JPH0929308A - 熱間粗バーの接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 完全連続化において、仕上−巻取りまで破断
することなく通板可能な接合方法を提供する。 【構成】 完全連続化を狙った熱延ラインのバー接合に
供するバー厚（ｔ）の先行、後行の粗バーの両端部を突
き合わせ、溶接する断面の上部または下部もしくは両方
を開先角度９０°以上の開先状態にし、実質溶接可能厚
範囲を０．３〜０．８ｔとした後、この溶接可能部を不
可避的未溶接部を除き全幅の厚み方向２０％以上を溶接
した後、３秒以上３０秒以内で初期圧延を開始すること
で鋼板の破断がなくなる。両端部から５０ｍｍ以上〜１
５０ｍｍ以内の厚み方向溶接率を３０％以上とすること
により、耳割れ発生のない接合部が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延分野にお
いて、熱間粗バーを数本から数十本をつなぎ合わせて、
仕上げの熱間連続圧延を破断なく連続的に行うための接
合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱延ラインでは、スラブを１本ず
つ加熱−粗圧延−仕上げ圧延を行っていたが、この方法
では、圧延される材料の先端・後端部分の熱延時の温度
制御や冷却制御が困難なため、材質不良や疵発生を起こ
し易く、歩留りの低下を招いていた。そこで近年では、
この問題の解決のため、仕上げ連続圧延の前で、粗バー
を接合し、数本から数十本をまとめて仕上げ圧延を行う
方式が採用されるようになってきた。このための粗バー
の接合方法としては、各種の提案がなされており、例え
ば、特開平４−２８８９０６号公報、特開平５−１０４
１０７号公報では両端部を接触させ、断面は幅両端部よ
り幅中央部が厚くなるバー端面形状を圧延する方法を提
案している。特公平５−６２０３５号公報では、長手方
向で先行圧延材の後端部と後行圧延材の先端部を重ね合
わせて切断するため、厚み方向で全面接触する方法を提
案している。また、特公平４−６４４１号公報では端面
をプレスによって薄くすることで、接合厚を減らす試み
がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】粗バーの接合で重要な
点は、接合部分が仕上げ圧延から巻き取るまでの間で破
断を起こさないことである。ここではスタンド間、コイ
ラーまでの間で張力が設定されるため、接合部は圧延を
繰り返しながらも張力以上の接合部強度を確保する必要
がある。設定される最大張力はミルにより異なるが２〜
４ｋｇｆ／ｍｍ²程度、また、１１００℃程度の鋼材の
熱間引張強度は引張速度によって異なるが４〜８ｋｇｆ
／ｍｍ² 程度であり、概算検討では最も厳しい条件下
（極薄材圧延時の仕上げ後段張力が最も高く、必要強度
も大）断面の１／２程度の接合が必要となる。しかし、
接合面積が大きいと溶接に時間がかかり、鋼材の温度低
下を招き接合されて破断を起こさなかったとしてもＡｒ
₃ 変態点以下の圧延になるため、表層に粗大粒が発生し
て加工性に悪影響を及ぼす。このため、溶接後の圧延に
よって界面の接合部を増加する方法が検討されている。

【０００４】しかし、上記の方法では、初期圧延におい
て接触面の押しつけ力が小さく、圧着力が不十分で接合
不良が発生するため、溶接としての接合エネルギーを増
大させるか押しつけ力を増大させる必要があり、エネル
ギー効率が非常に悪い。また、特公平４−６４４１号公
報で示されるごとく、プレスによって厚みを減少させる
と両断面が膨れるため、そのまま突き合わせると接合面
積が小さくなりすぎるため、結局、さらにシャーで切断
する必要が生じ、端面温度が低下してしまう。また、プ
レス成形では、温度低下防止のため極力圧延材との接触
面を減らす必要があり、ポンチ径は小さくなる。このた
め、圧延材とポンチの接点部分が鋼材中に入り込んで疵
の原因となる。本発明は上記の問題を解決し、初期圧延
による圧着を十分に活用するための端面の接合方法、お
よび初期圧延の条件を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、完全連続化を狙った熱延ラインのバ
ー接合に供するバー厚（ｔ）の先行、後行の粗バーの両
端部を突き合わせ、溶接する断面の上部または下部もし
くは両方を開先角度９０°以上の開先状態にし、実質溶
接可能厚範囲を０．３〜０．８ｔとした後、この溶接可
能部を不可避的未溶接部を除き全幅を厚み方向２０％以
上を溶接した後、３秒以上３０秒以内で初期圧延率３５
〜７０％の圧延を開始することを特徴としており、鋼材
の両端部から５０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上
の厚み方向溶接率を３０％以上とすることによって、端
部の耳割れ防止を可能とする。さらに粗バーの溶接後、
仕上げ圧延終了まで、接合部の位置をパスライン上の０
〜５００ｍｍとすることによって、接合部の強度をさら
に高めることができる。

【０００６】

【作用】粗バーの接合においては、全厚全幅を溶接する
ことが理想的であるが、冷片を溶接するのと異なり、限
られた時間内で溶接を終了させる必要がある。その理由
は、以下のとおりである。 、連続的に仕上げ圧延を続けるため、接合するシート
バーは移動しながらの接合となり、仕上げ開始前に溶接
を終了させるため時間的制約がある。 、の移動速度が遅い場合、仕上げ圧延温度が低下し
てしまい、所定の材質が得られなくなる。このため、温
度確保のため早急な溶接が必要。このため、時間、温度
確保の点で効率的な接合が必要である。工程順に必要な
項目を説明する。まず、溶接する先行、後行の端面につ
いては、突き合わせたときに溶接可能な面にしておく必
要がある。このため、溶接の前に両端面をシャーなどの
切断によって揃える必要がある。先行、後行バーの突き
合わせではできるだけ接合部を増やすために切断線は圧
延方向に対して直角にするほうがよい。溶接可能面積
は、両端部を突き合わせた時に接触する部分および突き
合わせ時には若干隙間があっても溶接によって十分接触
する可能性を有する（３ｍｍ以内）部分を意味する。溶
接率をかせぐために可能面積はできる限り広い方が好ま
しい。

【０００７】必要な接合強度は、仕上げ圧延における張
力によって決まり、接合部強度はこの張力以上が必要で
ある。張力は仕上げ圧延の後半ほど高くなる。本発明者
らは、突き合わせ時の端部長手方向の形状の影響につい
て調査を行った。その結果、端部開先形状が初期圧延後
の接合比率に大きな影響を及ぼすことが明らかになっ
た。開先の開口部の角度が広い場合は、圧延時に開口深
さ分だけ圧下されないため、実質的には接触部の接合比
率が残存する。このため、溶接による溶接深さが一定で
あれば、開口部が深いほど残存接合比率が高くなる。こ
の方法では、接合強度を確保しながら初期溶接面積を減
らすことが可能である。

【０００８】この開口部深さは、浅いと溶接面積減少の
効果がなくなり、深いと接合強度の確保が困難になるた
め適度の範囲が存在する。本発明者らの調査の結果、有
効な開口部深さはバー厚の２０〜８０％であった。ま
た、開口部の角度も圧延後接合率に影響する。角度が狭
い場合、開口部は圧延によって倒れ込み、へげ状欠陥と
なるが、広いと倒れ込みはなく、上述の効果が得られ
る。この角度は９０°以上で有効になり、シャーなどに
よる端部切断時に形状調整しておくことが重要である。
スラブの温度低下、表面スケール生成防止の観点から、
切断後はできるだけ早急に溶接可能状態にすることが肝
要である。

【０００９】次に溶接の条件について記す。目的の粗バ
ー端面を全幅全厚溶接するには、現在の溶接方法による
溶接速度は不十分である。最も出力が高いレーザーを用
いた場合でも、バー厚２５ｍｍの溶接速度は４ｃｍ／秒
程度であり、２ｍ幅の鋼板の溶接には５０秒が必要にな
る。この時間では、時間的制約・温度低下共に問題であ
る。溶接速度を早めると溶接深さは浅くなる。バー接合
を効率的に行うためには、浅い溶接深さでも十分溶接強
度を確保できることが重要である。発明者らの調査によ
ると、バー厚の２０％以上の溶接率があれば破断を起こ
さず仕上げ通板が可能である。この溶接率は、上述のご
とく０．３〜０．８ｔの接触厚を持つ開先付き接合端部
であれば、圧延後の接合部比率は２５〜１００％にな
り、初期圧延時の強度確保は十分である。さらに以降の
圧着により接合強度は増加する。

【００１０】溶接後圧延までは、溶接部は溶融〜凝固の
状態である。溶融状態では強度確保ができないため、直
ちに圧延することはできない。しかし、溶接時の溶融幅
を４ｍｍ以内にすることで凝固速度は早くなり、溶接後
約１秒で凝固し、３秒後には連続圧延操業で発生してい
る張力や圧延による負荷でも破断しない強度を確保でき
るようになる。溶融幅を１ｍｍ以下にするためには高い
溶接精度が必要となり、ハード・ソフト上非常に難しく
なる。溶接−凝固後は、仕上げ温度確保の観点からでき
るだけ早く圧延したほうがよく、圧延までの時間が３０
秒を超えると温度低下により材質を劣化させてしまう。

【００１１】溶接後の初期圧下条件は、圧着に対して重
要である。まずロール径、圧下率は開口部との関係で圧
延後の接合部比率に影響する。ロール径が大きくなるほ
ど接触弧長が長くなるため先行材の押しつけ力を後行材
が受け易くなり、圧着しやすい。また、ロール径が小さ
いと開口部への力は開先を広げる方向に働くため、溶接
部を引き裂くことになる。これより、ロール径は大きい
ほどよい。ロール径を大きくしても、板厚が薄いと接触
弧長は短くなる。したがって、接触弧長が長くなるバー
厚が厚いうち、すなわち初期圧下の時に３５％以上の大
きな圧下を加えることが圧着に対して有効になる。しか
し、１パスの圧下率には限界があるため、初期圧下率上
限は７０％とした。

【００１２】以上が接合強度を確保するための基本的条
件となるが、溶接率が低いと張力が高い両端部から割れ
が発生してくる。この耳割れが発生しても破断なく通板
できれば問題はないが、トラブル発生比率が高まるため
可能なら回避した方がよい。これには、張力が発生する
端部の強度を確保しておけばよく、両端部から幅中央に
向けて５０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以内の厚み
方向の溶接率を３０％以上にすることで十分耳割れを回
避することができる。また、圧延によって圧着された接
触界面は、曲げ力に対して弱いため、圧延中はできるだ
けパスライン上にあることが好ましい。５．５ｍの圧延
スタンド間での曲げの影響について調査した結果、パス
ライン上の０〜５００ｍｍの高さ範囲であれば曲げの影
響なく通板できた。しかし、これを超えるとスタンド間
での破断などのトラブルが発生した。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例とともに説明
する。鋼材は、表１に示す３鋼種を用いた。

【００１４】

【表１】

【００１５】バー厚２５〜４０ｍｍの材料をシャー切断
条件を変えて切断し、付き合わせてレーザー溶接を行っ
た。溶接した材料は圧延までの時間、溶接後最初の圧下
率、圧下温度を変えて圧延し、７パスの仕上げ通板を行
った。仕上げ圧延の各スタンド間は５．５ｍであり、こ
の間で上下するルーパーの高さから、仕上げ圧延間で得
られるパスライン上の最大高さを測定した。以上の実施
例について、巻取りまでの間での破断の有無、最終接合
率、また、巻取り後の観察から幅両端部の耳割れ有無を
評価した。最終接合率が５０％以上であれば薄手材の圧
延でも破断は見られなかった。

【００１６】

【表２】

【００１７】表２に試験条件と結果を示す。試験Ｎｏ．
１，４，５，７，８，１１〜１５で示すように、本発明
条件内で実施すれば、鋼種を変えても破断なく通板可能
である。ただし、Ｎｏ．７の場合は、両端部が３０％以
上の溶接率を確保できていないため、破断はなかったが
耳割れの発生が認められた。本発明条件から外れた場合
は、Ｎｏ．２は開先深さが浅いため開先効果がなく、Ｎ
ｏ．３は深すぎるため溶接可能厚の比率が低くなりいず
れも破断した。また、Ｎｏ．６のように開口部の角度が
９０°未満では、開先効果はなく破断した。Ｎｏ．９で
は平均溶接率が低くまた初期圧下率が低く、Ｎｏ．１０
では圧延までの時間が長く、パスライン上の最大高さが
高いため、いずれも破断を起こした。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば粗バーを
効果的に接合することができ、接合部の破断なく完全連
続圧延が可能である。したがって、熱延鋼板の製造にお
ける歩留りを向上でき、経済効果が非常に高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接比率と最終接合率の関係を示した図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 完全連続化を狙った熱延ラインのバー接
   合に供するバー厚（ｔ）の先行、後行の粗バーの両端部
   を突き合わせ、溶接する断面の上部または下部もしくは
   両方を開先角度９０°以上の開先状態にし、実質溶接可
   能厚範囲を０．３〜０．８ｔとした後、この溶接可能部
   を不可避的未溶接部を除き全幅の厚み方向２０％以上を
   溶接した後、３秒以上３０秒以内で初期圧延を開始する
   ことを特徴とする熱間粗バーの接合方法。
2. 【請求項２】 両端部から５０ｍｍ以上の厚み方向溶接
   率を３０％以上とする請求項１記載の熱間粗バーの接合
   方法。
3. 【請求項３】 溶接後の初期圧下率を３５〜７０％とす
   る請求項１または請求項２記載の熱間粗バーの接合方
   法。
4. 【請求項４】 粗バーの溶接後、仕上げ圧延終了まで接
   合部の位置をパスライン上の０〜５００ｍｍとする請求
   項１ないし請求項３いずれかに記載の熱間粗バーの接合
   方法。