(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間連続圧延のための走間接合設備による先行鋼材と後行鋼材の接合方法において、前記接合する鋼材の幅方向中央部側から一方側の側端部側に移動させる第１接合トーチと、他方側の側端部側から幅方向中央部側に移動させる第２接合トーチにより、鋼材の幅方向の接合を分担して行い、接合が完了した後に接合部に圧縮又は引張り歪みを付与して、該接合部におけるサルファー脆化を回避し、その後、仕上げ圧延を行うに際して、前記の第１接合トーチでの接合終了時間を、第２接合トーチでの接合終了時間より早くし、前記第１接合トーチで接合した鋼材側端部温度が１２００℃〜１１００℃の範囲内にある段階で圧縮又は引張り歪みを付与することを特徴とする熱間連続圧延のための鋼材接合方法。
【請求項２】
前記第１接合トーチでの接合終了時間を、下記式で求められる時間△Ｔだけ第２接合トーチでの接合終了時間より早くすることを特徴とする請求項１記載の熱間連続圧延のための鋼材接合方法。
△Ｔ＝Ｔａ
ただし、
Ｔａ：第１接合トーチでの接合が完了してから鋼材側端部に圧縮又は引張り歪みを付与することにより、１２００℃になるまでの時間
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば製鉄業等において、熱間連続圧延のために先行鋼材と後行鋼材を走間接合する場合に適用される鋼材の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鉄鋼業においては、熱間連続圧延ラインで、前後に連続して搬送される鋼材同志を接合する工程があり、この熱間連続圧延の生産性を向上させるために、接合を鋼材の搬送中に行う、いわゆる走間接合を行う要請が高まっている。従来、この走間接合を行うための走間接合設備としては、例えば図７に示すように、溶接装置ａとクランンプ装置ｋａ、ｋｂを搭載した走行体ｂを、駆動装置（図示省略）により駆動する搬送ローラーｃを跨いで、架台ｄ上に敷設した軌道ｒ上で駆動装置ｅにより走行可能に配設し、この走行体ｂを搬送ローラーにより前後に連続して搬送される先行鋼材ｓａと後行鋼材ｓｂと同期的に走行させながら、クランプ装置ｋａ、ｋｂで先行鋼材ｓａの後端部と後行鋼材ｓｂの先端部をクランプし、搬送ローラーｄで搬送中の先行鋼材ｓａの後端面と後行鋼材の先端面の突き合わせ部を走間で溶接するように構成した走間溶接設備が知られている。（参考技術：特開平７−１００７号公報、特開平７−１６６１１号公報）
【０００３】
この走間溶接設備により走間接合して得られた接合部が、仕上げ圧延過程で破断を生じた場合には、連続圧延操業が不能になるとともに、半成品処理を必要としコストの増大も招くことになるため、この接合部に対しては、仕上げ圧延過程で荷重（張力）に十分に耐える強度を有していることが要求される。このような接合強度を有する接合部を確保し、接合時間を短縮するとことも試みられている。
【０００４】
この接合時間の短縮する方法として、図８に示すように、鋼材ｓの板幅ａ方向に、アークまたはレーザー溶接トーチｒｔを備えた２台の走行台車Ｒｄ、Ｒｗを配置し、この２台の走行台車を鋼材ｓの板幅方向に所定間隔をもって配置し、前記突き合わせ部（接合線）に沿って同期的に走行させて該突き合わせ部を接合する、鋼材の板幅方向で接合区域を分担する方法がある。
【０００５】
この場合では、前記２台の走行台車は設備上の制約から、図８に示すように、走行台車Ｒｄの接合トーチｒｔは、接合する鋼材ｓの幅方向中心線ＣＬから一方側の側端に移動し、走行台車Ｒｗの接合トーチｒｔは、鋼材ｓの他方側から幅方向中心線ＣＬに移動させる構造であり、この２本の接合トーチｒｔの移動距離ｄｄとｄｗは同じにしている。
【０００６】
一方、前記先行鋼材と後行鋼材の突き合わせ部を溶融させて接合し、その所定時間後に、そのままの状態で仕上げ圧延すると、鋼材側端部に耳割れが発生し、これを起点として該接合部が破断に至る場合がある。これは、前記接合部における溶融金属が高温に加熱されて冷却する過程でサルファー脆化が発生して前記側端部が仕上げ圧延時に発生する張力に耐えられないことに起因するもので、鋼材側端部において発生する場合が多い。
【０００７】
このため、最後に接合を完了した鋼材側端部の温度が１２００℃以下まで低下した段階で、接合部に圧縮歪みを付与してサルファー脆化の発生により機械的強度が弱くなることを回避した後、前記仕上げ圧延機で圧延することが行われる。しかし、この場合、図９に示すように、走行台車Ｒｄの接合トーチｒｔによる鋼材側端（Ｄｓ側）の接合が完了してから、この部分の温度が１２００℃以下まで低下するまでの間（４秒程度）は圧縮歪みをかけることができず、その分、接合開始から仕上圧延機に噛み込せるまでの時間を短縮する障害になっていた。したがって、この時間の短縮の観点では、必ずしも要請に十分に応えられるものとは言い難い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、熱間連続圧延のための先行鋼材と後行鋼材を、２本の接合トーチを用いて板幅方向で走間接合する場合において、サルファー脆化がなく、仕上げ圧延過程で破断を生じない接合部を安定確保し、仕上げ圧延後の鋼板の品質を安定確保することを前提として、接合開始から仕上げ圧延機に噛み込せるまでの時間を短縮できる鋼材の接合方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の発明は、熱間連続圧延のための走間接合設備による先行鋼材と後行鋼材の接合方法において、前記接合する鋼材の幅方向中央部側から一方側の側端部側に移動させる第１接合トーチと、他方側の側端部側から幅方向中央部側に移動させる第２接合トーチにより、鋼材の幅方向の接合を分担して行い、接合が完了した後に接合部に圧縮又は引張り歪みを付与して、該接合部におけるサルファー脆化を回避し、その後、仕上げ圧延を行うに際して、前記の第１接合トーチでの接合終了時間を、第２接合トーチでの接合終了時間より早くし、前記第１接合トーチで接合した鋼材側端部温度が１２００℃〜１１００℃の範囲内にある段階で圧縮又は引張り歪みを付与することを特徴とする熱間連続圧延のための鋼材接合方法。第二の発明は、第一の発明において、前記第１接合トーチでの接合終了時間を、下記式で求められる時間△Ｔだけ第２接合トーチでの接合終了時間より早くすることを特徴とする熱間連続圧延のための鋼材接合方法。
△Ｔ＝Ｔａ
ただし、
Ｔａ：第１接合トーチでの接合が完了してから鋼材側端部に圧縮又は引張り歪みを付与することにより、１２００℃になるまでの時間
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、鋼材の幅方向中央部側から一方側の側端部側に移動させる第１接合トーチと、他方側の側端部側から幅方向中央部側に移動させる第２接合トーチにより、鋼材の幅方向の接合を分担して行う場合に、例えば第１接合トーチでの接合時間を、第２接合トーチでの接合時間より短くすることにより、第１接合トーチでの接合を早く終了させ、その時間差（数秒）分だけ鋼材側端部がサルファ−脆化を回避できる温度１２００℃以下になるのを早くし、圧縮又は引張り歪み付与を早くして、仕上圧延機に噛み込ませるまでの時間を短縮することができる。したがって、サルファー脆化のない接合部を安定確保し、仕上げ圧延後の鋼板の品質を安定確保して、高速圧延に対応することができる。
【００１１】
第１接合トーチでの接合が、第２接合トーチでの接合時間より早く終了させるには、前記のように第１接合トーチの接合距離を第２接合トーチでの接合距離より短くする方法と、第１接合トーチのレーザービーム（あるいはアーク）の強度を第２接合トーチのレーザービーム（あるいはアーク）の強度より強くして第１接合トーチの接合速度を早くする方法があるが、前者の方法が簡易で経済的で有利である。
【００１２】
第１接合トーチでの接合が第二の接合より、少しでも早く終了すればそれだけの効果はあるが、下記式で求められる時間△Ｔの場合が最も好ましい。
△Ｔ＝Ｔａ  （秒）
ただし、
Ｔａ：第１接合トーチでの接合が完了してから鋼材側端部に圧縮又は引張り歪みを付与することにより、サルファ−脆化を回避できる温度１２００℃になるまでの時間
【００１３】
図１は、本発明での第１接合トーチ８ｄと第２接合トーチ８ｗの配置と移動距離を示したものである。（ここでは接合トーチはレーザー溶接装置の接合トーチである。）
図１に示すように、第１接合トーチ８ｄと第２接合トーチ８ｗを板幅ａ方向に移動可能に配設し、この２本の接合トーチを同じ方向（矢印方向）に同時に移動を開始させるが、こここでは、２本の接合トーチの移動距離は同じではない。すなわち、第１接合トーチ８ｄは板幅の中心０から距離ｘずれた位置０ｘから一側端Ｐｄまでの距離ｄａを、また、第２接合トーチ８ｗは他端Ｐｗから０ｘまでの距離ｗａを移動する。
したがって、移動速度（接合速度）を同じにした場合は、移動距離の短い第１接合トーチ８ｄによる接合が距離ｘの移動時間分早く終了し、第２接合トーチ８ｗによる接合が距離ｘの移動時間分遅れて完了することになる。
【００１４】
図２は、鋼材１ａ（１ｂ）の板幅ａが１１００mmの場合に、本発明での第１接合トーチ８ｄと第２接合トーチ８ｗにより板幅方向で接合を分担した場合の接合例において、第２接合トーチ８ｗでの接合が完了した時における板幅方向距離（位置）と溶接部の温度との関係を示したものであり、また、図３は、実験から求められた溶接部の温度（℃）と時間経過による温度降下の関係を示したものである。
【００１５】
上記式のＴａは図３の場合では、第１接合トーチで最後に接合した鋼材側端部の温度が１２００℃になるまでの時間４秒であることから、これと同等の時間（４秒）ということになる。この場合、接合部にサルファー脆化を発生させないための圧縮又は引張り歪み付与は、第１接合トーチ８ｄと第２接合トーチ８ｗで板幅の１／２づつ分担して接合した場合より、２秒早く行うことができ、その分、接合開始から仕上げ圧延機に噛み込せるまでの時間を短縮することが可能になる。
【００１６】
図２の場合では、第１接合トーチ８ｄでの接合距離ｗａは、板幅ａの１／２より２秒分短く、第２接合トーチ８ｗの接合距離ｗａは板幅の１／２より２秒分長くしており、全体の接合時間は、板幅の１／２づつ分担して接合した場合より２秒長くなるが、第２接合トーチ８ｗでの接合は、第１接合トーチ８ｄでの接合の完了時点から４秒後に完了することになり、この完了時点では、第１接合トーチで最後に接合した鋼材側端部の接合部の温度は、サルファー脆化を防止するために圧縮又は引張り歪みを付与する温度である１２００℃以下になっており、圧縮又は引張り歪みの付与が可能な状態になっている。このことから接合開始から歪みを付与するまでの時間は、１／２接合する場合より２秒短くすることができる。
【００１７】
第１接合トーチ８ｄにより接合された鋼材側端部の温度が１２００℃になっても、板幅方向中央部は第２接合トーチｗにより接合完了直後であり、温度が１５００℃以上と高いが、実験では板幅方向中央部の場合は、サルファ脆化現象は生じても破断原因とならないことを確認している。したがって、第２接合トーチ８ｗでの接合が完了すると直ちに歪みを付与しても問題はない。
【００１８】
なお、溶接部の温度が１２００℃を超える温度領域で前記歪みを付与した場合には、サルファ脆化現象を防止できず、仕上げ圧延過程で接合部破断を生じる恐れが増大する。また、１１００℃未満の温度領域で歪みを付与した場合には、圧縮又は引張り歪みの付与効果が小さく、サルファー脆化の発生防止効果が不十分で接合強度の安定確保ができない。したがって、歪みの付与は、溶接熱の影響が小さくなる１２００℃以下で１１００℃以上の温度領域で行うことが好ましく、時間短縮のためには１２００℃以下で１２００℃に近い温度領域で行うことがより好ましい。
【００１９】
なお、本発明は片面接合の場合のみではなく、両面接合の場合も適用できるものである。両面接合の場合には、上面側と下面側を同時に接合することになり、温度は影響し合うので、これを考慮して条件設定する必要がある。
【００２０】
本発明は、図４〜図６に示す熱間連続圧延設備（例）において実施することができる。
この熱間連続圧延設備（例）は、図４に示すように、加熱鋼片１を粗圧延機２で熱間圧延し、得られた鋼材１ｏを一旦コイルボックス３に貯留した後、搬送ローラー４で仕上げ圧延機５に導き、この仕上げ圧延機で熱間連続圧延して鋼板１ｐを製造する場合において、コイルボックス３と仕上げ圧延機５間で搬送ローラー４により前後に連続して搬送される鋼材１ａ、１ｂを走間で溶接できるようにする走間溶接設備６を備えたものである。
【００２１】
この走間接合設備６は、駆動装置１０により軌道１１上を搬送ローラー４により前後に連続して搬送される鋼材１ａ、１ｂと同期して走行可能な走行体９を備えており、この走行体には、先行鋼材１ａと後行鋼材１ｂをクランプするクランプ装置７ａ、７ｂと、図２に示すように鋼材１ａ（１ｂ）のＤＳ側を接合するためのレーザー溶接装置８の第１接合トーチ８ｄと、ＷＳ側を接合する第２接合トーチ８ｗが搭載されている。
【００２２】
搬送ローラー４は、クランプ装置７ａ、７ｂや接合トーチ８ｄ、８ｗと干渉しない位置に退避、復帰できる構造（図示省略）を備えており、走行体９を走行させながら、クランプ装置７ａ、７ｂで先行鋼材１ａと後行鋼材１ｂをクランプし、駆動装置Ｍｄで第１接合トーチ８ｄを、また、駆動装置Ｍｗで第２接合トーチ８ｗを、先行鋼材１ａ、後行鋼材１ｂの板幅ａ方向の同じ方向に同期的に移動させ、先行鋼材１ａと後行鋼材１ｂの突き合わせ部を、同時的に分担して走間接合するように構成されている。
【００２３】
図中１２はクランプ装置７ｂに連結された油圧シリンダーで、先行鋼材１ａ、後行鋼材１ｂ歪み付与（圧縮歪みの場合には先行鋼材１ａと後行鋼材を押圧する方向に動作し、引張り歪みの場合には両者を引張る方向に動作する）装置として用いられる。１３は、第１接合トーチ８ｄと第２接合トーチ８ｗを移動させるための軌道である。
【００２４】
ここで用いられる第１接合トーチ８ｄと第２接合トーチ８ｗを備えたレーザー溶接装置８は、概念的には例えば図３に示すように、レーザービーム発振器１４、反射鏡１５、１６、シャッター１７をそ備えており、レーザービーム発振器１３からのレーザービーム１８を反射鏡１５、１６、シャッター１７を介して、先行鋼材１ａの後端と後行鋼材１ｂの先端の突き合わせ部において、その片面側から照射し、駆動装置８ｐ、Ｍｄ、Ｍｗにより両接合トーチ８ｄ、８ｗを接合線ＷＬに沿って鋼材の板幅ａ方向に移動させて突き合わせ部を溶融・凝固させることにより、先行鋼材１ａの後端と後行鋼材１ｂの先端を接合するように構成されている。
【００２５】
この例でのＤＳ側を接合する第１接合トーチ８ｄとＷｓ側を接合する第２接合トーチ８ｗは、本発明の第一の発明及び第二の発明を実施できるように構成されており、予め演算装置１９に設定されたライン速度、板厚、板幅、圧延条件に応じた接合条件、破断を生じない接合率とこの接合率を得るための接合範囲（接合深さ、接合開始点、接合距離、接合終点）、移動パターンで、駆動制御装置２０ｄ２０ｗを介して制御される。
【００２６】
また、演算装置１９には、圧縮歪み付与条件が設定されており、第２接合トーチ８ｗによるＷＳ側の接合完了時点から所定時間経過後に、出力制御装置２１を介して油圧ポンプ２２の出力を制御して圧縮歪みの付与制御が行われる。
【００２７】
そして、クランプ装置７ａ、７ｂでクランプされた先行鋼材１ａの後端と後行鋼材１ｂの先端を突き合わせ走行状態で、駆動装置Ｍｗ、Ｍｄにより第１接合トーチ８ｄと第２接合トーチ８ｗを板幅方向に所定速度で同期的に移動させながら、該突き合わせ部において、そのＤＳ側とのＷＳ側の所定範囲を、所定の接合率で同時的に接合を開始し、所定時間経過後に油圧シリンダー１２により圧縮歪みを付与して接合を完了させることができる。この場合、演算装置１８を用いないで、テーブルを作成して前記の溶接条件を設定、制御するようにしてもよい。この歪み付与のタイミングは、温度を実測して管理してもよいが、タイマーより、接合完了時点からの経過時間で管理するのが簡易である。この場合の経過時間は数秒である。
【００２８】
なお、本発明を実施するための走間接合設備は上記の走間接合設備例にのみ限定されるものではない。例えば、走間接合設備を構成するレーザー溶接装置、クランプ構造、搬送ローラーおよび退避・復帰構造等歪み付与装置の構造等は、接合対象、圧延条件等に応じて、変更されるものである。
上記のように構成した走間接合設備を用いて、本発明を実施することができる。
【００２９】
【実施例】
図４〜図６に示したような走間接合設備を用いて、コイルボックスから連続的に搬送・供給される、一般構造用鋼材を接合対象として、熱間仕上げ圧延機前の段階で、本発明を採用して、２本のレーザー溶接装置で、接合を分担して、走間突き合わせ接合（片面接合）し、圧縮歪みを付与した後、熱間仕上げ圧延して鋼板を製造した。このレーザー溶接による接合部の状態と、仕上げ圧延過程での鋼材（鋼材）の破断の有無、仕上げ圧延後の鋼材の品質と、接合時間の短縮率について調査した。その結果を以下に説明する。
【００３０】
「実施条件」
接合鋼材
鋼種：普通鋼
鋼材の化学成分（重量％）
Ｃ：０．０５８、Ｓｉ：０．０１６、Ｍｎ：０．２３０、Ｐ：０．０１９
Ｓ：０．０１４、Ａｌ：０．０３３、Ｔｉ：０．００１、Ｆｅ他：９９．６２９
サイズ：厚み４０mm、幅１１００mm
温度：１０５０℃
搬送速度：６０m/min
接合条件
レーザービーム出力：４５kw（一定）
接合速度：５m/min
接合深さ：２０mm
接合距離（設定値）
第１接合トーチ：３８３mm
第２接合トーチ：７１７mm
圧縮歪み付与条件
圧縮応力：２kg／mm2 
荷重付与時の温度
鋼材側端部（ＷＳ側）：１１００℃
鋼材中央部          ：１３００℃
鋼材側端部（ＤＳ側）：１２００℃
Ｔａ：４秒
△Ｔ：４秒
仕上げ圧延条件
鋼材板サイズ：厚さ２mm、幅１０００mm
圧延温度：１０００℃
圧下率：５０％（７スタンド）
圧延速度：１５１０m/min
【００３１】
（１）第１接合トーチの接合距離を第２接合トーチの接合距離より３３４mm短くした本発明の第一の発明と第二の発明を満足する実施例では、接合した後圧縮歪みを加えるまでの時間は８．６秒で、接合開始から仕上げ圧延機に噛み込むまでの時間は３８秒であった。（第１接合トーチの接合距離を第２接合トーチの接合距離を同じにした比較例との比較では、両者の合計接合時間は同じで、接合開始から仕上げ圧延機に噛み込むまでの時間は２秒短縮可能）
得られた接合部にはサルファー脆化現象がなく、仕上げ圧延過程で接合部の破断はなく、仕上げ圧延後の鋼材に接合部に起因する欠陥の発生は全く認められなかった。
【００３２】
（２）第２接合トーチの接合距離を長くして△ＴがＴａより大きい値である５．５秒になるようにした比較例では、接合時間は１２．１秒で、接合開始から仕上げ圧延機に噛み込むまでの時間は４１．５秒であったが、第１接合トーチの接合距離を第２接合トーチの接合距離を同じにした比較例との比較では、接合時間は同じで、接合開始から仕上げ圧延機に噛み込むまでの時間の短縮はできなかった。
【００３３】
（３）鋼材側端部の温度が１２５０℃のときに圧縮歪み付与した比較例では、接合時間は７秒で前記本発明の実施例の場合より短縮でき、接合開始から仕上げ圧延機に噛み込むまでの時間も３秒短縮できたが、サルファー脆化の発生を十分に回避できず、仕上げ圧延過程で接合部破断を生じることがあった。
【００３４】
（４）鋼材側端部の温度が１０９０℃のときに圧縮歪み付与した比較例では、接合時間は１２秒で前記本発明の実施例の場合より長くなり、接合開始から仕上げ圧延機に噛み込むまでの時間も１２秒長くなった。また、圧縮歪みの付与効果が小さく、サルファー脆化の発生防止効果が不十分で、仕上げ圧延過程で接合部破断を生じることがあった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明においては、鋼材の幅方向中央部側から一方側の側端部側に移動させる第１接合トーチと、他方側の側端部側から幅方向中央部側に移動させる第２接合トーチにより、鋼材の幅方向の接合を分担して行う場合に、第１接合トーチでの接合時間を、第２接合トーチでの接合時間より短くすることにより、第１接合トーチでの接合を早く終了させ、その時間差（数秒）分だけ鋼材側端部がサルファ−脆化を回避できる温度１２００℃以下になるのを早くし、圧縮又は引張り歪み付与を早くして、仕上圧延機に噛み込ませるまでの時間を短縮することができる。したがって、サルファー脆化のない接合部を安定確保し、仕上げ圧延後の製品の品質を安定確保して、高速圧延に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における接合トーチ配置例と接合分担例を示す側面概念説明図。
【図２】本発明において２本の接合トーチで接合を分担した場合の接合部の板幅方向温度変化例を示す説明図。
【図３】レーザー溶接による接合の場合での接合部の温度と接合完了からの経過時間と関係を示す説明図。
【図４】本発明を適用するの走間接合設備を備えた熱間連続圧延設備配置例を示す一部断面側面説明図。
【図５】本発明を適用する図４における走間接合設備例の一部を拡大して示す平面説明図。
【図６】本発明で用いるレーザー溶接装置の構造例を示す立体概念説明図。
【図７】従来の走間接合設備の構造例を示す側面概念説明図。
【図８】従来例におけるレーザー溶接装置の配置例と接合分担例を示す側面概念説明図。
【図９】従来例において、２台のレーザー溶接装置により接合を分担した場合の接合部の板幅方向温度変化例を示す説明図。
【符号の説明】
１    鋼片
１ａ、１ｂ    鋼材
１ｐ    鋼板
２    粗圧延機
３    コイルボックス
４    搬送ローラー
５    仕上げ圧延機
６    走間溶接設備
７ａ、７ｂ    クランプ装置
７ｃ    油圧シリンダー
７ｏ    上クランプ板
７ｕ    下クランプ板
８ｄ    第１接合トーチ（ドライブサイド）
８ｗ    第２接合トーチ（ワークサイド）
Ｍｗ    駆動装置（ワークサイド）
Ｍｄ    駆動装置（ドライブサイド）
９    走行体
１０    駆動装置
１１    軌道
１２    油圧シリンダー（歪み付与装置）
１３    軌道
１４    レーザー発振器
１５、１６    反射鏡
１７    シャッター
１８    レーザービーム
１９    演算装置
２０ｄ、２０ｗ    駆動制御装置
２１    出力制御装置
２２    油圧ポンプ
【図１】
0003670817.tif 000002
【図２】
0003670817.tif 000003
【図３】
0003670817.tif 000004
【図４】
0003670817.tif 000005
【図５】
0003670817.tif 000006
【図６】
0003670817.tif 000007
【図７】
0003670817.tif 000008
【図８】
0003670817.tif 000009
【図９】
0003670817.tif 000010