TW202233343A - 鋼帶的雷射切割方法、雷射切割設備、冷軋方法和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割方法是使用雷射光對鋼帶的寬度方向端部進行切割的鋼帶的雷射切割方法，所述鋼帶包括將先行鋼帶的後端部與後行鋼帶的前端部接合的接合部，所述鋼帶的雷射切割方法對鋼帶進行切割，使得於切割後的寬度方向端部中，縱橫比1.0以上的熔渣間的間隔為1.0 mm以上，且縱橫比1.0以上的熔渣與縱橫比小於1.0的熔渣間的間隔為1.0 mm以上。
Description
本發明是有關於一種鋼帶的雷射切割方法、雷射切割設備、冷軋方法和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，進行衝口（notching）而於焊接部的寬度方向端部形成凹口（切口）後再對鋼帶進行軋製。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割來形成凹口的方法。另外，於專利文獻3中，記載了一種熔渣（dross）（雷射切割時的熔融物）的產生量少的雷射切割方法。
[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、鋼帶的雷射切割方法和雷射切割設備。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，於藉由雷射光而切割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，對熔渣與鋼帶的裂紋敏感性的關係進行了研究，結果發現，當雷射切割時產生的熔渣密集時鋼帶的裂紋敏感性變高。而且，本發明的發明者等人發現，藉由對鋼帶的雷射切割面中熔渣的縱橫比（熔渣高度/熔渣寬度）以及熔渣的間隔進行控制，即便於冷軋後亦可抑制自鋼帶的寬度方向端部起的裂紋。
另外發現，即便藉由雷射光對鋼帶進行了切割，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割方法是使用雷射光對鋼帶的寬度方向端部進行切割的鋼帶的雷射切割方法，所述鋼帶包括將先行鋼帶的後端部與後行鋼帶的前端部接合的接合部，所述鋼帶的雷射切割方法對鋼帶進行切割，使得於切割後的所述寬度方向端部中，縱橫比1.0以上的熔渣間的間隔為1.0 mm以上，且縱橫比1.0以上的熔渣與縱橫比小於1.0的熔渣間的間隔為1.0 mm以上。
可於使所述鋼帶停止的狀態下連續執行切割步驟以及孔部形成步驟，所述切割步驟對所述寬度方向端部進行切割，所述孔部形成步驟藉由雷射而於所述鋼帶形成一個以上的孔部。
本發明的鋼帶的雷射切割設備執行本發明的鋼帶的雷射切割方法。
本發明的鋼帶的冷軋方法對藉由本發明的鋼帶的雷射切割方法切割後的鋼帶進行冷軋。
本發明的冷軋鋼帶的切割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割方法及雷射切割設備，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割方法、雷射切割設備、冷軋方法和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割方法的示意圖。如圖1所示，作為本發明一實施形態的鋼帶的雷射切割方法針對鋼帶的規定範圍，藉由使用雷射光的切割（雷射切割）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的形狀或雷射切割的軌跡（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。
於本實施形態中，為了評價雷射切割時殘存於鋼帶的切割面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割的板厚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）、圖2的（b）表示熔渣產生量多的部分於冷軋後的測試材的剖面圖像和表面圖像。另外，圖3的（a）、圖3的（b）表示熔渣產生量少的部分於冷軋後的測試材的剖面圖像和表面圖像。如根據圖2的（a）、圖2的（b）與圖3的（a）、圖3的（b）的比較而明確，可知於因雷射切割條件不良而熔渣殘存的情況下，熔渣於冷軋後亦殘存，進而熔渣的形狀發展為銳利的形狀。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冷軋的串列式軋製中，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於焊接部斷裂。
根據以上所述，於本實施形態中，將雷射切割時產生的縱橫比（熔渣高度/熔渣寬度）1.0以上的熔渣間的間隔設為1.0 mm以上，且將縱橫比1.0以上的熔渣與縱橫比小於1.0的熔渣間的間隔設為1.0 mm以上。根據此種熔渣的狀態，即便於Si或Mn的含量多的矽鋼板或高張力鋼板等脆性材料、高合金材料的情況下，亦可抑制於冷軋時熔渣的形狀發展為銳利的形狀，從而可於焊接部不發生鋼帶的斷裂地進行冷軋。
再者，於本實施形態中，關於雷射切割的加工條件，除了將雷射切割時產生的縱橫比1.0以上的熔渣間的間隔設為1.0 mm以上、且將縱橫比1.0以上的熔渣與縱橫比小於1.0的熔渣間的間隔設為1.0 mm以上以外，無須進行特別限定。根據鋼帶的厚度等適當設定即可。例如，雷射功率設為每1 ms為0.5 kW以上，雷射光的加工點直徑設為0.1 mm以上且小於1.0 mm，將圖4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。另外，作為脈衝式雷射光中使用的氣體，可使用壓縮空氣、氮和氧。另外，氣體壓力較佳設為0.5 MPa以上。此外，於本實施形態中，藉由閉合剖面形狀的雷射切割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、切割孔數量和切割位置座標亦無特別限定。另外，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。
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，亦可藉由雷射切割進行衝口。另外，亦可併設剪切加工機與雷射切割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割。即，於先行鋼帶與後行鋼帶的焊接部附近，進行針對鋼帶兩端面的半圓形形狀的雷射切割和針對先行鋼帶的寬度中央位置的圓形閉合剖面形狀的雷射切割。再者，切割條件設為氣體種類：壓縮空氣、氣體壓力1.0 MPa、雷射功率0.8 kW、任務因數0.5、掃描速度3.0 m/min.。另外，於比較例中，並不進行滿足本發明的條件的雷射切割，而是於使得銳利形狀的熔渣產生變多的雷射切割條件下實施，除此以外，與實施例同樣地進行軋製。將進行如上雷射切割後的實施例和比較例中的熔渣的狀態和100卷軋製後的斷裂卷產生率示於表1。
[表1]
（表1）
| 條件 | Si量[%] | 熔渣縱橫比 | 鄰接熔渣縱橫比 | 熔渣間隔[mm] | 衝孔機方法 | 斷裂產生率[%] | 備註 |
| 1 | 3.0 | 0.5 | 0.5 | 2.0 | 雷射 | 1.0 | 實施例 |
| 2 | 3.0 | 0.5 | 0.5 | 0.8 | 雷射 | 1.5 | 實施例 |
| 3 | 3.0 | 1.0 | 0.5 | 2.0 | 雷射 | 1.5 | 實施例 |
| 4 | 3.0 | 1.0 | 1.2 | 5.0 | 雷射 | 2.0 | 實施例 |
| 5 | 3.0 | 1.2 | 1.5 | 0.5 | 雷射 | 12.0 | 比較例 |
| 6 | 3.0 | 0.5 | 1.5 | 0.5 | 雷射 | 8.0 | 比較例 |
| 7 | 3.0 | 0.5 | 0.5 | 2.0 | 剪切 | 2.0 | 實施例 |
| 8 | 2.8 | 0.5 | 0.5 | 2.0 | 雷射 | 1.0 | 實施例 |
| 9 | 3.3 | 0.5 | 0.5 | 2.0 | 雷射 | 1.5 | 實施例 |
如表1所示，於比較例中，焊接部斷裂的發生率為8.0%～12.0%，與此相對，於實施例中，焊接部斷裂的發生率為2%以下。藉此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割，可減少銳利形狀的熔渣的量，且消除焊接部附近的加工硬化部。而且，藉此，可抑制焊接部斷裂的發生，達成生產性的提高、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、鋼帶的雷射切割方法和雷射切割設備。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割方法的示意圖。
圖2的（a）、圖2的（b）是表示熔渣產生量多的部分於冷軋後的測試材的剖面圖像和表面圖像的圖。
圖3的（a）、圖3的（b）是表示熔渣產生量少的部分於冷軋後的測試材的剖面圖像和表面圖像的圖。
圖4是用於說明任務因數（duty factor）的圖。
1:先行鋼帶
2:後行鋼帶
3:焊接部
11:凹口
12:孔部
Claims (5)
- 一種鋼帶的雷射切割方法，使用雷射光對鋼帶的寬度方向端部進行切割，所述鋼帶包括將先行鋼帶的後端部與後行鋼帶的前端部接合的接合部，其中， 所述鋼帶的雷射切割方法對鋼帶進行切割，使得於切割後的所述寬度方向端部中，縱橫比1.0以上的熔渣間的間隔為1.0 mm以上，且縱橫比1.0以上的熔渣與縱橫比小於1.0的熔渣間的間隔為1.0 mm以上。
- 如請求項1所述的鋼帶的雷射切割方法，其中，於使所述鋼帶停止的狀態下連續執行切割步驟以及孔部形成步驟，所述切割步驟對所述寬度方向端部進行切割，所述孔部形成步驟藉由雷射而於所述鋼帶形成一個以上的孔部。
- 一種雷射切割設備，為鋼帶的雷射切割設備，且執行如請求項1或請求項2所述的鋼帶的雷射切割方法。
- 一種冷軋方法，為鋼帶的冷軋方法，且對藉由如請求項1或請求項2所述的鋼帶的雷射切割方法切割後的鋼帶進行冷軋。
- 一種冷軋鋼帶的製造方法，藉由包括如請求項4所述的鋼帶的冷軋方法的步驟來製造冷軋鋼帶。
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