TWI634957B - 鋼帶的切口設備、鋼帶的切口方法、冷軋設備及冷軋方法 - Google Patents

鋼帶的切口設備、鋼帶的切口方法、冷軋設備及冷軋方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供即使在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，亦能夠不產生接合部斷裂（焊接部斷裂）而進行冷軋的鋼帶的切口設備、鋼帶的切口方法、冷軋設備及冷軋方法。鋼帶的切口設備是在先行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端的接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成凹口的切口設備，其特徵在於包括：剪切加工裝置，藉由剪切加工，在包含所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成第一段的凹口；以及研磨裝置，藉由研磨，在所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部的端面形成第二段的凹口。

Description

鋼帶的切口設備、鋼帶的切口方法、冷軋設備及冷軋方法
本發明是有關於一種用以對鋼帶的接合部實施切口(notching)的切口設備、鋼帶的切口方法、冷軋設備及冷軋方法。
在鋼帶的冷軋步驟中，為了提高生產性或提高良率，一般將先行材(先行鋼帶)的後端與後行材(後行鋼帶)的前端接合而連續地供給至冷軋產線。藉此，可在遍及鋼帶全長施加了張力的狀態下進行軋製，亦能夠在鋼帶的前端或後端，高精度地對板厚或形狀進行控制。
隨著冷軋鋼帶的高合金化或雷射焊接機的進步，先行材與後行材的接合的主流逐步成為利用雷射焊接進行接合來代替現有的閃弧對接焊(flash butt welding)等，但無論閃弧對接焊或雷射焊接等焊接方式如何，由於先行材與後行材的鋼帶寬度之差或位置偏移等，均不可避免地會在先行材與後行材的接合部(焊接部)的板寬度方向端部(邊緣部)形成寬度階差部。而且，若在該狀態下進行軋製，則會在所述寬度階差部產生應力集中，從而有可能導致焊接部斷裂。若產生焊接部的斷裂(焊接部斷裂)，則必須使冷軋產線停止，因此，會顯著降低生產性，並且需要更換 工作輥(work roll)，故而會導致生產成本上升。
尤其近年來，為了使構件輕量化或提高構件的特性，對於冷軋鋼帶的薄規格化的要求逐步增強。隨之，冷軋所要求的軋縮率逐步升高，現狀是焊接部的斷裂率升高。
因此，為了防止焊接部的斷裂，在進行切口後進行軋製，所述切口是在焊接部的板寬度方向端部形成凹口(缺口)。而且，由於鋼帶的板寬度端部的對接精度等亦不佳，焊接會變得不充分，強度容易降低，故而所述切口的目的亦在於將強度低的部分(大致為板寬度端30mm左右)切除。
作為切口方法，例如，如專利文獻1所揭示，一般呈不具有角部的半圓形狀地進行機械剪切加工。然而，該半圓形狀的凹口的外緣的曲率一致，在接合部，鋼帶的寬度最小，因此會在接合部產生最大的應力。
相對於此，為了消除專利文獻1的問題點，在專利文獻2中揭示有如下方法：以使最大應力產生點位於焊接部以外的位置的方式，呈大致等腰梯形狀地進行切口。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平05-076911號公報
[專利文獻2]日本專利特開2014-50853號公報
然而，現狀是尤其在Si或Mn的含量多的矽鋼板或高張力鋼板等脆性材料、高合金材料的冷軋中，如上所述的切口方法無法發揮充分的效果，無法充分地防止冷軋中的接合部斷裂(焊接部斷裂)。
本發明是鑒於如上所述的情況而成的發明，其目的在於提供即使在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，亦能夠不產生接合部斷裂(焊接部斷裂)而進行冷軋的鋼帶的切口設備、鋼帶的切口方法、冷軋設備及冷軋方法。
為了達成所述目的，本發明者等人進行了努力研究，結果的詳情將後述，但發現在如以往般利用剪切加工來對焊接部進行切口的情況下，焊接部的板寬度方向端部會藉此而加工硬化，此成為焊接部斷裂的原因。而且，想到為了防止此種焊接部斷裂，在焊接部的板寬度方向端部形成幾乎無加工硬化部位的凹口。具體而言為組合有剪切加工與研磨的切口、或利用研磨進行的切口。
本發明是基於所述想法而成的發明，其具有以下的特徵。
[1]一種鋼帶的切口設備，其是在先行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端的接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成凹口的切口設備，其特徵在於包括：剪切加工裝置，藉由剪切加工，在包含所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成第一段的凹口；以及研磨裝 置，藉由研磨，在所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部的端面形成第二段的凹口。
[2]一種鋼帶的切口設備，其是在先行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端的接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成凹口的切口設備，其特徵在於包括：研磨裝置，藉由研磨，在包含所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部的端面形成凹口。
[3]一種鋼帶的切口方法，其是在將先行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端接合而成的接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成凹口的切口方法，其特徵在於：藉由對包含所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部進行剪切加工來形成第一段的凹口後，藉由對所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部的端面進行研磨來形成第二段的凹口。
[4]一種鋼帶的切口方法，其是在將先行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端接合而成的接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成凹口的切口方法，其特徵在於：藉由對包含所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部的端面進行研磨來形成凹口。
[5]一種冷軋設備，其特徵在於：設置有如所述[1]或[2]所述的切口設備。
[6]一種冷軋方法，其特徵在於：使用如所述[3]或[4]所述的切口方法來形成凹口，且進行冷軋。
根據本發明，即使在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，亦能夠不產生接合部 斷裂(焊接部斷裂)而進行冷軋。
1‧‧‧先行鋼帶
2‧‧‧後行鋼帶
3‧‧‧焊接部
4‧‧‧軋製評價用測試材
11‧‧‧剪切加工
12、14‧‧‧研磨
13、15‧‧‧凹口
圖1是表示軋製評價用測試材的選取方法的圖。
圖2是表示剪切加工材的軋製後的邊緣裂紋產生狀況的圖。
圖3的(a)、(b)是表示剪切加工材的邊緣剖面的組織與硬度分佈的圖。
圖4的(A)、(B)是表示邊緣研磨材的軋製後的邊緣裂紋產生狀況的圖。
圖5的(A)-(a)~(B)-(b)是表示邊緣研磨材的邊緣剖面的組織與硬度分佈的圖。
圖6是表示本發明的實施形態1中的切口的圖。
圖7是表示本發明的實施形態2中的切口的圖。
圖8是對本發明的實施例中的焊接部斷裂率進行比較的圖。
首先對如下內容進行詳述：如上所述，本發明者等人發現在如以往般利用剪切加工來對焊接部進行切口的情況下，焊接部的板寬度方向端部會藉此而加工硬化，此成為焊接部斷裂的原因，且想到為了防止此種焊接部斷裂，在焊接部的板寬度方向端部形成幾乎無加工硬化部位的凹口的切口方法。
即，本發明者等人為了調查容易導致焊接部斷裂的原因，進行了如下所述的實驗室規模的軋製實驗。
使用含有3.3質量%的Si且板厚為2mm的矽鋼板作為測試材，如圖1所示，準備使用雷射焊接機將先行鋼帶1的後端與後行鋼帶2的前端接合而成的材料，以包含焊接部3的一部分的方式，藉由剪切加工來切出選取矩形的測試材(軋製評價用測試材)4，該矩形的測試材(軋製評價用測試材)4的與焊接方向垂直的方向為長邊。
不施加張力，使用工作輥直徑為500mm的軋製機，對以所述方式製作的軋製評價用測試材4進行3條路徑中的總軋縮率為90%的冷軋。
圖2中表示對獲得的冷軋後的鋼板的外觀進行拍攝所得的照片。已知即使在未施加張力的情況下，焊接部(焊接金屬部)3亦產生了邊緣裂紋。推測在如實際生產般，施加張力來進行軋製的串聯軋製(tandem rolling)中，該邊緣裂紋會成為焊接部斷裂的起點。
接著，在對焊接部3進行剪切加工後的階段，即進行冷軋之前的階段，對沿著板寬度方向將板寬度方向端部切斷所得的剖面(邊緣剖面)進行組織觀察與硬度試驗。將結果表示於圖3的(a)、(b)。圖3的(a)是邊緣剖面的組織，圖3的(b)是邊緣剖面的硬度分佈。如此，焊接部的板寬度方向端部因剪切加工而加工硬化，推測此成為邊緣裂紋的原因。
因此，本發明者等人努力研究了在焊接部的板寬度方向端部形成幾乎無加工硬化部位的凹口的切口方法，且嘗試了藉由 研磨來對焊接部進行加工。
即，在所述軋製實驗中，沿著板寬度方向，藉由機械研磨，將由剪切加工切出的軋製評價用測試材4的焊接部除去1mm，然後進行與所述冷軋相同的冷軋。再者，利用以下的(A)、(B)分別進行機械研磨。(A)使用有3M製造的碳化矽(silicon carbide)#120磨石的圓盤研磨機(disk grinder)，(B)使用有富士製砥製造的#36磨石的圓盤研磨機。
圖4的(A)、(B)中表示獲得的冷軋後的鋼板的外觀(對應於所述圖2)，圖5的(A)-(a)~(B)-(b)中表示邊緣剖面的組織觀察與硬度試驗的結果(對應於所述圖3)。在(A)利用#120磨石進行了研磨的情況下，未產生邊緣裂紋，亦未看到邊緣部的加工硬化。另一方面，在(B)利用#36磨石進行了研磨的情況下，觀察到稍微產生邊緣裂紋，並且邊緣部加工硬化。然而，與圖2、圖3所示的剪切加工的情況相比較，邊緣裂紋與加工硬化量已大幅度地減小。
如上所述，已發現對於焊接部的邊緣裂紋而言，由剪切加工引起的焊接部的加工硬化的影響大，利用研磨除去加工硬化部，藉此，能夠防止邊緣裂紋。
再者，在(A)使用#120磨石進行了研磨的情況下，雖能夠除去由剪切加工引起的加工硬化，但研磨能力低，在所述實驗中，研磨1mm需要8秒。另一方面，在(B)使用#36磨石進行了研磨的情況下，研磨能力高，在所述實驗中，能夠以1秒以 下的時間來研磨1mm，但邊緣部稍微加工硬化。
此處，所謂加工硬化，是指如下狀態：與母材部分(與板寬度端部相距2mm以上的內側的部分)的維氏硬度(Vickers hardness)相比較，板寬度端部的維氏硬度增大了50HV以上。
根據以上內容，可以說重要的是在對焊接部進行切口後的階段，即進行冷軋之前的階段，使焊接部無加工硬化的部位。
其次，對本發明的實施形態進行敍述。
[實施形態1]
圖6是表示本發明的實施形態1的圖。在該實施形態1中設置有如下切口設備，該切口設備包括對鋼帶寬度方向兩緣部進行剪切加工的剪切加工裝置(剪切加工機等)、與對鋼帶寬度方向兩緣部的端面進行研磨的研磨裝置(圓盤研磨機等)。而且，如圖6所示，對於包含先行鋼帶1與後行鋼帶2的焊接部3的板寬度方向端部的規定範圍，藉由剪切加工11實施第一段的切口而形成圓弧狀的凹口後，在圓弧狀的凹口中的僅包含焊接部3的焊接部3附近，利用由研磨12進行的第二段的切口來將已加工硬化的部分除去，藉此，最終形成凹口13。即，用以消除先行鋼帶1與後行鋼帶2的板寬度差或鋼帶接合時的位置偏移的影響的大切口(第一段的切口：形成第一段的凹口)由剪切加工11進行，僅將焊接部的加工硬化部除去的小切口(第二段的切口：形成第二段的凹口)由研磨12進行。
藉此，在該實施形態1中，能夠在焊接部3的板寬度方 向端部形成幾乎無加工硬化部位的凹口13，即使在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，亦能夠不產生焊接部斷裂而進行冷軋。
[實施形態2]
圖7是表示本發明的實施形態2的圖。在該實施形態2中設置有如下切口設備，該切口設備包括對鋼帶寬度方向兩緣部的端面進行研磨的研磨裝置(圓盤研磨機等)，如圖7所示，對於包含先行鋼帶1與後行鋼帶2的焊接部3的板寬度方向端部的規定範圍，藉由研磨14來形成圓弧狀的凹口15。即，在該實施形態2中，利用研磨14來形成整個凹口15。
藉此，在該實施形態2中，能夠在焊接部3的板寬度方向端部形成幾乎無加工硬化部位的凹口15，即使在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，亦能夠不產生焊接部斷裂而進行冷軋。
再者，在所述實施形態1、2中，為了不使邊緣部加工硬化而進行研磨，雖亦取決於研磨粒的種類或按壓力，但較佳為使用#80以上的磨石。
而且，若使用產業用機器人(robot)等在冷軋產線內對鋼帶邊緣部進行研磨，則能夠安全且在短時間內進行研磨。例如，只要將圓盤研磨機設置於安川電機製造的MOTOMAN-MH50II(MOTOMAN為註冊商標)等機器人，對焊接部進行研磨即可。
而且，只要根據形成凹口所允許的時間、設備空間、設 備費等觀點，適當地選擇應用所述實施形態1與實施形態2中的哪一個實施形態即可。
例如，原因在於為了維持冷軋步驟的效率，需要在短時間內形成凹口(雖亦取決於鋼帶長度或張力控制器(looper)能力，但理想為在大致10秒以內完成切口)。
而且，在本發明中，可如專利文獻1所記載，呈半圓狀地進行切口，亦可如專利文獻2所記載，呈大致等腰梯形狀地進行切口。而且，所述形狀以外的形狀亦無問題，在本發明中，並未對切口形狀進行特別規定。
此外，若為通常的低碳鋼，則即使在剪切加工的情況下，亦不會產生邊緣裂紋，但Si或Mn的含量多的矽鋼板或高張力鋼板等脆性材料、高合金材料會導致焊接部缺乏加工性，因此，若因剪切加工而加工硬化，則容易產生邊緣裂紋。即，對於通常的低碳鋼等即使進行剪切加工，亦不會產生邊緣裂紋，且幾乎不會產生焊接部斷裂的鋼種類而言，未必需要應用本發明，本發明應當應用於會因剪切加工而導致焊接部斷裂的脆性材料或高合金材料等鋼種類。然而，串聯冷軋機有時為矽鋼板或高張力鋼板的專用研磨機，有時並非如此，而是一併對低碳鋼等進行軋製的兼用研磨機。在該情況下，即使將本發明應用於低碳鋼，亦無任何問題。
而且，所謂Si或Mn的含量多的矽鋼板，例如是指含有Si：1.0質量%~6.5質量%、Mn：0.2質量%~1.0質量%的鋼板， 所謂Si或Mn的含量多的高張力鋼板，例如是指含有Si：1.0質量%~2.0質量%、Mn：1.5質量%~20.0質量%且拉伸強度為590MPa~1470MPa的鋼板。
實施例1
作為本發明的實施例，藉由包括5台串聯冷軋機的冷軋設備來製造矽鋼板且進行評價。
此時，作為現有例，對於包含焊接部的規定範圍，藉由剪切加工，呈半圓狀地進行切口。
相對於此，作為本發明例1，基於所述本發明的實施形態1來進行切口。即，對於包含焊接部的規定範圍，藉由剪切加工，呈半圓狀地進行第一段的切口後，對於焊接部及其附近，使用#80磨石來研磨除去2mm作為第二段的切口。
而且，作為本發明例2，基於所述本發明的實施形態2來進行切口。即，對於包含焊接部的規定範圍，使用#36磨石來進行研磨，藉此，呈半圓狀地進行切口。
在任一個例子中，均準備100卷的Si含量為3.1質量%以上且不足3.5質量%、板厚為1.8mm以上且為2.4mm以下的鋼帶，利用所述5台串聯冷軋機進行冷軋，將板厚精加工為0.3mm以上且為0.5mm以下。此時，對焊接部的斷裂產生率進行比較。將該結果表示於圖8。
如圖8所示，在現有例中，焊接部的斷裂產生率為7%，而在本發明例1中，能夠將焊接部斷裂產生率降低至1%，在本發 明例2中，能夠將焊接部斷裂產生率降低至3%。
藉此，已確認本發明的有效性。即，在對先行鋼帶與後行鋼帶的焊接部進行切口時，應用本發明，在焊接部的板寬度方向端部形成幾乎無加工硬化部位的凹口，藉此，能夠防止冷軋中的焊接部斷裂，從而能夠達成生產性的提高、良率的提高。

Claims (6)

  1. 一種鋼帶的切口設備，其是在先行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端的接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成凹口的切口設備，其特徵在於包括： 剪切加工裝置，藉由剪切加工，在包含所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成第一段的凹口；以及 研磨裝置，藉由研磨，在所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部的端面形成第二段的凹口。
  2. 一種鋼帶的切口設備，其是在先行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端的接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成凹口的切口設備，其特徵在於包括： 研磨裝置，藉由研磨，在包含所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部的端面形成凹口。
  3. 一種鋼帶的切口方法，其是在將先行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端接合而成的接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成凹口的切口方法，其特徵在於： 於藉由對包含所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部進行剪切加工來形成第一段的凹口後，藉由對所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部的端面進行研磨來形成第二段的凹口。
  4. 一種鋼帶的切口方法，其是在將先行鋼帶的後端與後行鋼帶的前端接合而成的接合部的鋼帶寬度方向兩緣部形成凹口的切口方法，其特徵在於： 藉由對包含所述接合部的鋼帶寬度方向兩緣部的端面進行研磨來形成凹口。
  5. 一種冷軋設備，其特徵在於： 設置有如申請專利範圍第1項或第2項所述的切口設備。
  6. 一種冷軋方法，其特徵在於： 使用如申請專利範圍第3項或第4項所述的切口方法來形成凹口，且進行冷軋。
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