JPH04200907A - 鋼材の熱間接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、圧延ライン上の熱間鋼材を高能率でしかも
高品質に接合する方法に関する。

（従来の技術） 製鉄工場の圧延工程では歩留り向上と生産性向上を主目
的にラインの連続化が進められている。

最近重要視されているのは、例えば５００〜１２００°
Ｃの熱間鋼材（熱いままの鋼材）を圧延機の前で接合し
、これを連続圧延する技術である。

従来、酸洗や冷間圧延のタンデムミル等の前において先
行コイルの後端と後続コイルの先端とを溶接接合する技
術は知られているが、この溶接法の対象は一旦冷却した
材料であって、溶接時には高温の状態ではない。

熱間鋼材の接合方法として、特開昭５５−２２４６５号
公報に先行圧延材と後続圧延材とを突き合わせ、その側
面にかすがい状の連結金具を打ち込んで機械的に接合す
る方法、特公昭５４−３９１９４号公報および特公昭５
４−３９１９５号公報に先行圧延材と後続圧延材とを重
ね合わせ、プレスで圧着したりまたは側面を板付溶接し
て接合する方法が提案されている。しかし、これらの方
法はいずれも接合部の強度不足や連結金具の緩み等が原
因で圧延中に接合部が破断するトラブルが発生し、安全
面からもまた生産効率面からも連続圧延には不適当であ
る。

さらにプレスで圧着したりまたは側面を仮付溶接して接
合する方法では事前に何らかの方法でスケールを除去す
る必要がある。

さて、熱間鋼材の熱間接合を能率よく行う方法として圧
接法がある。この圧接法では、従来、接合面のスケール
を事前に除去して清浄化することが必須であると考えら
れていた。しかし、本出願人は還元雰囲気下で圧接を行
うならば、事前の脱スケールを必ずしも行わなくてもよ
いという知見を基にして、先に「鋼材の熱間接合方法」
の発明を特許出願した（特願平２−２６８７４８号、以
下、これを先願発明という）。

（発明が解決しようとする課題） 前記の先願発明の還元雰囲気下で行う熱間接合方法によ
れば、熱間鋼材の接合を節車な方法で能率よく行うこと
ができ、しかも高い接合強度を得ることができる。しか
し、接合部の圧下率は通常５０％と大きく、圧下による
熱間鋼材の幅方向の塑性変形のため、接合部の側面で第
２図の（ａ）に示すように口が開いてしまう（以後この
現象を「口開き」という）。第２図の（ａ）は接合部の
平面図であり、（ｂ）は（ａ）のΔ−Ａ断面図である。

第２図において、１および２は接合すべき熱闘鋼材（こ
の場合は粗圧延後の熱延鋼板）、３および４は加圧ロー
ルである。加圧ロール３．４で熱間鋼材１．２を上下か
ら加圧しつつ、第２図（ａ）の矢印Ｙの方向へ加圧ロー
ル３．４を移動させて熱間鋼材１．２の重ね合わせ部を
接合する。」１記の口開きが大きいと接合強度が低下し
、熱間接合後の連続圧延工程において接合部に亀裂が発
生し、最悪の場合は接合部から破断する。

本発明の目的は、熱間鋼材の圧接において、接合部の口
開きを少なくして高い接合強度を得ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、重ね合わせを行う前に、先行熱間鋼材の後端
もしくは後続熱間鋼材の先端に、または先行熱間鋼材の
後端と後続熱間鋼材の先端の両方に開先加工を施し、そ
の後熱間鋼材を重ね合わせて、還元雰囲気下で熱間接合
することを要旨とするものである。

ここで、熱間鋼材とは主に、粗圧延後の熱延鋼板を意味
するが、熱間圧延棒鋼、成る種の熱間圧延形鋼などにも
本願発明は適用できる。

還元雰囲気とは、Ａ、と１１□の混合ガスのような還元
性ガスで囲まれた雰囲気、またはアセチレン、プロパン
ガス等の可燃性ガスが完全燃焼する量よりも少ない酸素
で燃焼するときにできる炎（「還元炎」という）を用い
て接合部を加熱するときに得られる雰囲気を意味する。

熱間接合というのは、」１記の熱間鋼材を、例えば圧延
ライン上で、熱いままの状態で接合することを意味する
。

（作用） 本発明の方法の大きな特徴は、先行熱間鋼材の後端もし
くは後続熱間鋼材の先端に、または先行熱間鋼材の後端
と後続熱間鋼材の先端の両方に開先加工を施した後、先
行熱間鋼材と後続熱間鋼材を重ね合わせて圧接すること
にある。

第１図は、Ｘを熱間鋼材の進行方向とし、先行熱間鋼材
の後端もしくは後続熱間鋼材の先端に、または先行熱間
鋼材の後端と後続熱間鋼材の先端の両方に開先加工を施
して重ね合わせた場合の圧接状況を示す側面図であり、
（ａ）、（１））および（Ｃ）が本発明の方法である。

（ａ）が先行熱間鋼材と後続熱間鋼材の両方に、（ｂ）
が先行熱間鋼Ｈのみに、（Ｃ）が後続熱間鋼材のみに開
先加工を施している。（ｄ）は先行熱間鋼材および後続
熱間鋼材の両方ともに開先加工を施していない場合であ
る。図示のように熱間鋼材の少なくとも一方の接合端に
開先加工を施した後、重ね合わせて圧接すれば、両方の
接合端共に開先加工を施していない場合より圧下率を小
さくできるから、口開きの小さい圧接ができ、その後の
連続圧延工程において接合部の亀裂あるいは破断も発生
しない。

圧接した後の接合部の厚みを、熱間鋼材１．２の厚み（
この場合はいずれもｔ）に等しくするとして、圧下率を
つぎのように定義する。

圧下率−（Ｔ−も）／Ｔ Ｔ：圧接前の接合部の厚み（第３図参照）Ｌ：熱間鋼材
の厚み　　　（第３図参照）第１図の各重ね合わせての
圧下率は（ａ）３３％、（ｂ）４３％、（Ｃ）　４３％
、（ｄ）５０％である。

開先加工の効果を確認するため、同一材質、同一寸法の
熱間鋼材を用いて、第１図の（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）お
よび（ｄ）に示すように４種類の重ね合ね−１・を作り
、同−条件の還元雰囲気下で接合部の厚みが熱間鋼材１
．２の厚みと同一になるまで加圧ロール３．４による圧
接を行った。その結果を第４図に示す。

第４図は圧下率と口開き率との相関を示すものである。

ここで口開き率をつぎのように定義する。

口開き率−Ｇ／Ｗ Ｇ；口開きの大きさ（第３図参照） Ｗ：熱間鋼材の幅　（第３図参照） 第４図は、先行熱間鋼材か後続熱間鋼材の少なくとも一
方に開先加工を施した後の圧接（圧下率４３％以下）の
方が、先行熱間鋼材および後続熱間鋼材の両方ともに開
先加工を施していないままの圧接（圧下率５０％）より
も口開き率が半分以下となることを示している。圧接後
、同一・条件で連続圧延を実施すると、圧下率が５０％
の圧接の接合部には亀裂が発生し、圧下率が４３％以下
の圧接の接合部には亀裂は発生しなかった。このことが
ら圧下率が４３％以下の圧接では、圧下率が５０％の圧
接よりも高い接合強度が得られることがわかる。従って
、連続圧延の工程において接合部に亀裂が発生するのを
防止するためには、前工程の圧接において圧下率を下げ
、口開きを小さくする必要があることがわかる。

つぎに、圧下率が一定で、重ね合わせ率を変化させた場
合の影響を確認する。

ここで重ね合わせ率をつぎのように定義する。

重ね合わせ率＝Ｌ、／ｌ Ｌ；重ね合わせ代　（第３図参照） （、：熱間鋼材の厚み（第３図参照） 第５図は、圧下率を一定にし、重ね合わせ率を変化させ
て圧接する状況を示す側面図である。

第５図の（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）は開先加工を施し
たものであり、圧下率を３３％と一定にし、重ね合わせ
率を０．５．１．０．１．５と変化させている。開先加
工を施したものに、圧下率を一定のまま重ね合わせ率の
みを変化させるために、開先の形状を変えている。第５
図の（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）は開先加工を施してい
ないものであり、圧下率を５０％と一定にし、重ね合わ
せ率を０．５．１．、Ｏ，１，５と変化さ一已ている。

第５図の（ａ）〜（ｆ）に示す熱間鋼材に対して、同一
条件の還元雰囲気下で接合部の厚みが熱間鋼＋４１．２
の厚みと同一になるまで加圧ロール３．４による圧接を
行った。その結果を第６図に示す。

第６図は、圧下率を一定とするときの重ね合わせ率と口
開き率との相関を示すものである。開先加工の有無に拘
わらず重ね合わせ率が減少すれば口開き率が小さくなる
が、両方ともに開先加工を施していないままの圧接（圧
下率５０％）は、重ね合わせ率を０．５としても、両方
ともに開先加工を施した後の圧接（圧下率３３％）で、
重ね合わせ率を１．５とするものよりも口開き率が大き
くなることが第６図かられかる。圧接後、同一条件で連
続圧延を実施すると、圧下率が５０％の圧接では、重ね
合わせ率を０．５　きすれば接合部に亀裂は発生しない
が、重ね合わせ率を１．０以上とすれば接合部に亀裂が
発生し、圧下率が３３％の圧接では、重ね合わせ率を０
．５〜１．５とするすべてにおいて接合部に亀裂が発生
しなかった。このことから、連続圧延で接合部に亀裂を
発生さ・Ｕないための１」開き率の上Ｉｌｌよ０．１〜
０．２の間ムこあるといえる。

なお、重ね合わせ率を０．１未満とする圧接では、開先
加工の有無に拘わらず接合面積が少な過ぎて接合強度そ
のもの（継手強度）が不足し、重ね合わせ率を３．０以
上とする圧接では、重ね合わせ部が大きいため接合強度
は基本的に高くなるが、塑性変形量が増大するため口開
きが太き（なり、両方ともに開先加工を施し圧下率を下
げても接合部に亀裂が発生するということが別の試験か
ら判明している。また実際の圧延ラインにおける圧接で
は、重ね合わせ率を１．０未満とすることは困難であり
、上述の知見をも加味すると、重ね合わせ率を１．０以
上で３．０未満とするのが適当である。

重ね合わせ率を増加させるときは、第５図の（ａ）、（
ｂ）および（Ｃ）に示したように、圧下率を一定とする
ため、開先の形状を変えることが必要である。

本発明方法は、前述の先願発明と同じく、事前の脱スケ
ールを行わずに還元雰囲気下で圧接することを基本とす
る。例えば、開先加工をガススカーフィング法で行えば
接合面には酸化スケールが生成するが、これを圧接に先
立って除去する必要はない。但し極端に厚いスケールは
予め除去しておくのが望ましい。開先加工を機械切削で
行えば、接合面のスケールは必然的に除かれるから当然
そのままで圧接ができる。なお、本発明方法の実施に当
たっては、熱間鋼材の端部に曲がりが存在すると、開先
加工、重ね合わせおよび圧接に多くの時間を要し、それ
らの作業の精度が不足し、つぎの工程の連続圧延におい
て接合部に亀裂が発生したり、接合部が幅方向あるいは
長平方向にずれて良好な連続圧延が出来ない場合もある
ので、熱間鋼材の端部の曲がりを矯正した後開先加工を
施す方が望ましい。

（実施例） 板厚１５ｍｍ、幅３００ｍｍ、長ざ１０００ｍｍ、鋼種
ＳＰＣ，Ｃの鋼板を加熱炉で１１５０°Ｃに加熱した。

加熱炉から抽出後、ガススカーファ−１直火還元バーナ
、加圧ローラおよび圧延機からなる圧延ラインに搬送し
た。

開先加工については、第７図（側面図）に示ず開先形状
に０２ガスを用いたガススカーフィングにより施した。

開先の長さ（Ｋ）は、重ね合わせ率が１以下の場合に１
．５ｍｍ、重ね合わせ率が１．５の場合に２２．５ｍｍ
とした。（ａ）は先行熱間鋼板、（ｂ）は後続熱間鋼板
の開先である。開先加工の後はそのままで（脱スケール
を行わずに）直火還元バーナに送った。

還元雰囲気はＣガス（コークス炉廃ガス）の還元炎を直
火還元バーナにより発生させ、この還元炎を接合部に吹
きつりで３秒間の加熱を行った。

加熱温度は１２００°Ｃとした。

熱間接合では、熱間鋼板の端部を重ね合わせ、重ね合わ
せた接合部の厚みが板厚と同し１５ｍｍになるまで加圧
ロールで圧接した。加圧ロール径はφ６５０ｍｍ　、圧
接速度は３００　ｍｍ７秒とした。圧接時の重ね合わせ
の状態を第８図の（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）およ
び（ｅ）に示し、そのときの重ね合わせ率および圧下率
を第１表に示した。

圧接後、圧延機にて板厚３．０ｍｍ　（圧下率８０％）
になるまで連続圧延を行い、接合部の亀裂、ずれ、ある
いは破断等の有無を調べ、連続圧延の可否を判断した。

その結果を第１表に併記した。第１表のＮｏ、　１〜４
は本発明例であり、Ｎｏ、　５は開先加工を施していな
いもので比較例である。

第１表に示すとおり、鋼板の端部に開先加工を施した後
に熱間接合を行えば、連続圧延時にトラブルの発生しな
い良好な圧延ができる。

第１表 ※ｌ）重ね合わせの状態については第７図を参照。

※２）試験Ｎｏ、　５は開先加工を施していない比較例
。

（発明の効果） 本発明方法によれば、接合部の事前の脱スケールを必ず
しも必要とせず、能率よく熱間鋼材の接合ができるだけ
でなく、前述の開先加工を施すことにより、極めて強い
接合部（継ぎ目）を得ることができる。このようにして
接合された熱間鋼材は、つぎの工程で安全かつ確実に連
続圧延することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図の、（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）は熱間鋼材の先
後端に開先加工を施し重ね合わせて圧接する状況を示す
側面図であり、（ｄ）は開先加工を施さずに重ね合わせ
て圧接する状況を示す側面図である。 第２図は、圧接により接合部の側面に口開きが発生する
ことを説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ
−Ａ断面図である。 第３図は、圧下率、口開き率および重ね合わせ率の定義
において使用した記号を説明する図である。 第４図は、圧下率と口開き率との相関を説明する図であ
る。 第５図は、圧下率を一定にし、重ね合わせ率を変化させ
て圧接する状況を示す側面図であり、（ａ）、（ｂ）お
よび（Ｃ）は開先加工を施したものであり、（ｄ）、（
ｅ）および（ｆ）は開先加工を施していないものである
。 第６図は、重ね合わせ率と口開き率との相関を説明する
図である。 第７図は、本発明方法の実施例における開先加工の寸法
、形状を示す図であり、寸法の単位はｍｍである。 第８図は、本発明方法の実施例における圧接時の重ね合
わせの状態を示し、（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）および（ｄ
）が本発明の方法、（ｅ）は比較のために実施した方法
であり、寸法の単位はｍｍである。 図中１は先行熱間鋼材、２は後続熱間鋼材、３は上の加
圧ロール、４は下の加圧ロールである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重ね合わせを行う前に、先行熱間鋼材の後端および／ま
   たは後続熱間鋼材の先端に開先加工を施し、その後先行
   熱間鋼材および後続熱間鋼材を重ね合わせて、還元雰囲
   気下で加熱し圧接する鋼材の熱間接合方法。