(57)【要約】【課題】コスト・納期上有利な鋼帯の製造方法を提案する。すなわち鋼帯の連続処理装置においても従来実現し得なかった板厚差に関する通板の問題を解決し、スケジュールフリー製造を実現するものであり、また従来勘と経験に頼った板厚差の規定に関して明確な指標を提供することにより板破断などの通板上の問題を解決し、安定稼動を実現する。【解決手段】  当該装置とは別装置において鋼帯の前端乃至は後端の少なくともいずれか片方に板厚の異なる鋼板を溶接した鋼帯を一度コイルに巻き取り、そのコイルを当該装置の材料とすることを特徴とする、連続処理装置における鋼帯の製造方法であり、またはコイルを材料とする鋼帯の連続処理装置での製造方法において、板厚の異なる材料同士を接合した材料を処理する場合、ある数式であらわされる無次元数Ｋが1.0以下であるような材料同士を接合することを特徴とする、連続処理装置における鋼帯の製造方法。【選択図】  図３
2007290018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを材料とする鋼帯を連続処理装置で製造する方法であって、該連続処理装置とは別の装置により、前記鋼帯の前端乃至は後端の少なくともいずれか片方に、該鋼帯と板厚の異なる鋼板を溶接した鋼帯を一度コイルに巻き取り、その巻き取ったコイルを前記連続処理装置の材料とすることを特徴とする連続処理装置における鋼帯の製造方法。
【請求項２】
コイルを材料とする鋼帯を連続処理装置で製造する方法であって、板厚の異なる材料同士を接合した材料を処理する場合に、該材料の縦弾性率をＥ、前記連続処理装置で45度以上の巻き付け角を持つ搬送ローラーのうち最小径のものをＲとし、
板厚の厚い方の材料における、
板厚：ｔ１
引張強さ：Ｔｓ１
想定降伏応力：Ｙ１＝０.９×Ｔｓ１とし、
板厚の薄い方の材料における、
板厚：ｔ２
引張り強さ：Ｔｓ２
想定降伏応力：Ｙ２＝０.９×Ｔｓ２とするとき、
【数５】
2007290018.tif 000009
で表される無次元数Ｋが１.０以下である材料同士を接合することを特徴とする鋼帯の連続処理装置における鋼帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルを材料とする鋼帯を連続処理装置で製造する方法に関するものであり、さらには連続酸洗、連続焼鈍、連続メッキライン、連続塗装ライン等の連続処理装置において、コイルを材料とする鋼帯の連続処理プロセスによる製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯等の金属帯は、一般にはストリップミルにより圧延等の処理を施されてコイルに巻き取られた状態になっている。この鋼帯を焼鈍やメッキを目的とする連続ラインで処理するためには、アンコイラーで巻きほどされた鋼帯を処理設備入り側で先行材の尾端と溶接し、当該処理設備で連続的に所要の処理を施した後に、処理設備出側で所定の長さに切断され、コイラーにて巻き取るか、切り板として出荷する。
【０００３】
このような処理設備は、従来技術として、例えば、特許文献１の図２に示すような連続焼鈍炉設備がある。なおこの前面での溶接作業は、通常マッシュシーム溶接や、レーザービーム溶接、フラッシュバット溶接により行われる。このような鋼帯の連続処理装置で板破断が発生すると、その復旧のために長時間を要するため、生産上大きな被害をもたらす。これを回避するために、溶接を続けながらオンライン下でその直後に即座に、非破壊・非接触方式で溶接部分の健全性診断をし、板破断を回避しようとしている。（例えば、特許文献２）
しかし、たとえ溶接そのものが健全であったとしても溶接された先行材と後行材の板厚が大きく異なる場合、連続処理プロセス内の搬送ローラー上での曲げモーメントが、板厚の薄い方の材料に過大に作用し、薄い方の材料の溶接部近傍に大きな曲げ歪が加わる。溶接部が連続処理プロセス内の複数のローラーを通過するたびにこの溶接部近傍に曲げ曲げ戻しの歪が作用し、低サイクル疲労による板破断を招くことがあった。一度板破断を招くと、その処理と、装置の立ち上げに長時間の休止を有するため、深刻な被害をもたらす。
【０００４】
これを回避するために、従来は、先行材と後行材の板厚差がある範囲となるように規定し、それになるように処理スケジュールを編成していた。しかし従来技術ではこの規定された板厚差の範囲を科学的に最適化することは困難であり、本来その範囲は処理プロセスの搬送ローラー径や張力、強度によって左右されるため、画一的に決定することも出来ず、その範囲はもっぱらこれまでの経験と勘に頼るものでしかなかった。そのため、度々の板破断およびそれに伴う長時間休止の損失を出しながら操業しているのが実態であった。また一度板破断が発生すると、その莫大な損失の再来を防止するために、板厚差の規定範囲は益々狭まり操業上支障を来たすことがあった。
【０００５】
許容される板厚が小さいときの問題は、製造チャンス制約のために仕掛時間が長くなり製造工期が長大になることが問題としてある。そのための在庫は膨大になり、この板厚差の制約によって場合によっては定められた納期に製造が間に合わない物が発生するなどの問題を引き起こすことがあった。たとえば当該装置で薄手の材料の生産中に何らかの理由で上記板厚差の規定範囲を外れる厚手の材料を生産する必要が発生した場合、規定範囲に入るような板厚の材料が仕掛材料にある場合にはそれを中間につないで製造することも可能であるが、丁度良い板厚の材料が仕掛品に無い場合には、それに合う材料を調達せねばならずそのための工期が余分にかかってしまう。またよしんばそのような方法で製造し得たとしても、その中間板厚のつなぎ材の需要があればよいが、そうでない場合は在庫品として補完する必要がある。このようにこの繋ぐ板厚差範囲が決められていることによる納期・工期上の問題、在庫・仕掛増大によるコスト増は、連続処理ラインにとって未解決の重大な問題であった。これを回避するために板厚差の規定を緩やかにすると、前述したように今度は板破断による被害を及ぼし、この問題はこれまで連続ラインの宿命として技術的に放置されてきた。
【特許文献１】特開２０００−１９７９１７
【特許文献２】特開平６−３３１５６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は掛かる問題を解決し、コスト・納期上有利な鋼帯の製造方法を提案するものである。すなわち鋼帯の連続処理装置においても従来実現し得なかった板厚差に関する通板の問題を解決し、スケジュールフリー製造を実現するものであり、また従来勘と経験に頼った板厚差の規定に関して明確な指標を提供することにより板破断などの通板上の問題を解決し、安定稼動を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）コイルを材料とする鋼帯を連続処理装置で製造する方法であって、該連続処理装置とは別の装置により、前記鋼帯の前端乃至は後端の少なくともいずれか片方に、該鋼帯と板厚の異なる鋼板を溶接した鋼帯を一度コイルに巻き取り、その巻き取ったコイルを前記連続処理装置の材料とすることを特徴とする連続処理装置における鋼帯の製造方法。
（２）コイルを材料とする鋼帯を連続処理装置で製造する方法であって、板厚の異なる材料同士を接合した材料を処理する場合に、該材料の縦弾性率をＥ、前記連続処理装置で45度以上の巻き付け角を持つ搬送ローラーのうち最小径のものをＲとし、
板厚の厚い方の材料における、
板厚：ｔ１
引張強さ：Ｔｓ１
想定降伏応力：Ｙ１＝０.９×Ｔｓ１とし、
板厚の薄い方の材料における、
板厚：ｔ２
引張り強さ：Ｔｓ２
想定降伏応力：Ｙ２＝０.９×Ｔｓ２とするとき、
【数１】
2007290018.tif 000003
【０００８】
で表される無次元数Ｋが１.０以下である材料同士を接合することを特徴とする鋼帯の連続処理装置における鋼帯の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋼帯の連続処理装置において従来実現し得なかった板厚差に関する通板の問題を解決し、スケジュールフリー製造を実現することができ、また従来勘と経験に頼った板厚差の規定に関して明確な指標を提供することにより板破断などの通板上の問題を解決し、安定稼動を実現することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に鋼帯の連続処理ラインの概念図例を示す。図右側のアンコイラー１に材料コイルをセットし、溶接機２にて先行材の尾端と、当該コイル先端を溶接する。その後入側ルーパー３、処理装置（例えば連続焼鈍炉や連続表面処理設備）４を通過後、出側ルーパー５を経てシャー６にて所定の長さにカットされた鋼帯７はコイラー８に巻き取られ、製品となる。図２・３に搬送ローラー９への溶接部付近の巻き付状態の拡大図を示す。このとき板厚差があまり無い状態であると、図２に示すように、溶接された鋼帯は搬送ローラー９になじむため、特に問題は無い。
しかし板厚差や強度差の大きい鋼帯同士を溶接して搬送ローラー９上を通板した場合図３に示す如く、厚手材１１が搬送ローラー９に十分なじます、そのため薄手材１２の溶接部１０近傍で大きな屈曲１３が発生する。そして鋼帯同士の溶接部１０が複数の搬送ローラー上を搬送されていくに従い、この屈曲の曲げ曲げ戻しが繰り返し同じ部分に発生することから、ついには疲労破壊すなわち板破断に至るのである。これを防止するために先行材及び後行材のサイズ・材質の組み合わせを規定する必要があり、このことが連続処理ラインのスケジュールフリー化を阻害していた。
【００１１】
これを回避するために、通常通板できない先行材および後行材の組み合わせでも、その中間に必要最小長さで別の材料を接続することにより、今回スケジュールフリー化を達成できた。このような効果を得るためにその中間材料は先行材および後行材との組み合わせにおいて上記のような問題の発生しないサイズとする必要がある。またこのような材料を当該連続処理装置内で先行材若しくは後行材と接続するためには、そのハンドリング時間を稼ぐために入側ルーパー３を長大なものとするか、現状の入側ルーパー３の長さでも可能なように処理速度を下げるしかなく、当該設備が工場全体の生産性のボトルネックである場合には、工場全体のスループットを下げるために問題である。このような問題を解決するためには当該連続処理設備にコイルを挿入する以前に別の装置にてコイルの前端乃至は尾端に中間材料を接合することで解消可能である。
【００１２】
また従来技術ではこのような搬送ローラー９上での薄手材料の屈曲１３状況を防止するため、経験則である板厚差もしくは板厚比範囲で通板スケジュールを構築していた。しかし板厚のみに着目したスケジュール構築では、熱処理サイクルや成分で材料の機械的性質が異なる場合などにその規定は不正確な場合がありまたそれぞれの処理設備毎にその閾値の調整が必要であった。それゆえ特に設備の新設時には板破断や最適でないスケジュール構築による不要な仕掛や製品在庫を持つことになっていた。そこで本発明では、接合される鋼帯の曲げ剛性に着目し、それが薄手材料の屈曲状況を支配的に記述できるものとして、屈曲を防止するための、簡単な判定基準を発明した。これは経験則ではなく、物理法則から導いた判定基準なので、これによれば新設ラインや板厚のみではなく種々の材料の組み合わせについても最適にスケジュール構築が可能である。
【００１３】
板厚差や強度差すなわち曲げ剛性差の大きい鋼帯同士を溶接して搬送ローラー上を通板した場合図３に示す如く、曲げ剛性の大きい厚手材１１が搬送ローラー９に十分なじます、そのため薄手材の溶接部近傍で大きな屈曲が発生する。材料の縦弾性率をＥ、当該装置で45度以上の巻き付け角を持つ搬送ローラー９のうち最小径のものをＲとし
板厚の厚い方の材料における、
板厚          ｔ１
引張強さ      Ｔｓ１
想定降伏応力  Ｙ１＝０.９×Ｔｓ１
板厚の薄い方の材料における、
板厚          ｔ２
引張り強さ    Ｔｓ２
想定降伏応力  Ｙ２＝０.９×Ｔｓ２
とするとき、厚手材料がローラーに完全になじむ為に必要な曲げモーメントは、
【数２】
2007290018.tif 000004
【００１４】
であらわすことができる。
【００１５】
ただし溶接部近傍では厚手材１１は完全に搬送ローラーになじまなくとも通板上の問題はない。有限要素法による数値解析および実験より、溶接部近傍での厚手材に働く曲げモーメントはＭｅ＞０.５×Ｍ1であれば搬送ローラー９への巻きつけ状況は問題無く、薄手側材料に過大な屈曲を及ぼさないことが判った。つぎに薄手側材料の溶接部近傍での曲げモーメントＭ２は、モーメントのつりあいからＭｅと粗同一であるが、このときＭ２が極限曲げモーメントすなわち全塑性曲げモーメントとなるときに、薄手側材料に有害な屈曲が発生することがわかった。なお全塑性曲げモーメントとは、その当該断面の全範囲が塑性変形を発生するモーメントであり、このモーメント下において屈曲は増加し続ける。この屈曲点を塑性学上、塑性屈曲点と呼ぶ。この極限モーメントＭ２は
【数３】
2007290018.tif 000005
【００１６】
・・・（Ｂ）
とあらわされる。これらの関係から
【数４】
2007290018.tif 000006
【００１７】
が導出される。したがって本発明式の
【数５】
2007290018.tif 000007
【００１８】
・・・（Ｄ）
であらわされる数値Ｋが１.0以下であるべきことが導出される。したがってこの式で導かれる範囲の組み合わせにスケジュールを構築すれば、すべての鋼帯連続処理装置においても、板破断の問題なく最適な操業が可能である。
【実施例】
【００１９】
以下に本発明に基づき実施例を述べる。連続溶融亜鉛メッキラインにおいて引っ張り強度２７０ＭＰaで板厚３.２ｍｍの鋼帯を製造していたが、同材質で板厚５.０ｍｍの鋼帯を処理する必要が発生した。当該装置においては通板可能な板厚比が１.５倍以下という従来技術の経験に基づく規定があったので３.２ｍｍと５.０ｍｍの材料の連続通板は板厚比の関係から不可であるとした。そのため板厚３.２ｍｍの材料の後に板厚４.５ｍｍの材料コイル１５ｔを製造し、その後必要な５.０ｍｍの製造を行った。この４.５ｍｍの材料を処理するために必要な時間は1時間であったため、大幅な納期遅れを生じさせ、なおかつその４.５ｍｍの材料は生産オーダーにないサイズであったため長期在庫として倉庫に滞留した（比較例１）。ちなみに板厚４.５ｍｍの材料コイルの１５ｔは、当該装置の受け入れ可能な最小重量コイルであった。そこで本技術に基づき、板厚５.０ｍｍの材料の前端に、板厚４.５ｍｍの材料の短冊を５ｍだけ接合し、コイル化して当該連続溶融亜鉛メッキラインで処理を開始した。板厚３.２ｍｍの材料と４.５ｍｍの材料および４.５ｍｍと５.０ｍｍの材料の溶接部近傍では屈曲による板破断は発生しなかった。そのとき４.５ｍｍの材料は５ｍしか処理する必要がなかったため、板厚３.２ｍｍの材料の処理完了後数十秒で板厚５.０ｍｍの材料の処理を開始できた（発明例１）。このことにより、スケジュールフリー化が達成でき、納期短縮と在庫削減を達成することができた。
【００２０】
また引張強度２７０ＭＰａで板厚３.２ｍｍの鋼帯と板厚５.０ｍｍの鋼帯を溶接し処置した。当該ラインの４５度以上の巻きつけ角を有する最小ロール径はφ１０００ｍｍであった。このとき通板中出側ルーパー内で、板厚３.２ｍｍの溶接部近傍で板破断が発生した。このとき板厚比は１.５６であったため、以降当該ラインの通板スケジュール規制を従来技術の考え方に基づき板厚比１.５５以下と規定した。なおこのとき本発明に基づくＫ値は１.１８であった（比較例２）。
【００２１】
次に引っ張り強度４００ＭＰaで板厚３.０ｍｍの材料と、４.５ｍｍの材料を接続し、当該ラインで処理した。このとき板厚比は１.５であったため従来技術に基づき通板可能であると判断したが、通板中に出側ルーパー内で、板厚３.０ｍｍの溶接部近傍で板破断が発生した。なおこのとき本発明に基づくＫ値は１.０７であり、本発明による通板可能範囲を超えていた（比較例３）。
【００２２】
次に引っ張り強度３５０ＭＰaで板厚３.２ｍｍの材料と４.５ｍｍの材料を接続し、当該ラインで処理した。このとき本発明によるＫ値は０.９５であり、１.０以下であったため通板可能と判断して処理したが、板破断の問題なく処理可能であった（本発明例２）。
さらに引っ張り強度４００ＭＰaで板厚１.０ｍｍの材料と１.６ｍｍの材料を接続し、当該ラインで処理した。このとき従来技術によれば板厚比が１.６と基準値の１.５５を上回ったが、本発明によるＫ値は０.７９であり、１.０以下であったため通板可能と判断して処理したが、板破断の問題なく処理可能であった（本発明例３）
本発明の実施例を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2007290018.tif 000008
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、連続酸洗、連続焼鈍、連続メッキライン、連続塗装ライン等の連続処理装置において、コイルを材料とする鋼帯を製造する場合に広く適用ができるため、産業上の利用可能性は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】鋼帯の連続処理装置の概念図である。
【図２】搬送ローラーへの鋼帯溶接部近傍の巻きつけ図である。（板厚差が適正な場合）
【図３】搬送ローラーへの鋼帯溶接部近傍の巻きつけ図である。（板厚差が不適正な場合）
【符号の説明】
【００２６】
１  アンコイラー
２  溶接機
３  入側ルーパー
４  炉などの処理設備
５  出側ルーパー
６  シャー
７  鋼帯
８  コイラー
９  搬送ローラー
１０  溶接部
１１  厚手材
１２  薄手材
１３  薄手材の屈曲
【図１】
2007290018.tif 000010
【図２】
2007290018.tif 000011
【図３】
2007290018.tif 000012