JP6593314B2 - 鋼帯のノッチング方法、冷間圧延方法および冷延鋼帯の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼帯のノッチング方法、冷間圧延方法および冷延鋼帯の製造方法に関するものである。

鋼帯の冷間圧延工程においては、先行材（先行鋼帯）の後端と後行材（後行鋼帯）の先端とを接合し、連続的に冷間圧延ラインに供給することが一般的である。これによってコイルの連続圧延が可能となり、ラインの生産性が向上する。加えて、鋼帯の全長にわたり張力を付与した状態での圧延が可能となるため、鋼帯の先尾端においても高精度の板厚・形状制御ができ、歩留りの向上にもつながる。

鋼板の接合方法にはフラッシュバット溶接やレーザ溶接などの溶接技術が用いられる。いずれの溶接技術を用いても、先行材と後行材の接合部（溶接部）の板幅方向端部には、先行材と後行材の鋼帯幅の差や位置ずれなどのために、不可避的に幅段差部が形成される。この幅段差部は鋼帯の角が突き出ているため、通板中にロールに引っかかって設備への損傷を招くことがある。さらに、接合部の板幅方向端部では溶接が不完全なものとなり、溶接強度が足りずに圧延中に接合部が破断する危険性が増す。接合部が破断した場合、ラインを停止させて破断板を処理するために稼働率が低下する。さらに、破断時にワークロールが損傷した場合はワークロールを交換せざるを得ず、原単位の悪化を招く。特に、近年は、部材の軽量化や特性向上を目的に冷延鋼帯の薄ゲージ化が進んでおり、それに伴う高圧下率化によって接合部の破断率が高くなっている。

そこで、接合部の板幅方向端部にノッチ（切り欠き）を形成するノッチングを行ってから圧延することが行われている。ノッチングによって幅段差部の鋼帯の角と溶接が不完全となった不完全溶接部を除去し、圧延中の接合部の破断を防止することが可能となる。かかるノッチング方法としては、例えば、接合部の板幅方向端部に、角部を有しない半円形状のノッチを機械的にせん断加工する方法が一般的である（例えば、特許文献１、図４参照）。ただし、この半円形状のノッチは、外縁の曲率が一律であり、接合部において鋼帯の幅が最も小さくなるため、ノッチを形成した後の接合部において最大の応力が発生することになる。この問題点を解消するために、特許文献１では、ノッチの形状を略等脚台形状にすることで最大応力発生点が接合部以外に位置するようにする方法が提案されている。

特開２０１４−５０８５３号公報

しかしながら、上記のようなノッチング方法では、珪素鋼板や高張力鋼板などの脆性材料・高合金材料の冷間圧延においては、圧延中の接合部の破断を十分に抑制できていないのが現状である。

本発明は、接合部の破断をより抑制することができる鋼帯のノッチング方法、冷間圧延方法および冷延鋼帯の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために接合部の板幅方向端部にノッチを形成した後に、該ノッチを形成した後の接合部の板幅方向端部を研削によって除去したものである。

以下、本発明に至った経緯について述べる。接合部の板幅方向端部にノッチを形成して冷間圧延した後の接合部の板幅方向端部を観察すると、図４に示すように、先行鋼帯１と後行鋼帯２との接合部３の板幅方向端部に、板幅方向に長さ約２ｍｍの割れＸが形成されていることを本発明者らは発見した。この割れＸからき裂が進展した結果、接合部の破断が発生する。この割れＸの形成は、ノッチを形成した後の接合部の板幅方向端部が、ノッチを形成したことによって加工硬化していることが原因であることを本発明者らは突き止めた。そのメカニズムは次のようになる。まず、接合部の板幅方向端部にノッチを形成すると、ノッチを形成した後の接合部の板幅方向端部が加工硬化する。この加工硬化した部位（加工硬化部）はその他の部位と比較して変形しにくい状態となる。この加工硬化部を圧延すると圧延中に変形できなくなり割れＸが生じる。

したがって、接合部の破断を抑制するためには、ノッチを形成した後の接合部の板幅方向端部に生じた加工硬化部を除去すれば良いという発想に至った。さらに、本発明では前記加工硬化部の除去を研削により行うこととした。研削という手段を用いれば、研削後の接合部の板幅方向端部に新たな加工硬化を生じることなく、ノッチを形成することによって生じた加工硬化部のみを除去することが可能となる。

このような目的を達成するための本発明の特徴は以下の通りである。
［１］先行鋼帯の後端と後行鋼帯の先端とを接合した接合部の板幅方向端部にノッチを形成した後に、前記ノッチを形成したことによりビッカース硬さが上昇した接合部の板幅方向端部を研削によって除去し、該研削後の接合部の板幅方向端部のビッカース硬さの上昇量を、ノッチを形成する前の接合部の板幅方向端部のビッカース硬さに対し５０ＨＶ以下とすることを特徴とする鋼帯のノッチング方法。
［２］［１］に記載の鋼帯のノッチング方法によりノッチングを行った後の鋼帯を、冷間圧延することを特徴とする冷間圧延方法。
［３］［２］に記載の冷間圧延方法を用いて冷延鋼帯を製造することを特徴とする冷延鋼帯の製造方法。

本発明の鋼帯のノッチング方法によれば、接合部の破断をより抑制することができる。
本発明の鋼帯のノッチング方法によれば、接合部の破断の原因となる加工硬化部を研削により除去するようにしたことで、ＳｉやＭｎの含有量が多い珪素鋼板や高張力鋼板などの脆性材料・高合金材料を圧延した場合でも、接合部の破断（溶接部の破断）を生じることなく冷間圧延することが出来るようになった。

本発明の鋼帯のノッチング方法の一実施形態を説明する図である。 ノッチを形成した後の接合部の板幅方向端部３ｂから板幅中央方向への硬度分布を示すグラフである。 研削後の接合部の板幅方向端部３ｃから板幅中央方向への硬度分布を示すグラフである。 ノッチを形成して冷間圧延した後の接合部の板幅方向端部の状態（割れ）を示す写真である。 ノッチを形成し、所定の研削を行ってから冷間圧延した後の接合部の板幅方向端部の状態を示す写真である。

本発明によれば、接合部の板幅方向端部にノッチを形成した後、ノッチを形成したことで生じた加工硬化部を研削によって除去したことで圧延中の接合部の板幅方向端部の割れ発生を抑制し、接合部の破断の発生を防ぐことが出来るようになる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。

図１は、本発明の鋼帯のノッチング方法の一実施形態を説明する図である。図１中の矢印Ａは、鋼帯の搬送方向を示している。

図１（ａ）に示すように、まず、先行鋼帯１の後端と、後行鋼帯２の先端とを溶接により接合する。これにより、接合部３が形成される。先行鋼帯１の後端と後行鋼帯２の先端とを溶接する方法は、特に限定されず、例えば、フラッシュバット溶接やレーザ溶接などの方法で行うことができる。なお、図１（ａ）においては、先行鋼帯１と後行鋼帯２の鋼帯幅は略等しいものとされているが、これに限定されず、両者の鋼帯幅が異なっていてもよい。

上述のとおり、接合部３の板幅方向端部３ａ（以下、単に「端部３ａ」ともいう）には、先行鋼帯１と後行鋼帯２の鋼帯幅の差や位置ずれなどにより幅段差部が形成され、圧延時における接合部３の破断の原因となる。そこで、先行鋼帯１と後行鋼帯２を溶接により接合して接合部３を形成した後、端部３ａにノッチ４（切り欠き４）を形成する（図１（ｂ））。図１（ｂ）においては、点線内の空白部分が、ノッチ４が形成された領域を示している。なお、図１（ｂ）においては、略半楕円形状のノッチを形成した場合を示しているが、本発明においてノッチの形状は特に限定されない。

鋼帯の端部３ａにこのようなノッチが形成されると、ノッチを形成した後の接合部３の板幅方向端部３ｂ（以下、単に「端部３ｂ」ともいう）には加工硬化が生じる。この加工硬化した範囲を調査するために、接合部３の端部３ｂから板幅中央方向への硬度分布を測定した結果を図２に示す。図２に示すように、前記加工硬化により端部３ｂにおいて最もビッカース硬さが上昇しており、端部３ｂから板幅中央方向に向かうに従いビッカース硬さの上昇量が減少していく。そして、端部３ｂから板幅中央方向に１ｍｍ以上の範囲では、ノッチを形成する前の端部３ａと同等のビッカース硬さ（２４０ＨＶ）となる。すなわち、図２より端部３ｂから板幅中央方向に１ｍｍまでの範囲において加工硬化が生じていることがわかる。したがって、端部３ｂから板幅中央方向に１ｍｍまでの範囲を除去すれば割れの発生を防ぐことが可能となると考えられる。

そこで、本発明では、図１（ｃ）に示すように、前記加工硬化した端部３ｂを研削によって除去する。図１（ｃ）において、点線内の空白部分が、研削によって除去された研削領域５を示している。上述のとおり、端部３ｂから板幅中央方向に１ｍｍまでの範囲において加工硬化が生じているため、端部３ｂから板幅中央方向に１ｍｍまでの範囲を研削によって除去することが好ましい。すなわち、図１（ｃ）において、研削幅Ｔ（接合部３の端部３ｂから板幅中央方向への距離）を１ｍｍ以下の範囲とするのが好ましい。一例として、研削幅Ｔは、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。研削幅Ｔは、例えば０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ未満とすることができ、０．５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下とすることができる。また、鋼帯幅の急激な変動を抑えるために鋼帯長手方向の研削範囲、すなわち、図１（ｃ）において、研削長さＬは１０ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、本発明においては、後述するように、研削後の接合部３の板幅方向端部３ｃ（以下、単に「端部３ｃ」ともいう）のビッカース硬さの上昇量を、端部３ａのビッカース硬さに対して５０ＨＶ以下とすることで十分な効果が得られるため、前記研削幅Ｔは、端部３ｃのビッカース硬さに応じて適宜に調節される。なお、本明細書においてビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠して測定したものである。

前記加工硬化した部位（加工硬化部）の除去方法としてはディスクグラインダー等による研削除去が好ましい。このディスクグラインダーは、砥石を備え、この砥石を高速回転することで、前記加工硬化部を研削によって除去することが可能である。一例として、研削に用いる砥石の粒度（番手）は＃８０〜１２０が好ましい。また、研削速度は０．１〜０．２ｍｍ／ｓｅｃの範囲で行うのが好ましい。前記砥石の粒度が＃８０未満であると、砥石の粒度が粗くなりすぎ、研削部分に過剰な負荷がかかることで新たな加工硬化を生じさせてしまうおそれがある。同様に、研削速度が０．２ｍｍ／ｓｅｃより高速になると、研削部分に過剰に負荷がかかることで新たな加工硬化を生じさせてしまうおそれがある。このようなディスクグラインダーを鋼帯のノッチング設備に用いることで、前記加工硬化部を研削によって簡易に除去することができる。

上記研削後の接合部３の端部３ｃから板幅中央方向への硬度分布を図３に示す。図３に示すように、研削を適切に行うことで、新たな加工硬化を生じることなく、ノッチ４を形成した際に生じた加工硬化部のみの除去が可能となる。

本発明の効果を冷延鋼帯（珪素鋼板）を製造して評価した。
評価に用いた鋼帯は、Ｓｉ含有量が３．０質量%以上３．５質量%未満、板厚が１．８ｍｍ以上２．４ｍｍ以下である。この鋼帯を９コイル用意し、上述の実施形態と同様にして、先行鋼帯１の後端と後行鋼帯２の先端とを溶接し、その際に形成された接合部３の端部３ａにノッチを形成した（なお、本実施例においては、鋼帯に接合部３が８箇所形成され、接合部３の板幅方向端部は１６箇所となる）。次いで、ノッチを形成した後の接合部３の端部３ｂを研削した。その後、この鋼帯に対し仕上げ厚０．２１ｍｍ以上０．２５ｍｍ未満となる冷間圧延を施し冷延鋼帯とした。

上記の工程を、接合部３の端部３ｂから板幅中央方向への研削量（研削幅Ｔ）を表１のように０．２ｍｍから１．０ｍｍまで変えて行い、研削後の接合部３の端部３ｃのビッカース硬さを表１に示すように変化させた。なお、表１中、Ｎｏ．１については、ノッチを形成した後、研削せずに、上記冷間圧延を施し冷延鋼帯としたものである。

表１に、端部３ａ（ノッチを形成する前の接合部３の板幅方向端部）のビッカース硬さ、研削の有無、研削量（研削幅Ｔ）、研削後の端部３ｃのビッカース硬さ、端部３ａに対する端部３ｃのビッカース硬さの上昇量を示す。なお、前記各ビッカース硬さ、研削幅Ｔの値は、前記１６箇所の板幅方向端部の平均値である。また、表１中、Ｎｏ．１については、端部３ｃの硬さの欄に端部３ｂのビッカース硬さを、端部３ｃの硬さ上昇量の欄に端部３ａに対する端部３ｂのビッカース硬さの上昇量を示す。

また、表１に、冷間圧延を施した後の端部３ｃ（ただし、Ｎｏ．１については端部３ｂ）の割れの有無を示す。表１中、１６箇所の板幅方向端部のうち、少なくとも１箇所に割れが観察された場合を「あり」、割れが観察されなかった場合を「なし」とした。

表１に示すように、ノッチを形成した後、研削しなかった場合（Ｎｏ．１）、研削後の端部３ｃのビッカース硬さの上昇量が端部３ａに対して５０ＨＶを超える場合（Ｎｏ．２、３）には、冷間圧延後の端部３ｃ（Ｎｏ．１については端部３ｂ）に図４に示すような割れが少なくとも１箇所で生じたが、端部３ｃのビッカース硬さの上昇量が端部３ａに対して５０ＨＶ以下の条件ではこのような割れの形成が抑制されている（図５）。このことから、本発明のノッチング方法を適用することで、圧延中に、接合部の板幅方向端部に生じる割れを抑制できることがわかる。さらに、前記５０ＨＶ以下の条件で実操業を行ったところ、従来のノッチング方法（研削なし）で２．２％だった接合部の破断率が、０％に低減したため良好な結果が得られたといえる。なお、本実施例では珪素鋼板の場合について説明したが、本発明はこれに限るものでなく他の冷間圧延鋼帯に適用しても良い。

１ 先行鋼帯
２ 後行鋼帯
３ 接合部（溶接部）
３ａ〜３ｃ 接合部の板幅方向端部
４ ノッチ
５ 研削領域

Claims (4)

1. Ｓｉ含有量が３．０質量％以上の先行鋼帯の後端と、Ｓｉ含有量が３．０質量％以上の後行鋼帯の先端とを接合した接合部の板幅方向端部にノッチを形成した後に、
   前記ノッチを形成したことによりビッカース硬さが上昇した前記接合部の板幅方向端部を研削によって除去し、
   研削後の前記接合部の板幅方向端部のビッカース硬さの上昇量を、前記ノッチを形成する前の前記接合部の板幅方向端部のビッカース硬さに対し５０ＨＶ以下とすることを特徴とする鋼帯のノッチング方法。
2. 前記ノッチは、前記接合部の板幅方向端部を含む所定領域において板幅方向中央に向かって形成され、
   前記研削は、前記ノッチが形成された後の前記接合部の板幅方向端部をさらに板幅方向中央に向かって除去するものであり、
   鋼帯長手方向に対する前記研削の範囲は、前記所定領域の一部の領域であることを特徴とする請求項１に記載の鋼帯のノッチング方法。
3. 請求項１または２に記載の鋼帯のノッチング方法によりノッチングを行った後の鋼帯を、冷間圧延することを特徴とする冷間圧延方法。
4. 請求項３に記載の冷間圧延方法を用いて冷延鋼帯を製造することを特徴とする冷延鋼帯の製造方法。