JPH08281304A - 仮付け溶接圧延接合による熱延鋼材の完全連続圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短時間で接合できるとともに設備コストも安
価ですむ熱延鋼材の連続圧延方法を提供することを目的
とする。 【構成】 互いに前後して、パスライン上を走行してい
る熱延鋼材の先行材後端部と後行材先端部の両端部を、
溶接法により、面積接合率が５％以上２０％未満となる
ように予備接合し、その後２０％以上の圧下率で圧延を
行うことにより面積接合率を３０％以上に向上させるこ
とを特徴とする熱延鋼材のオンライン接合方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、完全連続熱間圧延を行
う際に、粗圧延工程と仕上圧延工程の間で被圧延材（シ
ートバー、棒材など）をオンラインで接合する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、薄板の熱間タンデム圧延で
は、製鋼工程から送られてきたスラブを粗圧延してシー
トバー（粗バー）とし、このシートバーを多スタンドの
熱間仕上圧延機で圧延してコイルに捲き取ることにより
所定の寸法の薄板コイルにしている。

【０００３】しかし、仕上圧延において、シートバーが
有限長さであることによりシートバー先端の噛み込みお
よびシートバー後端の尻抜け時の非定常圧延が避けられ
ない。このため、板の絞り込みなどの通板不良発生防止
などの観点から、シートバーの先後端の通板時に通板速
度を遅くする方法がとられており、生産性が阻害される
要因となっている。

【０００４】その対策として、有限長さのシートバーを
粗圧延機と仕上圧延機の間で接合して、いわゆるエンド
レス圧延を行うことが検討されている。すなわち、図７
の点線５で囲まれた部分でシートバーを接合することが
課題である。ここで、１は仕上圧延用ロール、２は被圧
延材であるシートバーの先行材、２−１は先行材の後端
部、３は後行材、３−１は後行材の先端部、４はテーブ
ルローラー、５は接合位置である。

【０００５】特開昭５７−１０９５７４号公報には、粗
圧延機、コイルボックス、保熱装置、捲き戻し装置、移
動式接合機（スイングローラー式テーブル）、仕上圧延
機からなるプロセスが開示されている。この方式では、
先行材の後端部と後行材の先端部の全面を接合するため
時間がかかり、移動式接合機の走行距離が長くなる。

【０００６】部分接合にする方法は、特開昭６０−２
４４４０１、特開平５−５２９０５、特開昭６０−
１８４４８１、特開昭６０−２１３３８０、特開平
４−７１６０１、特開昭６１−５２９０５号公報等で
すでに知られている。は、誘導加熱＋アップセットで
断面の周囲を３０％以上接合する方法である。断面内部
のみ接合したのでは、圧延中に板破断が生じるので、周
囲を接合することが必要であるとしている。は、先端
面と後端面に相対すべりと塑性変形を生じさせることに
より接合した面の板厚方向接合率が２０％以上の状態で
圧延する方法である。は、先端面と後端面を傾斜させ
ておき、上面のみ板厚の１０％以上溶接により接合した
後圧延する方法である。は、板幅端のみ２０％以上溶
接により接合した後圧延する方法である。も、板幅端
のみ２０％以上溶接接合して圧延する方法である。
は、アーク溶接法を採用しているが、板厚方向接合率６
７％以上が必要であるとしている。

【０００７】以上の各種方法を接合面積率という概念で
統一的に比較してみると、以外はいずれも接合面積率
２０％以上が必要であるとしている。なお、接合面積率
とは、接合している断面積のシートバーの圧延方向に垂
直な断面積に対する割合であり、板厚方向接合率（シー
トバーの接合している板厚の、圧延方向に垂直な断面の
板厚に対する割合）と板幅方向接合率（シートバーの接
合している板幅の、圧延方向に垂直な断面の板幅に対す
る割合）の積である。の方法では接合面積率が１０％
であるがこの場合には、圧延中に容易に接合面積が増加
するように、両端面を傾斜面に加工しており、単に圧延
前の接合率が１０％というのではなくて、傾斜端面の重
ね合わせによる圧接の効果を必須としている。すなわ
ち、従来技術では、いずれも大きな予備接合面積率を必
要としており、移動式溶接法によってこれだけの予備接
合面積率を確保することはレイアウト上困難である。

【０００８】固定式溶接機の例として、特開昭６１−１
５８２８５号および特開昭６１−２４２７６８号公報に
通電加熱とアップセットを用いるプロセスが示されてい
る。この方法では固定式溶接機を用いるのでスイングロ
ーラー式テーブルは不要である。しかし、ルーパーなど
のシートバーの貯蔵装置が必要であり、シートバーが塑
性変形をしない最小の曲げ曲率半径が２５ｍ程度のオー
ダーとなることが多いことを考慮すると、ルーパーなど
の設備の大型化が避けられず高コストになる欠点があ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上に示した従来技術
では、シートバーの溶接に長い時間を要するので、ライ
ン長が長くなり、また設備コストが高くなるという問題
があった。この問題を解決するために、短時間で接合で
きる技術を開発することが必要である。本発明はこのよ
うな要求に応えるためになされたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、短時間で
接合する方法について種々検討した結果、溶接で予備接
合し、その後の圧延で接合をより強固にする方法が有効
であることがわかった。すなわち、互いに前後して、パ
スライン上を走行している熱延鋼材の先行材後端部を後
行材先端部の両端部を、接合面積率が５％以上２０％未
満となるように溶接により予備接合し、その後２０％以
上の圧下率で第１パス圧延を行うものである。これによ
って、接合部の接合面積率を３０％以上に向上させるこ
とができるため、短時間で接合できるとともに、板破断
なしに仕上連続圧延を行うことができるものである。以
下にこの技術内容について説明する。

【００１１】圧延破断が生じない予備接合面積率を求め
るために、図２および図３のような溶接を行った試験片
を圧延した。両図とも、（ａ）は溶接前、（ｂ）は溶接
後の縦断面形状である。なお、６は溶接部である。図２
は、たとえば、鋸により粗バーの先、後端を切断した形
状、図３は、たとえば、クロップシャーにより粗バーの
先、後端を切断した形状を模擬したものである。板厚方
向溶接深さと板幅方向溶接幅を種々変化させて圧延実験
を行い圧延時の破断挙動を調査した結果、図１のような
圧延破断限界線が存在することが判明した。

【００１２】図１の曲線Ａは、スタンド間張力が低く、
零に近い仕上圧延機の第１スタンドによる圧延のような
場合に、これ以上予備接合面積率が小さいと、圧延によ
り接合面積が減少し破断に至る限界線を示している。こ
の線は予備接合面積率がほぼ５％に相当している。これ
は、予備接合面積率の異なる各種の試験片を無張力で圧
延し、破断に至る予備接合面積率を調査することにより
得られたものである。

【００１３】また、図１の曲線Ｃは仕上圧延機後段のよ
うにスタンド間張力が働く場合の圧延時の破断について
同様に予備接合面積率の異なる試験片を張力圧延して破
断に至る接合面積率を調査して得られた結果である。こ
の場合の前方、後方張力は圧延材の変形抵抗の０．３倍
である。曲線Ｃは接合面積率がほぼ３０％に相当してい
る。これらの曲線Ａ，Ｃを無張力圧延時および張力圧延
時の破断限界線と呼ぶことにする。

【００１４】先行材の後端部と後行材の先端部との接合
部は、張力の低い仕上圧延機第１スタンドから張力が作
用する仕上圧延後段にかけて、その圧延段階に応じた強
度に対応した接合面積を確保できればよいことから、接
合部の接合面積率は図１の曲線ＡとＣの間、すなわち５
〜３０％であればよいことがわかる。

【００１５】ところで、発明者らは、このような接合面
積率を得るための条件について検討した。すなわち、各
種の予備接合面積率を有する試験片を、通常の圧延温度
９００〜１１００℃で圧下率を変えて１パス圧延し、圧
延後の接合面積率を調査した。

【００１６】その結果、図４に示すように、予備接合面
積率が５％未満では、圧延によって接合面積率が減少
し、接合部が破断する場合もあった。予備接合率が５％
以上のものでは圧下率の増加とともに圧延後の接合面積
率も増加することが判明した。

【００１７】さらに、圧下率が２０％以上であれば、予
備接合率が５％であっても第１パス圧延後は接合面積率
が３０％を超えることも判明した。すなわち、図４の実
験結果は、Ａより接合面積率が大きいものを種々の圧下
率で無張力圧延することにより接合面積率が増加し、２
０％以上の圧下率でＣ以上の接合面積率の領域に入ると
いうことを示している。すなわち、圧延の初期はほぼ無
張力なので、図１中のＡの破断限界線の予備接合率面積
（５％）が確保できれば破断せずに圧延できる。圧延が
進むと、一般に張力が増大するが、圧延による接合面積
率も増加するので破断しなくなるのである。

【００１８】以上の結果から、溶接による予備接合面積
率を５％以上とし、２０％以上の圧下率で第１パス圧延
を行うことにより接合面積率を３０％以上に向上させる
ことができるので、板破断なしに仕上圧延ができること
になる。しかし、実際作業上は短時間で予備接合を完了
しておかねばならないので、予備接合面積率には上限が
ある。

【００１９】粗圧延機と仕上圧延機の間のライン長は、
通常、長くて１００ｍ程度である。各種設備制約のた
め、予備接合に使える長さは、この半分の５０ｍ程度で
ある。また、仕上圧延機入側のバー速度は最大で１００
ｍ/min程度である。したがって、接合時間は３０秒とな
るが、各種位置決め作業および溶接後の冷却時間を差し
引くと通常正味の予備溶接時間は５秒程度となる。５秒
程度で溶接できる面積率を種々検討した結果、２０％未
満の接合面積率であれば、通常の粗バーの各種寸法に対
応できることがわかった。たとえば、通常粗バーの最大
寸法である板厚５０mm、板幅２２００mmの場合、板厚接
合率３０％、板幅接合率６７％、すなわち、接合面積率
にして約２０％の溶接に５秒を要した。溶接法としては
アーク溶接法を採用した。溶接条件は下記のとおりであ
る。

【００２０】溶接電流 ：１０００〜２０００Ａ アーク電圧 ：２０〜３５Ｖ シールドガス：ＣＯ₂ ，Ｈｅ トーチ数 ：６台 トーチ１台の板幅方向速度：３ｍ/min

【００２１】より断面積の小さい粗バーであれば、同じ
溶接条件を適用しても予備接合面積率を２０％以上に上
げることができるが、２０％以上に上げても圧延性は変
わらない。むしろ、溶接時間が長くなると、先行材後端
部や後行材先端部の温度が下がりへげ疵の発生頻度が増
えるなどの不利な面が出てくる。したがって、予備接合
面積率は２０％以下とする。この面積率が２０％の限界
線を図１中の線Ｂで示した。

【００２２】上記の検討結果から、限界線ＡとＢの間の
接合率になるように予備接合を行い、これに対して張力
が低い第１パスで２０％以上の圧下をかけることによ
り、接合面積率を３０％以上に上げ、限界線Ｃより大き
い接合面積率の領域で仕上圧延後段を行うようにするの
が適切であることがわかる。

【００２３】

【実施例】以下に示す条件で予備接合圧延を行った。 〈シートバー〉 材 質 ：低炭素Ａｌキルド鋼 寸 法 ：板厚ｔ＝５０mm、板幅Ｗ＝２２００mm 端面寸法：シャーによる切断面形状を図５に示した。図
中のｔは板厚である。端面の概略寸法は ｘ１＝２５mm ｙ１＝１０mm ｘ２＝１０mm ｙ２＝２６mm である。

【００２４】〈予備接合条件〉 ガスシールドアーク溶接条件 溶接電流 ：１５００Ａ アーク電圧 ：３０Ｖ シールドガス：ＣＯ₂ トーチ数 ：６基 予備接合率 ：板幅接合率 ６７％ 板厚接合率 ３０％

【００２５】〈仕上圧延条件〉 圧延機 ：７スタンド連続圧延機 速 度 ：６０mpm(仕上圧延機の入側で） 温 度 ：１０００℃（仕上圧延機の入側で） 第１パス圧下率：４０％ 仕上板厚：２．５mm

【００２６】図６は圧延後の形状を模式的に示したもの
であるが、全断面の９０％以上が接合していた。破線は
接合位置を示している。

【００２７】

【発明の効果】本方式によれば、上記のように、５秒位
以内という短時間で接合ができるので、ほとんどの既存
の熱延プロセスに適用でき、生産性向上、製品品質の向
上に大きく寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧延破断限界線。

【図２】（ａ）は先行材後端部および後行材先端部の鋸
切断後の縦断面形状、（ｂ）は（ａ）の溶接後縦断面
図。

【図３】（ａ）は先行材後端部および後行材先端部のク
ロップシャー切断後の縦断面形状、（ｂ）は（ａ）の溶
接後縦断面図。

【図４】圧延後接合面積率と予備接合面積率の関係。

【図５】シャーによる切断面形状の一例を示す断面図。

【図６】仕上圧延後の接合部形状の一例を示す平面図。

【図７】仕上圧延機およびその前面設備配列。

【符号の説明】

１ 仕上圧延機第１スタンド ２ シートバー（先行材） ２−１ 先行材後端部 ３ シートバー（後行材） ３−１ 後行材先端部 ４ テーブルローラー ５ 接合位置 ６ 溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 浩衛 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに前後して、パスライン上を走行し
   ている熱延鋼材の先行材後端部と後行材先端部の両端部
   を、接合面積率が５％以上２０％未満となるように溶接
   により予備接合し、その後２０％以上の圧下率で第１パ
   ス圧延を行うことを特徴とする熱延鋼材のオンライン接
   合方法。