JPH06312277A - 鋼材の熱間接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】鋼材の熱間接合を迅速かつ確実に行う。 【構成】熱間鋼材の接合部を還元雰囲気下でデスケール
した後、その接合部を重ね合わせて圧接する方法であっ
て、下記〜を特徴とする鋼材の熱間接合方法。 デスケーリングは、鋼材の圧接部の幅方向両端部か
ら、それぞれ鋼材の幅の10％以上の幅について行うこ
と。 重ね合わせ代を厚い方の鋼材の厚さ(T_1,T₂の大きい
方) の10％以上とすること。 圧接時の圧下量を薄い方の鋼材の厚さ(t_1,t₂の小さ
い方) の50％未満とすること。 圧接時の圧下速度 (cm／min)を〔薄い方の鋼材の厚
さ×圧下率〕以上とすること。 但し、の圧下率とは、圧下量を薄い方の鋼材の厚さで
除して 100倍した値 (％) である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱間鋼材を室温まで
冷却することなく、高温のまま高能率で接合し、引き続
き熱間圧延工程を通る際にも破断しない接合部を得る方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板製造時の熱間圧延工程では歩留り向
上と生産効率向上を主目的としたラインの連続化が進め
られている。この連続化の中で最近最も重要視されてい
るのは、例えば 500〜1000℃の熱間鋼材を圧延ラインの
中で接合し、以後の圧延を連続的に行う技術である。

【０００３】従来、冷間での連続化を行う方法として
は、例えば酸洗や冷間圧延ラインでは、フラッシュ溶
接、レーザー溶接、マッシュシーム溶接、アーク溶接等
が用いられている。これらの溶接法の対象は全て一旦冷
却した材料であって、本発明が対象とする接合時に鋼材
が高温の状態にあるものではない。

【０００４】上記のような溶接法を高温で、しかもライ
ンを走行中の鋼材の接合に用いるのは極めて困難であ
る。例えば、フラッシュ溶接法では、電極が高温のため
損傷し、また被接合材のスケールのため通電が安定せ
ず、さらにフラッシュの発生が電極その他の装置のメイ
ンテナンスの大きな障害となる。また、レーザー溶接法
では高々数mmの板厚の材料の溶接しかできず、熱間接合
の必要性が高い厚物の溶接は現状の技術では困難であ
る。仮に板厚の薄いものを対象にしても、熱間鋼材では
高い突き合わせ精度を出すのが困難であり、溶接機のレ
ンズ、ミラー等の熱による損傷という問題もある。アー
ク溶接法も、熱のためワイヤの送給等が不安定になり、
しかも板両端の溶け落ち、裏ビードの不安定、低能率と
いった問題がある。

【０００５】溶製から鋳造、圧延の工程を経てきた鋼材
の表面には、酸化鉄と鋼に含まれているSi、Mn等の酸化
物との複合酸化物からなるスケールが生成している。通
常の大気中で行う圧接では、このようなスケールの存在
は接合を阻害し、十分な接合強度を得ることができない
ため、事前にスケールの除去（デスケーリング）を行っ
て接合面を清浄化しなければならない。

【０００６】上記のような問題点を解決する技術とし
て、特開昭61−126907号公報および特開昭61−126983号
公報にあるようなホットスカーファーによりスケールを
除去した後、圧接する装置が提案されている。かかる装
置によればホットスカーフィングでスケールは除去され
るものの、素材が高温であるため瞬間的に表面が再酸化
され、その厚い酸化物が接合部に残存することにより接
合強度の面で信頼性に欠けるという問題点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱間鋼材の
接合をできるだけ簡単な方法で能率的に行い、しかも熱
間圧延中に破断しないような信頼性の高い接合部を得る
技術の開発を課題としてなされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
熱間鋼材の接合方法にある。

【０００９】熱間鋼材の接合部を還元雰囲気下でデスケ
ールした後、その接合部を重ね合わせて圧接する方法で
あって、下記〜を特徴とする鋼材の熱間接合方法。

【００１０】 デスケーリングは、鋼材の圧接部の幅
方向両端部から、それぞれ鋼材の幅の10％以上の幅につ
いて行うこと。

【００１１】 重ね合わせ代を厚い方の鋼材の厚さの
10％以上とすること。

【００１２】 圧接時の圧下量を薄い方の鋼材の厚さ
の50％未満とすること。

【００１３】 圧接時の圧下速度 (cm／min)を〔薄い
方の鋼材の厚さ×圧下率〕以上とすること。

【００１４】但し、の圧下率とは、圧下量を薄い方の
鋼材の厚さで除して 100倍した値 (％) である。

【００１５】ここで、熱間鋼材とは、主に、熱間で仕上
圧延される前の粗圧延材であり、熱間接合というのは、
上記の鋼材を例えば圧延ライン上で、熱いままの状態で
接合することを意味する。

【００１６】還元雰囲気とは、後述するようにH₂ガスの
ような還元性ガスを含む雰囲気、または加熱、保温を兼
ねて用いる火炎を還元性して得られる還元炎雰囲気を意
味する。また、接合部に有機物を塗布し、それが燃焼時
に発生する還元性ガスを利用してもよい。

【００１７】デスケーリング前後の加熱は必要に応じて
行う。熱間鋼材といえどもラインを搬送中、鋼材が圧接
に適さない温度まで低下することがあるが、その場合
は、鋼材の温度を所定の圧接温度まで上昇させるための
加熱を行う。それには高周波誘導加熱、直接通電加熱、
ガスバーナー等による加熱等、種々の加熱方法が適用可
能である。なお、鋼材が圧接に十分な温度を保持してい
る場合には、加熱は不必要である。

【００１８】本発明方法では、上記の還元雰囲気下で接
合部のデスケーリングを行う。このデスケーリングを行
う手段については特に制約はないが、前述のホットスカ
ーファーによるデスケーリングは好ましい方法ではな
い。ホットスカーフィングは、基本的に鉄の酸化反応を
利用するものだからである。高温下で迅速なデスケーリ
ングを行うのには、グラインダーや回転切削工具のよう
な機械的な方法が望ましい。この場合、工具類は高温下
で使用されるので、防熱や強制冷却の工夫が必要であ
る。

【００１９】

【作用】本発明者らは、圧接工程を適切な還元雰囲気中
で行うことにより、酸化スケールが接合表面に付着した
状態でも、信頼性の十分高い接合が可能であることを見
い出し、この知見に基づく発明につき先に特許出願した
（特開平５−8058号) 。

【００２０】しかしながら、熱間圧延工程のライン速度
を考えると、接合の作業はできるだけ迅速に完了させな
ければならない。従って、本発明方法では、還元雰囲気
下での加熱とともに接合部のデスケーリングを積極的に
行うこととし、それを前提として接合すべき鋼材の板
厚、重ね合わせ代、圧接により押し込まれた部分の相互
の関係等の最適な条件を追求した。以下これらについて
詳述する。

【００２１】還元雰囲気加熱の方法には、前記のように
還元炎、還元性ガス等を用いる方法があるが、いずれも
適用できる。

【００２２】図１は、バーナー２による還元炎を使用す
る場合の重ね合わせ接合の加熱の態様を示す図である。
矢印は圧下の方向を示す。図示するように被接合材（熱
間鋼材）１の接合界面に還元炎が直接当たるように加熱
する必要がある。還元炎は、具体的にはアセチレン、プ
ロパン等の可燃性ガスを完全燃焼させる酸素量よりも少
ない酸素量で燃焼させた炎である。この炎は、H₂、CO等
の還元成分を含有しており、これらの含有量が高いほど
還元力が大きい。

【００２３】シールドガスで還元性雰囲気にするには、
接合部を覆うシールドボックスを設けて、その中に、例
えば、ArとH₂の混合ガスのような還元性ガスを供給すれ
ばよい。なお、熱間圧延ライン等での接合には、還元性
ガスによるシールドよりも還元炎加熱の方が設備も簡略
で実用的である。

【００２４】被接合材の温度は特に限定されないが、高
温ほど還元されやすく、接合部も良好であり、接合部の
健全性の面から 500℃以上が望ましい。

【００２５】圧接は次のようにして行う。すなわち、図
２に示すように、例えば還元炎雰囲気下でデスケーリン
グした後、ラインの上下に配置した一対の加圧ロール３
により、板の側端からもう一方の側端までを所定の圧力
で圧下していく。被接合材が小さい場合には、図３に示
すように被接合材１と同等またはそれ以上の幅の加圧装
置４で上下から加圧して１回で全幅を圧接してもよい。

【００２６】圧接は、接合部を静止させて行う場合と、
移動させながら行う場合とがある。

【００２７】熱延鋼板のような帯状の鋼材を静止させて
接合する場合は、接合部の前後にルーパーを設ける必要
がある。移動させつつ接合する場合は、被接合材と同期
して移動する接合装置を使用する。

【００２８】以下、本発明方法の条件〜について説
明する。

【００２９】の条件:圧接前のデスケーリングは、圧
接すべき鋼材の接合部の幅方向両端部からそれぞれ鋼材
幅の10％以上の幅について行う。鋼材を圧延する際に張
力がかかった場合、板幅方向の端部に切欠 (ノッチ) が
存在すると破断がおきやすい。圧接した鋼材では、端部
の接合が不完全であればこの切欠になる。従って、少な
くとも板幅方向端部は圧接が確実に行われていなければ
ならない。多数の実験結果から、板幅方向の両端部から
少なくとも10％をデスケーリングして圧接を行えば、上
記の切欠による圧延時の破断が防止できることがわかっ
た。

【００３０】の条件:重ね合わせ代は、厚い方の鋼材
の厚さの10％以上とする。

【００３１】図４は、本発明の方法により得られた圧接
部の縦断面を示す図である。Ｔ₁ 、Ｔ₂ は接合する板材
の厚さ、L は重ね合わせ代 (圧接面の長さ) 、t₁、t₂は
圧接により鋼材端部が他材に押し込まれた厚さを示す。
このように押し込まれた部分の垂直面５は、実質的に接
合されていない。

【００３２】接合に際し、L が、厚い方の鋼材の厚さの
10％より小さい場合、圧接部の強度が小さく、次いで行
われる圧延中に破断する場合がある。従って、L は下記
の式(a) を満足する必要がある。

【００３３】 L ≧ (Ｔ₁ とＴ₂ の中の大きい方) × (1/10) ・・・・・・・・ (a) の条件:圧接時の圧下量（図４におけるt₁またはt₂)
は薄い方の鋼材の厚さ（同、Ｔ₁またはＴ₂)の50％未満
とする。

【００３４】前記の図４において押し込まれた部分の垂
直面５は、切欠となるので、t₁、t₂は小さい方がよい
が、強固な接合部を得るには圧接時の圧下率をある程度
大きくしなければならず、t₁、t₂を０にすることはでき
ない。

【００３５】上記のt₁、t₂をここでは圧接時の圧下量
（mm）と称する。通常、t₁とt₂はほぼ等しくなるが、接
合する鋼材の材質が異なる場合等には、t₁とt₂が異なる
値になることがある。その場合、本発明方法のの条件
で「圧下量」とは、t₁とt₂の中の大きい方を意味する。

【００３６】上記の圧下量が、薄い方の鋼板の板厚の１
／２以上ある場合もまた、重ね合わせ代が少な過ぎる場
合と同様に圧延中に破断する可能性がある。従って、Ｔ
₁ 、Ｔ₂ が異なる場合、次の(b) 式の条件を満足させる
必要がある。

【００３７】 ｔ₁ とｔ₂ の中の大きい方＜（Ｔ₁ とＴ₂ の中の小さい方）×(1/2) ・・ (b) の条件: 圧接時の圧下速度Ｖ（cm／min)は、下記の
(c) 式を満足するように選定する。

【００３８】

【数１】

【００３９】この式の〔 (ｔ₁ とｔ₂ の中の大きい方）
／ (Ｔ₁ とＴ₂ の中の小さい方) 〕の 100倍をここでは
圧下率 (％) という。

【００４０】Ｖが上記(c) 式を満たさない場合、言い換
えれば、圧下速度が過度に小さい場合、加圧装置（ロー
ルあるいは金型）による鋼材の抜熱が大きくなり、鋼材
温度が低下して圧接が困難になる。

【００４１】本発明者の試験結果では、機械的なデスケ
ーリングを行わずに、還元雰囲気だけでデスケーリング
を行う場合には、前記の重ね代(L) は厚い方の鋼材の板
厚と同等以上としなければならない。しかし、還元雰囲
気下で機械的なデスケーリングを行えば、上記の (a)式
に示すように、L は厚い方の鋼材の厚みの1/10以上あれ
ばよいことになる。即ち、重ね代を小さくすることが可
能となり、鋼材の歩留りの向上および圧接時の圧下力の
低減 (圧接用プレスとして能力の小さいものが使用でき
る) という効果が得られる。

【００４２】

【実施例】幅 300mm、長さ 500mmの鋼板（Ｃ:0.1％、S
i:0.5％、Mn:1.2％) で、板厚が15mmと20mmおよび15mm
と15mmのものを使用して、表１に示す各条件で接合およ
び圧延試験を行った。上記の鋼板を加熱炉で加熱して、
表１に材料取出温度として示した温度から放冷して所定
温度（表１に加熱前温度として示す温度）まで放冷し、
必要に応じて接合温度に再加熱して図３に示す方法で圧
接した。

【００４３】なお、加熱炉は大気雰囲気炉であり、加熱
後の鋼板にはスケールが厚く生成した。このスケールを
除去するためのデスケーリングは、還元雰囲気下で、窒
素ガスによって冷却しつつ用いる回転切削工具を使用し
て実施した。300 mmの全幅をデスケーリングするのに要
する時間は約７秒であった。

【００４４】還元雰囲気としては、プロパンガスを完全
燃焼に必要な理論量よりも少ない酸素で燃焼させた還元
炎を使用した。

【００４５】接合部の健全性は、圧接後の鋼板を熱間圧
延して、圧延中に接合部が破断するか否かをもって評価
した。その結果を表１に併記する。圧延は、１段目のロ
ールにより15mm厚または20mm厚の鋼板を８mm厚に圧延
し、続いて２段目のロールで８mm厚から３mm厚に圧延し
て実施した。その際、１段目および２段目のロール周速
を変化させて、その間の張力を表１に示すように調整し
た。

【００４６】表１に示す比較例の中、No.12 はデスケー
リングを還元炎雰囲気ではなく大気中で行った例であ
る。この例では、圧延の前に接合部が剥離してしまった
ので圧延を行わなかった。No.10 は重ね合わせ代(L) が
小さ過ぎて前記 (a)式を満足せず、No.11 は圧下量が多
過ぎて前記(b) 式を満足せず、また、No.13 は圧下速度
が小さ過ぎて前記(c) 式を満足しないため、いずれも圧
延の際に接合部で破断した。

【００４７】これに対して、本発明の条件を満たすNo.1
〜９では、接合部の破断は発生しなかった。なお、No.8
は、板幅両端部からそれぞれ50mm（板幅の約17％）まで
をデスケーリングした例であり、接合状態は良好であ
る。一方、No.14(比較例) は板幅両端部からそれぞれ20
mm（板幅の約７％）をデスケーリングした例であるが、
これは圧延の際に破断した。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【発明の効果】本発明方法によれば、熱間鋼材の圧延ラ
イン中における接合を迅速かつ確実に行うことができ
る。この方法は、鋼材の圧延を連続化するための実用技
術として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】還元炎を用いる加熱方法を説明する図である。

【図２】還元炎を用いる加熱とロールを使用する接合方
法を説明する図である。

【図３】加圧装置による圧接方法を説明する図である。

【図４】本発明方法による圧接部の縦断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勅使河原 敏 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱間鋼材の接合部を還元雰囲気下でデスケ
   ールした後、その接合部を重ね合わせて圧接する方法で
   あって、下記〜を特徴とする鋼材の熱間接合方法。 デスケーリングは、鋼材の圧接部の幅方向両端部か
   ら、それぞれ鋼材の幅の10％以上の幅について行うこ
   と。 重ね合わせ代を厚い方の鋼材の厚さの10％以上とす
   ること。 圧接時の圧下量を薄い方の鋼材の厚さの50％未満と
   すること。 圧接時の圧下速度 (cm／min)を〔薄い方の鋼材の厚
   さ×圧下率〕以上とすること。 但し、の圧下率とは、圧下量を薄い方の鋼材の厚さで
   除して 100倍した値 (％) である。