KR20220047652A

KR20220047652A - 양면 마찰 교반 접합 방법, 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 방법, 양면 마찰 교반 접합 장치, 그리고 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 설비

Info

Publication number: KR20220047652A
Application number: KR1020227009559A
Authority: KR
Inventors: 무네오 마츠시타; 쇼헤이 이와타; 야스시 기타니
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2022-04-18
Also published as: US20220371119A1; MX2022003410A; EP4035817A1; JP7099621B2; JPWO2021060176A1; EP4035817A4; TWI748660B; TW202112474A; WO2021060176A1; CN114423561A

Abstract

양면 마찰 교반 접합 방법, 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 방법, 양면 마찰 교반 접합 장치, 그리고 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 설비를 제공한다. 본 발명은, 강대의 맞댐부 또는 겹침부의 일방면측과 타방면측에 각각 배치한 1 쌍의 회전 툴을, 서로 역방향으로 회전시키면서 강대의 맞댐부 또는 겹침부에 가압하여 접합 방향으로 이동시켜, 회전 툴과 강대의 미접합부의 마찰열에 의해 강대의 미접합부를 연화시키면서, 그 연화된 부위를 상기 회전 툴로 교반함으로써 소성 유동을 발생시켜 강대끼리를 접합하는 양면 마찰 교반 접합 방법으로서, 1 쌍의 회전 툴은, 원형 또한 평면상으로 형성된 선단부를 갖고, 선단부는, 강대보다 단단한 재질이다.

Description

양면 마찰 교반 접합 방법, 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 방법, 양면 마찰 교반 접합 장치, 그리고 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 설비

본 발명은, 선행 강대의 후단과 후행 강대의 선단을, 맞댐 접합 또는 겹침 접합함에 있어서, 서로 대향하는 1 쌍의 회전 툴을 서로 역방향으로 회전시키면서 상기 강대를 접합하는, 강대의 양면 마찰 교반 접합 방법 및 양면 마찰 교반 접합 장치에 관한 것이다. 또, 당해 양면 마찰 교반 접합 방법을 사용한 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 방법, 그리고 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 설비에 관한 것이다.

특허문헌 1 에는, 1 쌍의 강대 등의 접합 대상 부재의 양방 또는 편방이 회전함으로써, 강대에 마찰열을 발생시켜 연화시키면서, 그 연화된 부위를 교반하여 소성 유동을 일으킴으로써, 강대를 접합하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이 특허문헌 1 에 기재된 기술은, 접합 대상인 강대 등의 부재를 회전시킬 필요가 있으므로, 접합하는 강대 등의 부재의 형상이나 치수에 한계가 있다.

한편, 특허문헌 1 과는 상이한 마찰 용접법으로서, 예를 들어 특허문헌 2 가 있다. 특허문헌 2 에서는, 강대 등의 가공물보다 실질적으로 단단한 재질로 이루어지는 프로브 (「핀」이라고도 한다) 를 갖는 회전 툴 (간단히「툴」이라고 칭하는 경우도 있다) 을 강대의 미접합부에 삽입하고, 이 회전 툴을 회전시키면서 이동시킨다. 이로써, 회전 툴과 금속판 사이에 발생하는 열과 소성 유동에 의해, 강대를 길이 방향으로 연속적으로 접합하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 본 명세서에서는, 강대를 맞댄 부분 또는 서로 겹친 부분에서 아직 접합되어 있지 않은 상태에 있는 부분을「미접합부」라고 칭하고, 접합되어 일체화된 부분을「접합부」라고 칭한다.

상기와 같이, 특허문헌 1 에 기재된 마찰 용접법은, 강대끼리를 회전시켜, 강대끼리의 마찰열에 의해 용접하는 방법이다. 한편, 특허문헌 2 에 기재된 마찰 교반 접합법은, 강대를 고정시킨 상태에서, 회전 툴을 회전시키면서 이동시킴으로써 접합을 실시하는 방법이다. 이 때문에, 마찰 교반 접합법은, 실질적으로 무한히 긴 부재를 용접하는 경우에도, 그 부재를 길이 방향으로 연속적으로 고상 접합할 수 있다는 이점이 있다. 또, 마찰 교반 접합법은, 회전 툴과 강대의 마찰열에 의한 금속의 소성 유동을 이용한 고상 접합이므로, 미접합부를 용융시키지 않고 접합할 수 있다. 또한, 가열 온도가 낮으므로 접합 후의 변형이 적고, 또 강대가 용융되지 않으므로 접합부의 결함이 적고, 게다가 용가재를 필요로 하지 않는 등이 많은 이점이 있다.

마찰 교반 접합법은, 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금으로 대표되는 저융점 금속 재료의 접합법으로서, 항공기, 선박, 철도 차량 및 자동차 등의 분야에서 이용이 확대되고 있다. 이 이유로서, 이들 저융점 금속 재료는, 종래의 아크 용접법에서는 접합부에 있어서 만족스러운 특성을 얻는 것이 어려운 반면, 마찰 교반 접합법에서는 생산성이 향상됨과 함께, 품질이 높은 접합부 (조인트) 를 얻을 수 있기 때문이다.

건축물, 선박, 중기, 파이프라인 및 자동차와 같은 구조물의 소재로서 주로 적용되고 있는 구조용 강에 마찰 교반 접합법을 적용하는 것은, 종래의 용융 용접에서는 과제로 되어 있던 용융·응고시의 불순물의 편석에서 기인하는 취화, 수소 침입에서 기인하는 취화를 회피할 수 있다. 이와 함께, 강재의 조직 변화도 억제된다. 이 때문에, 조인트 성능의 향상으로 이어지는 것을 기대할 수 있다. 또, 회전 툴에 의해 접합 계면을 교반함으로써 청정면을 창출하여 청정면끼리를 접촉시킬 수 있으므로, 확산 접합과 같은 전준비 공정이 불필요하다는 메리트도 기대할 수 있다. 이와 같이, 구조용 강에 대한 마찰 교반 접합법의 적용은, 많은 이점이 기대된다. 그러나, 구조용 강에 대한 마찰 교반 접합법의 적용은, 접합시에 있어서의 조인트에서의 결함 발생의 억제나, 접합 속도의 고속도화와 같은 접합 시공성에 문제를 남기고 있다. 이 때문에, 저융점 금속 재료에 대한 마찰 교반 접합법의 적용과 비교하여 보급이 진행되고 있지 않다. 상기한 조인트에서의 결함으로는, 특히, 접합 직후의 조인트 표면 또는 조인트 내부에 있어서의, 형상 불량 및 접합 불량 등을 들 수 있다.

상기한 특허문헌 2 에 기재된 마찰 교반 접합법에 있어서의 결함 발생의 주된 요인으로는, 금속판의 두께 방향으로 발생하는 온도, 소성 유동의 편차를 들 수 있다. 구체적으로는, 금속판의 일방면측에만 회전 툴을 배치하는 경우, 당해 일방면측에서는 야금적으로 바람직한 접합 상태를 달성하기에 충분한 소성 유동이 얻어진다. 그러나, 타방면측에서는, 접합시에 있어서의 미접합부의 온도 상승 및 전단 응력의 부하가 충분하지 않아, 불충분한 소성 유동밖에 얻어지지 않는 경우가 많다.

특허문헌 2 에 기재된 마찰 교반 접합법을 구조용 강에 적용하는 경우에 있어서는, 피가공재인 구조용 강의 고온에서의 강도가 높은 것에서 기인하여, 저입열 또한 접합 속도가 높은 조건에서는, 미접합부에 있어서 충분한 소성 유동을 얻을 수 없는 경우가 많다. 따라서, 접합시에 있어서의 결함 발생을 억제하면서, 접합 속도를 고속도화하는 것이 곤란하다.

이와 같은 문제를 해결하는 수단으로서, 예를 들어 특허문헌 3 ∼ 5 에 개시되는 양면 마찰 교반 접합 방법이 있다. 양면 마찰 교반 접합 방법에서는, 서로 대향하는 1 쌍의 회전 툴이 금속판 (피가공재) 의 접합부의 일방면측과 타방면측을 가압함으로써, 피가공재의 두께 방향에 대해 균질하게 충분한 소성 유동을 얻을 수 있다. 이로써, 접합시에 있어서의 조인트의 결함 발생을 억제하면서, 접합 속도의 고속도화를 달성할 수 있다.

그런데, 강대의 제조 공정에 있어서는, 생산성의 향상이나 수율을 높이기 위해, 연속적으로 강대를 공급할 필요가 있다. 연속적으로 강대를 공급하기 위해서는, 먼저 삽입하는 코일과 나중에 삽입하는 코일을 접합할 필요가 발생한다. 즉, 선행재 (선행 강대) 의 후단과 후행재 (후행 강대) 의 선단을 접합하고, 연속적으로 산세, 냉간 압연, 연속 어닐링 및 연속 도금 라인에 공급하는 것이 일반적이다. 이로써, 강대의 전체 길이에 걸쳐, 장력을 부여한 상태에서 압연하는 것이 가능해져, 강대의 선단이나 후단에 있어서도, 판 두께나 형상을 고정밀도로 제어할 수 있다.

냉연 강대의 고합금화나 레이저 용접기의 진보에 수반하여, 선행재와 후행재의 접합은, 종래의 플래시 버트 용접 등을 대신하여, 레이저 용접으로 접합되는 것이 주류가 되고 있다. 그러나, 레이저 용접은 용융 용접이기 때문에, 용융·응고시의 불순물의 편석에서 기인하는 취화, 수소 침입에서 기인하는 취화가 과제가 되는 경우가 있다. 이 과제를 해결하기 위해서는, 고상 접합인 마찰 교반 접합법의 적용이 유효한 것으로 생각된다. 그런데, 전술한 바와 같이, 일반적인 마찰 교반 접합에서는, 접합시의 결함 발생을 억제하면서 접합 속도를 고속도화하는 것이 곤란하므로, 강대의 제조 공정에 있어서 요구되는 생산성을 만족시키는 것은 불가능하다. 이와 같은 문제를 해결할 수 있는 수단으로서, 예를 들어 특허문헌 4 에는 양면 마찰 교반 접합을 사용한 냉간 압연 설비가 개시되어 있다.

또한, 마찰 교반 접합법을 냉연 강대의 접합에 적용하는 것을 고려함에 있어서는, 회전 툴의 내구성 및 수명의 향상이 필요하다. 그 이유는 다음과 같다. 회전 툴은, 파손 및 마모를 원인으로 하는 보수가 필요해진다. 그러나, 이것에서 기인하여 접합 불량이 높은 확률로 발생할 것이 예견되는 경우에는, 상기한 바와 같은 유리한 효과가 있었다고 해도, 냉연 강대의 접합에 마찰 교반 접합법을 적용하는 것은 현실적으로 어려운 것으로 판단되기 때문이다.

일반적인 마찰 교반 접합법에서는, 선단 또한 회전축의 중심에 돌기상의 프로브를 갖고, 그 주위에 보다 평탄한 형상이 되는 숄더부를 갖는 회전 툴을 사용하여, 프로브를 미접합부에 삽입하여 회전시키면서 평행 이동시킴으로써 피가공재의 접합을 실시한다. 따라서, 접합 중에는 프로브에 다대한 부하가 가해지므로, 프로브는 회전 툴을 구성하는 부위 중에서 특히 파손 및 마모를 일으키기 쉽다.

프로브의 파손 등을 회피하는 것을 목적으로 한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 6 ∼ 11 에 개시되는, 선단부가 평면 형상이고 프로브를 갖지 않는 회전 툴을 사용한 마찰 교반 접합이 있다.

일본 공개특허공보 소62-183979호 일본 공표특허공보 평07-505090호 일본 특허공보 제3261433호 일본 특허공보 제4838385호 일본 특허공보 제4838388호 일본 특허공보 제5185103호 일본 공개특허공보 2015-127063호 일본 공개특허공보 2003-181655호 일본 공개특허공보 2003-290936호 일본 공개특허공보 2004-195480호 일본 공개특허공보 2011-115846호

그러나, 특허문헌 6 및 특허문헌 7 에 개시된 기술은, 용접부의 보강, 혹은 금속의 표면 경화를 목적으로 한 것으로, 강대의 접합에 적용하는 것에 대해서는 전혀 고려하고 있지 않다. 이들 특허문헌에는, 회전 툴의 선단부가 평탄 혹은 평면인 것을 기재하고 있지만, 소성 유동의 향상을 목적으로 하여 회전 툴의 선단부를 오목형 혹은 볼록형의 곡면상으로 하는 것에 대한 기재는 없다. 또한, 특허문헌 6 및 특허문헌 7 에 기재된 종래의 회전 툴은, 회전 방향과는 반대 방향으로 형성된 소용돌이상의 단차부를 갖는 것에 대한 기재도 없다. 따라서, 강대의 접합에 상기한 종래의 회전 툴을 사용하는 경우에는, 판 두께 방향으로 충분한 소성 유동이 얻어지지 않아, 접합 불량을 발생시킬 우려가 있다.

또, 특허문헌 8 ∼ 11 에 개시된 기술은, 마찰 교반 접합법에 의한 금속판의 접합을 목적으로 한 것이지만, 이들 기술을 양면 마찰 교반 접합 방법에 적용하는 것에 대해서는 전혀 고려하고 있지 않다. 즉, 특허문헌 8 ∼ 11 에는, 양면 마찰 교반 접합 방법에 있어서 회전 툴의 선단부의 직경과 접합하는 금속판의 두께의 적정한 관계에 대해서는 개시가 없으므로, 건전한 접합부가 얻어지지 않을 우려가 있다.

본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 완성된 것으로, 접합부에서의 결함 발생을 억제하면서, 회전 툴에 의한 접합 속도를 고속화할 수 있음과 함께, 회전 툴의 내구성을 향상시킬 수 있는, 양면 마찰 교반 접합 방법, 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 방법, 양면 마찰 교반 접합 장치, 그리고 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 이하를 요지로 하는 것이다.

[1] 선행 강대의 후단과 후행 강대의 선단을, 맞댐 접합 또는 겹침 접함함에 있어서,

강대의 맞댐부 또는 겹침부의 일방면측과 타방면측에 각각 배치한 1 쌍의 회전 툴을, 서로 역방향으로 회전시키면서 상기 강대의 맞댐부 또는 겹침부에 가압하여 접합 방향으로 이동시켜, 상기 회전 툴과 상기 강대의 미접합부의 마찰열에 의해 상기 강대의 미접합부를 연화시키면서, 그 연화된 부위를 상기 회전 툴로 교반함으로써 소성 유동을 발생시켜 상기 강대끼리를 접합하는 양면 마찰 교반 접합 방법에 있어서,

상기 1 쌍의 회전 툴은, 원형 또한 평면상, 원형 또한 볼록형의 곡면상, 및, 원형 또한 오목형의 곡면상 중 어느 1 종으로 형성된 선단부를 갖고,

상기 선단부는, 상기 강대보다 단단한 재질인, 양면 마찰 교반 접합 방법.

[2] 상기 선단부는, 회전 방향과는 반대 방향으로 형성된 소용돌이상의 단차부를 갖는, [1] 에 기재된 양면 마찰 교반 접합 방법.

[3] 상기 1 쌍의 회전 툴의 회전축을 상기 강대의 미접합부 표면의 법선으로부터 접합 방향에 대해 후방측으로 경사지게 하는 경사 각도 α (°), 상기 선단부의 직경 D (㎜), 및 상기 1 쌍의 회전 툴의 상기 선단부 사이의 거리 G (㎜) 가, 이하의 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하는, [1] 또는 [2] 에 기재된 양면 마찰 교반 접합 방법.

0 ≤ α ≤ 3 … (1)

0.25 × t － 0.2 × D × sinα ≤ G ≤ 0.8 × t － 0.2 × D × sinα … (2)

여기서, t 는 강대를 맞대는 경우에는 강대의 두께 (㎜) 로 하고, 강대를 겹치는 경우에는 겹친 강대의 총 두께 (㎜) 로 한다.

[4] 상기 선단부의 직경 D (㎜) 가, 식 (3) 을 만족하는, [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 방법.

4 × t ≤ D ≤ 20 × t … (3)

[5] 상기 선단부의 상기 볼록형의 곡면 높이를 dv (㎜) 로 할 때,

상기 선단부의 직경 D (㎜) 와 상기 볼록형의 곡면 높이 dv 가, 식 (4) 를 만족하는, [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 방법.

dv/D ≤ 0.06 … (4)

[6] 상기 선단부의 상기 오목형의 곡면 깊이를 dc (㎜) 로 할 때,

상기 선단부의 직경 D (㎜) 와 상기 오목형의 곡면 깊이 dc 가, 식 (5) 를 만족하는, [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 방법.

dc/D ≤ 0.03 … (5)

[7] [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 방법을 사용하여, 선행 강대의 후단과 후행 강대의 선단을 접합한 후에, 냉간 압연 또는 산세 후에 냉간 압연을 실시하는, 냉연 강대의 제조 방법.

[8] 상기 냉간 압연 후에 어닐링을 실시하는, [7] 에 기재된 냉연 강대의 제조 방법.

[9] [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 방법을 사용하여, 선행 강대의 후단과 후행 강대의 선단을 접합한 후에, 냉간 압연 또는 산세 후에 냉간 압연을 실시하고, 이어서 어닐링 및 도금을 실시하는, 도금 강대의 제조 방법.

[10] 2 장의 강대의 미접합부에 대향하여 각각 배치되는 1 쌍의 회전 툴과, 그 1 쌍의 회전 툴의 동작을 제어하는 제어 장치를 갖고,

맞댄 또는 서로 겹친 상기 강대의 미접합부에 있어서, 상기 1 쌍의 회전 툴이 가압, 및 서로 역방향으로 회전하면서 접합 방향으로 이동함으로써 상기 강대끼리를 접합하는 양면 마찰 교반 접합 장치에 있어서,

상기 선단부는, 상기 강대보다 단단한 재질인, 양면 마찰 교반 접합 장치.

[11] 상기 선단부는, 회전 방향과는 반대 방향으로 형성된 소용돌이상의 단차부를 갖는, [10] 에 기재된 양면 마찰 교반 접합 장치.

[12] 상기 제어 장치는, 상기 1 쌍의 회전 툴의 회전축을 상기 강대의 미접합부 표면의 법선으로부터 접합 방향에 대해 후방측으로 경사지게 하는 경사 각도 α (°), 상기 선단부의 직경 D (㎜), 및 상기 1 쌍의 회전 툴의 상기 선단부 사이의 거리 G (㎜) 가, 이하의 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하도록 제어하는, [10] 또는 [11] 에 기재된 양면 마찰 교반 접합 장치.

0 ≤ α ≤ 3 … (1)

여기서, t 는 강대를 맞대는 경우에는 강대의 두께 (㎜), 강대를 겹치는 경우에는 겹친 강대의 총 두께 (㎜) 로 한다.

[13] 상기 선단부의 직경 D (㎜) 가, 식 (3) 을 만족하는, [10] ∼ [12] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 장치.

4 × t ≤ D ≤ 20 × t … 식 (3)

[14] 상기 선단부의 상기 볼록형의 곡면 높이를 dv (㎜) 로 할 때,

상기 선단부의 직경 D (㎜) 와 상기 볼록형의 곡면 높이 dv 가, 식 (4) 를 만족하는, [10] ∼ [13] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 장치.

dv/D ≤ 0.06 … (4)

[15] 상기 선단부의 상기 오목형의 곡면 깊이를 dc (㎜) 로 할 때,

상기 선단부의 직경 D (㎜) 와 상기 오목형의 곡면 깊이 dc 가, 식 (5) 를 만족하는, [10] ∼ [13] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 장치.

dc/D ≤ 0.03 … (5)

[16] [10] ∼ [15] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 장치에 더하여, 접합된 강대에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 수단, 또는 접합된 강대를 산세 수단에 의한 산세 후에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 수단을 구비한, 냉연 강대의 제조 설비.

[17] 추가로, 냉간 압연된 강대에 어닐링을 실시하는 어닐링 수단을 구비한, [16] 에 기재된 냉연 강대의 제조 설비.

[18] [10] ∼ [15] 중 어느 하나에 기재된 양면 마찰 교반 접합 장치에 더하여, 접합된 강대에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 수단 또는 접합된 강대를 산세 수단에 의한 산세 후에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 수단, 냉간 압연된 강대에 어닐링을 실시하는 어닐링 수단, 및 어닐링된 강대에 도금 처리를 실시하는 도금 수단을 구비한, 도금 강대의 제조 설비.

본 발명에 의하면, 종래의 용융 용접에서 과제로 되어 있던 용융·응고시의 불순물의 편석에서 기인하는 취화, 수소 침입에서 기인하는 취화를 회피할 수 있음과 함께, 결함 발생을 억제하면서, 접합 속도를 고속도화하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명에 의하면, 강대의 두께 방향에 대해 균질하게 소성 유동이 촉진되므로, 높은 접합 속도로 양면 마찰 교반 접합해도, 결함의 발생을 억제하여, 충분한 강도를 갖는 접합부를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 종래의 회전 툴에 있어서 숄더부보다 큰 응력이 가해짐으로써 파손 및 마모가 우선적으로 발생하고 있던 프로브를 폐할 수 있으므로, 양면 마찰 교반 접합용의 회전 툴의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 양면 마찰 교반 접합 방법을 설명하는 개략도로, 맞댐 접합의 일례를 나타낸 것이다.
도 2 는, 본 발명의 양면 마찰 교반 접합 방법을 설명하는 개략도로, 겹침 접합의 일례를 나타낸 것이다.
도 3(a) 및 도 3(b) 는, 회전 툴에 의해 마찰 교반하는 영역을 설명하는 도면으로, 도 3(a) 는 평면도이고, 도 3(b) 는 도 3(a) 에 나타내는 A-A' 선 단면도이다.
도 4(a) 및 도 4(b) 는, 종래의 회전 툴의 형상을 나타낸 것으로, 각각 상부가 측면도, 하부가 평면도이다.
도 5(a) ∼ 도 5(c) 는, 본 발명의 회전 툴에 있어서의 제 1 실시형태의 형상을 나타낸 것으로, 각각 상부가 측면도, 하부가 평면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b) 는, 본 발명의 회전 툴에 있어서의 제 2 실시형태의 형상을 나타낸 것으로, 각각 상부가 측면도, 하부가 평면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b) 는, 본 발명의 회전 툴에 있어서의 제 3 실시형태의 형상을 나타낸 것으로, 각각 상부가 측면도, 하부가 평면도이다.
도 8(a) ∼ 도 8(c) 는, 본 발명의 회전 툴에 형성한 단차부의 형상을 나타낸 것으로, 도 8(a) 는 평면도, 도 8(b) 및 도 8(c) 는 각각 도 8(a) 에 나타내는 B-B' 선 단면도이다.
도 9 는, 본 발명의 단차부를 구성하는 소용돌이를 그리는 방법의 예를 설명하는 도면이다.
도 10 은, 본 발명의 단차부를 구성하는 소용돌이를 그리는 방법의 예를 설명하는 도면이다.
도 11 은, 본 발명의 단차부를 구성하는 소용돌이를 그리는 방법의 예를 설명하는 도면이다.
도 12 는, 본 발명의 단차부를 구성하는 소용돌이를 그리는 방법의 예를 설명하는 도면이다.
도 13 은, 본 발명의 단차부를 구성하는 소용돌이를 그리는 방법의 예를 설명하는 도면이다.
도 14 는, 본 발명의 양면 마찰 교반 접합 장치에 의한 강대 (선행 강대와 후행 강대) 의 접합 방법을 설명하는 개략도로, 맞댐 접합의 일례를 나타낸 것이다.

이하, 각 도면을 참조하여, 본 발명에 대해 설명한다. 또한, 본 발명은 이 실시형태에 한정되지 않는다.

먼저, 본 발명의 양면 마찰 교반 접합 방법 및 양면 마찰 교반 접합 장치에 대해 설명한다. 도 1 은, 양면 마찰 교반 접합 방법으로서 맞댐 접합의 일례를 나타낸 것이고, 도 2 는, 양면 마찰 교반 접합 방법으로서 겹침 접합의 일례를 나타낸 것이다.

본 발명의 양면 마찰 교반 접합 방법에서는, 선행 강대의 후단과 후행 강대의 선단을, 맞댐 접합 또는 겹침 접함함에 있어서, 강대의 맞댐부 또는 겹침부의 일방면측과 타방면측에 각각 배치한 1 쌍의 회전 툴을, 서로 역방향으로 회전시키면서 강대의 맞댐부 또는 겹침부에 가압하여 접합 방향으로 이동시킨다. 그리고, 회전 툴과 강대의 미접합부의 마찰열에 의해 강대의 미접합부를 연화시키면서, 그 연화된 부위를 회전 툴로 교반함으로써 소성 유동을 발생시켜 강대끼리를 접합한다.

도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 양면 마찰 교반 접합 방법에서는, 1 쌍의 회전 툴 (1, 8), 파지 장치 (도시 생략) 및 회전 툴 (1, 8) 의 동작을 제어하는 제어 장치 (도시 생략) 를 구비하는 양면 마찰 교반 접합 장치를 사용한다. 도 1 및 도 2 에 나타내는 예에서는, 2 장의 강대 (4) 중, 일방의 강대를 통판 방향 (도시 생략) 에 대해 전측에 위치하는 선행 강대로 하고, 타방의 강대를 통판 방향에 대해 후측에 위치하는 후행 강대로 하면 된다.

제어 장치에서는, 예를 들어, 후술하는 바와 같이, 회전 툴 (1, 8) 의 경사 각도 α, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부끼리의 거리 G, 접합 속도, 및 회전 툴 (1, 8) 의 회전수나 회전 방향 등을 제어한다.

회전 툴 (1, 8) (이하, 강대의 표면측에 배치되는 회전 툴을, 표면측 회전 툴 (1) 이라고 칭하고, 강대의 이면측에 배치되는 회전 툴을, 이면측 회전 툴 (8) 이라고 칭하는 경우도 있다) 은, 강대 (피가공재, 피접합재) (4) 의 일방면측 (표면측) 과 타방면측 (이면측) 에 각각 배치된다. 2 장의 강대 (4) 는, 도 1 및 도 2 중에 나타낸 접합 중앙선 (7) 에 평행이 되도록 배치되고, 각각 파지 장치 (도시 생략) 로 파지된다. 접합 중앙선 (7) 상에 위치하는 2 장의 강대 (4) 의 미접합부에 있어서, 회전 툴 (1, 8) 이 강대 (4) 를 가압하면서, 회전하면서 접합 방향 (각 도면 중에 나타낸 화살표의 방향) 으로 이동한다. 이로써, 회전 툴 (1, 8) 과 강대 (4) 의 마찰열에 의해 그 강대 (4) 를 연화시키면서, 그 연화된 부위를 회전 툴 (1, 8) 로 교반함으로써 소성 유동을 발생시켜, 강대 (4) 를 접합한다. 또한, 이후의 설명에 있어서, 접합이 완료된 부분은 접합부 (5) 라고 칭한다.

도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 서로 대향하는 회전 툴 (1, 8) 의 회전 방향을, 강대 (4) 의 표면측 (또는 이면측) 에서 볼 때, 표면측과 이면측에서 역방향으로 한다. 이로써, 회전 툴 (1, 8) 로부터 강대 (4) 에 가해지는 회전 토크를 서로 없앨 수 있다. 그 결과, 종래 기술인 일방면측으로부터의 회전 툴에 의해서만 미접합부를 가압하여 접합하는 마찰 교반 접합법과 비교하면, 피접합재를 구속하는 지그의 구조를 간략화하는 것이 가능해진다. 도 1 및 도 2 에 나타내는 예에서는, 표면측 회전 툴 (1) 의 회전 방향은 화살표 (Ts) 로 나타내고, 이면측 회전 툴 (8) 의 회전 방향은 화살표 (Tb) 로 나타내고 있다.

또한, 서로 대향하는 회전 툴 (1, 8) 의 회전 방향을 표면측과 이면측에서 동일한 방향으로 하면, 일방의 회전 툴에 대한 타방의 회전 툴의 상대 속도는 제로에 가까워진다. 그 결과, 강대 (4) 의 소성 유동이 균질 상태에 가까워질수록 소성 변형이 작아지고, 재료의 소성 변형에 의한 발열도 얻어지지 않게 되므로, 양호한 접합 상태를 달성하는 것이 어렵다. 따라서, 양호한 접합 상태를 달성하기에 충분한 온도 상승과 전단 응력을 강대의 두께 방향에 대해 균질적으로 얻기 위해서는, 서로 대향하는 회전 툴 (1, 8) 의 회전 방향을 표면측과 이면측 (일방면측과 타방면측) 에서 역방향으로 하는 것이 유효하다.

여기서, 강대의 접합 양태에 대해 설명한다. 강대의 접합 양태의 바람직한 예로서, 맞댐 접합 및 겹침 접합을 들 수 있다. 맞댐 접합이란, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 2 장의 강대 (4) 의 일부를 서로 겹치지 않고, 강대 (4) 의 단면끼리를 대향시킨 상태에서, 대향된 강대의 단면 (맞댐면) 을 포함하는 맞댐부를 회전 툴 (1, 8) 에 의해 가압하면서, 회전 툴 (1, 8) 을 회전시키면서 접합 방향으로 이동시킴으로써 강대의 접합을 실시하는 것을 가리킨다. 겹침 접합이란, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 2 장의 강대 (4) 의 단부의 적어도 일부를 서로 겹쳐, 강대 (4) 끼리가 서로 겹친 겹침부를 회전 툴 (1, 8) 에 의해 가압하면서, 회전 툴 (1, 8) 을 회전시키면서 접합 방향으로 이동시킴으로써 강대의 접합을 실시하는 것을 가리킨다. 또한, 도 1 과 도 2 는 접합 양태가 상이할 뿐이고, 그 밖의 장치의 구성 등은 동일하므로, 이하에서는 도 1 의 맞댐 접합의 예를 중심으로 설명을 실시한다.

다음으로, 본 발명의 양면 마찰 교반 접합에 사용하는 회전 툴에 대해 설명한다. 도 4(a) 및 도 4(b) 는, 종래의 프로브를 갖는 회전 툴 (20) 을 설명하는 도면이다. 도 5(a) ∼ 도 8(c) 는, 본 발명의 회전 툴 (1, 8) 을 설명하는 도면이다. 도 5(a) ∼ 도 5(c) 에는 본 발명의 회전 툴의 제 1 실시형태를 나타내고, 도 6(a) 및 도 6(b) 에는 본 발명의 회전 툴의 제 2 실시형태를 나타내고, 도 7(a) 및 도 7(b) 에는 본 발명의 회전 툴의 제 3 실시형태를 나타낸다. 도 8(a) ∼ 도 8(c) 에는 제 2 실시형태의 회전 툴의 선단부에 단차부를 형성한 예를 나타낸다. 또한, 도 4(a) ∼ 도 7(b) 에 있어서, 각각 상부가 측면도이고, 하부가 평면도이다. 표면측 회전 툴 (1) 및 이면측 회전 툴 (8) 은 동일한 형상이 되므로, 도 4(a) ∼ 도 8(c) 에는 표면측 회전 툴 (1) 만을 나타낸다.

도 4(a) 및 도 4(b) 를 사용하여, 종래예인 프로브 (핀) (21) 를 갖는 회전 툴 (20) 에 대해 설명한다. 도 4(a) 및 도 4(b) 에는, 숄더부 (22) 에 프로브 (21) 를 갖는 회전 툴 (20) 의 예를 각각 나타낸다. 예를 들어, 도 4(a) 에 나타내는 회전 툴 (20) 의 예에서는, 회전 툴 (20) 의 형상은, 숄더부 (22) 의 직경 (숄더 직경) : 12 ㎜, 프로브 (21) 의 직경 (핀 직경) : 4 ㎜, 프로브 (21) 의 길이 (핀 길이) : 0.5 ㎜, 오목면 깊이 : 0.3 ㎜ 이다. 도 4(b) 에 나타내는 회전 툴 (20) 의 예에서는, 회전 툴 (20) 의 형상은, 숄더 직경 : 20 ㎜, 핀 직경 : 6.7 ㎜, 핀 길이 : 0.7 ㎜, 오목면 깊이 : 0.3 ㎜ 이다.

도 4(a) 및 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 종래의 회전 툴 (20) 의 선단부, 즉 접합시에 강대의 연화부와 접촉하는 부위는, 숄더부 (22) (도 4(a), 도 4(b) 중의 숄더 직경으로 나타내는 범위) 와 프로브 (21) (도 4(a), 도 4(b) 중의 핀 직경으로 나타내는 범위) 로 이루어진다. 숄더부 (22) 는, 대략 평면 혹은 완만한 곡면에 의해 형성된 평탄한 형상을 나타낸다. 프로브 (21) 는, 숄더부 (22) 와는 불연속적인 형상이 되고, 강대 (도시 생략) 를 향하여 대략 수직으로 돌출된 형상을 나타낸다.

프로브 (21) 는, 접합시에, 강대의 연화부에 있어서, 보다 판 두께 중심 방향까지 침입함으로써, 판 두께 중심부 근방의 교반능을 향상시키는 기능을 갖는다. 한편으로, 판 두께 방향의 보다 선단측 (판 두께 중심부측) 에 위치하는 프로브 (21) 에는, 숄더부 (22) 보다 큰 응력이 가해진다는 문제가 있다. 그 결과, 상기한 회전 툴의 파손 및 마모에서 기인한 보수가 필요해진다는 문제도 있다.

본 발명자들은 예의 검토하였다. 그리고, 보다 큰 응력이 가해지는 것에서 기인하여, 파손이나 마모를 특히 일으키기 쉬운 부위인 프로브를 형성하지 않아도, 접합부의 결함 발생을 억제할 수 있음과 함께 접합 속도의 고속화가 가능한 양면 마찰 교반 접합용의 회전 툴을 사용한 양면 마찰 교반 접합 방법을 알아냈다.

본 발명의 양면 마찰 교반 접합용의 회전 툴 (서로 대향하는 회전 툴 (1, 8)) 은, 도 5(a) ∼ 도 7(c) 에 나타내는 바와 같이, 회전 툴 (1, 8) 의 선단은 선단부 (11) 만으로 이루어진다. 도 4(a) 및 도 4(b) 에 나타낸 종래의 회전 툴의 구성과 비교하면, 본 발명의 회전 툴의 선단부 (11) 는 프로브 (21) 를 갖지 않는다. 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (11) 는, 평면상 (11a) (도 5(a) ∼ 도 5(c) 를 참조), 볼록형의 곡면상 (11b) (도 6(a) 및 도 6(b) 를 참조) 및 오목형의 곡면상 (11c) (도 7(a) 및 도 7(b) 를 참조) 중 어느 1 종의 형상으로 형성된다. 또, 선단부 (11) 는 평면에서 볼 때 단면이 원형으로 형성된다.

여기서, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (11) (도 1 등에 나타낸, 표면측 회전 툴의 선단부 (2), 이면측 회전 툴의 선단부 (9)) 는, 접합시에 강대 (4) 및 그 유동부 (연화부) 와 접촉하는 부분을 말한다. 그 때문에, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (11) 는, 접합시에 노출되는 고온 상태에 있어서, 강대 (4) 보다 단단한 재질로 형성된다. 이로써, 접합시에 회전 툴 (1, 8) 은 선단부 (11) 의 형상을 유지한 채 강대 (4) 에 변형을 가할 수 있다. 그 결과, 높은 교반능을 지속적으로 실현할 수 있어, 적정한 접합이 가능해진다.

또한, 경도를 비교할 때에는, 고온 비커스 경도 시험 방법을 사용하면 된다. 회전 툴 (1, 8) 은, 그 선단부만을 상기 서술한 경도로 해도 되고, 혹은 회전 툴 (1, 8) 전체를 상기 서술한 경도로 해도 된다.

또, 본 발명에서는, 상기한 구성에 더하여, 추가로, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (11) 에, 소용돌이상 (나선상) 의 단차부 (12) 를 형성하는 것이 바람직하다. 단차부 (12) 를 구성하는 소용돌이 (나선) 는, 각 회전 툴 (1, 8) 의 회전 방향에 대해 반대 방향으로 형성하는 것이 바람직하다. 단차부 (12) 를 구성하는 소용돌이는, 1 개 이상 형성하는 것이 바람직하다.

소용돌이를 1 개 이상 형성하는 경우에는, 선단부 (11) 의 중심 혹은 중심에 형성한 원형의 공백 영역의 둘레 가장자리로부터 선단부의 외주 가장자리까지 신장되는 곡선이, 방사상 (방사 곡선상) 으로 형성된다.

또한, 단차부 (12) 를 구성하는 소용돌이의 수는, 6 개를 초과하면 재료 유동을 향상시키는 효과가 부족해질 뿐만 아니라, 형상의 복잡화에 의해 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (11) 가 파손되기 쉬워질 우려가 있으므로, 6 개 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 5(b), 도 6(b), 도 7(b) 의 예, 및 도 8(a) 의 예에서는, 모두 소용돌이의 수는 4 이다.

재료 유동을 향상시키면서 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (11) 의 파손을 방지한다는 관점에서, 단차부 (12) 를 구성하는 소용돌이의 수는, 선단부 (11) 의 직경에 따라 조절할 수 있다. 구체적으로는, 선단부 (11) 의 직경이 클수록 소용돌이의 수를 많게 하고, 선단부 (11) 의 직경이 작을수록 소용돌이의 수를 적게 하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 선단부의 직경이 6 ㎜ 보다 작은 경우에는 소용돌이의 수를 2 개 이하로 하고, 선단부의 직경이 6 ㎜ 이상인 경우에는 소용돌이의 수를 3 ∼ 6 개로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기한 소용돌이를 그리는 방법에 대해, 도 9 ∼ 도 13 의 각 예를 사용하여 설명한다. 도 9 ∼ 도 13 은 선단부를 상면에서 본 상태를 나타내고, 선단부에 소용돌이가 그려져 가는 과정을 나타낸다.

도 9 에는, 소용돌이의 수가 2 개이고, 이 2 개의 소용돌이를 등간격으로 복수열을 그리는 일례를 나타낸다.

도 9 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 점 A, 점 B 를 각각 기점으로 하여, 선분 A-B 의 길이를 반경으로 하는 반원 (제 1 반원) 을 2 개 그린다 ((1) 을 참조). 계속해서, 제 1 반원의 외측에, 선분 A-B 의 2 배의 길이를 반경으로 하는 반원 (제 2 반원) 을 점 A, 점 B 를 중심으로 하여 각각 그린다 ((2) 를 참조). 그리고 계속해서, 제 2 반원의 외측에, 선분 A-B 의 3 배의 길이를 반경으로 하는 반원 (제 3 반원) 을 점 A, 점 B 를 중심으로 하여 각각 그린다 ((3) 을 참조). 동일하게, 선분 A-B 의 4 배의 길이를 반경으로 하는 반원 (제 4 반원) 을 그린다 ((4) 를 참조). 이것을 반복함으로써, 등간격의 소용돌이를 선단부에 2 개 그릴 수 있다.

도 10 ∼ 도 13 에는, 소용돌이의 수를 n 으로 할 때, 3 ≤ n ≤ 6 에서 선택되는 수의 소용돌이를 등간격으로 복수열을 그리는 예를 각각 나타낸다.

도 10 ∼ 도 13 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 정 n 각형을 그린다. 도 10 에 나타내는 예에서는 정삼각형을 그리고, 도 11 에 나타내는 예에서는 정방형을 그리고, 도 12 에 나타내는 예에서는 정오각형을 그리고, 도 13 에 나타내는 예에서는 정육각형을 그린다. 그리고, 정 n 각형의 각 꼭지점을 중심으로 하여, 정 n 각형의 1 변의 길이를 반경으로 하는 호 (제 1 호) 를 각 변의 연장선과 교차하는 점까지 그린다 ((1) 을 참조). 계속해서, 제 1 호의 외측에, 상기의 각 꼭지점을 중심으로 하여, 정 n 각형의 1 변의 2 배의 길이를 반경으로 하는 호 (제 2 호) 를 각 변의 연장선과 교차하는 점까지 그린다 ((2) 를 참조). 그리고 계속해서, 제 2 호의 외측에, 상기의 각 꼭지점을 중심으로 하여, 정 n 각형의 1 변의 3 배의 길이를 반경으로 하는 호 (제 3 호) 를 각 변의 연장선과 교차하는 점까지 그린다 ((3) 을 참조). 동일하게, 정 n 각형의 1 변의 4 배의 길이를 반경으로 하는 호 (제 4 호) 를 그린다 ((4) 를 참조). 이것을 반복함으로써, 등간격의 소용돌이를 선단부에 n (3 ≤ n ≤ 6) 그릴 수 있다.

또한, 소용돌이의 수가 1 개인 경우에는, 도 9 ∼ 도 13 중 어느 방법으로 소용돌이를 그려도 된다. 소용돌이의 수가 2 개이고, 이 2 개의 소용돌이를 등간격으로 그리는 경우에는, 상기 서술한 도 9 의 방법에 더하여, 도 11 이나 도 13 의 방법으로도 그릴 수 있다. 소용돌이의 수가 3 개이고, 이 3 개의 소용돌이를 등간격으로 그리는 경우에는, 상기 서술한 도 10 의 방법에 더하여, 도 13 으로도 그릴 수 있다. 이러한 경우에는, 소용돌이의 수에 맞추어, 도 9 의 기점 및 도 10 ∼ 도 13 의 정 n 각형의 각 꼭지점을 적절히 선택함으로써, 소용돌이의 수 (개수) 를 조정하면 된다.

단차부 (12) 는, 선단부의 그 밖의 면 (평면 또는 곡면) 보다 패인 형상을 갖는다. 이와 같은 패인 단차부 (12) 를 형성함으로써, 회전 툴 (1, 8) 에 의한 강대 (4) 의 가압 및 교반시에, 회전 툴 (1, 8) 의 외측으로부터 내측을 향하여 마찰열에 의해 연화된 금속 재료를 유동시켜, 회전 툴 (1, 8) 에 의해 가압부의 외측으로 금속 재료가 유출되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 가압부의 소성 유동을 촉진시킬 수 있음과 함께, 접합부의 두께가 모재에 대해 감소하는 것을 억제하고, 또한 버가 없는 미려한 접합부 표면을 형성할 수 있다. 또한, 단차부를 형성하는 것에 의한 당해 효과는, 소용돌이상의 단차부 (12) 를 회전 툴 (1, 8) 의 회전 방향과는 반대 방향으로 형성함으로써 얻어진다. 본 발명에 관련된 회전 툴의 선단부의 중심은, 소용돌이상의 단차부를 갖지 않는 것, 즉 회전 방향과는 반대 방향으로 형성된 소용돌이상의 단차부를 갖지 않는 것이 바람직하다.

또한, 이 회전 툴의 회전 방향에 대해 반대 방향으로 형성된 소용돌이상의 단차부 (12) 는, 1 단 이상 형성함으로써, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 도 8(a) ∼ 도 8(c) 를 사용하여, 단차부 (12) 에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 도 8(a) 는 볼록형의 곡면상 (11b) 의 선단부 (11) 를 갖는 회전 툴 (1) (표면측 회전 툴) 의 평면도이고, 도 8(b) 및 도 8(c) 는, 도 8(a) 에 나타낸 B-B' 선 단면도이다.

도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, 평면에서 볼 때, 각 단차부 (12) 는 회전 방향과는 반대 방향으로 형성된다. 바꾸어 말하면, 각각의 단차부 (12) 의 원주측으로부터 원 중심측을 향하는 곡선의 방향과, 회전 툴의 회전 방향이 반대 방향이 되도록 한다.

도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, 소용돌이상의 단차부 (12) 는, 각각 평면에서 볼 때, 원 중심부 근방을 기점으로 하여 원주부를 향하는 곡선을 형성한다. 소용돌이의 길이는, 선단부 (11) 의 외주의 길이를 1 바퀴로 했을 때에, 0.5 바퀴분 이상 2 바퀴분 이하로 하는 것이 바람직하다. 소용돌이의 길이에 대해서도, 선단부 (11) 의 직경에 따라 조절할 수 있고, 선단부 (11) 의 직경이 클수록 소용돌이의 길이를 길게 하고, 선단부 (11) 의 직경이 작을수록 소용돌이의 길이를 짧게 하는 것이 바람직하다.

단차부 (12) 의 구체예로는, 도 8(b) 에 나타내는 계단부 (12b) 와, 도 8(c) 에 나타내는 홈부 (12c) 를 들 수 있다. 도 8(b) 에 나타내는 예에서는, 계단부 (12b) 는, 회전 툴 (1) 의 선단부 (11) 에 있어서의 볼록형의 곡면과 마찬가지로, 원주측으로부터 원 중심측을 향하여 서서히 높아지도록 대략 수평한 단을 형성한다. 상기한 효과를 얻는 관점에서는, 본 발명에서는 당해 소용돌이상의 단차가 1 단 이상 형성되어 있으면 된다. 도 8(b) 의 예에서는, 형성된 각 단차부 (12) 는, 도 8(a) 에 나타내는 바와 같이 평면에서 볼 때 소용돌이상의 형상을 나타내고 있다.

또한, 도시는 하고 있지 않지만, 오목형의 곡면상의 선단부를 갖는 회전 툴에 있어서, 오목형의 곡면에 계단부 (12b) 를 형성하는 경우에는, 오목형의 곡면에 맞추어, 원주측으로부터 원 중심측을 향하여 서서히 낮아지도록 단을 형성하면 된다.

도 8(c) 에 나타내는 예에서는, 홈부 (12c) 는, 회전 툴 (1) 의 선단부 (11) 에 있어서의 곡면 (볼록형의 곡면) 에 있어서, 다른 면보다 패인 단면 대략 U 자 형상의 홈을 나타낸다. 상기한 효과를 얻는 관점에서는, 본 발명에서는 당해 홈부 (12c) 가 1 개 이상 형성되어 있으면 된다. 도 8(c) 의 예에서는, 형성된 각 홈부 (12c) 는, 도 8(a) 에 나타내는 바와 같이 평면도에 있어서 소용돌이상이 되도록 좁고 긴 형상을 갖는다. 또한, 상기 U 자 형상을 대신하여, 예를 들어 V 자 형상, レ 자 형상이어도 상기한 효과는 얻어진다.

또한, 도시는 하고 있지 않지만, 오목형의 곡면상 (11c) 또는 평면상 (11a) 의 선단부 (11) 를 갖는 회전 툴 (1) 에 있어서, 오목형의 곡면 또는 평면에 홈부 (12c) 를 형성하는 경우에도 마찬가지로, 단면 대략 U 자 형상의 홈을 형성하면 된다.

또 본 발명에서는, 상기한 구성에 더하여, 추가로, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (11) 의 직경 D (㎜) 가 다음의 관계식인 식 (3) 을 만족하는 것이 바람직하다.

4 × t ≤ D ≤ 20 × t … 식 (3)

회전 툴 (1, 8) 은, 선단부 (11) 의 직경을 관리함으로써, 강대 (4) 의 판 두께 방향에 대해 균질적으로 온도 상승과 전단 응력을 유효하게 부여할 수 있다. 회전 툴 (1) 의 선단부 (11) 의 직경 D 는, 강대 (4) 의 두께 t (겹침 접합인 경우에는, 강대 (4) 의 총 두께 t) 에 의해 관리하는 것이 바람직하다. 즉, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (11) 의 직경 D (㎜) 는, 상기 식 (3) : 4 × t ≤ D ≤ 20 × t 로 하는 것이 유효하다.

직경 D (㎜) 가 4 × t (㎜) 미만이 되면, 판 두께 방향에 대해 균질적인 소성 유동이 유효하게 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 직경 D (㎜) 가 20 × t (㎜) 를 초과하면, 소성 유동이 발생하는 영역을 불필요하게 넓혀 버려, 장치에 대해 과대한 부하가 가해지므로 바람직하지 않다. 직경 D 는, 바람직하게는 5.5 × t (㎜) 이상이고, 바람직하게는 14 × t (㎜) 이하이다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명의 회전 툴에 의하면, 종래의 회전 툴에서는 필요해지는 프로브를 폐함으로써, 회전 툴의 형상을 단순화할 수 있다. 또, 회전 툴의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 회전 툴의 가공에 요하는 공정수나 비용을 저감시킬 수 있다.

그리고, 이 회전 툴을 사용한 본 발명의 양면 마찰 교반 접합 방법에 의하면, 접합시에 있어서의 충분한 온도 상승 및 전단 응력을, 판 두께 방향에 대해 균질적으로 부여하는 것을 실현할 수 있다. 즉, 상기의 구성을 갖는 본 발명의 회전 툴을 사용한 접합 방법에 의해 소성 유동을 촉진시킴으로써, 종래의 양면 마찰 교반 접합에서 얻을 수 있는 균질적인 온도 상승과 비교해도, 보다 유효하게 판 두께 방향에 대한 균질적인 온도 상승을 실현할 수 있다. 따라서, 강대끼리의 접합을 완성하기 위해 접합부의 일부를 과도한 온도 상승에 노출시키지 않게 되기 때문에, 편석부가 고온에 노출됨으로써 액화되어 발생하는 액화 취성이나, 고온에서 기인하여 강에 대한 수소 침입이 증가함으로써 발생하는 수소 취성을 방지할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 회전 툴의 제 1 ∼ 제 3 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 도 5(a) ∼ 도 7(b) 에는 표면측 회전 툴 (1) 만을 나타낸다.

(제 1 실시형태)

제 1 실시형태에 있어서의 본 발명의 회전 툴 (1, 8) 은, 도 5(a) ∼ 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이, 원형으로 형성한 선단이 평면상 (11a) 으로 형성된 선단부 (11) 만으로 이루어진다. 평면상으로 형성된 선단부 (11) 에서는, 강대와 접하는 선단면이, 회전 툴 (1, 8) 의 회전축과 수직인 하나의 평면으로 이루어진다. 당해 선단면은, 종래의 회전 툴과 달리, 강대를 향하여 돌출되는 프로브를 갖지 않는다. 또, 회전 툴 (1, 8) 은, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 선단부 (11) 에, 상기 서술한 회전 방향과는 반대 방향의 소용돌이상 (나선상) 의 단차부 (12) 를 1 단 이상 형성할 수 있다. 또한, 단차부 (12) 에는, 상기 서술한 계단부 (12b) 혹은 홈부 (12c) 를 형성한다.

도 5(c) 의 상부에는, 도 5(c) 의 하부에 나타낸 B-B' 선 단면도를 나타낸다. 계단부 (12b) 에 형성하는 경우에는, 예를 들어 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이, 대략 수평한 부분에 각도를 부여함으로써 형성한다. 또한, レ 자 형상의 홈부를 형성한다고 바꿔 말할 수도 있다. 도 5(c) 의 계단부 (12b) 는, 예를 들어 상기 서술한 도 10 의 방법으로 소용돌이를 그릴 수 있다.

(제 2 실시형태)

제 2 실시형태의 회전 툴 (1, 8) 은, 도 6(a) 및 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 원형으로 형성한 선단이 볼록형의 곡면상 (11b) 으로 형성된 선단부 (11) 만으로 이루어지고, 회전 툴의 선단은 돌출된다. 종래의 회전 툴이, 강대를 향하여 돌출되는 프로브를 갖고, 숄더부와 프로브에서 비연속적인 형상을 나타내는 반면, 볼록형의 곡면상의 선단부 (11) 는, 프로브를 갖지 않는 연속적인 형상을 나타내고, 대략 균일해지는 경사면을 형성한다. 바꾸어 말하면, 볼록형의 곡면상의 선단부 (1) 에서는, 강대와 접하는 선단면이, 중심 방향을 향하여 돌출되는 하나의 곡면 (포물면, 장구면 (長球面) 또는 구면) 으로 이루어지고, 강대에 대해 연직 방향에서 회전축을 포함하는 단면 형상에 있어서, 대략 균일한 곡률 반경의 곡선을 나타낸다. 또, 회전 툴 (1, 8) 은, 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 선단부 (11) 에, 상기 서술한 회전 방향과는 반대 방향의 소용돌이상 (나선상) 의 단차부 (12) 를 1 단 이상 형성할 수 있다. 또한, 단차부 (12) 에는, 상기 서술한 계단부 (12b) 혹은 홈부 (12c) 를 형성한다.

또한 회전 툴 (1, 8) 의 선단이 볼록형의 곡면상 (11b) 의 선단부 (11) 로 이루어지는 경우, 볼록형의 곡면 (볼록면) 높이를 dv (㎜), 회전 툴의 선단부의 직경을 D (㎜) 로 할 때, 회전 툴은 다음의 관계식인 식 (4) 를 만족하는 것이 바람직하다.

dv/D ≤ 0.06 … 식 (4)

상기의 식 (4) 를 만족하는 범위 내 (즉 dv/D 의 값이 0.06 이하) 에 있어서 선단부가 강대에 접촉할 때에는, 유동부에 유효하게 압력을 가할 수 있다. 그 결과, 회전 툴의 회전에 의해 접합에 충분한 소성 유동을 발생시킬 수 있다. 한편, 상기의 식 (4) 의 범위를 초과하면 (즉 dv/D 의 값이 0.06 을 초과하면), 접합부의 표면 및 이면이 현저하게 오목상이 되어, 접합부의 두께가 강대의 두께에 대해 현저하게 작아지므로, 조인트 강도의 확보가 곤란해지는 경우가 있어 바람직하지 않다. 또한, 유동부에 유효하게 압력을 가하기 위해서는, dv/D 의 값의 하한은, 0.01 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(제 3 실시형태)

제 3 실시형태의 회전 툴 (1, 8) 은, 도 7(a) 및 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, 원형으로 형성한 선단이 오목형의 곡면상 (11c) 으로 형성된 선단부 (11) 만으로 이루어지고, 회전 툴의 선단은 오목하다. 종래의 회전 툴이, 강대를 향하여 돌출되는 프로브를 갖고, 숄더부와 프로브에서 비연속적인 형상을 나타내는 반면, 오목형의 곡면상의 선단부 (11) 는, 프로브를 갖지 않는 연속적인 형상을 나타내고, 대략 균일해지는 경사면을 형성한다. 바꾸어 말하면, 오목형의 곡면상의 선단부 (1) 에서는, 강대와 접하는 선단면이, 중심 방향을 향하여 패이는 하나의 곡면 (포물면, 장구면 또는 구면) 으로 이루어지고, 강대에 대해 연직 방향에서 회전축을 포함하는 단면 형상에 있어서, 대략 균일한 곡률 반경의 곡선을 나타낸다. 또, 회전 툴 (1, 8) 은, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, 선단부 (11) 에, 상기 서술한 회전 방향과는 반대 방향의 소용돌이상 (나선상) 의 단차부 (12) 를 1 단 이상 형성할 수 있다. 또한, 단차부 (12) 에는, 상기 서술한 계단부 (12b) 혹은 홈부 (12c) 를 형성한다.

또한, 회전 툴의 선단부가 오목형의 곡면상의 선단부 (11) 로 이루어지는 경우, 오목형의 곡면 (오목면) 깊이를 dc (㎜), 회전 툴의 선단부의 직경을 D (㎜) 로 할 때, 회전 툴은 다음의 관계식인 식 (5) 를 만족하는 것이 바람직하다.

dc/D ≤ 0.03 … 식 (5)

상기의 식 (5) 를 만족하는 범위 내 (즉 dc/D 의 값이 0.03 이하) 에 있어서 선단부가 강대에 접촉할 때에는, 연화된 금속이 선단부의 오목형의 곡면에 채워짐으로써 유동부에 균일한 압력을 가할 수 있다. 그 결과, 회전 툴의 회전에 의해 접합에 충분한 소성 유동을 발생시킬 수 있다. 한편, 상기의 식 (5) 의 범위를 초과하면 (즉 dc/D 의 값이 0.03 을 초과하면), 상기한 유동부에 균일한 압력을 가하는 것이 어려워져, 접합에 충분한 소성 유동의 확보가 곤란해지는 경우가 있어 바람직하지 않다. 또한, 유동부에 균일한 압력을 가하기 위해서는, dc/D 의 값의 하한은, 0.01 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부와는 반대측의 베이스 부분은, 종래 공지된 양면 마찰 교반 접합 장치에 장착될 수 있으면 되고, 당해 베이스 부분의 형상은 특별히 제한되지 않는다.

다음으로, 본 발명의 회전 툴 (1, 8) 을 사용한 양면 마찰 교반 접합 방법의 바람직한 일례에 대해 설명한다.

이 양면 마찰 교반 접합 방법에서는, 이하에 나타내는 각종 파라미터의 조건을 최적화함으로써, 회전 툴의 내구성의 향상, 조인트 결함 발생의 억제, 및 접합 속도의 고속도화에 대해 더욱 우수한 효과를 발휘할 수 있다.

본 발명에서는, 1 쌍의 회전 툴 (1, 8) 의 회전축을 강대의 미접합부 표면의 법선으로부터 접합 방향으로 경사지게 하는 경사 각도 α (°), 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (11) 의 직경 D (㎜), 1 쌍의 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 사이의 거리 G (㎜) 가, 이하의 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하도록 제어하는 것이 바람직하다.

(1) 회전 툴의 경사 각도 α (°) : 0 ≤ α ≤ 3 … 식 (1)

도 3(a) 및 도 3(b) 는, 본 발명의 회전 툴에 의해 마찰 교반하는 영역을 나타내는 설명도이다. 도 3(a) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같은 강대 (4) 의 표리면에 배치한 회전 툴 (1, 8) 을 접합 방향으로 이동시킨 상태를, 강대 (4) 의 표면측으로부터 평면에서 본 도면이다. 도 3(b) 는, 도 3(a) 에 나타낸 A-A' 선 단면도이다.

도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 회전 툴 (1, 8) 의 회전축 (표면측 회전 툴의 회전축 (3), 이면측 회전 툴의 회전축 (10)) 은, 강대 (4) 에 대해 연직 방향의 수직선 (법선) (6) 으로부터, 접합 방향에 대해 후방측으로 각도 α°만큼 경사지게 하여 접합을 실시하는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 회전 툴 (1, 8) 의 선단측이, 후단측보다 접합 방향의 전방측에 위치하도록, 회전 툴 (1, 8) 을 경사지게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 접합시에 회전 툴 (1, 8) 의 수평 방향 (굽힘 방향) 에 가해지는 부하를, 축 방향으로 압축시키는 분력으로서 분산시킬 수 있다.

회전 툴 (1, 8) 은, 강대 (4) 보다 단단한 재질에 의해 형성될 필요가 있고, 예를 들어 세라믹 등의 인성이 부족한 재료를 사용하는 경우도 있다. 이 경우, 회전 툴 (1, 8) 에 대해 굽힘 방향의 힘이 부하되면, 국부에 응력이 집중되어 파괴에 이르는 경우가 있다. 이것을 회피하기 위해, 상기 서술한 바와 같이 회전 툴 (1, 8) 의 회전축 (3, 10) 을 소정의 각도 (α°) 만큼 기울어지게 함으로써, 회전 툴 (1, 8) 에 가해지는 부하를 축 방향으로 압축되는 분력으로서 받아, 굽힘 방향의 힘을 저감시킬 수 있다. 이로써, 회전 툴 (1, 8) 의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 서술한 효과는, 경사 각도 α 가 0°이상이면 얻어지지만, 경사 각도 α 가 3°을 초과하면 접합부의 표리면이 오목형이 되어 조인트 강도에 악영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, 회전 툴 (1, 8) 의 회전축의 경사 각도는, 0 ≤ α ≤ 3 으로 하는 것이 바람직하다.

경사 각도 α 는, 보다 바람직하게는 1°이상이고, 보다 바람직하게는 2°이하이다.

(2) 1 쌍의 회전 툴 (1, 8) 의 선단부의 거리 G (㎜) :

0.25 × t － 0.2 × D × sinα ≤ G ≤ 0.8 × t － 0.2 × D × sinα … 식 (2)

단, t : 강대 (4) 의 미접합부의 두께 (㎜), D : 회전 툴 (1, 8) 의 선단부의 직경 (㎜), α : 회전 툴 (1, 8) 의 경사 각도 (°) 로 한다. 또, t 는, 강대를 맞대는 경우에는 강대의 두께 (㎜) 이고, 강대를 겹치는 경우에는 겹친 강대의 총 두께 (㎜) 로 한다.

양면 마찰 교반 접합에서는, 접합시에 있어서의 충분한 온도 상승과 전단 응력의 부여를 판 두께 방향에 대해 균질적으로 실현할 때에, 서로 대향하는 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 사이의 거리 G 를 관리하는 것이 중요하다. 구체적으로는, 강대 (4) 의 미접합부의 두께 t, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부의 직경 D, 및 회전 툴 (1, 8) 의 경사 각도 α 를 사용하여, 상기한 회전 툴 (1, 8) 의 선단부의 거리 G 를, 상기 식 (2) 의 범위 내가 되도록 관리 (조정) 하는 것이 바람직하다.

또한, 강대 (4) 의 미접합부의 두께 t 는, 도 1 에 나타내는 맞댐 접합을 실시하는 경우에는, 강대 (4) 의 1 장분의 두께를 t 로서 채용하고, 도 2 에 나타내는 겹침 접합을 실시하는 경우에는, 서로 겹친 강대 (4) 의 총 두께를 t 로서 채용하면 된다. 1 쌍의 회전 툴 (1, 8) 의 경사 각도 α 는, 각각 동일한 각도를 채용하면 된다. 또, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부의 직경 D 는, 도 5(a) ∼ 도 7(b) 에 나타내는 평면상 또는 곡면상 (오목형, 볼록형의 곡면 형상) 을 나타내는 선단부 (11) 에 있어서의, 강대에 대해 연직 방향에서 회전축을 포함하는 단면의 선단 직경 (핀 직경) 을 말한다.

회전 툴 (1, 8) 을 경사지게 하지 않는 경우 (즉, 회전 툴 (1, 8) 의 경사 각도 α = 0°인 경우) 에는, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부 (도 3(b) 에 나타내는 부호 2, 9) 사이의 거리 G 의 하한을 (0.25 × t) 로 하고, G 의 상한을 (0.8 × t) 로 하면 된다.

한편, 회전 툴 (1, 8) 을 경사지게 하는 경우 (즉, 회전 툴 (1, 8) 의 경사 각도가 0 ＜ α ≤ 3 인 경우), 혹은 회전 툴 (1, 8) 의 선단부의 직경 D 를 크게 하는 경우로서, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부를 강대 (4) 의 표면 및 이면에 있어서 보다 넓은 범위로 접촉시키기 위해서는, 회전 툴 (1, 8) 끼리의 거리 G 를 보다 작게 설정할 필요가 있다. 이 경우에는, 상기 서술한 식 (2) 와 같이, G 의 하한값은 상기 (0.25 × t) 에서 (0.2 × D × sinα) 를 빼면 되고, G 의 상한값은 상기 (0.8 × t) 에서 (0.2 × D × sinα) 를 빼면 된다.

상기 서술한 바와 같이, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부의 거리 G 는, 상기 서술한 식 (2) 의 범위 내로 제어됨으로써, 서로 대향하는 회전 툴 (1, 8) 의 선단부가 강대 (4) 의 표면 및 이면측에 충분한 하중으로 가압되어, 접합부에 있어서의 발열과 소성 유동이 충분히 촉진된다. 이로써, 판 두께 방향에 대해 균질적으로 소성 유동이 촉진되어, 양호한 상태의 조인트 (접합부) 를 얻을 수 있다. 또한, 상기한 거리 G 의 값이 식 (2) 의 상한값을 초과하면, 회전 툴 (1, 8) 의 선단부가 강대 (4) (피가공재) 의 표면 및 이면측에 충분한 하중으로 가압될 수 없어, 상기의 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 상기한 거리 G 의 값이 식 (2) 의 하한값 미만이 되면, 접합부의 표면 및 이면이 오목형이 되어, 조인트 강도에 악영향을 미치는 경우가 있다.

상기한 거리 G 의 값은, 바람직하게는 (0.4 × t － 0.2 × D × sinα) 이상이고, 바람직하게는 (0.7 × t － 0.2 × D × sinα) 이하이다.

상기한 거리 G 란, 도 3(b) 에서 나타내는 바와 같이, 대향하는 회전 툴 (표면측 회전 툴) (1) 의 선단면과 회전 툴 (이면측 회전 툴) (8) 의 선단면 사이에 있어서의, 연직 방향의 최단 길이에 상당한다.

또한, 상기 이외의 접합 조건에 대해서는, 통상적인 방법에 따르면 된다. 예를 들어, 본 발명에 관련된 양면 마찰 교반 접합 장치 및 양면 마찰 교반 접합 방법에서는, 회전 툴 (1, 8) 의 회전수는 100 ∼ 5000 r/min 이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 500 ∼ 3000 r/min 으로 한다. 회전수를 당해 범위 내로 함으로써, 표면 형상을 양호하게 유지하면서 과도한 열량의 투입에 의한 기계 특성의 저하를 억제할 수 있다. 접합 속도는, 1000 ㎜/min 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2000 ㎜/min 이상으로 고속화한다.

제조 과정의 강대를 접합하는 경우, 대상 강종으로는, 일반적인 구조용 강이나 탄소강, 예를 들어 JIS (일본 공업 규격) G 3106 의 용접 구조용 압연 강재, JIS G 4051 의 기계 구조용 탄소강 등의 접합에, 본 발명의 접합 방법을 바람직하게 사용할 수 있다. 또, 인장 강도가 800 ㎫ 이상인 고강도 구조용 강에도, 본 발명의 접합 방법을 유리하게 적용할 수 있다. 이 경우에도, 접합부에 있어서, 강판 (모재) 의 인장 강도의 85 ％ 이상의 강도, 나아가서는 90 ％ 이상의 강도, 더욱 바람직하게는 95 ％ 이상의 강도를 얻을 수 있다.

강대의 접합부는, 제조 과정에 있어서 굽힘이나 압축 변형을 받게 된다. 접합부가 적정하게 접합되어, 이와 같은 변형에 견딜 수 있는지의 여부를 판정하는 시험으로서, 접합부를 다이스에 눌러 반구상의 펀치를 압입하는 에릭센 시험이 있다. 이 에릭센 시험을 실시하여, 균열 발생까지의 압입 깊이를 측정하고, 이 압입 깊이의 값으로써 접합부의 성능으로서 평가할 수 있다.

양면 마찰 교반 접합에서 강대의 접합을 실시하는 경우, 도 1 등에 나타내는 바와 같은, 본 발명의 1 쌍의 회전 툴 (1, 8) 과, 파지 장치 (13) (도 14 에 기재) 와, 회전 툴을 제어하는 제어 장치 (도시 생략) 를 갖는 양면 마찰 교반 접합 장치를 사용하여 실시한다. 이 제어 장치는, 상기 (1), (2) 의 접합 조건을 만족하도록, 예를 들어 회전 툴 (1, 8) 의 경사 각도, 회전 툴의 선단부끼리의 거리, 접합 속도, 및 회전 툴의 회전수 등을 제어한다. 도 14 에서는, 도면의 우측이 통판 방향 (강대 진행 방향) 의 전측이고, 도면의 좌측이 통판 방향의 후측에 해당한다. 파지 장치 (13) 는, 선행 강대 (4a) 와 후행 강대 (4b) 의 표리면을 파 지하여 양 강대를 고정시킨다. 회전 툴 (1, 8) 이, 양 강대의 대향부 (맞댐부) 를 강대의 폭 방향 (도면의 안쪽으로부터 앞쪽의 방향) 을 따라 동작함으로써, 양 강대가 접합된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 회전 툴 (1, 8) 에 의하면, 회전 툴 (1, 8) 의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 회전 툴의 선단부에 상기한 형상을 채용하고, 또한 서로 대향하는 회전 툴 (1, 8) 의 회전을 역방향으로 함으로써, 접합시의 강대에 충분한 온도 상승과 전단 응력을 부여할 수 있다. 그 결과, 접합부의 결함 발생을 억제할 수 있음과 함께 접합 속도의 고속화가 가능하다.

다음으로, 본 발명의 냉연 강대 및 도금 강대의 제조 방법 그리고 제조 설비에 대해 설명한다. 상기 서술한 본 발명에 관련된 양면 마찰 교반 접합 장치 (양면 마찰 교반 접합 방법) 는, 냉연 강대의 제조 설비 (냉연 강대의 제조 방법) 및 도금 강대의 제조 설비 (도금 강대의 제조 방법) 에 적용할 수 있다.

종래의 냉연 강대의 제조 방법에서는, 코일 접합부가 제조 도중의 라인 내에서 파단되는 경우가 있으며, 최근의 고강도 냉연 강판 등의 제조에 있어서 극복해야 할 과제로서 현재화되고 있다. 상기 서술한 본 발명의 양면 마찰 교반 접합의 기술을 냉연 강대 등의 제조에 적용함으로써, 얻어지는 냉연 강대 등의 접합부의 균열 및 취화를 방지하여, 재료 특성을 향상시킬 수 있기 때문에, 상기한 종래의 과제를 해결할 수 있다.

본 발명의 냉연 강대의 제조 설비는, 적어도, 상기 서술한 양면 마찰 교반 접합 장치와, 필요에 따라 산세 수단과, 냉간 압연 수단과, 어닐링 수단을 갖는다. 또 본 발명의 도금 강대의 제조 설비는, 이들 설비에 더하여, 추가로 도금 수단을 갖는다.

본 발명의 냉연 강대의 제조 방법에서는, 선행 강대의 후단과 후행 강대의 선단이 상기한 양면 마찰 교반 접합에 의해 접합된 후, 접합된 강대에 냉간 압연 수단을 사용하여 냉간 압연 (냉간 압연 처리) 을 실시함으로써, 냉연 강대가 제조된다. 또한, 냉간 압연의 전단에서는, 필요에 따라 산세 수단에 의한 산세를 실시해도 된다. 또, 냉간 압연의 후단에서는, 필요에 따라 냉간 압연된 강대에 어닐링 수단에 의한 어닐링 (어닐링 처리) 을 실시해도 된다.

또, 본 발명의 도금 강대의 제조 방법에서는, 상기 서술한 냉간 압연 처리 및 어닐링 처리가 실시된 냉연 강대에 대해, 추가로, 도금 수단을 사용하여 도금 처리를 실시함으로써, 도금 강대를 제조할 수 있다.

본 발명에 관련된 양면 마찰 교반 접합 장치 (및 양면 마찰 교반 접합 방법) 를 냉연 강대 및 도금 강대의 제조에 적용함으로써, 얻어지는 냉연 강대 및 도금 강대의 접합부의 결함을 적게 하여, 충분한 조인트 강도를 확보할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 작용 및 효과에 대해, 실시예를 사용하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

표 1 에 나타내는 판 두께, 화학 조성, 인장 강도, 및 비커스 경도의 강판을 사용하여, 마찰 교반 접합을 실시하였다. 본 실시예에서는, 일부의 강판에 대해서는 겹침 접합을 실시하고, 나머지 강판에 대해서는 맞댐 접합을 실시하였다.

맞댐 접합의 경우에는, 동종의 강판을 2 장 나열하여, 개선 (開先) 각도를 부여하지 않는 이른바 I 형 개선으로, 프라이즈 가공 정도의 표면 상태에 따라 조인트 맞댐면을 형성한 후, 맞댐부의 일방면측 (표면측) 및 타방면측 (이면측) 의 양방으로부터 회전 툴을 가압하여, 접합 방향으로 이동시켜 접합을 실시하였다.

겹침 접합의 경우에는, 동종의 강판을 2 장 겹쳐, 강판 겹침부의 일방면측 (표면측) 및 타방면측 (이면측) 의 양방으로부터 회전 툴을 가압하여 1 회의 접합 길이를 0.5 m 로 하여 접합을 실시하였다.

또한, 맞댐 접합 및 겹침 접합 중 어느 경우에 있어서도, 접합시에는 1 쌍의 회전 툴을 서로 역방향으로 회전시켰다. 즉, 각각의 툴의 선단부를 정면에서 본 상태에서는, 동일 방향으로 회전한다. 마찰 교반 접합의 접합 조건을 표 2-1 및 표 2-2 에 나타낸다. 또, 여기서는, 도 4(a) ∼ 도 7(b) 에 나타낸 8 종류의 단면 치수 및 형상의 회전 툴을 사용하였다. 표 2-1 및 표 2-2 의「형상」의 란에는, 도 4(a) ∼ 도 7(b) 중 어느 것을 나타낸다. 이들 회전 툴은, 비커스 경도가 1090 인 탄화텅스텐 (WC) 을 소재로 한 것을 사용하였다. 도 5(a), 도 6(a) 및 도 7(a) 에 나타내는 프로브를 갖지 않고, 또한 소용돌이상의 단차부를 갖지 않는 각 회전 툴을 사용한 것을 발명예로 하였다. 또한, 도 5(b), 도 6(b) 및 도 7(b) 에 나타내는 프로브를 갖지 않는 회전 툴에 있어서 소용돌이상의 단차부를 갖는 회전 툴을 사용하는 경우에는, 그 소용돌이의 방향이 시계 방향이기 때문에, 회전 툴의 회전 방향을 반시계 방향으로 하는 것을 발명예로 하고, 회전 툴의 회전 방향을 시계 방향으로 하는 것은 비교예로 하였다. 표 2-1 및 표 2-2 의「단차부의 조건」의 란에「계단상」으로 기재한 것은 도 8(b) 에 나타내는 바와 같은 회전 툴을 사용하고,「홈상」으로 기재한 것은 도 8(c) 에 나타내는 바와 같은 회전 툴을 사용하였다. 도 4(a) 및 도 4(b) 에 나타내는 프로브를 갖는 회전 툴을 사용한 것을 비교예로 하였다.

[표 1]

[표 2-1]

[표 2-2]

얻어진 접합 조인트를 사용하여, 이하에 나타내는 바와 같이 평가를 실시하였다.

(I) 조인트 외관 관찰에서의 표면 결함의 유무

관찰은, 얻어진 접합 조인트의 접합 속도가 표 2-1 및 표 2-2 에 기재된 값이 된 부위를 사용하였다. 표면 결함의 유무는, 소성 유동 부족에 의해 홈상으로 미접합 상태가 보이거나, 혹은 접합 툴의 숄더부 사이의 간극 G 가 지나치게 좁은 것에 의해 접합부가 오목 형상이 되는 상태가 보이는지의 여부를 육안으로 판정한다. 표면 결함으로서, 홈상의 미접합 상태 혹은 접합부의 오목 형상의 상태가 보이는 경우에는, 그 깊이 Dd (㎜) 를 레이저 변위계에 의해 측정하고, 이하의 기준에 따라 평가하였다.

＜기준＞

·없음 : 상기에 기재된 표면 결함이 모두 보이지 않는다.

·양호 : 상기에 기재된 표면 결함 중 어느 것이 보이지만, 상기 깊이 Dd (㎜) 와 강판의 두께 t (㎜) 의 비율 (Dd/t) 이 0.1 이하였다.

·있음 : 상기에 기재된 표면 결함 중 어느 것이 보이고, 또한 상기 깊이 Dd (㎜) 와 강판의 두께 t (㎜) 의 비율 (Dd/t) 이 0.1 을 초과하였다. 혹은, 홈상의 미접합 상태가 표면으로부터 이면으로 관통하였다. 또한, 관통한 경우에는, 접합 불성립으로 간주하여, 내부 결함 및 조인트 강도의 평가는 실시하지 않는다.

(II) 조인트 단면 관찰에서의 내부 결함의 유무

관찰은, 얻어진 접합 조인트의 접합 속도가 표 2-1 및 표 2-2 에 기재된 값이 된 부위에 있어서, 접합 개시측의 단부로부터 20 ㎜ 의 위치, 접합 종료측의 단부로부터 20 ㎜ 의 위치, 및 양 단부의 중간이 되는 위치의 단면을 각각 절단하여, 시험편으로 하였다. 내부 결함의 유무는, 소성 유동 부족에 의해 접합부 내부에 형성한 미접합 상태가 보이는지의 여부를, 광학 현미경 (배율 : 10 배) 에 의해 이하의 기준에 따라 평가하였다.

＜기준＞

·없음 : 상기에 기재된 3 개 지점 중 어느 위치에 있어서도, 터널상으로 형성한 미접합 상태가 보이지 않는다.

·양호 : 상기에 기재된 3 개 지점의 위치에 있어서, 접합부 내부에 형성한 미접합 상태가 1 개 지점 보였다.

·있음 : 상기에 기재된 3 개 지점의 위치에 있어서, 접합부 내부에 형성한 미접합 상태가 2 개 지점 이상 보였다.

표 3 에, (I) 접합 길이 0.5 m 의 접합을 1 회 실시했을 때의 조인트 외관 관찰에 의한 표면 결함의 유무, 및 (II) 조인트 단면 관찰에 의한 내부 결함의 유무의 판정 결과를 각각 나타낸다. 또, 표 3 에는, 얻어진 접합 조인트로부터 JIS Z 3121 에서 규정하는 1 호 시험편의 치수의 인장 시험편을 채취하고, 그 시험편에 의한 인장 시험 (JIS Z 3121) 을 실시했을 때의 인장 강도, 에릭센 시험기를 사용하여, 용접부의 균열 발생 시점까지의 소성 변형된 압입 깊이를 측정하여 평가한 결과를 나타낸다.

표 3 으로부터, 맞댐 조인트의 발명예 1 ∼ 24, 겹침 조인트의 발명예 25 ∼ 27 에서는, 접합 속도를 1.0 m 이상으로 고속화한 경우에도, 조인트 외관 관찰에서 표면 결함은 확인되지 않고, 또 조인트 단면 관찰에서도 내부 결함은 확인되지 않아, 건전한 접합 상태가 얻어진 것이 확인되었다. 또한, 조인트 강도에 관해서는, 모재가 되는 강판의 인장 강도의 95 ％ 이상, 에릭센 시험에서는, 용접부의 균열 발생 시점까지의 압입 깊이 5 ㎜ 이상이 얻어졌다.

이에 반해, 맞댐 조인트의 비교예 1 ∼ 3 에서는, 프로브를 갖지 않고, 시계 방향의 소용돌이상의 단차부를 갖는 각 회전 툴을 사용하여, 회전 툴의 회전 방향을 시계 방향으로 하여 접합을 실시하였다. 얻어진 조인트는 표면 결함 및 내부 결함이 확인되어, 건전한 접합 상태가 얻어지지 않았다. 또한, 조인트 강도에 관해서는, 모재가 되는 강판의 인장 강도의 70 ％ 이하, 에릭센 시험에서는, 용접부의 균열 발생 시점까지의 압입 깊이 4 ㎜ 이하가 되었다.

겹침 조인트의 비교예 4 에서는, 프로브를 갖지 않고, 시계 방향의 소용돌이상의 단차부를 갖는 회전 툴을 사용하여, 회전 툴의 회전 방향을 시계 방향으로 하여 접합을 실시하였다. 얻어진 조인트는 표면 결함 및 내부 결함이 확인되어, 건전한 접합 상태가 얻어지지 않았다. 또한, 조인트 강도에 관해서는, 모재가 되는 강판의 인장 강도의 70 ％ 이하, 에릭센 시험에서는, 용접부의 균열 발생 시점까지의 압입 깊이 4 ㎜ 이하가 되었다.

맞댐 조인트의 비교예 5 ∼ 9 에서는, 핀이 있는 회전 툴을 사용하고, D (회전 툴의 선단부의 직경 (㎜)), α (회전 툴의 경사 각도 (°)), 및 G (1 쌍의 회전 툴의 선단부의 거리 (㎜)) 는 모두 상기한 식 (1), (2), (3) 을 만족하는 조건으로 하였다.

맞댐 조인트의 비교예 5 ∼ 9 에서는, 접합 속도를 1.0 m/분 이상으로 고속화한 경우에도, 조인트 외관 관찰에서 표면 결함은 확인되지 않고, 조인트 단면 관찰에서도 내부 결함은 확인되지 않아, 건전한 접합 상태가 얻어졌다. 또, 조인트 강도, 에릭센 시험에서도 양호한 결과가 얻어진 것이 확인되었다. 한편, 회전 툴의 내구성이 떨어지는 것이 확인되었다.

겹침 조인트의 비교예 10 에서는, 접합 속도를 1.0 m/분 이상으로 고속화한 경우에도, 조인트 외관 관찰에서 표면 결함은 확인되지 않고, 조인트 단면 관찰에서도 내부 결함은 확인되지 않아, 건전한 접합 상태가 얻어졌다. 또, 조인트 강도, 에릭센 시험에서도 양호한 결과가 얻어진 것이 확인되었다. 한편, 회전 툴의 내구성이 떨어지는 것이 확인되었다.

[표 3]

표 4 에, 접합 길이 0.5 m 의 접합을 반복하여, 누적의 접합 횟수에 대해 조인트 단면 관찰에서 내부 결함이 발생하지 않고 건전한 조인트가 얻어질 확률이 90 ％ 이상이 된 접합 횟수를 나타낸다. 표 4 에 나타내는 바와 같이, 맞댐 조인트의 발명예 1 ∼ 24, 겹침 조인트의 발명예 25 ∼ 27 에서는, 건전한 조인트가 얻어질 확률이 90 ％ 이상이 되는 접합 횟수가 13 회 이상이었다.

이에 반해, 맞댐 조인트의 비교예 1 ∼ 3 에서는, 프로브를 갖지 않고, 시계 방향의 소용돌이상의 단차부를 갖는 각 회전 툴을 사용하여, 회전 툴의 회전 방향을 시계 방향으로 하여 접합을 실시하였다. 비교예 1 ∼ 3 에서는, 건전한 조인트가 얻어질 확률이 90 ％ 이상이 되는 접합 횟수는 0 회였다.

겹침 조인트의 비교예 4 에서는, 프로브를 갖지 않고, 시계 방향의 홈상의 단차부를 갖는 회전 툴을 사용하여, 회전 툴의 회전 방향을 시계 방향으로 하여 접합을 실시하였다. 비교예 4 에서는, 건전한 조인트가 얻어질 확률이 90 ％ 이상이 되는 접합 횟수는 0 회였다.

맞댐 조인트의 비교예 5 ∼ 9 에서는, 핀이 있는 회전 툴을 사용하여 접합을 실시하였다. 건전한 조인트가 얻어질 확률이 90 ％ 이상이 되는 접합 횟수는 10 회 이하였다.

겹침 조인트의 비교예 10 에서는, 핀이 있는 회전 툴을 사용하여 접합을 실시하였다. 건전한 조인트가 얻어질 확률이 90 ％ 이상이 되는 접합 횟수는 10 회 이하였다.

이상과 같이, 프로브를 갖지 않고 소용돌이상의 단차부를 갖는 회전 툴을, 단차부의 소용돌이의 방향과 회전 툴의 회전 방향을 동일하게 하여 접합을 실시하면, 조인트에 있어서의 결함의 발생이나 조인트 강도에 문제를 발생시켰다. 핀이 있는 회전 툴에서는, 회전 툴의 내구성이 떨어지는 것이 나타났다.

표 3 에 있어서, 소용돌이상의 단차부의 유무 이외에는 동일한 조건에서 실험을 실시한, 발명예 1 및 4 와, 발명예 2 및 5 와, 발명예 3 및 6 과, 발명예 19 및 22 와, 발명예 20 및 23 과, 발명예 21 및 24 의 결과로부터, 소용돌이상의 단차부를 구비한 회전 툴을 사용함으로써 조인트의 접합 강도를 높일 수 있는 것이 나타났다.

또, 이하에 나타내는 식 (5) 를 만족하지 않는 조건에서 실험을 실시한 발명예 19 및 22 의 결과로부터, 식 (5) 의 범위를 초과하면, 표면 결함「없음」이라는 평가가 되지만, 접합에 충분한 소성 유동의 확보에 영향을 미쳐, 내부 결함의 발생으로 이어지는 경우가 있는 것이 나타났다. 즉, 오목부를 구비한 회전 툴이, 추가로 식 (5) 의 조건을 만족함으로써, 보다 효과적으로 표면 결함 및 내부 결함의 발생을 억제할 수 있으므로, 충분한 강도의 조인트를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

dc/D ≤ 0.03 … 식 (5)

또, 이하에 나타내는 식 (3) 의 범위의 하한을 하회하는 조건에서 실험을 실시한 발명예 20 및 23 의 결과로부터, 식 (3) 의 범위의 하한을 하회하면, 표면 결함 및 내부 결함의 평가로서는「양호」이기는 하지만, 판 두께 방향에 대해 균질적인 소성 유동의 확보에 영향을 미쳐, 표면 결함, 내부 결함의 발생으로 이어지는 경우가 있는 것이 나타났다. 즉, 평면을 구비한 회전 툴이, 추가로 식 (3) 의 조건을 만족함으로써, 보다 효과적으로 표면 결함 및 내부 결함의 발생을 억제할 수 있으므로, 충분한 강도의 조인트를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

4 × t ≤ D ≤ 20 × t … 식 (3)

식 (4) 를 만족하지 않는 조건에서 실험을 실시한 발명예 21 및 24 의 결과로부터, 식 (4) 의 범위를 초과하면, 표면 결함 및 내부 결함의 평가로서는「양호」이기는 하지만, 접합부의 표면의 형상에 영향을 미쳐, 표면 결함의 발생으로 이어지는 경우가 있는 것이 나타났다. 즉, 볼록부를 구비한 회전 툴이, 추가로 식 (4) 의 조건을 만족함으로써, 보다 효과적으로 표면 결함 및 내부 결함의 발생을 억제할 수 있으므로, 충분한 강도의 조인트를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

dv/D ≤ 0.06 … 식 (4)

[표 4]

1 : 표면측 회전 툴
2 : 표면측 회전 툴의 선단부
3 : 표면측 회전 툴의 회전축
4 : 강대
4a : 선행 강대
4b : 후행 강대
5 : 접합부
6 : 강대에 대해 연직 방향의 수직선
7 : 접합 중앙선
8 : 이면측 회전 툴
9 : 이면측 회전 툴의 선단부
10 : 이면측 회전 툴의 회전축
11 : 선단부
12 : 단차부
12b : 계단부
12c : 홈부
13 : 파지 장치
G : 회전 툴의 선단부 사이의 거리
α : 회전 툴의 경사 각도
D : 회전 툴의 선단부의 직경
t : 강대의 두께

Claims

선행 강대의 후단과 후행 강대의 선단을, 맞댐 접합 또는 겹침 접함함에 있어서,
강대의 맞댐부 또는 겹침부의 일방면측과 타방면측에 각각 배치한 1 쌍의 회전 툴을, 서로 역방향으로 회전시키면서 상기 강대의 맞댐부 또는 겹침부에 가압하여 접합 방향으로 이동시켜, 상기 회전 툴과 상기 강대의 미접합부의 마찰열에 의해 상기 강대의 미접합부를 연화시키면서, 그 연화된 부위를 상기 회전 툴로 교반함으로써 소성 유동을 발생시켜 상기 강대끼리를 접합하는 양면 마찰 교반 접합 방법에 있어서,
상기 1 쌍의 회전 툴은, 원형 또한 평면상, 원형 또한 볼록형의 곡면상, 및, 원형 또한 오목형의 곡면상 중 어느 1 종으로 형성된 선단부를 갖고,
상기 선단부는, 상기 강대보다 단단한 재질인, 양면 마찰 교반 접합 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 선단부는, 회전 방향과는 반대 방향으로 형성된 소용돌이상의 단차부를 갖는, 양면 마찰 교반 접합 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 1 쌍의 회전 툴의 회전축을 상기 강대의 미접합부 표면의 법선으로부터 접합 방향에 대해 후방측으로 경사지게 하는 경사 각도 α (°), 상기 선단부의 직경 D (㎜), 및 상기 1 쌍의 회전 툴의 상기 선단부 사이의 거리 G (㎜) 가, 이하의 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하는, 양면 마찰 교반 접합 방법.
0 ≤ α ≤ 3 … (1)
0.25 × t － 0.2 × D × sinα ≤ G ≤ 0.8 × t － 0.2 × D × sinα … (2)
여기서, t 는 강대를 맞대는 경우에는 강대의 두께 (㎜) 로 하고, 강대를 겹치는 경우에는 겹친 강대의 총 두께 (㎜) 로 한다.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단부의 직경 D (㎜) 가, 식 (3) 을 만족하는, 양면 마찰 교반 접합 방법.
4 × t ≤ D ≤ 20 × t … (3)
여기서, t 는 강대를 맞대는 경우에는 강대의 두께 (㎜) 로 하고, 강대를 겹치는 경우에는 겹친 강대의 총 두께 (㎜) 로 한다.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단부의 상기 볼록형의 곡면 높이를 dv (㎜) 로 할 때,
상기 선단부의 직경 D (㎜) 와 상기 볼록형의 곡면 높이 dv 가, 식 (4) 를 만족하는, 양면 마찰 교반 접합 방법.
dv/D ≤ 0.06 … (4)
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단부의 상기 오목형의 곡면 깊이를 dc (㎜) 로 할 때,
상기 선단부의 직경 D (㎜) 와 상기 오목형의 곡면 깊이 dc 가, 식 (5) 를 만족하는, 양면 마찰 교반 접합 방법.
dc/D ≤ 0.03 … (5)
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 양면 마찰 교반 접합 방법을 사용하여, 선행 강대의 후단과 후행 강대의 선단을 접합한 후에, 냉간 압연 또는 산세 후에 냉간 압연을 실시하는, 냉연 강대의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 냉간 압연 후에 어닐링을 실시하는, 냉연 강대의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 양면 마찰 교반 접합 방법을 사용하여, 선행 강대의 후단과 후행 강대의 선단을 접합한 후에, 냉간 압연 또는 산세 후에 냉간 압연을 실시하고, 이어서 어닐링 및 도금을 실시하는, 도금 강대의 제조 방법.
2 장의 강대의 미접합부에 대향하여 각각 배치되는 1 쌍의 회전 툴과, 그 1 쌍의 회전 툴의 동작을 제어하는 제어 장치를 갖고,
맞댄 또는 서로 겹친 상기 강대의 미접합부에 있어서, 상기 1 쌍의 회전 툴이 가압, 및 서로 역방향으로 회전하면서 접합 방향으로 이동함으로써 상기 강대끼리를 접합하는 양면 마찰 교반 접합 장치에 있어서,
상기 1 쌍의 회전 툴은, 원형 또한 평면상, 원형 또한 볼록형의 곡면상, 및, 원형 또한 오목형의 곡면상 중 어느 1 종으로 형성된 선단부를 갖고,
상기 선단부는, 상기 강대보다 단단한 재질인, 양면 마찰 교반 접합 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 선단부는, 회전 방향과는 반대 방향으로 형성된 소용돌이상의 단차부를 갖는, 양면 마찰 교반 접합 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 1 쌍의 회전 툴의 회전축을 상기 강대의 미접합부 표면의 법선으로부터 접합 방향에 대해 후방측으로 경사지게 하는 경사 각도 α (°), 상기 선단부의 직경 D (㎜), 및 상기 1 쌍의 회전 툴의 상기 선단부 사이의 거리 G (㎜) 가, 이하의 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하도록 제어하는, 양면 마찰 교반 접합 장치.
0 ≤ α ≤ 3 … (1)
0.25 × t － 0.2 × D × sinα ≤ G ≤ 0.8 × t － 0.2 × D × sinα … (2)
여기서, t 는 강대를 맞대는 경우에는 강대의 두께 (㎜), 강대를 겹치는 경우에는 겹친 강대의 총 두께 (㎜) 로 한다.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단부의 직경 D (㎜) 가, 식 (3) 을 만족하는, 양면 마찰 교반 접합 장치.
4 × t ≤ D ≤ 20 × t … 식 (3)
여기서, t 는 강대를 맞대는 경우에는 강대의 두께 (㎜), 강대를 겹치는 경우에는 겹친 강대의 총 두께 (㎜) 로 한다.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단부의 상기 볼록형의 곡면 높이를 dv (㎜) 로 할 때,
상기 선단부의 직경 D (㎜) 와 상기 볼록형의 곡면 높이 dv 가, 식 (4) 를 만족하는, 양면 마찰 교반 접합 장치.
dv/D ≤ 0.06 … (4)
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단부의 상기 오목형의 곡면 깊이를 dc (㎜) 로 할 때,
상기 선단부의 직경 D (㎜) 와 상기 오목형의 곡면 깊이 dc 가, 식 (5) 를 만족하는, 양면 마찰 교반 접합 장치.
dc/D ≤ 0.03 … (5)
제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 양면 마찰 교반 접합 장치에 더하여, 접합된 강대에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 수단, 또는 접합된 강대를 산세 수단에 의한 산세 후에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 수단을 구비한, 냉연 강대의 제조 설비.
제 16 항에 있어서,
추가로, 냉간 압연된 강대에 어닐링을 실시하는 어닐링 수단을 구비한, 냉연 강대의 제조 설비.
제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 양면 마찰 교반 접합 장치에 더하여, 접합된 강대에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 수단 또는 접합된 강대를 산세 수단에 의한 산세 후에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 수단, 냉간 압연된 강대에 어닐링을 실시하는 어닐링 수단, 및 어닐링된 강대에 도금 처리를 실시하는 도금 수단을 구비한, 도금 강대의 제조 설비.