(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続化熱間圧延を行うにあたり圧延鋼材の表面および回転切削工具の刃先に還元炎を吹き付けながら機械的に脱スケールした後、重ね合わせて圧接する方法であって、還元炎を吹き付ける固定バーナのほかに回転切削工具に連動する補助バーナを設け、固定バーナの還元炎に対向する方向、または交叉する方向から還元炎を吹き付けることを特徴とする鋼材の熱間圧接方法。
【請求項２】
連続化熱間圧延を行うにあたり圧延鋼材表面に還元炎を吹き付けながら機械的に脱スケールした後、重ね合わせて圧接する装置であって、還元炎を吹き付ける固定バーナのほかに回転切削工具に連動する補助バーナを備えることを特徴とする鋼材の熱間接合装置。
【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において圧延鋼材（たとえば900 ℃以上の赤熱鋼材）を効率よく、しかも確実に接合する熱間圧接方法および熱間圧接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼製造工場では、省エネルギー、製品歩留りの向上、生産性の向上等を目的として、製造工程の連続化が精力的に進められている。その中でも、熱延鋼板（ホットコイル）を製造する熱間圧延工程の連続化は重要な課題の一つとなっている。
【０００３】
近年、粗圧延機と仕上圧延機の間で、先行する粗圧延済みの鋼材（以下、先行鋼材という）と、後続する粗圧延済みの鋼材（以下、後行鋼材という）とを接合し、仕上圧延を連続的に行う方法（これを単に「連続化熱間圧延方法」という）が提案されている。
【０００４】
図１は、熱間圧接装置を配置した熱間連続圧延設備の概要を示す図である。鋳片のスラブ9は、粗圧延機1によって圧延され圧延鋼材Sとなり、一旦中間コイラー2においてコイルに巻き取られる。そして仕上げ圧延機群6に送られる前に巻き戻され、レベラー3によってコイルの巻き癖が矯正され、クロップシャー4で端部の不良部分が切断される。その後、走行する熱間圧接装置5において先行鋼材S1の後端部と後行鋼材S2の先端部とを圧接した後、仕上げ圧延機群6によって仕上げ圧延が行われ、ダウンコイラー8に巻き取られる。そして高速シャー7で切断され、熱延鋼板コイルとなる。
【０００５】
図２は、回転工具を用いた熱間圧接装置を圧延ラインの側面から見た縦断面図である。
【０００６】
接合は、次のような工程で実施される。まず、先行鋼材S1の後端部が所定位置（圧接プレス10の位置）にきたとき把持装置11で鋼材を固定し、架台12に設けられたテーブルローラ13を昇降用シリンダー14によって上昇させ、円筒状回転切削工具15によって切削できる位置まで押し上げる。次に、後行鋼材S2を前進させてその先端が下金型16の位置（先行鋼材の後端に重なり合う位置）にきたとき、後行鋼材を把持装置11-1で固定する。その後、バーナー17および17-1を燃焼させて先行鋼材S1および後行鋼材S2の端部のまわりを還元炎雰囲気として円筒状回転切削工具15を矢印で示す方向に移動させ、それぞれの鋼材の端部を切削する。切削が終わると、回転工具を退避させ、先行鋼材の架台12を圧接プレス10と同時に下降させて圧接する。この熱間圧接装置5は、走行ローラ18によって圧延方向に走行する。
【０００７】
熱間接合は、鋼板の接合部の形状によって重ね合わせて行う方法と、突き合わせて行う方法とがある。
【０００８】
たとえば、熱延鋼板の重ね合わせ部を還元炎雰囲気の下で加熱し、スケールを還元して熱延鋼板の全幅を厚さ方向に圧接する方法（特開平6-312277号公報、参照）、また、厚いスケールが生成している鋼板、あるいは還元されにくい組成のスケールが生成している鋼板の場合には、回転切削工具などによって機械的に脱スケールして圧接する方法（特開平6-335785号公報、同8-19804号公報、同9-57302号公報、参照）などがある。
【０００９】
図３は、接合の態様を示す図であり、(a)〜(c)は鋼板を重ね合わせてその厚さ方向に押圧して接合する状況を示す図、(d)は鋼板を突き合わせてその長手方向に押圧して接合する状況を示す図である。
【００１０】
重ね合わせて行う方法は、図3(a) に示すように接合部を斜めに切削したもの、同図(b) のように階段状に切削したもの、同図(c) のように溝状の切欠をつけたものなどがある。いずれも把持装置11,11-1で鋼板S1,S2 を把持し、切削面19,20 を重ね合わせ、圧接プレス10で鋼材の厚さ方向に圧下する。圧下と同時に、いずれかの把持装置（この場合には先行鋼材の把持装置11）を圧下量に応じて移動させるか、または把持装置を開放する。なお、切削および接合の際には、バーナー17および17-1から還元炎を吹き付け、切削面19,20の酸化を防止する。
【００１１】
突き合わせて行う方法は、図3(d) に示すように切削または切断後、鋼材S1,S2を把持装置11,11-1で把持し、切削部または切断面19,20 を同一平面に突き合わせ、さらに把持装置を鋼板の長手方向にそれぞれ対向する方向に移動し、押圧して接合する。また、切削および接合の際には、バーナー17から還元炎を吹き付け、切削面19,20の酸化を防止する。
【００１２】
図４は、回転切削工具を用いて脱スケールする方法を示す図であり、図(a)および図(b)は長尺の円筒状回転切削工具を用いて切削するときの斜視図および圧延ラインの側面から見た縦断面図、(c)は円錐状回転切削工具を用いて切削するときの圧延ラインの側面から見た縦断面図、(d)および(e)は短尺の円筒状回転切削工具を用いて切削するときの圧延ラインの側面から見た縦断面図である。
【００１３】
図4(a)および図4(b)に示す方法は、長尺の円筒状回転切削工具15-1を圧延方向に対して矢印で示すように斜め方向に移動させて上下の圧延鋼材S1,S2の全幅を同時に切削する。図4(c)に示す方法は、円錐状回転切削工具15-2を圧延鋼材の幅方向に移動させて上下の圧延鋼材の全幅を切削する。図4(d)および図4(e)は、円筒状回転切削工具15-3を圧延鋼材の幅方向に移動させて上下の圧延鋼材の全幅を切削する。図4(c)および図4(d)に示す回転切削工具は、切削時にその軸を鋼材の圧延方向に対して傾斜させて鋼材の幅方向に移動し、圧延鋼材を斜め切削する。図4(e)に示す円筒状回転切削工具は、その軸を鋼材の圧延方向に対して平行として鋼材の幅方向に移動し、圧延鋼材を段状に切削する。また、図(c)から図(e)に示す方法は、回転切削工具を圧延鋼材の幅方向に移動させて上下の圧延鋼材を同時に切削する。また、工具の往復移動のそれぞれの工程で圧延鋼材を別々に切削することもできる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記に提案された圧延鋼材の熱間圧接方法は、接合面の酸化物などを除去するため還元炎雰囲気で回転切削工具によって切削された後、接合される。
【００１５】
図５は、円錐状回転切削工具を用いた熱間圧接装置を示す概念図である。
【００１６】
円錐状回転切削工具15-2は、先行鋼材S1の後端部下面と後行鋼材S2の先端部の上面との間に挿入され、圧延鋼材の全幅を移動して２つの圧延鋼材の端部を板面に対して斜めまたは平行に切削する。同図に示すように、切削面の酸化を防止するため、還元炎を噴射する複数個のバーナ17および17-1が圧延鋼材の幅方向に配置されている。これらのバーナ17および17-1は、円錐状回転切削工具15-2で切削している間および圧接している間、いずれにも還元炎を噴射して切削された面の酸化を防止する。なお、このバーナは、回転切削工具が長尺円筒状回転切削工具または短尺円筒状回転切削工具であっても同様に設けられている。
【００１７】
図６は、圧接時の動作を説明するための図である。端面を斜め切削された先行鋼材S1は、把持装置11で把持されたまま圧接プレス10で破線の位置から実線の位置まで押し下げられる。このときバーナ17は、先行鋼材S1の押し下げと連動させるため、たとえば把持装置11に取り付けられているのが望ましい。これにより、脱スケールのための切削から圧接までの間、これらの部位は還元炎に覆われ、酸化を防止する。
【００１８】
図５に示すように、圧延鋼材の幅方向に平行に設置されたバーナ設備（固定バーナ）だけで切削および圧接を行うと、接合部の表面に接合不良部（開口部）が発生し、圧延時に破断することがあった。
【００１９】
本発明の目的は、接合部の表面に接合不良部を発生させない圧延鋼材の熱間圧接方法と熱間圧接装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、圧接部に接合不良部を発生させるのは、切削された面が再酸化されるためであることを確認し、本発明を完成した。
【００２１】
本発明の要旨は、切削によって脱スケールした後圧接する下記の▲１▼に示す熱間圧接方法と図８または図９に示す▲２▼の熱間圧接装置にある。
【００２２】
▲１▼連続化熱間圧延を行うにあたり圧延鋼材の表面および回転切削工具に還元炎を吹き付けながら機械的に脱スケールした後、重ね合わせて圧接する方法であって、還元炎を吹き付ける固定バーナのほかに回転切削工具に連動する補助バーナを設け、固定バーナの還元炎に対向する方向、または交叉する方向から還元炎を吹き付けながら実施する鋼材の熱間圧接方法。
【００２３】
▲２▼連続化熱間圧延を行うにあたり圧延鋼材(S1,S2)の表面に還元炎を吹き付けながら機械的に脱スケールした後、重ね合わせて圧接する装置であって、還元炎を吹き付ける固定バーナ17および17-1のほかに回転切削工具の移動に連動する補助バーナ23および23-1を備える鋼材の熱間接合装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の熱間圧接方法は、固定バーナのほかに回転切削工具の移動に連動する補助バーナを設け、固定バーナの還元炎に対向する方向、または交叉する方向から還元炎を吹き付けながら実施する鋼材の熱間圧接方法である。
【００２５】
圧接部に接合不良を発生させる原因を調査するため、図４に示す４種類の回転切削工具を用いて切削した後、圧接を行い、接合部の状況を観察した。
【００２６】
図７は、接合部の縦断面を示す図である。この図は、接合部を圧延鋼材の長手方向に切断し、断面を研磨してエッチングし、接合部を顕出させたものを描写したものである。
【００２７】
図4(a)に示すような長尺の円筒状回転切削工具15-1で切削した後圧接した接合部には、図７に「接合部21」として示すように、その表面に接合不良による開口部22が存在することがある。このような開口部が存在する圧接部を圧延すると、接合不良によって厚さが薄くなっている部位（図において、破断位置として破線で示す）に引張り応力が集中するため圧延材が破断する。
【００２８】
この接合不良が発生する原因は、次に示すように切削面が再酸化するためであると考えられる。すなわち、図4(a)および図4(b)に示すように、固定バーナ17および17-1からの還元炎は一方向からのみ吹き付けられる。このため切削中は、回転切削工具の刃先の回転方向と還元炎の方向とは等しい。しかし、切削後は、回転切削工具がもとの位置（待機位置）に戻されて圧接が行われる。このとき、刃先の移動によって還元炎が遮られ、切削面を酸化させる。
【００２９】
したがって、本発明の熱間圧接方法は、固定バーナのほかに切削工具の移動に連動する補助バーナを設け、固定バーナからの火炎に対向する方向からも還元炎を吹き付け、切削面の酸化を防止するものである。
【００３０】
図８は、固定バーナ、補助バーナおよび長尺円筒状回転切削工具を備える本発明の熱間圧接装置を示す概念図である。
【００３１】
固定バーナ17,17-1は、図８に示すように、従来設けられていた位置、すなわち圧延鋼材の長手方向に向いて、幅方向に複数個が設けられている。補助バーナ23および23-1は、切削工具15-1の回転半径よりも遠い位置に、切削工具の軸を中心として対称位置に、幅方向に複数個が取り付けられている。
【００３２】
補助バーナ23,23-1は、その移動を回転切削工具15-1と連動させるため、切削工具のアーム24に設けたブラケット25に取り付けられるのが望ましい。補助バーナ23は、先行鋼材S1を切削中の刃先に火炎が当たるように取り付けられ、補助バーナ23-1は、後行鋼材S2を切削中の刃先に火炎が当たるように取り付けられている。
【００３３】
回転切削工具15-1は、待機中（圧接中または圧延中）には破線で示す位置にあり、切削を開始するときアーム24を回転させて切削開始位置に移動される。工具は、摺動台26に沿って斜め方向に送られ、圧延鋼材の幅方向を同時に切削する。切削が終わると、摺動台26に沿って引き上げられ、アームの回転によってもとの位置に戻る。
【００３４】
補助バーナ23,23-1からの還元炎の吹き付けは、上記の切削が開始する前から行うのが望ましい。特に、後行鋼材S2の切削が終わり、回転切削工具が摺動台によって引き上げられるときには、固定バーナ17-1からの火炎が工具の刃先によって遮られ、切削面が酸化される。これを防止するため、補助バーナ23,23-1によって切削刃の背面から後行鋼材の切削面に火炎を吹き付けるのである。
【００３５】
図4(c)および図５に示す円錐状回転切削工具または図4(d)および(e)に示す短尺の円筒状回転切削工具では、工具が幅方向に移動して切削し、切削面を固定バーナからの火炎で覆うので、接合不良部の発生は少ない。しかし、この場合の火炎の吹き付け方向は、刃先の回転方向と直交しており、火炎の先端側（圧延鋼材の長手方向の端部）ほど火炎が届き難いと考えられる。したがって、固定バーナのほかに補助バーナを設け、火炎の側面（刃先の回転方向と等しい方向）からも火炎を吹き付け、切削部の酸化を防止するものである。
【００３６】
図９は、固定バーナ、補助バーナおよび円錐状回転切削工具を備える本発明の熱間圧接装置の概念図である。
【００３７】
固定バーナ17および17-1は、図９に示すように、従来設けられていた位置、すなわち圧延鋼材の長手方向に向いて、幅方向に複数個が設けられている。補助バーナ23および23-1は、回転切削工具15-2を挟み、固定バーナ17および17-1と反対側の位置に、それぞれ設けられている。固定バーナ17および補助バーナ23は、先行鋼材の切削部に火炎を吹き付け、固定バーナ17-1および補助バーナ23-1は、後行鋼材の切削部に火炎を吹き付ける構造となっている。
【００３８】
補助バーナ23および23-1は、図９に示すように、回転切削工具15-2の軸箱27に設けたブラケット25に取り付けられている。補助バーナからの火炎の方向は、回転切削工具の回転方向に追従する方向に設けられている。したがって、補助バーナからの還元炎の吹き付けは、固定バーナの火炎と交叉する方向に吹き付けられる。
【００３９】
円錐状回転切削工具15-2は、待機中（圧延中）には圧延鋼材の幅方向の外側にあり、幅方向に移動して切削する。切削が終わると、反対側で待機する。
【００４０】
【実施例】
板厚さ30mm、板幅 300mm、板長さ1000mmの鋼板（Ｃ：0.1重量％、Si：0.5重量％、Mn：1.2重量％）を1250℃に加熱して、接合試験を行った。
【００４１】
熱間圧接装置には、図８または図９に示す補助バーナを備えた回転切削工具が設けられた図２に示す装置を用いた。切削工具には、図４に示す長尺円筒状回転切削工具、円錐状回転切削工具および短尺円筒状回転切削工具を用いた。
【００４２】
長尺円筒状回転切削工具は、外径が300mm、長さが320 mmのスリーブをアーバーにはめ込み、スリーブの外周部に12本の切削刃（高さが４mm、幅が25.4mm）を千鳥状に軸と平行に取り付けたものである。
【００４３】
円錐状回転切削工具は、大外径が300mm、小外径が150mm、長さが180 mmの２つの円錐状スリーブをアーバーにはめ込み、スリーブの外周部に７本の切削刃（高さが４mm、幅が63mm）が刃先の稜線を軸と平行に取り付けたものである。回転切削工具のアーバーの軸を鋼材の搬送ラインから35゜傾斜させて鋼材の幅方向に移動させた。
【００４４】
短尺円筒状回転切削工具は、外径が300mm、長さが100 mmの円筒状スリーブをアーバーにはめ込み、スリーブの外周部に７本の切削刃（高さが４mm、幅が63mm）を軸と平行に取り付けたものである。回転切削工具のアーバーの軸を鋼材の搬送ラインから30゜傾斜させて鋼材の幅方向に移動させた。
【００４５】
切削条件は、いずれも回転速度1500rpm 、送り速度12000 mm／分として、重ね合わせ代を30mm、勾配を1/3として傾斜切削を行った。
【００４６】
切削に先立ち、直火還元炎を切削部に吹き付け、切削は還元雰囲気の下で行なった。還元炎は、ノズル内混合方式のバーナーを鋼板の幅方向に配置し、リング状のスリットノズルからＬＰＧガス（６Ｎm3/hr）と酸素濃度60％の酸素富化空気（空気比ｍ＝0.6 ）の混合ガスを燃焼させ、生成させた。なお、空気比ｍは、実際に使用した空気量を完全燃焼に必要な空気量で除した値である。
【００４７】
固定バーナは、いずれも鋼板の幅方向に３個並置し、還元炎を圧延方向の斜め方向から吹き付けた。補助バーナは、図８に示すものは鋼板の幅方向に３個並置し、図９に示すものは、１個を設置した。それぞれのバーナから上記の混合ガスを燃焼させ、還元炎を噴射した。補助バーナから還元炎を吹き付けた場合と吹き付けない場合について、圧接試験を行った。
【００４８】
切削後、還元炎を吹き付けたまま切削部を重ね合わせ、300 トンプレスを用い鋼板の厚さ方向に押圧し、重ね合わせ部が元の厚さとほぼ等しくなるまで圧下し、接合した。このときの接合に必要な加圧力は210 トンであった。
【００４９】
接合後、冷却して接合部から引張試験片（幅100mm、厚さ30mm、長さ１ｍ）を10個採取し、室温で引張試験を行った。試験片の表面は、圧接のままとした。それらの引張り強さ（接合強さ）および補助バーナによる接合強さの増加率を表１に示す。接合強さは、試験数10個の平均値とその偏差をかっこ内に示した。補助バーナによる接合強さの増加率は、補助バーナを使用したときの接合強さを補助バーナを使用しないときの接合強さで除した値である。
【００５０】
【表１】
0003642963.tif 000002
【００５１】
接合強さは、短尺円筒状回転切削工具で切削した場合（試験番号３，７）が最も大きい。これは、前述したように、切削工具の刃先が固定バーナからの還元炎に覆われやすいためである。
【００５２】
補助バーナを使用すると、いずれも接合強さが大きくなり、長尺円筒状回転切削工具を使用する場合が使用しない場合の1.13倍に高めることができた。また、接合強さのバラツキが小さいので、連続化熱間圧延を安定化できる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の熱間圧接方法は、還元炎の吹き付けを固定バーナの火炎の方向に追従する方向から、およびこれに対向する方向または直角方向から行うことにより、切削面の酸化を防止することができる。本発明の熱間圧接装置は、固定バーナのほかに補助バーナを備えているので圧接部の強度が高い。これを用いて連続化熱間圧延を行った鋼板は、品質が安定し、製品歩留りを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱間圧接装置を配置した熱間連続圧延設備の概要を示す図である。
【図２】回転工具を用いた熱間圧接装置を圧延ラインの側面から見た縦断面図である。
【図３】接合の態様を示す図であり、(a)〜(c)は鋼板を重ね合わせてその厚さ方向に押圧して接合する状況を示す図、(d)は鋼板を突き合わせてその長手方向に押圧して接合する状況を示す図である。
【図４】回転切削工具を用いて脱スケールする方法を示す図であり、図(a)および図(b)は長尺の円筒状回転切削工具を用いて切削するときの斜視図および圧延ラインの側面から見た縦断面図、(c)は円錐状回転切削工具を用いて切削するときの圧延ラインの側面から見た縦断面図、(d)および(e)は短尺の円筒状回転切削工具を用いて切削するときの圧延ラインの側面から見た縦断面図である。
【図５】円錐状回転切削工具を用いた熱間圧接装置を示す概念図である。
【図６】圧接時の動作を説明するための図である。
【図７】接合部の縦断面を示す図である。
【図８】補助バーナと長尺円筒状回転切削工具を備える本発明の熱間圧接装置を示す概念図である。
【図９】補助バーナと円錐状回転切削工具を備える本発明の熱間圧接装置の概念図である。
【符号の説明】
１：粗圧延機    ２．中間コイラー    ３．レベラー
４．クロップシャー    ５．熱間圧接装置
６．仕上げ圧延機群    ７．高速シャー
８．ダウンコイラー    ９．スラブ    10．圧接プレス
11．把持装置    12．架台    13．テーブルローラ
14．昇降用シリンダー    15．回転切削工具
16．下金型    17．バーナー    18．走行ローラ
19,20．切削面    21．接合部
22．開口部（接合不良部）    23．補助バーナ
24．アーム    25．ブラケット    26．摺動台
27．軸箱
【図１】
0003642963.tif 000003
【図２】
0003642963.tif 000004
【図３】
0003642963.tif 000005
【図４】
0003642963.tif 000006
【図５】
0003642963.tif 000007
【図６】
0003642963.tif 000008
【図７】
0003642963.tif 000009
【図８】
0003642963.tif 000010
【図９】
0003642963.tif 000011