(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの圧延鋼材の端部を回転切削工具を用いて還元炎雰囲気中で切削して脱スケールした後、溶接部の長さを圧延鋼材の幅の20％以上とし還元炎雰囲気中で溶接することを特徴とする連続化熱間圧延における熱間接合方法。
【請求項２】
上記の切削して脱スケールした面を圧延鋼材の搬送方向にずらせて重ね合わせ、溶接することを特徴とする請求項１に記載の連続化熱間圧延における熱間接合方法。
【請求項３】
２つの圧延鋼材の端部を還元炎雰囲気中でジグソ形状に打ち抜きした後、はめ合わせ、還元炎雰囲気中で圧延鋼材の幅端部を溶接することを特徴とする連続化熱間圧延における熱間接合方法。
【請求項４】
粗圧延機と仕上げ圧延機との間にあって、搬送されている２つの圧延鋼材の端部をそれぞれ把持する把持装置、圧延鋼材の端部を脱スケールするための回転切削装置、脱スケールされた面を重ね合わせまたは突き合わせて溶接する装置ならびに脱スケールのための切削部および溶接部に還元炎を噴射する装置を備えることを特徴とする熱間接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粗圧延された鋼材を接合した後、仕上げ圧延する連続化熱間圧延するに際し、鋼材の端部を脱スケールするために切削した後、熱間で接合する方法およびその装置に関する。
【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、熱間仕上圧延を連続的に行う方法（以下、これを「連続化熱間圧延」と記載する）が提案されている。
【０００４】
図１は、連続化熱間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、走行する熱間接合装置5において先行鋼材S1の後端部と後行鋼材S2の先端部とを接合した後、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】
連続化熱間圧延を行うには、仕上げ圧延機での圧延時間よりも短い時間で先行鋼材に後行鋼材を接合する必要がある。このため、溶接による接合または圧接による接合方法などが提案されている。たとえば、溶接による方法には次ぎに示すものが提案されている。
【０００６】
(1)先行鋼材と後行鋼材との端部を突き合わせ、５×106〜１×108W/cm2のパワー密度で突き合わせ部をレーザ溶接によって仮付け溶接する方法（特開平8-290203号公報、参照）。
【０００７】
(2)500℃〜1300℃の温度で先行鋼材と後行鋼材との端部を突き合わせ、板両端部近傍の片側当たり、板幅の10％以上の合わせ面を溶融深さが板厚の30％以上、溶接部の板厚方向の平均溶融幅を10mm以下とし、出力が20kW以上の複数台の溶接機を用いて溶接する方法（特開平8-294704号公報、参照）。
【０００８】
(3)500℃〜1300℃の温度で先行鋼材と後行鋼材との端部を突き合わせ、溶接ワイヤー、溶接電圧、溶接電流および溶接速度を規定し、合わせ面に５mm以下の間隙を設けて複数台の溶接機を用いて溶接する方法（特開平8-294705号公報、参照）。
【０００９】
(4)先行鋼材と後行鋼材との端部を突き合わせレーザ溶接する方法であって、ブローホールを防止するため共金またはアルミニウム、シリコンまたはチタンを含む鋼の溶接フィラーを被溶接部に供給しながらレーザ溶接する方法（特開平8-309402号公報、参照）。
【００１０】
(5)先行鋼材と後行鋼材との端部をジグソ形状に加工し、はめ込み、幅端部を溶接する方法（特開昭62-89503号公報、参照）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述の溶接による圧延鋼材の接合は、突き合わせ部を仮付け溶接または本溶接を行った後、後段の圧延機の圧延によって本接合を行うものである。そのため、溶接機の容量、溶接条件などを規定して、突き合わせ溶接部の面積を大きくしたり、ブローホールを少なくすることを図っている。レーザ溶接では、溶接時に被溶接部の酸化膜が蒸発すると説明されているが、ブローホールが発生するのでこれを防止するための溶接材料を添加する必要がある。また、圧延鋼材の板厚が変化したとき、溶接機の容量、溶接条件などを変えなければならない。
【００１２】
ジグソ形状の組み合わせ接合は、ジグソ形状の表面は酸化皮膜が存在するので、接合部に酸化物や未接合部が生じる。また、圧延鋼材の幅端部では未接合部が開口するという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、通常の溶接法によって安定した連続化熱間圧延を可能にする熱間接合方法およびその装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、熱間溶接の接合強度について種々研究を行い、圧延鋼材を還元炎雰囲気中で切削した後、還元炎雰囲気中で溶接することによって、連続化熱間圧延を可能にする接合強度が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１５】
本発明の要旨は、次の▲１▼および▲２▼に示す圧延鋼材の熱間接合方法ならびに▲３▼に示す熱間接合装置にある。
【００１６】
▲１▼２つの圧延鋼材の端部を回転切削工具を用いて還元炎雰囲気中で切削して脱スケールした後、溶接部の長さを圧延鋼材の幅の20％以上とし還元炎雰囲気中で溶接する連続化熱間圧延における熱間接合方法。
【００１７】
上記の切削して脱スケールした面を圧延鋼材の搬送方向にずらせて重ね合わせ、溶接するのが望ましい。
【００１８】
▲２▼２つの圧延鋼材の端部を還元炎雰囲気中でジグソ形状に切断した後、はめ合わせ、還元炎雰囲気中で端部を溶接した後、仕上げ圧延を行う連続化熱間圧延における熱間接合方法。
【００１９】
▲３▼粗圧延機と仕上げ圧延機との間にあって、搬送されている２つの圧延鋼材の端部をそれぞれ把持する把持装置、圧延鋼材の端部を脱スケールするための回転切削装置、脱スケールされた面を重ね合わせまたは突き合わせて溶接する装置ならびに脱スケールのための切削部および溶接部に還元炎を噴射する装置を備える熱間接合装置。
【００２０】
本発明で用いる溶接は、脱スケールした鋼板の接合部を密着して酸化させないための溶接であり、仕上げ圧延機までの搬送するための強度があればよいので、溶接条件等は特に規定しない。また、上記▲２▼のジグソ形状とは、たとえば図８に示すような上下方向にはめ合わせると接合できるように、鋼板の端部に台形状の凹凸部を打ち抜きなどで形成したものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、連続化熱間圧延を行う際の圧延鋼材の接合を還元炎雰囲気中で溶接することによって行う。溶接には、アーク溶接法、レーザ溶接法または電子ビーム溶接法を用いることができる。
【００２２】
還元炎雰囲気中で溶接するのは、接合面を回転切削工具などで切削してスケールを除去した後、溶接が終わるまで酸化を防止するためである。還元炎は、ノズル内混合方式のバーナを使用し、リング状のスリットノズルから混合気体を噴射することによって得られる。なお、すすを発生させない還元炎を得るには、たとえばバーナ１本当たり６ Nm3/hrのＬＰＧガスを使用した場合、酸素富化率を30％〜80％、空気比（ｍ）を0.45〜0.65とする混合気体とすればよい。バーナは、板幅によって幅方向に複数個配置するのが望ましい。
【００２３】
厚いスケールが生成している圧延鋼材、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圧延鋼材は、還元炎雰囲気中で回転切削工具などによって機械的に脱スケールする。
【００２４】
図２は、回転切削工具と溶接機を備えた熱間接合装置を示す縦断面図である。
【００２５】
熱間接合は、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（溶接装置10の位置）にきたとき把持装置11で先行鋼材S1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14によって上昇させ、回転切削工具15によって切削できる位置まで押し上げ、溶接装置に設けた上金具16の下面にセットする。次に、後行鋼材S2を前進させてその先端が下金具16-1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S1を把持装置11-1で固定する。その後、バーナ17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斜め切削する。切削が終わると、回転切削工具を退避させ、先行鋼材の架台12、上金具16および溶接装置10を同時に下降させて溶接する。溶接装置10は、液圧装置などの移動装置によって、上下に往復移動できるように構成されている。この熱間接合装置5は、走行ローラ18によって圧延方向に走行する。
【００２６】
図３は、還元炎雰囲気中で切削している状況と還元炎雰囲気中で溶接している状況を示す模式図であり、(a)は回転切削工具を用いて斜め切削中の側面図、(b)はアーク溶接中の側面図である。ここに示す回転切削工具は、圧延鋼材の幅よりも長い切削刃を持ち、圧延鋼材の幅方向を同時に切削できる工具である。
【００２７】
図3(a)に示すように、先行鋼材S1および後行鋼材S2をそれぞれ上下の金具16,16-1にセットした後、バーナ17から還元炎を噴射しながら回転切削工具15を一点鎖線矢印で示す方向に移動させ、先行鋼材S1および後行鋼材S2の破線で示す部分を斜めに切削し、切削面20,21を形成する。その後、図(b)に示すように、切削面20,21を距離ｄだけずらせて重ね合わせ、溶接トーチ10-1によって還元雰囲気中で溶接する。これによると、切削面および溶接部が還元炎雰囲気中で形成されるので、酸化膜の生成がなく、しかも次工程の圧延で切削面が圧接されるので、張力圧延が可能となる。
【００２８】
切削面20,21を距離ｄだけずらせて重ね合わせるのは、切削面を溶接して溶接部に圧延鋼材表面のスケールの巻き込みを防止するためである。
【００２９】
図４は、還元炎雰囲気中で切削している状況と還元炎雰囲気中で溶接している状況を示す模式図であり、(a)は回転切削工具を用いて平行に切削中の側面図、(b)はアーク溶接中の側面図である。ここに示す回転切削工具15-1は、図３に示す回転切削工具よりも刃先の長さが短く、工具の軸を圧延鋼材の長手方向と平行または傾斜させて、回転させながら圧延鋼材の幅方向に移動する工具である。工具の軸を圧延鋼材の長手方向と平行にすると、圧延鋼材の端部には段部が形成され、軸を傾斜させると図３に示すような斜め切削面が形成される。
【００３０】
図4(a)に示すように、先行鋼材S1および後行鋼材S2を上下の金具16,16-1にセットした後、バーナ17から還元炎を噴射しながら回転切削工具15-1を紙面に垂直方向に移動させ、破線で示す部分を平行に切削し、切削面20-1,21-1を形成する。その後、図(b)に示すように、切削面20-1,21-1を距離ｄだけずらせて重ね合わせ、溶接トーチ10-1によって還元雰囲気中で溶接する。これによると、切削面および溶接部が還元炎雰囲気中で形成されるので、酸化膜の生成がなく、しかも次工程の圧延で切削面が圧接されるので、張力圧延が可能となる。
【００３１】
図５は、還元炎雰囲気中で切削している状況と還元炎雰囲気中で溶接している状況を示す模式図であり、(a)は２つの圧延鋼材を搬送方向に突き合わせて回転切削工具を用いて平行または斜めに切削している側面図、(b)はアーク溶接中の側面図である。ここに示す回転切削工具15-2は、図４に示す回転切削工具と同じまたは円錐台状の工具が使用することができる。いずれも工具の軸を圧延鋼材の長手方向と平行または傾斜させて、回転させながら圧延鋼材の幅方向に移動する工具である。工具の軸を圧延鋼材の長手方向と平行にすると、圧延鋼材の端部には図４に示すような段状の切削面が形成され、軸を傾斜させると図３に示すような斜め切削面が形成される。
【００３２】
図６は、溶接部の状況を示す図であり、(a)は接合部を斜め切削した後重ね合わせて隅肉溶接したもの、(b)は接合部を段状に切削した後重ね合わせて隅肉溶接したもの、(c)から(e)までは接合部の対向する面を平行に切削した後突き合わせ溶接したものである。溶接部22は、図(c)に示すように圧延鋼材の幅方向を全部溶接するのが望ましい。しかし、図6(a)および(b)に示すように重ね合わせて隅肉溶接するものは、後続の圧延によって切削面が圧接されるので、断続的に溶接し、圧延鋼材の幅方向の20％以上溶接されておればよい。しかし、図6(c)から(e)までに示すように突き合わせ溶接の場合には、圧延鋼材の幅方向の30％以上溶接するのが望ましい。
【００３３】
図７は、ジグソ形状に加工した後溶接する状況を示す側面図であり、(a)は打ち抜き前の状況、(b)は打ち抜き後の状況、(c)ははめ合わせた後の状況および(d)溶接している状況を示す図である。
【００３４】
図7(a)に示すように、先行鋼材S1および後行鋼材S2をダイス23,23-1にセットし、打ち抜きポンチ24,24-1によって還元炎雰囲気中でジグソ形状に打ち抜き加工する。図7(b)に示すように、ポンチが圧延鋼材から引き抜かれ、ダイスが破線矢印のように退避する。次ぎに、図7(c)に示すように、先行鋼材側のポンチホルダ25が降下して、先行鋼材と後行鋼材とのジグソ形状部をはめ合わせ、接合する。つづいて、図7(d)に示すように、ジグソ形状の幅方向の端部を溶接する。
【００３５】
図８は、ジグソ形状部をはめ合わせて溶接した状況を示す斜視図である。この場合の溶接部22は、圧延鋼材の接合力を得るものではなく、ジグソ形状の幅方向の端部の開口を防ぎ、圧延鋼材の幅端部の合わせ面に酸化膜を生じさせないようにするためである。
【００３６】
【実施例】
厚さ30mm、幅300mm、長さ1000mmの鋼板（Ｃ：0.15重量％、Si：0.015重量％、Mn：0.26重量％）を用意し、図２に示す熱間接合装置を配置した図１に示す小型の圧延設備により連続化圧延試験を行った。
【００３７】
脱スケールには、刃先の最大外径を300mm、長さ320mmとした円筒状回転切削工具を用いた。切削条件は、回転速度1500rpm、移動速度を6000mm／分、鋼板の温度を1050℃、鋼板先端部の切削幅を30mm、還元炎点火１秒後に切削を開始し、直火還元炎雰囲気で切削した。
【００３８】
直火還元炎雰囲気は、ノズル内混合方式のバーナーを使用し、リング状のスリットノズルから混合気体を噴射して還元炎を形成させた。バーナーは、板幅方向に複数個並べて配置した。燃料は、バーナー１本当たり６ Nm3/hrのＬＰＧガスを酸素富化率60％、空気比（ｍ）0.6とした。
【００３９】
溶接は、直径３mmのワイヤを用い、電流1500A、電圧30V、速度40 mm／秒の条件で行った。
【００４０】
上記の圧接を行った後、鋼板の温度が1000℃になったとき３台の仕上げ圧延機によりそれぞれ40％、35％、30％の圧下率と、約5.0 kgf/mm2の張力をかけて圧延を行い、板厚8.2mmのコイルを製造した。
【００４１】
（実施例１）
圧延鋼材の脱スケールを斜め切削による方法、平行切削による方法および突き合わせ切削による方法で行い、表１に示す溶接による接合を行い、連続化熱間圧延試験を実施した。これらの試験の結果を表１にまとめて示した。
【００４２】
【表１】
0003708334.tif 000002
【００４３】
表１から明らかなように、発明例の番号１から６までは、溶接雰囲気を還元炎とし、接合部の幅を重ね合わせの場合は圧延鋼材の幅の20％または27％、突き合わせの場合には33％としたので、いずれも連続化熱間圧延を行うことができた。
【００４４】
比較例の番号７、10および12は、溶接雰囲気を大気としてので、圧延時に圧延鋼材が破断し、連続化熱間圧延ができなかった。比較例の番号８および９は、接合部の幅が圧延鋼材の幅の17％と小さく、圧延によって接合部に開口部が発生した。また、比較例の番号11は、突き合わせ溶接のため接合部が27％と小さく、圧延によって接合部に開口部が発生した。
【００４５】
（実施例２）
２つの圧延鋼材の端部を図７に示すようにジグソ形状に加工し、組み合わせ、図８に示すように表面を溶接した後、連続化熱間圧延試験を行った。接合部には、開口が認められなかった。しかし、溶接を施さないものは、接合部に開口が認められた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の方法および装置によれば、脱スケールと溶接を還元炎雰囲気中で行うので、溶接部に不純物の噛み込みがなく、接合力を高めることができる。また、重ね合わせの場合には、圧延によって重ね合わせ部が圧接されるので、張力圧延が可能となる。これにより、連続化熱間圧延を安定して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続化熱間圧延設備の概要を示す図である。
【図２】回転切削工具と溶接機を備えた熱間接合装置を示す縦断面図である。
【図３】還元炎雰囲気中で切削している状況と還元炎雰囲気中で溶接している状況を示す模式図であり、(a)は回転切削工具を用いて斜め切削中の側面図、(b)はアーク溶接中の側面図である。
【図４】還元炎雰囲気中で切削している状況と還元炎雰囲気中で溶接している状況を示す模式図であり、(a)は回転切削工具を用いて平行に切削中の側面図、(b)はアーク溶接中の側面図である。
【図５】還元炎雰囲気中で切削している状況と還元炎雰囲気中で溶接している状況を示す模式図であり、(a)は２つの圧延鋼材を搬送方向に突き合わせて回転切削工具を用いて平行または斜めに切削している側面図、(b)はアーク溶接中の側面図である。
【図６】溶接部の状況を示す図であり、(a)は接合部を斜め切削した後重ね合わせて隅肉溶接したもの、(b)は接合部を段状に切削した後重ね合わせて隅肉溶接したもの、(c)から(e)までは接合部の対向する面を平行に切削した後突き合わせ溶接したものである。
【図７】ジグソ形状に加工した後溶接する状況を示す側面図であり、(a)は打ち抜き前の状況、(b)は打ち抜き後の状況、(c)ははめ合わせた後の状況および(d)溶接している状況を示す図である。
【図８】ジグソ形状部をはめ合わせて溶接した状況を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：粗圧延機    ２．中間コイラ    ３．レベラ
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    ９．スラブ    10．溶接装置
10-1．溶接トーチ    11．把持装置    12．架台
13．テーブルローラ    14．昇降用シリンダ
15．回転切削工具    16．上金具    16-1．下金具
17．バーナ    18．走行ローラ    19．液圧装置
20,21．切削面    22．溶接部    23．ダイス
24．打ち抜きポンチ    25．ポンチホルダ
S1．先行鋼材    S2．後行鋼材    ｄ．ずらせ量
【図１】
0003708334.tif 000003
【図２】
0003708334.tif 000004
【図３】
0003708334.tif 000005
【図４】
0003708334.tif 000006
【図５】
0003708334.tif 000007
【図６】
0003708334.tif 000008
【図７】
0003708334.tif 000009
【図８】
0003708334.tif 000010