TW202233341A - 鋼帶的雷射切斷方法、雷射切斷設備、鋼帶的冷軋方法以及冷軋鋼帶的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的鋼帶的雷射切斷方法使用脈衝式雷射光，對將先行鋼帶的後端部與後行鋼帶的前端部接合的接合部附近進行切斷，所述鋼帶的雷射切斷方法中，將脈衝式雷射光的功率設為每1 ms為0.5 kW以上，將脈衝式雷射光的加工點直徑設為0.1 mm以上且小於0.6 mm，將脈衝週期時間與休止時間的比設為0.3以上且小於0.8。
Description
本發明是有關於一種鋼帶的雷射切斷方法、雷射切斷設備、冷軋方法以及冷軋鋼帶的製造方法。
於鋼帶的冷軋步驟中，以提高生產性或良率為目的，一般將先行材（先行鋼帶）的後端部與後行材（後行鋼帶）的前端部接合而將鋼帶連續地供給至冷軋生產線。藉此，能夠於遍及全長賦予張力的狀態下對鋼帶進行軋製，於鋼帶的前端部及後端部亦可高精度地控制厚度及形狀。
隨著冷軋鋼帶的高合金化、雷射焊接機的進步，先行材與後行材藉由雷射焊接而非藉由先前的閃光對焊（flash butt welding）等接合的情況逐漸成為主流。但是，與閃光對焊或雷射焊接等焊接手段無關，於先行材與後行材的接合部（焊接部）的寬度方向端部，由於先行材與後行材的寬度和厚度的差或位置偏移等，不可避免地形成有階差。因此，若直接於該狀態下對鋼帶進行軋製，則於階差部產生應力集中，鋼帶有可能於焊接部斷裂。若鋼帶於焊接部斷裂，則不得不停止冷軋生產線，因此生產性顯著降低。另外，由於需要更換因斷裂片而損傷的工作輥，故生產成本上升。
特別是近年來，以構件的輕量化或特性提高為目的，對冷軋鋼帶的薄規格化和高強度化的要求越發強烈。而且，現狀是，伴隨於此，對冷軋要求的壓下率或軋製負荷變高，階差部的應力集中增加，鋼帶的斷裂率隨之變高。因此，為了抑制鋼帶於焊接部的斷裂，以緩和階差部附近的應力集中為目的，進行於焊接部的寬度方向端部形成凹口（切口）的衝口（notching）後對鋼帶進行軋製。再者，於鋼帶的寬度方向端部，由於對接精度等差，焊接不充分，強度容易降低，因此，於衝口時，亦有切掉強度低的部分（大致距寬度方向端部30 mm左右）的目的。
作為衝口的方法，例如如專利文獻1所記載般，一般為對不具有角部的半圓形形狀的凹口進行機械剪切加工的方法。然而，於半圓形形狀的凹口中，外緣的曲率一律，鋼帶的寬度於焊接部中變得最小，因此於焊接部中產生最大應力。因此，於專利文獻2中，作為用於縮短衝口時間的方法，記載了一種使用雷射切斷來形成凹口的方法。另外，於專利文獻3中，記載了一種熔渣（dross）（雷射切斷時的熔融物）的產生量少的雷射切斷方法。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平5-76911號公報
專利文獻2：日本專利特開昭60-115387號公報
專利文獻3：日本專利第6354793號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，於如上所述的衝口的方法中，現狀是特別是於Si或Mn的含量多的矽鋼板或高張力鋼板等脆性材料、高合金材料的冷軋時，無法發揮充分的效果，無法充分抑制鋼帶於焊接部的斷裂。
本發明是鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種即便於脆性材料或高合金材料的情況下亦能夠抑制鋼帶於焊接部斷裂的、鋼帶的雷射切斷方法以及雷射切斷設備。另外，本發明的另一目的在於提供一種即便於脆性材料或高合金材料的情況下亦能夠抑制鋼帶於焊接部斷裂而穩定地進行冷軋的、鋼帶的冷軋方法。進而，本發明的另一目的在於提供一種即便於脆性材料或高合金材料的情況下亦能夠抑制鋼帶於焊接部斷裂而穩定地製造冷軋鋼帶的、冷軋鋼帶的製造方法。
[解決課題之手段]
本發明的發明者等人發現，於藉由雷射光而切斷後的鋼帶的剖面產生的熔渣藉由冷軋伸展為銳利的形狀，有可能會成為自鋼帶的寬度方向端部起的裂紋的起點。因此，對能夠進一步抑制熔渣的產生的雷射切斷條件進行了研究，結果發現，藉由將脈衝週期時間與脈衝時間的比（任務因數（duty factor））設為小於一定值，可縮短相對於雷射切斷長度而言的熔渣的產生長度。
另外發現，即便藉由雷射光對鋼帶進行了切斷，但若於焊接部的附近殘存有加工硬化的剪切面，則此處亦會成為應力集中的起點而造成鋼帶於焊接部附近斷裂。具體而言，對於焊接部附近的冷軋鋼帶，於焊接時藉由衝孔機（puncher）對寬度方向中央部附近實施圓形的孔加工。實施該孔加工的目的是使串列式冷軋機追蹤焊接點位置，但由於衝孔機為衝裁加工，故衝孔機破面成為剪切面。因此，若實施高負荷的冷軋，則自衝孔機破面產生應力集中，焊接部附近的鋼帶發生斷裂。
本發明是基於上述構思而完成者，且具有以下特徵。
本發明的鋼帶的雷射切斷方法使用脈衝式雷射光，對將先行鋼帶的後端部與後行鋼帶的前端部接合的接合部附近進行切斷，所述鋼帶的雷射切斷方法中，將所述脈衝式雷射光的功率設為每1 ms為0.5 kW以上，將所述脈衝式雷射光的加工點直徑設為0.1 mm以上且小於0.6 mm，將脈衝週期時間與休止時間的比設為0.3以上且小於0.8。
可設為：藉由所述脈衝式雷射光形成的切斷部包括鋼帶的寬度方向兩端面與一個以上的閉合剖面形狀。
可設為：作為所述脈衝式雷射光中使用的氣體，使用0.5 MPa以上的壓縮空氣。
本發明的鋼帶的雷射切斷設備使用脈衝式雷射光，對將先行鋼帶的後端部與後行鋼帶的前端部接合的接合部附近進行切斷，所述鋼帶的雷射切斷設備中，將所述脈衝式雷射光的功率設為每1 ms為0.5 kW以上，將所述脈衝式雷射光的加工點直徑設為0.1 mm以上且小於0.6 mm，將脈衝週期時間與脈衝時間的比設為0.3以上且小於0.8。
可設為：藉由所述脈衝式雷射光形成的切斷部包括鋼帶的寬度方向兩端面與一個以上的閉合剖面形狀。
可設為：作為所述脈衝式雷射光中使用的氣體，使用0.5 MPa以上的壓縮空氣。
本發明的鋼帶的冷軋方法對藉由本發明的鋼帶的雷射切斷方法切斷後的鋼帶進行冷軋。
本發明的冷軋鋼帶的製造方法藉由包括本發明的鋼帶的冷軋方法的步驟製造冷軋鋼帶。
[發明的效果]
根據本發明的鋼帶的雷射切斷方法及雷射切斷設備，即便於脆性材料或高合金材料的情況下亦可抑制鋼帶於焊接部的斷裂。另外，根據本發明的鋼帶的冷軋方法，即便於脆性材料或高合金材料的情況下亦可抑制鋼帶於焊接部的斷裂而穩定地進行冷軋。進而，根據本發明的冷軋鋼帶的製造方法，即便於脆性材料或高合金材料的情況下亦可抑制鋼帶於焊接部的斷裂而穩定地製造冷軋鋼帶。
以下，參照圖式對作為本發明一實施形態的鋼帶的雷射切斷方法、雷射切斷設備、冷軋方法以及冷軋鋼帶的製造方法進行說明。再者，以下所示的實施形態例示用於使本發明的技術思想具體化的裝置和方法，但並不將構成零件的材質、形狀、結構、配置等特別限定於以下所示的實施形態。另外，圖式為示意性的。因此，應留意厚度與平面尺寸之間的關係或比例等與現實不同，圖式相互間亦包含相互尺寸的關係或比例不同的部分。
圖1是用於說明作為本發明一實施形態的鋼帶的雷射切斷方法的示意圖。如圖1所示，作為本發明一實施形態的鋼帶的雷射切斷方法針對鋼帶的規定範圍，藉由使用雷射光的切斷（雷射切斷）形成圓弧狀的凹口11，所述鋼帶的規定範圍包括先行鋼帶1的後端部與後行鋼帶2的前端部的焊接部3的寬度方向端部。藉此，可於不使焊接部3的寬度方向端部發生加工硬化的情況下形成凹口11。另外，即便於Si或Mn的含量多的矽鋼板、高張力鋼板等脆性材料或高合金材料的情況下，亦可對先行鋼帶1及後行鋼帶2連續地進行冷軋而不會於焊接部3發生斷裂。再者，凹口11的形狀或雷射切斷的軌跡（雷射光的掃描軌跡）並不限定於本實施形態，凹口11的形狀亦可為半圓形形狀、大致等腰梯形形狀等其他形狀。此外，於本實施形態中，藉由閉合剖面形狀的雷射切斷來實施先前藉由衝孔機進行的對鋼帶的寬度方向中央部附近的衝裁加工。再者，於圖1所示的例子中，於先行鋼帶1形成有閉合剖面形狀的孔部12，但亦可於後行鋼帶2形成孔部12。另外，閉合剖面形狀、切斷孔數量以及切斷位置座標亦無特別限定。此外，於焊接點的追蹤方法是藉由漏磁通法或其他圖像判定法來實施的情況下，無須形成孔部。
於本實施形態中，為了評價雷射切斷時殘存的熔渣對冷軋帶來的影響，進行了以下所述的實驗室規模的軋製實驗。即，作為測試材，使用含有3.3質量%的Si、且對寬度方向兩端部進行了雷射切斷的板厚2 mm的矽鋼板。而且，於不賦予張力的情況下，使用工作輥直徑500 mm的軋機對測試材進行總壓下率50%的冷軋。
圖2的（a）表示壓下率為0%時的測試材的剖面圖像，圖2的（b）表示壓下率為50%時的測試材的剖面圖像，圖2的（c）表示壓下率為50%時的測試材的表面圖像。如圖2的（a）～圖2的（c）所示，可知於因雷射切斷條件不良而熔渣殘存的情況下，熔渣於冷軋後亦殘存，進而熔渣發展為銳利的形狀。於本實驗中，雖然未對測試材賦予張力，但推斷於如實際生產般賦予張力進行軋製的串列式軋製中，發展為銳利的形狀的熔渣會成為應力集中的起點而導致鋼帶的斷裂。
因此，於本實施形態中，作為雷射切斷條件，將雷射功率設為每1 ms為0.5 kW以上，將雷射的加工點直徑設為0.1 mm以上且小於0.6 mm，將圖3所示的脈衝週期時間與脈衝時間的比（任務因數）設為0.3以上且小於0.8，以盡力減少如上所述的熔渣的附著面積。於如雷射的加工點直徑為0.6 mm以上或任務因數超過0.8般的雷射切斷條件下，熱的投入量變大，容易生成熔渣。另一方面，於如雷射的加工點直徑小於0.1 mm或任務因數小於0.3般的雷射切斷條件下，熱的投入量變少，無法切斷鋼帶。
雷射的加工點直徑更佳為0.2 mm～0.3 mm，任務因數更佳為0.5～0.75。另外，脈衝式雷射中使用的氣體較佳設為0.5 MPa以上的壓縮空氣。其原因在於：於小於0.5 MPa的氣體壓力下，生成的熔渣不會被吹走而容易殘留於切斷剖面。
另外，於將雷射切斷時使用的氣體設為氧的情況下，能夠藉由利用氧化反應熱而以低功率進行切斷。然而，於雷射光的掃描速度慢的條件及雷射功率高的條件下，會產生在未照射雷射光的部分熔融發展的自行燃燒現象。藉由氮亦能夠獲得同樣的效果，但於掃描速度慢的條件以及功率高的條件下，氮會固溶於熔融部或熔渣而生成硬質的氮化物或氮化層，因此有成為應力集中的起點的情況。更佳為不僅價格便宜、而且藉由適度地包含氧而可利用氧化反應熱的壓縮空氣。
進一步進行補充，若為通常的低碳鋼，則即便進行先前的剪切加工亦不會產生寬度方向端部的裂紋（邊緣裂紋）。因此，對於幾乎不發生焊接部附近的斷裂的鋼種而言，本發明未必適用，本發明應適用於因剪切加工而焊接部斷裂的脆性材料或高合金材料等鋼種。但是，關於串列式冷軋機，有為矽鋼板或高張力鋼板的專用軋機的情況，亦有並非矽鋼板或高張力鋼板的專用軋機而是對低碳鋼等亦一併進行軋製的兼用軋機的情況。該情況下，對於低碳鋼，亦可藉由雷射切斷進行衝口。另外，亦可併設剪切加工機與雷射切斷機兩者並根據鋼種分開使用。
[實施例]
以下，基於實施例來說明本發明。使用包括共五個軋製機座的串列式冷軋機，將母材厚度2.0 mm、板寬度1000 mm的含有2.8質量%～3.3質量%的Si的電磁鋼板用素材鋼板作為軋製材，進行冷軋直至最終厚度為0.300 mm為止，如此進行實驗。於實施例中，基於本發明的實施形態進行雷射切斷。另一方面，於比較例中，實施的是不進行滿足本發明的條件的雷射切斷的雷射切斷條件。除此以外，與實施例同樣地進行軋製。將進行如上雷射切斷後的實施例以及比較例中的熔渣產生狀況與100卷軋製後的斷裂卷產生率示於表1。再者，表1中記載的熔渣高度及熔渣產生長度的◎、○、△、×的含義如表2所記載。
[表1]
（表1）
| 條件 | Si量 [%] | 功率 [kW] | 任務 因數 | 加工點直徑 [mm] | 衝孔機 方法 | 氣體種類 | 壓力 [MPa] | 掃描速度 [m/min.] | 熔渣 高度 | 熔渣產生長度 | 斷裂產生率 [%] | 備註 |
| 1 | 3.0 | 0.8 | 0.5 | 0.25 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | ◎ | ◎ | 1.0 | 實施例 |
| 2 | 3.0 | 0.4 | 0.5 | 0.25 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | × | △ | 10.0 | 比較例 |
| 3 | 3.0 | 0.8 | 0.8 | 0.25 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | × | ○ | 7.5 | 比較例 |
| 4 | 3.0 | 0.8 | 0.25 | 0.25 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | ◎ | × | 7.0 | 比較例 |
| 5 | 3.0 | 0.8 | 0.5 | 0.60 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | × | ○ | 6.0 | 比較例 |
| 6 | 3.0 | 0.8 | 0.5 | 0.05 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | △ | × | 8.0 | 比較例 |
| 7 | 3.3 | 0.8 | 0.5 | 0.25 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | ◎ | ◎ | 1.0 | 實施例 |
| 8 | 2.8 | 0.8 | 0.5 | 0.25 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | ◎ | ◎ | 0.5 | 實施例 |
| 9 | 3.0 | 0.8 | 0.5 | 0.25 | 剪切 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | ◎ | ◎ | 2.0 | 實施例 |
| 10 | 3.0 | 0.8 | 0.5 | 0.25 | 雷射 | 氧 | 1.0 | 3.0 | ○ | ○ | 2.0 | 實施例 |
| 11 | 3.0 | 1.0 | 0.5 | 0.25 | 雷射 | 氮 | 1.0 | 3.0 | ○ | ○ | 1.5 | 實施例 |
| 12 | 3.0 | 0.8 | 0.5 | 0.15 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | ◎ | ○ | 2.0 | 實施例 |
| 13 | 3.0 | 0.8 | 0.5 | 0.35 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | ◎ | ○ | 1.5 | 實施例 |
| 14 | 3.0 | 0.8 | 0.4 | 0.25 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | ○ | ○ | 2.0 | 實施例 |
| 15 | 3.0 | 0.8 | 0.78 | 0.25 | 雷射 | 壓縮空氣 | 1.0 | 3.0 | ○ | ◎ | 2.0 | 實施例 |
[表2]
| 熔渣高度 | 熔渣產生長度 | |
| × | 無法切斷 | 相對於雷射切斷長度為8成以上 |
| △ | 熔渣為0.2 mm以上 | 相對於雷射切斷長度為4成～7成 |
| ○ | 熔渣小於0.2 mm | 相對於雷射切斷長度為2成～3成以上 |
| ◎ | 無熔渣 | 相對於雷射切斷長度為1成以上 |
如表1所示，於比較例中，焊接部斷裂的發生率為6.0%～10.0%，與此相對，於實施例中，焊接部斷裂的發生率為2%以下。根據以上所述，確認了本發明的有效性。即，藉由應用本發明來對先行鋼帶與後行鋼帶的焊接部附近進行雷射切斷，可減少熔渣的生成量，且消除焊接部附近的加工硬化。而且，藉此，可抑制焊接部斷裂的發生，達成生產性以及良率的提高。
以上，對應用藉由本發明者等人所作的發明的實施形態進行了說明，但本發明並不由構成基於本實施形態的本發明揭示的一部分的描述和圖式限定。即，藉由本領域中具有通常知識者等基於本實施形態等作出的其他實施形態、實施例及運用技術等全部包含於本發明的範疇內。
[產業上之可利用性]
根據本發明，可提供一種即便於脆性材料或高合金材料的情況下亦能夠抑制鋼帶於焊接部斷裂的、鋼帶的雷射切斷方法以及雷射切斷設備。另外，根據本發明，可提供一種即便於脆性材料或高合金材料的情況下亦能夠抑制鋼帶於焊接部斷裂而穩定地進行冷軋的、鋼帶的冷軋方法。進而，根據本發明，可提供一種即便於脆性材料或高合金材料的情況下亦能夠抑制鋼帶於焊接部斷裂而穩定地製造冷軋鋼帶的、冷軋鋼帶的製造方法。
1:先行鋼帶
2:後行鋼帶
3:焊接部
11:凹口
12:孔部
圖1是用於說明作為本發明一實施形態的鋼帶的雷射切斷方法的示意圖。
圖2的（a）～圖2的（c）是表示測試材的剖面圖像以及表面圖像的圖。
圖3是用於說明任務因數的圖。
1:先行鋼帶
2:後行鋼帶
3:焊接部
11:凹口
12:孔部
Claims (8)
- 一種鋼帶的雷射切斷方法，使用脈衝式雷射光，對將先行鋼帶的後端部與後行鋼帶的前端部接合的接合部附近進行切斷，所述鋼帶的雷射切斷方法中， 將所述脈衝式雷射光的功率設為每1 ms為0.5 kW以上，將所述脈衝式雷射光的加工點直徑設為0.1 mm以上且小於0.6 mm，將脈衝週期時間與休止時間的比設為0.3以上且小於0.8。
- 如請求項1所述的鋼帶的雷射切斷方法，其中，藉由所述脈衝式雷射光形成的切斷部包括鋼帶的寬度方向兩端面與一個以上的閉合剖面形狀。
- 如請求項1或請求項2所述的鋼帶的雷射切斷方法，其中，作為所述脈衝式雷射光中使用的氣體，使用0.5 MPa以上的壓縮空氣。
- 一種雷射切斷設備，為鋼帶的雷射切斷設備，且使用脈衝式雷射光，對將先行鋼帶的後端部與後行鋼帶的前端部接合的接合部附近進行切斷，所述鋼帶的雷射切斷設備中， 將所述脈衝式雷射光的功率設為每1 ms為0.5 kW以上，將所述脈衝式雷射光的加工點直徑設為0.1 mm以上且小於0.6 mm，將脈衝週期時間與脈衝時間的比設為0.3以上且小於0.8。
- 如請求項4所述的鋼帶的雷射切斷設備，其中，藉由所述脈衝式雷射光形成的切斷部包括鋼帶的寬度方向兩端面與一個以上的閉合剖面形狀。
- 如請求項4或請求項5所述的鋼帶的雷射切斷設備，其中，作為所述脈衝式雷射光中使用的氣體，使用0.5 MPa以上的壓縮空氣。
- 一種鋼帶的冷軋方法，對藉由如請求項1至請求項3中任一項所述的鋼帶的雷射切斷方法切斷後的鋼帶進行冷軋。
- 一種冷軋鋼帶的製造方法，藉由包括如請求項7所述的鋼帶的冷軋方法的步驟製造冷軋鋼帶。
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