JPH06269806A - 鋼材の熱間接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】接合速度や接合強度を損なうことなく、しかも
従来より簡素な設備で鋼材どうしを接合する方法の提
供。 【構成】先行熱間鋼材の後端部と後行熱間鋼材の先端
部とを突き合わせて接合する方法において、少なくとも
一方の鋼材をガス切断トーチ(6) を用いて凹凸形状に切
断し、その後同じトーチ(6) で接合部を加熱溶融させて
圧接する鋼材の熱間接合方法。 鋼材の幅方向に配列された複数のガス切断トーチ(6)
が一体として移動する溶断機(7) を用いる上記の鋼材
の熱間接合方法。 上記またはに記載の鋼材の熱間接合方法であっ
て、板幅の狭い側の鋼材の板幅方向両端部と、他方の鋼
材の前記両端部と接合する部分がすべて凸状となるよう
に切断して圧接する板幅の異なる鋼材どうしを熱間で接
合する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延ラインの粗圧
延工程前あるいは仕上げ圧延工程前の段階で、先行熱間
鋼材の後端部と後行熱間鋼材の先端部とを突き合わせて
圧接することにより両鋼材を熱いままで接合する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】製鉄工場の圧延工程では歩留りの向上と
生産効率の向上を主目的としてラインの連続化が進めら
れている。このような連続化技術の中で最近特に重要視
されているものとして、粗圧延された 500〜1000℃位の
熱間鋼材（熱いままの鋼材）どうしを仕上げ圧延機の前
で接合するというものがある。

【０００３】特開平４−89109 号公報には鋼板どうしを
突き合わせた状態で、交番磁界発生コイルで厚み方向に
磁界を印加し、加熱圧接して接合する方法が示されてい
る。

【０００４】通常、このような突き合わせ圧接を行う場
合には、突き合わせ時のずれを防止するために、予め鋼
材の接合面を切断する面出しの加工が施される。したが
って、突き合わせ圧接を行いながら鋼材の圧延を行う場
合には、圧延ライン上に切断装置と加熱装置の両方を備
える必要があり、設備が大きくなるという問題点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、接合
速度や接合強度を損なうことなく、しかも従来より簡単
な設備で鋼材どうしを接合する方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)〜(3) にある。

【０００７】(1) 先行熱間鋼材の後端部と後行熱間鋼材
の先端部とを突き合わせて接合する方法において、少な
くとも一方の鋼材をガス切断トーチを用いて凹凸形状に
切断し、その後同じトーチで接合部を加熱溶融させて圧
接する鋼材の熱間接合方法。

【０００８】(2) 鋼材の幅方向に配列された複数のガス
切断トーチが一体として移動する溶断機を用いる上記
(1) の鋼材の熱間接合方法。

【０００９】(3) 上記 (1)または(2) に記載の鋼材の熱
間接合方法であって、板幅の狭い側の鋼材の板幅方向両
端部と、他方の鋼材の前記両端部と接合する部分がすべ
て凸状となるように切断して圧接する板幅の異なる鋼材
どうしを熱間で接合する方法。

【００１０】

【作用】本発明方法の大きな特徴は、接合面の形状を加
工するために鋼材を切断するトーチと、鋼材の接合部が
溶融するまで加熱するトーチに同じものを用いて設備を
簡素化すること、そしてさらにその切断および加熱に用
いるトーチが鋼材の幅方向に複数配列された溶断機を用
いることで各工程を高速化することにある。

【００１１】図１に一般のトーチ先端部の断面概略図を
示す。トーチ６は純酸素１のみを吹き出すノズルと酸素
と燃料との混合ガス２を吹き出すノズルを備えており、
これらを用途によって切り換えることができる。図２は
トーチを移動させながら鋼材を凹凸形状に切断する方法
を示す図、図３は鋼材の幅方向にトーチが複数配列され
た溶断機を用いて鋼材を切断し、切断部を加熱溶融させ
て圧接する本発明の方法を説明するための図であり、
(a)は鋼材の端部を切断している状態、 (b)は切断後の
鋼材をさらに加熱し接合部を溶融させている状態、 (c)
は圧接している状態を表す概略斜視図である。

【００１２】ガス切断およびその後の接合は次のように
して進行させる。

【００１３】予熱の工程：鋼材の切断部近傍を加熱す
る。次工程のガス切断では高温の鋼材に純酸素を吹きつ
けて鉄を燃焼、溶融させて切断するのであるが、そのガ
ス切断の前に鋼材をあらかじめ高温にしておくことによ
って切断時間だけでなく吹きつける純酸素の使用量を低
減することができる。したがって、鋼材の少なくとも切
断部近傍は発火温度以上に予熱しておくのが良い。この
発火温度とは、酸素を供給した時に炎を発する温度を意
味し、鋼の場合は 900℃前後である。

【００１４】予熱の方法は特に限定されないが、後の工
程で用いるトーチを使用すれば設備の簡素化につながる
ので、ＬＰＧ、ＣＯＧ（コークス炉ガス）などの燃料と
純酸素とを混合し、図１に示すように予熱炎４-2を形成
させて鋼材５の表面に吹き付けて加熱するのが好ましい
（なお、図１に示す４は予熱炎のコアである）。

【００１５】次の工程を開始する前に、鋼材の切断部位
が十分に高温であれば良いのであるから、鋼材がそのよ
うな温度である場合にはこのの工程は省略しても良
い。

【００１６】ガス切断の工程：前記で予熱した部分
へトーチから高純度の酸素を吹き付けると、その部分の
鉄が燃焼し、溶融する。その時生成したスラグ状の燃焼
物を酸素の噴流によって吹き飛ばし除去する工程がガス
切断である。

【００１７】本発明においては、鋼材をガス切断トーチ
を用いて凹凸形状に切断する。切断面が凹凸状であると
鋼材が変形しやすいので、圧接時に鋼材どうしを押しつ
ける力が小さくてすむ上に、凹部が、凸部どうしが接合
した部分の溶融鉄やスケール、さらには変形した母材の
凸部の逃げ場となるのである。したがって、一方の鋼材
が接合に適した形状である場合には凹凸状に切断するの
は残る一方だけで良い。トーチには図１に示すような通
常用いられているものを使用すればよい。

【００１８】トーチ６から純酸素１を吹きつけながら、
トーチもしくは鋼材を鋼材の幅方向に移動させれば、次
々に酸化反応が起こるので、その時の反応熱によって鋼
材は溶融され切断が進行する。鋼材の切断部が凹凸状と
なるように切断するには、単独のトーチを用いても良い
が、図3(a)に示すような鋼材の幅方向にトーチ６が複数
配列された溶断機７を用いれば、切断時に溶断機を移動
させる距離が短くてすむので切断から接合までの時間が
短縮できる。切断に要する時間が短ければ、接合面の温
度の低下が少なく、次の工程に要する時間が短くてな
る。

【００１９】図２に示すように、トーチを鋼材の幅方向
に移動させつつ、長手方向にも特定の周期で戻ってくる
ような移動をさせれば、切断面に半円状、波状、台形状
等（いずれも鋼材上面から見た形状）の凹凸、あるいは
それらが連なった形状の凹凸を付与することができる。

【００２０】図４は、本発明の方法によって切断した直
後の金属板の状態を上から見た図である。切断平面の形
状は図４に示すように板幅方向に円弧や台形が並んでい
る形状や波形状などとすればよいが、圧延時に上下のワ
ークロール間で局所的に大きな張力がかかる鋼板の両端
部を確実に接合するために、少なくとも板幅方向の両端
部が凸（最も出っ張った状態）になるように切断するの
が望ましい。接合面の凸部どうしが合うように突き合わ
せると強い接合強度が得られるので、鋼材を切断する際
にはそれぞれの鋼材を図３に示すように対称的に切断
し、かつ鋼材の板幅端部が凸であるようにするのが好ま
しい。

【００２１】図５に示すように、先行鋼材と後行鋼材の
板幅が異なるときには、板幅が狭い方の鋼材（鋼材９）
の両端部が接合面となるような形状に切断するのが良
い。したがって、トーチの間隔を調整できるようにした
溶断機を用いれば、いかなる板幅の鋼材どうしであって
も十分な強度で接合させることができる。

【００２２】切断面を加熱する工程：前記の工程で
切断した鋼材の接合面の一部は圧接を行うまでに温度が
低下し始めており、完全な溶融状態でなくその表面にも
スケールが発生していることが多い。このような状態で
圧接を行うと、接合強度が不十分になりやすいので、再
び加熱する必要がある。母材の接合部近傍を溶融させて
おくことによって、次の圧接時に、溶融した酸化物を接
合界面から押し出して、新生面どうしを接合させること
ができるのである。切断後かなり時間が経過している場
合を除けば、切断面を加熱して溶融状態とするのは短時
間で十分である。

【００２３】本発明においては、切断に用いたのと同じ
トーチから、で使用したような予熱炎あるいはで使
用した純酸素等を吹きつけて加熱すれば良いが、で使
用した予熱炎を用いる方が加熱能力が高く、接合面を溶
融温度まで加熱することができるので望ましい。の工
程で鋼材の幅方向にトーチが複数配列された溶断機を用
いた場合には、その溶断機を、例えばそのままの工程
と逆に移動させれば切断面を加熱溶融させることができ
る。切断面が溶融状態に近い場合や、凸部の面積が多い
場合には、凸部だけを加熱するように直線的にトーチを
移動しても良い。

【００２４】圧接の工程：鋼材の接合面が溶融してい
る状態で突き合わせ圧接を行う。の加熱前あるいは加
熱中に鋼材を突き合わせて押圧してもよいが、加熱時間
が長くなるので離れた状態で加熱する方が効率がよい。

【００２５】

【実施例】

〔実施例１〕板厚15mm、幅 300mm、長さ 500mmの鋼板
（Ｃ 0.1％、Si 0.5％、Mn 1.2％、残部Feおよび不可避
不純物）を、接合される熱間鋼材の温度に相当する1000
℃に予熱したのちに、鋼板の板幅方向に配列された６本
のトーチを有する溶断機で図４(a) のように半径30mmの
円弧が５つ並列した形状に切断し、次いでそのままトー
チを切断時に移動したのと逆に移動させながら接合部近
傍が溶融するまで加熱して、面圧（板断面積に対する圧
力）にして２kg/mm²の押圧力で突き合わせ圧接した。圧
下量は 6.5mmであった。接合には図３に示したような把
持加圧装置10を用いた。

【００２６】トーチから噴出させるガスは、切断時には
ボンベ口からの噴出圧力を６kg/cm²とした純酸素のみを
用い、加熱時には同じく 1.2kg/cm²のプロパンと同じく
６kg/cm²の純酸素を混合したものを使用した。切断に要
した時間は12秒であり、加熱溶融の時間は３秒であっ
た。

【００２７】このようにして接合した試験材を用いて圧
延テストを行った。２スタンドの圧延ロール間に５kg/m
m²の張力をかけて（通常の圧延ライン中にかかる張力は
１kg/mm²程度）、最終厚みが3.75mm（最終圧下率75％）
となるまで圧延したが、圧延中に接合部が破断すること
なく安定して圧延することができた。

【００２８】〔実施例２〕幅の異なる鋼材どうしを接合
して同様の試験を行った。板幅がそれぞれ 300mmと 180
mmの鋼板 (板厚15mm、長さ500mm)を図５で示すように切
断した他は先の例と同様にして接合した。この試験材に
ついて同様の圧延テストを行ったが、破断することなく
安定に圧延することができた。

【００２９】〔実施例３〕厚みの異なる鋼板 (それぞれ
の板厚は15mmと20mm。板幅 300mm、長さ500mm)について
も同様の試験を行ったところ、破断することなく安定に
圧延することができた。

【００３０】

【発明の効果】本発明の方法によれば、熱間鋼材どうし
を接合する設備を簡素にすることができる。しかも、板
幅や板厚が異なる鋼材どうしであっても、十分な強度で
接合できる。この切断と加熱に用いる装置を、板幅方向
に複数のトーチを備えた溶断機とすればさらに高速で接
合できる上に、板幅や板厚によって切断や加熱に要する
時間を変更することなく一定の条件で接合が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】トーチの先端（ノズル）部を説明する断面概略
図である。

【図２】トーチを移動させながら鋼材を凹凸形状に切断
する方法を示す図である。

【図３】連動する多本数のトーチを備えている溶断機を
用いて鋼材を切断し、切断部を加熱溶融させて圧接する
本発明の方法を説明するための概略斜視図である。

【図４】本発明の方法によって切断した鋼材の形状を上
から見た例を示す図である。

【図５】異幅材における切断形状の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１：純酸素、 ２：混合ガス、３：切断酸素気流、４：
予熱炎のコア、４-2：予熱炎、 ５：鋼材、 ６：ト
ーチ、 ７：溶断機、８、９：鋼材 10：把持加
圧装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｄ 14/38 Ｚ (72)発明者 深田 康人 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先行熱間鋼材の後端部と後行熱間鋼材の先
   端部とを突き合わせて接合する方法において、少なくと
   も一方の鋼材をガス切断トーチを用いて凹凸形状に切断
   し、その後同じトーチで接合部を加熱溶融させて圧接す
   ることを特徴とする鋼材の熱間接合方法。
2. 【請求項２】鋼材の幅方向に配列された複数のガス切断
   トーチが一体として移動する溶断機を用いることを特徴
   とする請求項１に記載の鋼材の熱間接合方法。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の鋼材の熱間接合
   方法であって、板幅の狭い側の鋼材の板幅方向両端部
   と、他方の鋼材の前記両端部と接合する部分がすべて凸
   状となるように切断して圧接することを特徴とする板幅
   の異なる鋼材どうしを熱間で接合する方法。