(57)【要約】      （修正有）【課題】連続熱間圧延で、接合部の破断を防止できる鋼片の接合方法及び鋼片の接合装置の提供。【解決手段】連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片１ａの尾端と後行鋼片１ｂの先端とを互いに非接触で対向配置し、先行鋼片１ａの尾端と後行鋼片１ｂの先端とを誘導加熱する加熱工程と、加熱された先行鋼片１ａの尾端と後行鋼片１ｂの先端とを突き合せ押圧接合する接合工程とを含み、先行鋼片１ａの尾端、後行鋼片１ｂの先端、先行鋼片１ａと後行鋼片１ｂとの接合面、及び当該鋼片表面の先尾端から所定の領域内のうちの１つ以上に対して、鋼片の融点より高い高融点酸化物を生成する鋼片が含まれる元素との反応により鋼片の融点より低い低融点の共晶酸化物を生成する物質を形成させ、接合時の鋼片端部の温度より融点の低い共晶酸化物を形成させ、当該共晶酸化物を先行鋼片１ａと後行鋼片１ｂとの押圧により接合界面から排除して接合する接合方法。【選択図】図１
2018118273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置し、前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを誘導加熱する加熱工程と、加熱された前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧接合する接合工程とを含む、連続熱間圧延における鋼片の接合方法であって、
前記先行鋼片の尾端、前記後行鋼片の先端、前記先行鋼片と前記後行鋼片との接合面、および当該鋼片表面の先尾端から所定の領域内のうちのいずれか１つ以上に対して、
鋼片が含有している鋼片の融点より高い高融点酸化物を生成する元素との反応により鋼片の融点より低い低融点の共晶酸化物を生成する物質を形成させて、接合時の鋼片端部の温度より融点の低い共晶酸化物を形成させて、当該共晶酸化物を前記先行鋼片と前記後行鋼片との押圧により接合界面から排除して接合することを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合方法。
【請求項２】
連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置し、前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを誘導加熱する加熱装置、加熱された前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧接合する接合装置を備える、連続熱間圧延における鋼片の接合装置であって、
前記加熱装置で前記先行鋼片の尾端、前記後行鋼片の先端、前記先行鋼片と前記後行鋼片との接合面、および当該鋼片表面の先尾端から所定の領域内のうちのいずれか１つ以上に対して、
鋼片が含有している鋼片の融点より高い高融点酸化物を生成する元素との反応により鋼片の融点より低い低融点の共晶酸化物を生成する物質を形成させて、接合時の鋼片端部の温度より融点の低い共晶酸化物を形成させて、当該共晶酸化物を前記先行鋼片と前記後行鋼片との押圧により接合界面から排除する塗布装置を備えることを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続熱間圧延において、連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片と後行鋼片とを接合する方法およびその方法に用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片と後行鋼片とを接合する方法として、例えば、連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置して、この状態で誘導加熱装置によって先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを急速加熱し、次いで、加熱された先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧（アップセット）接合する方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、大気雰囲気中で接合を行う際に、鋼中にＣｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ等のように鋼の融点（１４００〜１６００℃）よりも高い融点の酸化物（例えば、Ｃｒ酸化物：融点約２０００℃）を生成する成分を多く含むステンレス鋼や高張力鋼等については、誘導加熱時に接合面に生成されるこれらの酸化物が、アップセット後も接合部に固相として残って接合強度を著しく低下させ、後工程の仕上圧延にて接合部が破断して圧延の続行が不能になったり、破断片で鋼片に疵が入ったりすること等の問題が生じる。
【０００４】
この問題に対し、誘導加熱装置を用いて先行鋼片及び後行鋼片の各接合面の温度を鋼片の液相線温度以上にする方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、鋼片が高い融点の酸化物を生成する成分を多く含む場合、接合面の温度を鋼片の液相線温度以上に加熱しても、酸化物は固相のままであり、アップセット時に溶鋼と共に十分排除できず接合部に固相として残って接合強度を著しく低下させることがある。
【０００６】
接合面の温度を鋼片の液相線温度以上に加熱することで酸化物が排出されやすい理由は、酸化物を含む接合端面の固相率が下がり、粘度が下がることでアップセットにより酸化物を含む溶鋼が接合面外に排出されやすいことによるものである。ここで、鋼片が高い融点の酸化物を生成する成分を多く含む場合は、接合端面に固相の酸化物が多く存在し、つまり、固相率が上がって、見掛けの粘度が上がることでアップセットにより接合面外に排出されにくくなることを意味する。
【０００７】
上記のような接合部の破断を防止するために、例えば、接合前の端面に材料を塗布しておくことも考えられる。この点、特許文献２には、熱間圧延用鋼材をレーザにより接合する際、炭素を含むスラリーを接合部に塗布する技術が示されている。しかしながら、特許文献２に記載の技術は、レーザ溶接時のブローホールを抑制するものであって、接合部の破断を防止するということについては着目されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２７１６０５号公報
【特許文献２】特開２０００−３０１２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述した問題点を解消するためになされたものであり、後工程の仕上圧延にて接合部の破断を防止できる、連続熱間圧延における鋼片の接合方法および鋼片の接合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［１］連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置し、前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを誘導加熱する加熱工程と、加熱された前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧接合する接合工程とを含む、連続熱間圧延における鋼片の接合方法であって、
前記先行鋼片の尾端、前記後行鋼片の先端、前記先行鋼片と前記後行鋼片との接合面、および当該鋼片表面の先尾端から所定の領域内のうちのいずれか１つ以上に対して、
鋼片が含有している鋼片の融点より高い高融点酸化物を生成する元素との反応により鋼片の融点より低い低融点の共晶酸化物を生成する物質を形成させて、接合時の鋼片端部の温度より融点の低い共晶酸化物を形成させて、当該共晶酸化物を前記先行鋼片と前記後行鋼片との押圧により接合界面から排除して接合することを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合方法。
［２］連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置し、前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを誘導加熱する加熱装置、加熱された前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧接合する接合装置を備える、連続熱間圧延における鋼片の接合装置であって、
前記加熱装置で前記先行鋼片の尾端、前記後行鋼片の先端、前記先行鋼片と前記後行鋼片との接合面、および当該鋼片表面の先尾端から所定の領域内のうちのいずれか１つ以上に対して、
鋼片が含有している鋼片の融点より高い高融点酸化物を生成する元素との反応により鋼片の融点より低い低融点の共晶酸化物を生成する物質を形成させて、接合時の鋼片端部の温度より融点の低い共晶酸化物を形成させて、当該共晶酸化物を前記先行鋼片と前記後行鋼片との押圧により接合界面から排除する塗布装置を備えることを特徴とする連続熱間圧延における鋼片の接合装置。
【００１１】
なお、本発明において、高融点酸化物の「高融点」とは、鋼片の融点より高い融点のことを指す。
【００１２】
また、本発明において、低融点の共晶酸化物の「低融点」とは、鋼片の融点より低い融点のことを指す。
【００１３】
また、本発明において、共晶酸化物とは、複数の酸化物が異なる成分比の結晶で混じりあったもののことを指す。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、鋼片の中に鋼融点より高い融点の酸化物を生成する成分を含んでいても、後工程の仕上圧延にて接合部の破断を防止できる、連続熱間圧延における鋼片の接合方法および鋼片の接合装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】連続熱間圧延ラインのコイルボックスから仕上げ圧延機の第１スタンドまでの設備配列の概略図
【図２】接合装置の設備構成の概略を示す図
【図３】酸化物排出の模式図
【図４】本発明の化合物を塗布した場合の酸化物排出の模式図
【図５】本発明の一例である酸化ホウ素と酸化シリコンの２元状態図
【図６】先行鋼片への化合物塗布の形態
【図７】後行鋼片への化合物塗布の形態
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について、図面を参照しながらその一例を説明する。
【００１７】
図１は、連続熱間圧延ラインのコイルボックスから仕上げ圧延機の第１スタンドまでの設備配列の概略の一例を示す図である。図１では、粗圧延機から出てきた鋼片を巻き取るコイルボックス２、コイルボックス２から巻き出された先行鋼片１ａの尾端および後行鋼片１ｂの先端を切断するクロップシャー３、先行鋼片と後行鋼片を接合する接合装置４、接合後の鋼片接合部に付着しているノロを除去する切削装置５、そして６は仕上げ圧延機の第１スタンドを示す。
【００１８】
接合装置４は、図２に示すように、クロップシャー３によって先尾端が切り落とされた先行鋼片１ａと後行鋼片１ｂの各切断面が互いに非接触で対向配置されるように保持する左右のクランプ装置７ａ、７ｂと、該クランプ装置によって保持された鋼片の接合面を加熱する誘導加熱装置８と、クランプ装置７ａをクランプ装置７ｂ側に押して、接合面を突き合せて押圧接合する押圧シリンダ９と、該押圧接合時に鋼片が上下方向にずれることを防止する目違い防止板１０ａ、１０ｂとを備える。
【００１９】
ここで、本実施形態では、先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの鋼種については特に限定されず、例えば、先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの内の少なくとも一方が鋼片の融点（１４００〜１６００℃）よりも高い融点の酸化物を生成する元素を１質量％以上含有する鋼種であってもよい。鋼の融点よりも高い融点の酸化物とは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ等の酸化物（具体的には、Ｃｒ酸化物：融点約２０００℃、その他ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等）のことを指す。
【００２０】
本実施形態の鋼片の接合方法は、上述した連続熱間圧延ラインの仕上圧延機の入側で先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの先端とを互いに非接触で対向配置し、先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの先端とを加熱する加熱工程と、加熱された先行鋼片１ａ及び後行鋼片１ｂの先端とを突き合わせて押圧接合する接合工程とを含む。
【００２１】
本発明は、例えば、上記加熱工程において、先行鋼片の尾端、後行鋼片の先端、先行鋼片と後行鋼片との接合面、および当該鋼片表面の先尾端から所定の領域内のうちのいずれか１つ以上に対して、特定の物質（化合物）の塗布等の被覆処理により特定の共晶酸化物を形成することを特徴とする。
【００２２】
塗布する物質（化合物）は、鋼片が含有している鋼片より融点の高い高融点酸化物を生成する元素との反応により鋼片より融点の低い低融点の共晶酸化物を生成する特徴を持っており、低融点化により液状となって、押圧時の酸化物の排出性が向上する。酸化物排出の模式図を図３に示す。従来の鋼片より高い融点の酸化物を生成する成分を多く含む場合は、接合端面に固相の酸化物１１が生成し、接合端面に固相の酸化物１１が多く存在して、つまり、固相率が上がり見掛けの粘度が上がることで、アップセットにより固相の酸化物は接合面外に排出されにくくなり、接合後の強度が低下する。
【００２３】
図４のように、鋼板が含有している高融点酸化物を生成する元素と低融点の共晶酸化物を生成する化合物１２を塗布した場合、鋼板が含有している元素の酸化物と塗布した化合物に含まれる物質の酸化物が反応し、低融点の共晶酸化物１４を生成する。その結果、鋼の融点より低い融点を有する共晶酸化物１４により接合端面の固相率が下がり、低融点化により粘度が下がることで、アップセットにより酸化物が接合面外に排出されやすくなる。これにより、接合面の欠陥が減少し接合性が向上、安定した連続圧延が可能となる。
【００２４】
塗布する化合物に含まれる元素としては、Ｂ、Ｔｉ、Ｃａ等が挙げられる。例えば、Ｂは図５のようにＳｉＯ２との反応により、共晶酸化物を形成し、ＳｉＯ２よりも低融点の酸化物を形成する。
【００２５】
より具体的に、塗布する物質（化合物）としては、例えば、Ｂ２Ｏ３、Ｂ（ＯＨ）３が挙げられ、鋼片が含有するＳｉＯ２、ＭｎＯｘ等と共晶酸化物を形成して、鋼片が含有する酸化物の融点を低下させることができる。また、塗布する化合物としては、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２が挙げられ、鋼片が含有するＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３等と共晶酸化物を形成して、鋼片が含有する酸化物の融点を低下させることができる。また、塗布する化合物としては、ＴｉＯ２、ＴｉＯｘが挙げられ、鋼片が含有するＳｉＯ２、ＭｎＯｘ等と共晶酸化物を形成して、鋼片が含有する酸化物の融点を低下させることができる。中でも、Ｂ２Ｏ３、Ｂ（ＯＨ）３は、ＳｉＯ２、ＭｎＯｘとの反応により、また、ＴｉＯ２、ＴｉＯｘは、ＭｎＯｘとの反応により鋼片より低い融点の共晶酸化物を形成することができる。
【００２６】
化合物を塗布する箇所としては、先行鋼片の尾端および前記後行鋼片の先端のうち高融点酸化物を生成する元素を多く含んでいる側に少なくとも塗布する必要がある。図４のように接合面に塗布することで効果が得られるが、接合面の上面において接合面から長手方向に３０ｍｍまでの範囲に塗布しても加熱中に化合物が接合面に流入するため効果が得られる。接合面と上面両方に塗布するとさらに効果が高くて良い。
【００２７】
化合物を塗布する量は、共晶酸化物を生成するために十分な量として接合面の単位面積当たり０．０１μｇ／ｍｍ２以上が望ましい。上面や上面と接合面両方に塗布する場合は、上記塗布量と同等の化合物が、接合面と接合面の上面において接合面から３０ｍｍまでの範囲の両方への塗布量の総量として存在していればよい。また、塗布量が多すぎると、アップセット後も残存して接合強度が低下する可能性があるため、１０００μｇ／ｍｍ２以下が望ましい。
【００２８】
化合物を塗布する際、上述の化合物正味の塗布量が望ましいが、化合物を溶液として塗布してもよく、その際は、溶媒として水やエタノールがよく、上記の化合物を１〜４０ｍｏｌ／ｌとするとよい。
【００２９】
効果を得るためには幅方向の５０〜１００％の領域に塗布することが望ましい。塗布量が幅方向に均一であることが望ましく、塗布している領域において塗布量が１００倍以上変わらないようにすることが望ましい。
【００３０】
塗布するタイミングとしては、共晶酸化物が生成するための時間を確保するため加熱終了の２秒前までに塗布することが望ましい。また、塗布するタイミングが早すぎると塗布した化合物が流出する可能性があるため、加熱終了の６０秒前以降に塗布することが望ましい。上記時間内であれば、塗布にかかる時間は接合時間に影響しない。
【００３１】
塗布の方法としては前記化合物の粉末をスプレーを用いて塗布する方法や、前記化合物を融解した溶剤をスプレーする、または接合面を化合物または化合物を融解した溶剤に浸漬させる方法などがある。
【００３２】
また、本方法は接合界面を半溶融状態〜溶融状態まで加熱し、アップセットして接合する場合に効果がある。
【００３３】
なお、鋼組成として、Ｃの場合最大１．２質量％、Ｓｉの場合最大７．０質量％、Ｍｎの場合最大７．２質量％、Ｃｒの場合最大３５．０質量％、Ｔｉの場合最大０．５質量％、Ａｌの場合最大０．５質量％、Ｐの場合最大０．５質量％、Ｓの場合最大０．４質量％、Ｎｉの場合最大２５．０質量％、Ｍｏの場合最大１．０質量％、Ｖの場合最大０．５質量％含有していても、接合部が破断することなく仕上げ板厚２ｍｍまで良好な連続仕上圧延を継続可能である。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の効果について、実施例をもとに説明する。
【００３５】
粗圧延後の寸法が板幅１２００ｍｍ、厚み３０ｍｍからなる鋼（質量％で、Ｓｉ：２．８％、Ｃ：０．０２％、Ｍｎ：０．９％、Ｃｒ：０．１％、Ｔｉ：０．０％、Ａｌ：０．０％、Ｐ：０．０％、Ｓ：０．０％、Ｎｉ：０．０％、Ｍｏ：０．０％、Ｖ：０．０％、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成）の鋼片を、図１に示すような連続熱間圧延ラインで連続圧延を実施した。このとき、図２に示すような接合装置４内で先行鋼片と後行鋼片の接合面を５ｍｍの間隔を隔てて対向配置した後、誘導加熱装置８によって接合面を加熱し、押圧接合した。
【００３６】
加熱条件は、投入電力が１０００ｋＷ、周波数が１０００Ｈｚ、加熱時間が６．０秒である。この加熱条件は、接合面の温度が対象鋼の融点以上となる条件であり、融点以上の温度となる領域は接合端面からの１２ｍｍの範囲となる。アップセット量は１３．０ｍｍとした。
【００３７】
接合部が接合装置内に搬送される前に、図１に示す化合物塗布装置１３を用い接合部上面に化合物の塗布を行った。化合物としては酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、ホウ酸（Ｂ（ＯＨ）３）、酸化チタン（ＴｉＯ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を用いた。
【００３８】
図６に先行鋼片１ａへの化合物塗布の形態、図７に後行鋼片１ｂへの化合物塗布の形態を示す。化合物塗布装置は幅方向に１００ｍｍピッチで配列された１３本のノズルから構成されており、本実施例の条件では鋼片の全幅に塗布が可能である。各ノズルは鋼板上面において直径２００ｍｍの円状の範囲に化合物を塗布した。各ノズルは０．１０〜１５０００ｇ／ｓで化合物の塗布量を調整可能であり、ノズルの噴霧範囲ではほぼむらなく化合物の塗布が可能である。その際の溶媒として水やエタノールがよく、１〜４０ｍｏｌ／ｌの濃度とするとよい。なお、酸化ホウ素は水と反応してホウ酸の化合物になるが、接合部の熱により加熱されホウ素となるので塗布しても、低融点の化合物を形成できてよい。また、酸化チタンなど、水やエタノールを溶解しない化合物であっても、溶媒に分散した状態で塗布できるため、同様の効果が得られてよい。
【００３９】
本実施例では、化合物塗布装置の位置は固定とし、１ｍ／ｓでライン上を動く先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端それぞれが通過するタイミングで真上から塗布を行った。本実施例では、先行鋼片の尾端については加熱終了の１５秒前、後行鋼片の先端については加熱終了の１０秒前に塗布が完了した。表１に同様の方法で塗布を行ったのち接合を行わずに空冷し、接合面および上面に塗布された化合物の量を全幅について調査した結果を示している。
【００４０】
接合された鋼片は、切削装置６でノロを除去した後に仕上げ圧延機において、板厚が２．０ｍｍになるまで熱間圧延を実施した。
【００４１】
連続圧延を４本以上行うことができたものについて、接合強度の低下を防止できたと判断して、合格（○）とし、このうち、連続圧延を１０本全てで行うことができたものを◎とした。連続圧延が３本以下で割れが生じたものを不合格（×）とした。
【００４２】
表１に化合物塗布の使用有無と塗布条件、接合面および上面に塗布された化合物の量およびそれぞれの条件で連続圧延が可能だった本数を示す。
【００４３】
【表１】
2018118273.tif 000003
【００４４】
従来技術に相当する化合物塗布を行わない場合（試験Ｎｏ．１）には、連続圧延の２本目と３本目の接合部に割れが発生し圧延を途中で中止した。化合物塗布を行った場合は、化合物の種類によらず、連続圧延を４本以上行うことができた。
【００４５】
このうち、本発明のＮｏ．３〜８、Ｎｏ．１０〜１４は、塗布量（表中の塗布された化合物量）を０．０１μｇ／ｍｍ２以上１０００μｇ／ｍｍ２以下としたため、いずれも１０本連続して圧延できて安定した強度の高い接合が可能であることが実証できた。
【符号の説明】
【００４６】
１ａ  先行鋼片
１ｂ  後行鋼片
２  コイルボックス
３  クロップシャー
４  接合装置
５  切削装置
６  仕上げ圧延機
７ａ、７ｂ  クランプ装置
８  誘導加熱装置
９  押圧シリンダ
１０ａ、１０ｂ  目違い防止板
１１  酸化物
１２  化合物
１３  化合物塗布装置
１４  共晶酸化物
【図１】
2018118273.tif 000004
【図２】
2018118273.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018118273.tif 000008
【図６】
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【図７】
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