部を切断し、両切断面を加熱した後突
   き合わせ、この突き合わせ部の幅方向両端部をプレスで
   厚さ方向に圧下して接合することを特徴とする熱間鋼材
   の突き合わせ接合方法。
3. 【請求項３】両切断面の加熱を還元雰囲気中で行う請求
   項１または２に記載の熱間鋼材の突き合わせ接合方法。