JPH09155405A - 連続熱間圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 「テーパーラップ」の接合様式と部分接合法
を組み合わせ、圧延中の破断や圧延機のロール損傷が起
きない連続熱間圧延方法を提供する。 【解決手段】 先行する鋼片と後行する鋼片の接合面
を、鋼片の幅方向に平行で、かつ圧延面と角α°をなす
面とし、その一部を予備接合して行う連続熱間圧延方法
において、以下の条件を満足することを特徴とする連続
熱間圧延方法。（イ）前記αが５０以下である。（ロ）
前記予備接合をレーザー溶接により前記両鋼片の接合面
が作る鋼片の両側端部の接合線全長にわたって行い、か
つその各々の溶込み深さが前記鋼片幅の１％以上となる
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄鋼板の連続熱間
圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な熱延薄鋼帯の製造においては、
肉厚スラブを複数の粗圧延機により圧延した鋼片（粗バ
ーと呼ばれている）や直接この粗バーに近い形状に鋳造
した薄スラブの鋼片を複数の圧延機からなる仕上圧延機
により熱間圧延して、鋼帯１本々を非連続的に製造して
いる。

【０００３】しかし、鋼帯１本々を非連続的熱間圧延す
ると、鋼帯の先端や後端での圧延不良や圧延後の鋼帯先
端部の走行不良などが起き易く、鋼帯の先端や後端部の
形状不良や寸法不良が生じ、製品歩留まりの低下を招
く。

【０００４】最近、こうした従来の圧延技術の問題を解
決でき、大幅な生産性向上の期待できる連続熱間圧延技
術が注目され、近々その実機化が計画されている。ま
た、この技術を用いれば、被圧延材に高い張力を付与す
ることも可能になるため、従来と同一の圧延荷重で高い
圧下率をとることができ、圧延の高速度化も可能とな
る。

【０００５】連続熱間圧延を問題なく行うには、熱間圧
延前に行われる鋼片の熱間接合技術が重要である。接合
部が圧延中に破断すると、連続熱間圧延が不可能になる
ばかりか、事後処理に多大な労力と時間を費やすことに
なるため、著しく生産性が低下する。したがって、接合
技術には高い信頼性が要求され、特に、高い張力を付与
して圧延する場合では、その信頼性は一層重要となる。

【０００６】鋼片の熱間接合の基本的な技術課題として
は、以下のことが挙げられる。 １）圧延を中断せずに接合する。 ２）鋼片の温度低下を極力防ぐために、速やかに接合す
る。 ３）高温接合における酸化層の悪影響を排除する。 ４）低コストで接合できる接合法を用いる。

【０００７】１）〜３）はいずれも短時間接合技術に関
するが、このうち２）については、既存の熱間圧延設備
を用いることを前提とすると、接合を約３０秒以内に行
う必要がある。このとき、現状の粗バーの温度９００〜
１１００℃を考慮すると、５０μｍ前後の酸化皮膜が形
成されることになる。

【０００８】以上のような基本的技術課題の解決方法
は、従来より数多く報告されているが、大別して接合方
法、接合様式、接合手段により技術分類される。表１に
その出願特許の一例を示すように、実際には、それぞれ
の技術が互いに組み合わさっている。

【０００９】

【表１】

【００１０】接合方法からみると、特開平４−８９１０
９号公報などにみられる接合すべき鋼片面の端部を全面
にわたり接合する方法（以下、全面接合法と呼ぶ）と特
開平４−８９１１０号公報などにみられる接合すべき鋼
片面の端部を部分的に接合する方法（以下、部分接合法
と呼ぶ）の２種類の方法がある。

【００１１】部分接合は予備的接合であり、未接合部の
接合は圧延時の圧接効果により達成される。

【００１２】ここで、圧接効果による接合原理を以下に
概説する。圧接とは固相表面あるいは僅かな液相部を伴
った固相表面同士を、互いに押し当てて接合する方法で
ある。一般に金属表面は酸化物に被覆されているが、押
し当てた際の圧力により表面が拡大し酸化物が破壊され
て新生面が露出し、新生面同士が原子レベルで結合す
る。したがって、圧接前に酸化物が多いほど大きな表面
拡大が必要となる。

【００１３】上記の部分接合法において、未接合部が圧
延により圧接接合されるのは、圧延により未接合部の表
面が拡大するとともに、圧力により被接合面が強く押し
当てられるためと考えられている。

【００１４】このような接合方法を実機化する場合、全
面接合法では、短時間接合に極めて大きな瞬時エネルギ
ー源が必要となり、そのための設備が大規模かつ高価な
ものにならざるを得ないので、圧延による圧接効果が期
待でき、かつ短時間接合を容易に実現できる部分接合法
の方が好ましい。

【００１５】接合様式からみると、従来より以下に示す
図２〜図６の５種類の様式が検討されている。

【００１６】図２に、鋼片の圧延方向に垂直な面同士を
互いに突合わせた（以下、「単純突合わせ」と呼ぶ）接
合様式の模式図を示す。図２で、１は先行する鋼片、２
は後行する鋼片、３は接合面、４は圧延方向を表す。以
下の図で、図２と同じ番号は図２と同じもの表す。

【００１７】この様式は特開平５−２８５５０６号公報
などに記載されているが、これには幅方向の一部分のみ
を接触させるために、板幅中央の圧延方向線を対称軸と
して、端面を僅かに傾斜あるいは曲線化した場合も含
む。

【００１８】部分接合法をこの様式に適用した場合、本
発明者らの実験によると、圧延温度９００〜１１００
℃、圧下率４０〜６０％の一般的な条件で仕上圧延機の
第１スタンドを通過後の接合面の面積は、圧延前の面積
に対して高々８０％程度であり、界面面積の拡大が図れ
ず、接合度が十分でないことがわかった。したがって、
この様式は、コイル破断を招くおそれがあるため高張力
圧延を指向する連続熱間圧延には適用できない。

【００１９】接合界面の拡大が得られなかった現象は、
十分に潤滑された圧延加工の変形様式がほぼ純圧縮であ
るという塑性加工理論から理解できる。この場合、接合
界面は基本的には板厚方向に縮み、ロールと鋼片表面の
摩擦力に応じて、表面付近の界面のみが圧延方向に傾斜
する。そのため接合界面は曲面になるが、界面の酸化物
を破壊して新生面が生じるほどには拡大しない。

【００２０】図３に、鋼片の幅方向に平行で、圧延面と
ある角をなす面同士を重ね合わせた（以下、「テーパー
ラップ」と呼ぶ）接合様式の模式図を示す。図３で、５
は接合面と圧延面のなす角を表す。

【００２１】この様式は、特開昭５９−１４１３０２号
公報などに記載された様式であるが、部分接合法を適用
することにより圧延面に平行な面成分が圧延による伸長
率に比例して拡大するため、圧延による圧接効果が最も
期待できる様式である。

【００２２】図４に、鋼片の圧延面法線に平行で、圧延
方向にある角をなす面同士を突合わせた（以下、「テー
パー突合わせ」と呼ぶ）接合様式の模式図を示す。

【００２３】特開平７−２４５０７号公報などに記載さ
れたこの様式は、圧延後に接合部が圧延方向に長く伸長
され、品質上問題となるため製品歩留まりを大きく低下
させる。

【００２４】図５に、鋼片の圧延方向に垂直な面同士を
互いに入れ子形状にして嵌合した（以下、「入れ子」と
呼ぶ）接合様式の模式図を示す。

【００２５】特開平４−１８２００７号公報などに記載
されたこの様式には、相互に圧延方向に抜けることのな
いよう楔形状にして嵌合する場合も含む。この様式は、
接合前に入れ子形状を鋼片に加工する必要があるため極
めて特殊な工具が必要となり、実用的でない。

【００２６】なお、図２〜図５においては、先行の鋼片
の接合面と後行の鋼片の接合面は、重ね合わせたとき
に、接合部から離れた部分の鋼片形状と完全に同一にな
るよう加工されている。これは、接合部に曲がりや突起
があると、破断やロール損傷などの圧延時のトラブルが
生じやすくなるためである。

【００２７】図６に、鋼片の圧延面同士を重ね合わせた
（以下、「単純ラップ」と呼ぶ）接合様式の模式図を示
す。

【００２８】この様式は、特開昭５３−３７１６６号公
報などに記載されているが、鋼片に段差ができ、仕上圧
延機のうち少なくとも第１スタンドの圧延機のロールを
傷つけることになるため、実機には適用できない。

【００２９】接合手段に関しては、圧接、融接、機械結
合の３種類が検討されている。圧接の加熱源には、ガス
燃焼炎（特開平５−５０１１１号公報）、高周波誘導抵
抗加熱（特開平４−８９１０９号公報）、電気放電（特
開昭５８−１５１９７１号公報）、機械摩擦（特開平５
−３８５０７号公報）などがある。

【００３０】融接としては、アーク溶接（特開平４−１
８２００７号公報）や抵抗スポット溶接（特開平４−８
９１７９号公報）などが検討されている。

【００３１】機械的結合としては、カスガイ（特開昭５
９−１４１３０２）、釘打（特開昭５９−１４１３０
２）などによる接合が検討されている。

【００３２】以上述べたことから、接合方法からみたと
きは部分接合法が、接合様式からみたときは図３に示す
「テーパーラップ」様式が、連続熱間圧延を行う上で最
も望ましいことがわかる。この場合、従来技術にみられ
る接合手段としては、表１に示すようなカスガイ、釘
打、スポット溶接が挙げられる。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らの実験によれば、接合様式として上記「テーパーラ
ップ」様式を用いても、接合面と圧延面のなす角が大き
すぎると、仕上圧延機の第１スタンド通過時にその接合
強度が低下し、鋼板が破断する場合があった。

【００３４】また、上記のような部分接合法に用いる接
合手段には、以下のような問題がある。

【００３５】特開昭５９−１４１３０２号公報に開示さ
れているカスガイによる接合手段では、圧延面に突起物
が形成されるため、仕上圧延機の第１スタンドの圧延機
のロールを傷つける。

【００３６】特開昭５９−１４１３０２号公報に記載さ
れた釘打や特開平４−８９１７９号公報に記載されたス
ポット溶接による接合手段では、本発明者らの実験によ
れば、溶接部と端縁の距離が長すぎると、たとえ十分な
溶接を施しても、圧延時に端縁側の未溶接部が圧延方向
に開口し、仕上圧延機の最終スタンドに近い側で鋼板が
破断する場合があった。

【００３７】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、「テーパーラップ」の接合様式と部分
接合法を組み合わせ、圧延中の破断や圧延機のロール損
傷が起きない連続熱間圧延方法を提供することを目的と
する。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、先行する鋼
片と後行する鋼片の接合面を、鋼片の幅方向に平行で、
かつ圧延面と角α°をなす面とし、その一部を予備接合
して行う連続熱間圧延方法において、下記の条件を満足
することを特徴とする連続熱間圧延方法により解決され
る。

【００３９】（イ）前記αが５０以下である。 （ロ）前記予備接合をレーザー溶接により前記両鋼片の
接合面が作る鋼片の両側端部の接合線全長にわたって行
い、かつその各々の溶込み深さが前記鋼片幅の１％以上
となるようにする。

【００４０】以下に、その限定理由を説明する。「テー
パーラップ」の接合様式と部分接合法を用いた場合につ
いて、接合面の切断から接合後仕上圧延機に挿入される
までの時間を３０秒、この間に生じるスケール厚さを現
実に生じる最大厚さとし、圧延時の張力を被圧延材変形
抵抗の８０％とした時、仕上圧延機の第１スタンド通過
時に破断することなく圧接されるのに必要な鋼片接合面
の界面拡大率を求めたところ、第１スタンドでの通常の
圧下率４０〜６０％では、３０％以上の界面拡大率が必
要なことが判明した。

【００４１】この界面拡大率は圧下率が与えられると幾
何学的に決まる値であり、その値を３０％以上にするに
は、接合面と圧延面のなす角のうち９０°未満の方の角
α°が５０°以下である必要がある。

【００４２】予備接合にレーザ溶接を用いると、狭幅の
ビードで溶接できるので１秒以下の瞬時に凝固でき、し
かも高速溶接が可能なため予備接合の短時間化が図れ
る。

【００４３】予備接合を、鋼片の接合面が作る鋼片の側
端部の両接合線全長にわたり行わないと、側端部の未溶
接部は圧接され難いため、圧延時にそこが開口し破断に
いたる。

【００４４】レーザ溶接の溶込み深さが鋼片の幅の１％
未満と浅い場合、圧延時に接合部に引張応力が働くた
め、接合部が開口し破断にいたる。

【００４５】

【発明の実施の形態】図１に、本発明における鋼片接合
様式の１実施の形態の模式図を示す。図１で、５は接合
面と圧延面のなす角、６はレーザービーム、７は溶込み
部である。

【００４６】先行する鋼片１の後端と後行する鋼片２の
先端に、鋼片幅方向に平行で、圧延面と５０°以下の角
５をなす接合面３を、両鋼片１、２が完全に重なり合う
ように予め加工する。これらの接合面３を重ね合わせ、
鋼片側面より、レーザビーム６により接合線全長を、溶
込み部７の深さが鋼片幅の１％以上となるように溶接
し、連続熱間圧延を行う。

【００４７】本発明法では、接合を主として圧接で行っ
ているため高い接合強度が得られ、破断なく連続圧延が
可能となる。

【００４８】なお、本発明法では、鋼片を移動させなが
ら接合しても、ルーパーなどを設置して鋼片を停止させ
て接合しても、同様な効果が得られる。

【００４９】

【実施例】自動車構造用熱間圧延鋼板ＳＡＰＨ４４０用
の成分系の鋼片（板厚４０ｍｍ、幅１５００ｍｍ、長さ
１０００ｍｍ）を用い、以下のような熱間接合をシミュ
レートした試験を実験室的に行った。

【００５０】２つの鋼片を、その端面を冷間で機械加工
し、加熱炉で１１００℃まで加熱後、接合直前に高圧水
により接合面の酸化膜を除去し、１０秒後に接合面を互
いに重ねて側面よりレーザ溶接を行い、直ちに圧延し
た。

【００５１】酸化膜除去から接合までの時間１０秒は、
実操業時の酸化時間を考慮して決定した。

【００５２】接合は「テーパーラップ」と「単純突合わ
せ」の２種類の接合様式で行った。レーザ溶接は、出力
２０ｋＷ、溶接速度６ｍ／ｍｉｎの条件で実施した。

【００５３】圧延は、ロール径９６０ｍｍの圧延機を用
い、１パスで圧下率５０％の条件で行った。

【００５４】このとき、表２に示すように、接合面と圧
延面のなす角、レーザ溶接の箇所、レーザ溶接の溶込み
深さを変えて試験を行った。表２で、接合面と圧延面の
なす角が９０°未満が「テーパーラップ」、９０°が
「単純突合わせ」の接合様式に対応する。

【００５５】圧延後の試験片について、まず接合部の外
観観察を行い、圧延の健全性を調査した。次に、外観観
察で健全な圧延が行われた試料について、継手強度の測
定を行い、連続圧延への適否を検討した。継手強度の測
定は圧延方向に平行な引張試験片で行った。そして、継
手強度が素材強度４４０ＭＰａの８０％以上であれば、
変形抵抗の８０％近くの張力のかかる実機においては破
断などの問題が生じないことが予め確認されているの
で、素材強度と継手強度の比で連続圧延への適否を検討
した。

【００５６】結果を表２に示す。鋼片の接合面が作る鋼
片の片方の側端部のみを接合線に沿って溶接した場合
は、その溶込み深さにかかわらず、圧延で未溶接側端部
が開口する。

【００５７】溶込み深さが鋼片幅の１％未満の場合は、
接合面と圧延面のなす角が本発明範囲内であっても、レ
ーザ接合部の強度が十分ではなく、圧延で側端部が開口
する。

【００５８】側端部の開口の起きなかった試料でも、本
発明範囲外である接合面と圧延面のなす角が９０°の
「単純突合わせ」の場合は、試験片を切り出す際に圧延
接合される箇所から破断が生じた。したがって、この接
合様式は連続圧延には不適である。これは、界面拡大が
ないために、レーザ溶接直前に生じた酸化膜が障害とな
り、圧延接合が不十分であったためと考えられる。

【００５９】同様に、本発明範囲外である接合面と圧延
面のなす角が６０゜の場合は、本実験の圧延では問題な
いが、接合強度が２７８〜３１０ＭＰａで素材強度４４
０ＭＰａの６３〜７０％であり、実際の連続圧延には適
用できない。これは、接合界面の拡大が少なく、十分な
圧接効果が期待できないためである。

【００６０】側端部の開口が起きず、しかも本発明範囲
内である接合面と圧延面のなす角が５０゜以下の場合
は、継手強度がいずれも素材強度の８０％以上であり、
実際の連続圧延に適用可能である。

【００６１】

【表２】

【００６２】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、「テーパーラップ」の接合様式と部分接合法
を組み合わせ、圧延中の破断や圧延機のロール損傷が起
きない連続熱間圧延方法を提供することができる。

【００６３】また、「テーパーラップ」の接合様式を採
用しているので、予備的接合のミニマム化が図れ、設備
の低コスト、小型化が可能となる。

【００６４】さらに、「テーパーラップ」の接合様式で
は圧延時の接合界面の拡大が大きなため、表面酸化物の
破壊能力が大きく、特別な酸化防止シールドが不要であ
り、低コスト化に有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における鋼片接合様式の１実施の形態の
模式図である。

【図２】従来の「単純突合わせ」鋼片接合様式の模式図
である。

【図３】従来の「テーパーラップ」鋼片接合様式の模式
図である。

【図４】従来の「テーパー突合わせ」鋼片接合様式の模
式図である。

【図５】従来の「入れ子」鋼片接合様式の模式図であ
る。

【図６】従来の「単純ラップ」鋼片接合様式の模式図で
ある。

【符号の説明】

１ 先行する鋼片 ２ 後行する鋼片 ３ 接合面 ４ 圧延方向 ５ 接合面と圧延面のなす角 ６ レーザービーム ７ 溶込み部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先行する鋼片と後行する鋼片の接合面
   を、鋼片の幅方向に平行で、かつ圧延面と角α°をなす
   面とし、その一部を予備接合して行う連続熱間圧延方法
   において、下記の条件を満足することを特徴とする連続
   熱間圧延方法。 （イ）前記αが５０以下である。 （ロ）前記予備接合をレーザー溶接により前記両鋼片の
   接合面が作る鋼片の両側端部の接合線全長にわたって行
   い、かつその各々の溶込み深さが前記鋼片幅の１％以上
   となるようにする。