JPH1058006A

JPH1058006A - 鋼材の熱間接合方法

Info

Publication number: JPH1058006A
Application number: JP21896996A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sakamoto; 浩一坂本; Seiji Okada; 誠司岡田; Toshihiro Mori; 俊博森; Nobuhiro Tazoe; 信広田添; Norio Iwanami; 紀夫岩波
Original assignee: IHI Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: IHI Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 1998-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】粗圧延後の熱間鋼材を圧延ライン中で効率よ
く、しかも確実に接合して、仕上圧延を連続化する。【解決手段】無酸化性雰囲気下で熱間鋼材の接合部を機
械的に脱スケールし、直ちにその接合部を重ね合わせて
圧接、または突き合わせ圧接する方法であって、無酸化
性雰囲気が先行鋼材の後端接合面と後行鋼材の先端接合
面とで構成される空間に吹き出される無酸化性の泡によ
って形成される鋼材の熱間接合方法。上記の無酸化性の
泡は界面活性剤を混合した水に不活性ガスを吹き込んで
発生させるのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋼材の連続熱間
圧延ライン等において、熱間鋼材（高温状態の鋼材）を
効率よく、しかも確実に接合する方法に関し、さらに詳
しくは熱間鋼材を重ね合わせ圧接または突き合わせ圧接
する際に、接合面を無酸化性の泡で保護する熱間鋼材の
接合方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱間圧延においては、加熱後のス
ラブを一枚ずつ粗圧延機と仕上圧延機に供給して間欠的
に圧延を行っていた。このような間欠圧延では、それ自
体が非能率的なだけでなく、特に被圧延材の板厚が薄い
圧延の場合には、被圧延材の先端が変形してガイドロー
ルに突っ掛けたり、また、後端部が圧延機を抜けるとき
に絞り込まれて圧延ロールを損傷するおそれがある。こ
れらの不都合が発生すると、損傷箇所を修理するために
圧延ラインを停止しなければならない。

【０００３】従来、これらを防ぐため被圧延材の先端部
および後端部の圧延速度を遅くするという対策が講じら
れているが、このような処置では圧延の能率は一層低下
する。また、被圧延材の先端部には前記トラブルのため
に疵が発生するだけでなく、圧延速度の低下により適正
な圧延温度範囲から外れるので、品質外れが発生し易
い。更に、先端部および後端部においては、圧延時に鋼
板にかかる張力が非定常状態となるので寸法外れが発生
し易い。すなわち、被圧延材の先端部が巻取り機に巻き
取られるまでテーブルローラ上を低速、無張力で移送さ
れ、巻き取りと同時に急激な張力が作用して板幅が狭く
なり、その後、一定速度および一定張力で巻き取られ
る。一方、被圧延材の後端部では一定速度および一定張
力で巻き取られたのち、鋼板が圧延機を抜けると同時に
低速になり、無張力のままで巻き取られる。このよう
に、仕上圧延機において鋼板の先端部および後端部に品
質外れや寸法外れが発生すると、その部分は切り捨て若
しくは格落処理をしなければならず、生産歩留りを低下
させることになる。

【０００４】近年、上記のような問題を解消するため、
粗圧延機と仕上圧延機の間で、先行する粗圧延済みの鋼
板（以下、「先行鋼板」という）と、後続する粗圧延済
みの鋼板（以下、「後行鋼板」という）とを接合し、仕
上圧延を連続的に行う方法が提案され、実用に供しつつ
ある。

【０００５】例えば、特開昭61−1489号公報には脱スケ
ールした鋼板 (シートバー) の端部を重ね合わせて圧接
するという最も基本的な方法が提案されている。この鋼
板の圧接方法で最も重要なのは、先行鋼材および後行鋼
材の接合技術がある。熱間圧延ラインの粗圧延機から仕
上圧延機の間にある熱間鋼材の表面温度は 900〜1150℃
の高温であるから、鋼材の接合面の脱スケールを行って
も、接合までに時間を要すれば再びスケールが生成し、
確実に接合することができない。そこで、接合の直前に
表面スケールを除去して接合面を形成し、再スケールの
発生を防止しつつ鋼材を接合する必要がある。

【０００６】本出願人は、還元雰囲気下で熱間鋼材の接
合部を機械的に脱スケールし、その接合部を重ね合わせ
て圧接することによって仕上圧延を連続化する方法を実
用化している（例えば、特開平６−335785号公報参
照）。

【０００７】図５は、既に実用化されている還元雰囲気
下で熱間鋼材を接合する方法を説明する図である。同図
から明らかなように、仕上圧延前の熱間鋼材は先行鋼材
9aの後端部下面と後行鋼材9bの先端部上面とを接合させ
るため、先行鋼材9aの後端部はローラー24に支持されて
一定高さに持ち上げられるとともに、この先行鋼材の後
端部の下方に後行鋼材9bの先端部を臨ませる。次に接合
面を形成するため、先行鋼材9aの後端部下面と後行鋼材
9bの先端部上面のスケールをロータリーカッター26によ
って除去する。このとき、接合面の再酸化を防止するた
め、バーナー40から噴射される還元炎41で構成される還
元雰囲気中で脱スケールが行われる。その後、直ちにパ
ンチ13とダイ14を作動させて、先行鋼材9aの後端と後行
鋼材9bの先端部とを重ね合わせ圧接するというものであ
る。

【０００８】前記図５で説明する熱間鋼材の接合方法
は、熱間鋼材を確実に接合することができて所期の効果
を達成することができる。ところが、被圧延材が広幅に
なると、還元炎41を噴射するバーナー40の本数が多くな
り、また、それぞれのバーナーのガス流量を正確に調整
する必要がある。このため熱間鋼材の広幅化にともな
い、多数のバーナーの設置および流量調整のための機器
の増設が必要になり、設備が大規模になる。また、多数
のバーナーから噴射される還元炎によって他の部位へ損
傷を与える恐れがある。そのため、既に実用化された熱
間鋼材の接合方法であるが、新たな改善が必要になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来の熱間鋼材の接合方法の問題点を勘案して、還元炎や
還元ガスに替え、脱スケール後の接合面の酸化防止に無
酸化性の泡を用いて、健全な接合部を得る熱間鋼材の接
合方法を提供することを課題としてなされたものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明方法の大きな特徴
は、機械的脱スケールから仕上圧接までを熱間工程で、
しかも特殊な無酸化雰囲気下で行うことにある。接合す
べき鋼板の表面には前の工程で生成した酸化鉄やSi、Mn
等の酸化物からなるスケールが存在する。前述のとお
り、圧接の前にこのようなスケールを除去して接合面を
清浄にしておくこと自体は常識である。しかも熱間接合
の場合には、脱スケールした後の再酸化防止の対策を講
じておかなければ健全な接合部は得られず、その手段と
して還元炎や還元ガスを接合面に吹き付けることが知ら
れている。しかし、この手段を採用すると、鋼材が広幅
になる場合には装置が大規模になるので適切ではない。
一方、無酸化ガスで発生する泡を用いて接合面を保護す
れば、鋼材の寸法にかかわらず簡易な装置で対応がで
き、さらに脱スケール後の再酸化防止に有効である。本
発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、
下記の熱間鋼材の接合方法を要旨とする。

【００１１】すなわち、無酸化性雰囲気下で熱間鋼材の
接合部を機械的に脱スケールし、直ちにその接合部を重
ね合わせて圧接、または突き合わせ圧接する方法であっ
て、前記無酸化性雰囲気が先行鋼材の後端接合面と後行
鋼材の先端接合面とで構成される空間に吹き出される無
酸化性の泡によって形成されることを特徴とする鋼材の
熱間接合方法である。

【００１２】上記の無酸化性の泡は界面活性剤を混合し
た水に不活性ガスを吹き込んで発生させるのが望まし
い。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明方法の内容を、望ましい実
施の形態に基づいて説明する。

【００１４】図１は、本発明の熱間鋼材の接合方法を実
施する熱間圧延ラインの概略レイアウト図である。熱間
圧延ラインは、スラブ９の移送方向に沿って順に粗圧延
機１、被圧延材を巻き取って保温しつつ巻き戻す巻取り
・巻戻し装置２、レベラー３、被圧延材をクロス方向に
切断するクロップシャー４、本発明の接合方法が行われ
る走間接合機10、仕上圧延機６、高速シャー７および巻
取り機８が配列される。

【００１５】粗圧延機１でスラブ９から圧延された鋼材
は巻取り・巻戻し装置２に巻き取られ、そののち巻き戻
されてレベラー３で鋼材の先端部および後端部の巻き癖
が矯正される。次に連続的に仕上圧延を行うため、走間
接合機10で先行鋼材の後端部と後行鋼材の先端部とが接
合される。まず接合面を確保するため、先行鋼材の後端
部と後行鋼材の先端部とがクロップシャー４で切断され
る。その後、走間接合機10を用いて、後述する接合方法
で先行鋼材と後行鋼材の端部が接合される。最終的に接
合された鋼材は仕上圧延機６にて連続的に仕上圧延され
たのち、巻取り機８で巻き取られ、巻取り量が一定量に
達したら高速シャー７で切断されて熱延コイルとなる。

【００１６】図２は本発明方法を実施する走間接合機の
構成例を示す図であり、図３は走間接合機によって熱間
鋼材の端部を接合する手順の一例を模式的に説明する図
である。図２に示す走間接合機10は走行台車11上に構成
されており、その中央部には熱間鋼材を圧接するためプ
レスシリンダ12とその先端にパンチ13とそれと噛み合う
ダイ14とが設けられている。このダイ14の出側には作動
シリンダー27を介して第１クランプ15とピンチロール16
およびローラー17が昇降フレーム18上に配置され、昇降
シリンダー19の作用で全体として上昇・下降を繰り返
す。一方、ダイ14の入側には作動シリンダー28を介して
第２クランプ22がピンチロール23およびローラー24とと
もに配置される。さらに装置の中央部にはロータリーカ
ッター26が設けられ、熱間鋼材の接合面の機械的な脱ス
ケールに用いられる。また脱スケールから熱間鋼材の接
合にいたる間の雰囲気は、泡発生機21から噴射される無
酸化性の泡によって形成される無酸化性雰囲気に保たれ
る。

【００１７】次に、本装置を用いた熱間鋼材の接合手順
を図３に基づいて説明すると、下記の（ａ）〜（ｄ）の
工程となる。このとき、走間接合機10の走行台車11の走
行速度を適宜調整することによって、鋼材の移送を停止
することなく、先行鋼材9aおよび後行鋼材9bを連続し
て、かつ効率的に接合することができる。

【００１８】（ａ）先行鋼材のクランプ仕上圧延の進行にともない先行鋼材9aの後端部はクロッ
プシャーで切断されて端面の整備がされ、走間接合機内
に移送される。先行鋼材9aの後端部が所定の位置に達す
ると、作動シリンダー27が作動して第１クランプ15が下
降し、先行鋼材9aの後端部をクランプして、ローラー17
および昇降フレーム18上に固定する。

【００１９】（ｂ）先行鋼材の上昇と後行鋼材のクラン
プ先行鋼材9aの後端下面を接合面にするため、図中の矢印
で示すように、昇降シリンダ19を作動して昇降フレー
ム18上の第１クランプ15の全体を上昇させて、先行鋼材
9aの後端部を所定の高さに持ち上げる。

【００２０】次に、後行鋼材9bの先端部はクロップシャ
ーで切断されてのち、図中の矢印で示すように、走間
接合機内に移送され所定位置で停止する。その後、後行
鋼材9bは作動シリンダー28を介して第２クランプ22でク
ランプされる。これによって、後行鋼材9bの先端上面が
接合面とされる。

【００２１】（ｃ）無酸化雰囲気の形成と接合面のスケ
ール除去先行鋼材9aと後行鋼材9bとが所定に位置に配置される
と、泡発生機21が作動して、無酸化性の泡を先行鋼材9a
の後端下面と後行鋼材9bの先端上面とで構成される空間
に吹き出して、無酸化雰囲気を形成する。泡発生機21は
昇降フレーム18に取り付けられ、先行鋼材9aと同時に上
昇・下降する構造としているが、泡発生器21が単独で上
昇・下降する構造であってもよい。なお、泡発生機21に
よる泡発生の機構は後述する。

【００２２】その後、図示の時計廻り方向に回転するロ
ータリーカッタ26を、図中の矢印で示すように平行四
辺形を描きながら移動させ、先行鋼材9aの後端下面と後
行鋼材9bの先端上面でのスケールを除去して接合面を作
る。脱スケール後も接合面は前記の無酸化雰囲気で保護
されているので、再酸化は防止される。また、接合面の
機械的な脱スケールとして、ロータリーカッタの他に平
削り（プレナー）、ワイヤブラシ、砥石等を使用しても
よい。

【００２３】（ｄ）鋼材端部の接合鋼材の接合に際しては、図中の矢印で示すように、昇
降フレーム18を下降させて第１クランプ15で固定されて
いる先行鋼材9aの後端部を後行鋼材9bの先端部に重ね合
わせる。つぎに、図中の矢印で示すように、パンチ13
を下降させて、先行鋼材9aと後行鋼材9bの端部同士を圧
接する。このとき、図中の矢印および矢印で示す動
作を同時に進行させて圧接してもよい。

【００２４】接合ののちは、パンチ13、第１クランプ15
および第２クランプ22を開放して、一体に接合された鋼
材を移送させ、仕上圧延を連続的に行う。

【００２５】つぎに、上記（ｃ）工程で触れた泡発生機
21による泡発生の機構を詳細に説明する。

【００２６】図４は、本発明方法に採用される泡発生機
の構造例を示す図であり、（ａ）は部分断面を含む正面
図であり、（ｂ）はＡ−Ａ矢視による平面図である。泡
発生機21のタンク33には、発泡剤となる界面活性剤を混
合した水を供給する。このとき、界面活性剤を混合する
水には、無酸化性をより強化するため、脱気水を用いる
のが望ましい。さらにタンク33の底部に設けられたヘッ
ダー32には、不活性ガス、例えばN₂ガスが供給され、ノ
ズル31を通してタンク33内に吹き出される。ノズル31か
ら吹き出された不活性ガスは、界面活性剤を混合した水
とともに金網34を通過することによって、細かい泡35を
多量に発生させ、泡排出口36から鋼材接合面の脱スケー
ルが行われる領域に吹き出される。このような無酸化性
の泡が形成する雰囲気中に鋼材の接合面を保持すれば、
脱スケール後であっても再酸化することがない。

【００２７】鋼板端部の接合が完了すると、ヘッダー32
への不活性ガスの供給を停止することによって無酸化性
の泡を消滅させる。このように鋼材の接合面を保護する
ために無酸化の泡を使用すれば、接合部の再酸化を防止
するだけでなく、熱間鋼材の熱放散が著しく軽減でき温
度低下を最小限に留めることができる。また、前記図５
で説明した還元炎を用いて還元雰囲気下で熱間鋼材を接
合する方法に比較して、設備が簡易となりメンテナンス
が容易になる。

【００２８】発泡剤として界面活性剤を使用すると、界
面活性剤が気液表面に吸着し、表面張力を低下させると
ともに表面粘度を増加させ、泡発生時の発泡性、泡径の
均一性等が改善される。ここで言う界面活性剤とは、気
液表面に吸着して表面活性を低下させる水可溶性の有機
系化合物のことであり、具体的には、脂肪酸塩類等のア
ニオン活性剤、また脂肪族アミン塩類等のカチオン系活
性剤、そのほか非イオン系活性剤、両性活性剤等が採用
される。通常、泡発生に際して、これら界面活性剤の１
種または２種以上の混合物と水、望ましくは脱気水に混
ぜて使用される。なお、発泡剤として水溶性ポリマーを
使用してもよい。発泡剤として界面活性剤を使用する場
合には、その混合率は0.01〜20％とするのが望ましい。
混合率が0.01％未満では、泡中の水分蒸発が速くなるの
で鋼材の冷却を速める恐れがあり、一方、混合率が20％
を超えると粘性を増して泡の発生が難しくなる場合があ
る。

【００２９】

【実施例】板厚30mm、幅 300mm、長さ1000mmで加熱温度
1250℃の熱延鋼板（Ｃ：0.1 ％、Si： 0.5％、Mn：1.2
％) の端部を重ね合わせて接合する試験を行い、本発明
方法の効果を確認した。試験は図１に示すレイアウトの
熱間圧延ラインで行い、鋼板の圧接に使用した走間接合
機は概ね図２に示す構造のものであった。このときの泡
発生条件、切削条件および圧接条件は下記のとおりとし
た。

【００３０】１．泡発生条件水溶性；水＋0.5%界面活性剤ノズル配列；板幅方向に50mmピッチでノズル配置不活性ガス；N₂ガス、流量10リットル/min ２．切削条件カッタの種類；円筒ロータリーカッタ（最大外径300mm ）チップの配列；千鳥状配置、チップ材質；超硬合金回転数；1500rpm 、送り速度；6000mm/min 切削幅（接合面）；30mm ３．圧接条件圧接温度；1050℃、重ね合わせ量；25mm 使用プレス機；300 トンプレス、圧下率；50％上記１〜３の条件で接合した鋼材を、鋼材温度1000℃で
３機の圧延機を用いて仕上圧延（40％、35％、30％の圧
下率）を行い、仕上り厚さ8.2mm に圧延した。

【００３１】ただし、第１圧延機〜第２圧延機間の張力
は約1.5kgf/mm²であり、第２圧延機〜第３圧延機間の張
力は約3.5kgf/mm²であった。

【００３２】このときの仕上圧延の結果は、被圧延材を
接合したまま破断することなく連続して、かつ良好に圧
延することができた。また、圧延された接合部の断面を
調査したがスケールもなく、接合部の破断強度も十分に
確保されており、完全に接合していることを確認してい
る。すなわち、接合部の高温引張試験結果によれば、破
断箇所は接合部ではなく、母材部から５kgf/mm²で破断
した。

【００３３】

【発明の効果】本発明の接合方法によれば、脱スケール
が機械的に行われるのでスケールの厚い鋼材であっても
脱スケールは迅速かつ確実に実施でき、脱スケールから
圧接まで無酸化性の泡で保護されるので、接合面の再酸
化を防止できる。しかも、熱間鋼材の熱放散が著しく軽
減することができるとともに、被圧延材の寸法にかかわ
らず設備が簡易となりメンテナンスが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱間鋼材の接合方法を実施する熱間圧
延ラインの概略レイアウト図である。

【図２】本発明方法を実施する走間接合機の構成例を示
す図である。

【図３】走間接合機によって熱間鋼材の端部を接合する
手順の一例を模式的に説明する図である。

【図４】本発明方法に採用される泡発生機の構造例を示
す図である。

【図５】既に実用化されている還元雰囲気下で熱間鋼材
を接合する方法を説明する図である。

【符号の説明】

１：粗圧延機、２：巻取り・巻戻し装置３：レベラー、４：クロップシャー６：仕上圧延機、７：高速シャー８：巻取り機、９：スラブ 9a：先行鋼材 9b：後行鋼材 10：走間接合機、 11：走行台車 12：プレスーシリンダー、 13：パンチ 14：ダイ、 15：第１クランプ 16：ピンチロール、 17：ロール 18：昇降フレーム 19：昇降シリンダー 21：泡発生機、 22：第２クランプ 23：ピンチロール 24：ロール 26：ロータリーカッター、 27、28：作動シリンダー 31：ノズル、 32：ヘッダー、 33：タンク 34：金網、 35：泡、 36：泡排出口 40：バーナー、 41：還元炎

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森俊博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 (72)発明者田添信広神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリングセンター内 (72)発明者岩波紀夫神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリングセンター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無酸化性雰囲気下で熱間鋼材の接合部を機
械的に脱スケールし、直ちにその接合部を重ね合わせて
圧接、または突き合わせ圧接する方法であって、前記無
酸化性雰囲気が先行鋼材の後端接合面と後行鋼材の先端
接合面とで構成される空間に吹き出される無酸化性の泡
によって形成されることを特徴とする鋼材の熱間接合方
法。
【請求項２】上記無酸化性の泡は界面活性剤を混合した
水に不活性ガスを吹き込んで発生させたものであること
を特徴とする請求項１記載の熱間鋼材の接合方法。