JPH0957528A

JPH0957528A - 厚鋼板の切断方法

Info

Publication number: JPH0957528A
Application number: JP23773695A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hasegawa; 和彦長谷川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【課題】厚鋼板をシャー切断する際に切断端面に発生
するシャーだれを防止し、良好な切断端面を得る切断方
法の提供。【解決手段】厚鋼板をシャーを用いて切断する際に、
当該鋼板の表裏面に切断線に沿ってＶ字形溝等の一定深
さの切欠きを形成し、切断時の応力集中を発生しやすく
する。さらに、この切欠きより切断刃と反対側の３０〜
５０ｍｍの範囲を他の部分と５０〜１５０℃の温度差が
生じるように冷却し、だれ発生部位の変形抵抗を増加さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、厚鋼板の切断技
術に係り、より詳しくは厚鋼板の切断、精整工程におい
て、圧延を終了した厚鋼板をシャーを用いて切断する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧延を終了した厚鋼板は、切断、精整工
程において所定の寸法に切断される。この厚鋼板の切断
は、剪断機による剪断またはガス切断により行われる
が、通常、板厚が４０ｍｍ以下の厚鋼板の場合は剪断機
による剪断、それ以上はガス切断が一般的である。剪断
機には、鋼板のトップおよびボトム部の屑を剪断するク
ロップシャー、耳部を剪断するサイドシャー、圧延鋼板
の幅方向を２分割するスリッタ、長さ方向を所定の寸法
に剪断するエンドシャーがあり、これらの剪断機で構成
されているシャーラインを通過することにより、所定の
製品寸法へ剪断されていく。

【０００３】ところで、シャー切断では上下に配置され
た２枚の刃物（上刃、下刃）をそれぞれ厚鋼板に食い込
ませて切断を行うため、シャー切断後の成品の切断端面
には刃物移動方向への材料の変形、すなわちシャーだれ
が発生する。シャーだれは、成品の端部の形状不良であ
ってその度合により切断端面の手入れ（ガス切断による
切直し）や振替えによるコスト増加および歩留低下の原
因となるため、可及的に抑制しなければならない。この
ため、従来よりこのシャー切断におけるだれの発生を抑
制するための切断方法が種々提案されている。

【０００４】例えば、（１）剪断機の前にカッターを設
け、このカッターにより剪断ラインに沿って鋼板表面に
ノッチを入れた後、シャー切断を行う方法（特開昭５７
−２０５０１５号公報参照）、（２）鋼板の上刃側また
は下刃側のいずれか一方に、切断線に沿った切込溝をレ
ーザー加工機によって加工した後、剪断する方法（特開
昭６３−２００９１２号公報参照）、（３）鋼板の上面
または上下面に、切断線に沿った切込溝を鋼板側端部近
傍で深く中央部で浅くなるように加工し剪断する方法
（特開平３−３７１７号公報参照）、（４）上刃と下刃
を結ぶ剪断線を境として、切捨て部のみを加熱すること
で、成品部と切捨て部との間に温度差を付与した状態で
切断を行う方法（特開平６−１９０６２７号公報参照）
等が知られている。

【０００５】上記（１）〜（３）の切断方法は、いずれ
も鋼板を切断する前に予め切断線に沿った切欠きを加工
し、シャーだれを防止する方法を基本とするものであ
る。すなわち、（１）の切断方法は切断時の耳代を小さ
くすると耳代近傍部の引張応力によりシーム疵の発生し
やすい状態となるとの知見より、このシーム疵を防止す
る手段として鋼板表面にノッチを入れて切断する方法で
あり、耳代の縮小による歩留向上と切断可能板厚の増大
がはかられるとしたものである。（２）の切断方法は、
レーザー加工法による切欠きあるいは切溝は鋭利なＶ字
形を呈するため、他の機械的加工法で形成した溝よりも
切断時の応力集中が発生しやすく、肩だれの軽減効果が
大きいという効果が得られるとしたものである。（３）
の切断方法は、鋼板切断時におけるシャー設備の強度上
のネックとなる鋼板側端部近傍部の切溝を深くすること
で、切断板厚限界への拡大をはかったものである。
（４）の切断方法は、厚鋼板の切断温度とシャーだれ量
の関係より、シャーだれの発生を防止したい部分と隣接
する切捨て部のみを加熱して温度を高くして切断すれ
ば、シャーだれ量を少なくすることができるとの知見よ
り、成品部と切捨て部との間に温度差を付与した状態で
切断を行うことにより、切断端面におけるだれの発生を
防止できるとしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）〜（３）の切断方法は、シャーだれの発生を抑制
する手段として、単に切断部に切欠きあるいは切溝を入
れるだけであるため、切欠きあるいは切溝の深さ、形状
を変えてもシャーだれ防止効果には限界があり、より効
果的にだれを減少あるいは防止する方法としては十分と
は言い得ないものである。また、（４）の切断方法は、
もとより切断端部の一方のみのだれを防止する方法であ
るため、必ず切断端部の他方にだれが発生するのを余儀
なくされ、切断端部の両方を成品化しようとすると手入
れ工程を必要とするという欠点がある。

【０００７】なお、シャー切断やガス切断とは全く異な
る切断方法として、鋼板の表裏面を貫通する切欠きを作
り、切欠き先端部を低温の液体によって冷却し、温度低
下のための収縮によって切欠き先端部に引張応力を集中
させ、脆性破壊による破断を切欠きの延長方向に移動、
伝播させることで鋼板を切断する方法がある（特開昭５
６−１０２５００号公報参照）。しかし、この切断方法
は、低温脆性により破断を伝播させるために処理速度が
遅く、また低温脆性温度域を持たない鋼種には適用でき
ないという不都合があり、汎用性に欠ける。

【０００８】この発明は、前記シャー切断方法の問題点
に鑑み、シャーだれ防止効果の限界を克服し、かつ切断
端部の両方におけるだれをより効果的に防止することが
可能で、しかも良好な切断端面形状が得られる厚鋼板の
切断方法を提案しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、切断線に沿
って設ける切欠きの応力集中効果と、この切断部におけ
る温度差付与効果の相乗効果により、シャーだれの発生
を著しく軽減することが可能な切断方法であり、その要
旨は、厚鋼板をシャーを用いて切断する際に、当該鋼板
の表裏面に切断線に沿って形成した切欠きより切断刃と
反対側の３０〜５０ｍｍの範囲を他の部分と５０〜１５
０℃の温度差が生じるように冷却して切断することを特
徴とするものである。

【００１０】シャーによる厚鋼板の切断においては、そ
の初期段階に上下刃に接する鋼板表面に変形（だれ）が
生じ、その後刃物のエッジ部に亀裂が生じて剪断分離が
なされる。この剪断分離に必要な亀裂を発生させるため
の応力集中をより容易にするために鋼板の表裏面に切断
線に沿って切欠きを形成するのである。この切欠きの形
状としては特に限定するものではないが、切欠き先端部
に応力を集中しやすくするためには先端の鋭利なＶ字形
が好ましく、また、この切欠きの深さは、鋼種、鋼板厚
さ、刃物形状、クリアランス、切欠き断面形状等によっ
て決まり、かつ一定でよい。このＶ字形溝の加工方法と
しては、例えばプレスや円形カッターによる方法、ある
いはレーザー加工法等を用いることができる。

【００１１】また、この発明において、鋼板の表裏面に
切断線に沿って形成した切欠きより切断刃と反対側の３
０〜５０ｍｍの範囲を他の部分と５０〜１５０℃の温度
差が生じるように冷却して切断するのは、以下に示す理
由による。すなわち、切欠きを施した切断線の部分を切
断する前に、この切欠きの近傍を冷却するのは、切断時
に切欠き先端から剪断分離に必要な亀裂が発生するまで
の間に切断端部におけるだれの発生を抑制するためであ
る。つまり、切欠きの近傍を冷却することにより鋼板の
変形抵抗が大きくなり、引張強度で比較するとＣ０．１
５％〜０．３４％の普通鋼の場合、他の部分との間に１
０℃の温度差を付与することにより約１ｋｇ／ｍｍ^２程
度の差が生じる。このことは実験により確認している。
したがって、切欠きの近傍を冷却することにより、だれ
発生部位の変形抵抗が増加し、切欠き先端部に集中する
応力による切断力の低下効果との相乗効果により、切断
端部に発生するだれを大幅に減少させることが可能とな
る。

【００１２】その場合、より大きな相乗効果を得るため
には、切欠きより切断刃と反対側の３０〜５０ｍｍの範
囲を冷却することが効果的である。これは、冷却する範
囲が３０ｍｍ未満では、基本的にだれが発生する範囲を
カバーしきれず、他方、５０ｍｍを超える範囲では、だ
れの発生がほとんどない範囲であり、実質的な効果に差
が出ないため、冷却に必要な低温液体および冷却時間の
無駄になってしまうからである。

【００１３】また、温度差を５０〜１５０℃の範囲に限
定したのは、５０℃未満では、冷却によって生じる変形
抵抗の差が少ないために、これによる実質的効果が得ら
れにくく、他方、１５０℃を超える温度差を付与して
も、発生するかえりの大きさはほとんど変らなくなるた
めである。

【００１４】一般に、シャー切断における剪断力Ｐ（ｋ
ｇｆ）は、その形式にかかわらず板厚ｔの２乗×変形抵
抗ｋｓで決まる。したがって、鋼板表面の変形抵抗ｋｓ
が冷却により増加しても、切欠きによる板厚減少が２乗
の形で作用するため、剪断力自体は冷却なし、切欠きな
しの普通の状態と同等、もしくはそれ以下にすることが
可能である。また、鋼板表面の変形抵抗の変化は温度に
依存することになるが、鋼板表面から冷却した場合の熱
伝導率については、Ｋ＝λ／ρｃｌ＝（ＫＴ）で表すことができる。ここで、Ｋは温度伝導率（ｍ^２／
ｓ）、λは熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）、ρは密
度（ｇ／ｃｍ^３）、ｃは比熱（Ｊ／ｋｇ・℃）、Ｔは時
間（ｓｅｃ）、ｌは均一化温度距離（ｍｍ）である。つ
まり、ｌはＴの平方根に比例するので、切断直前数秒か
ら十数秒間に冷却を行うことで十分な温度差を付与した
状態で切断を行うことは可能である。

【００１５】鋼板の冷却手段としては、液体Ｎ_２等の低
温液体、または水等を用いることができる。なお、鋼板
の冷却に液体Ｎ_２等の低温液体を用いた場合、低温脆性
が生じる材質の鋼板においては、剪断力の低下による切
断限界板厚の向上と切断端面形状の向上も可能である。
その場合、切欠き先端部の温度が低温脆性域（一般的に
は−５０℃前後）になっていることが条件である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施例におけ
る厚鋼板切断前の状態を示す概略図、図２は同上の切断
方法による切断端部の状態を示す縦断面図で、１は厚鋼
板、１−１は左側切断鋼板、１−２は右側切断鋼板、２
はＶ字形溝、３は切断機（シャー）、３−１は上刃、３
−２は下刃、４−１、４−２は冷却用ノズル、Ａは上刃
側冷却範囲、Ｂは下刃側冷却範囲、ｔは板厚、ａはだれ
深さ、ｂはだれ奥行きである。

【００１７】すなわち、この発明に係る厚鋼板の切断方
法は、まず切断機３の上流で当該鋼板１の表裏面にプレ
ス、ソーあるいはレーザ等にて先端の鋭利な一定深さの
Ｖ字形溝２を切断線に沿って加工する。このＶ字形溝２
を加工した後、切断機３に近接設置した冷却用ノズル４
−１、４−２にて上刃側冷却範囲Ａと下刃側冷却範囲Ｂ
を他の非冷却部分と５０〜１５０℃の温度差が生じるよ
うに冷却する。冷却範囲Ａ、Ｂは３０〜５０ｍｍの範囲
である。この鋼板の冷却は、当該鋼板の上下面側に設置
した冷却用ノズル４−１、４−２より液体Ｎ_２のごとき
低温液体を直接鋼板に吹つけることで行う。低温液体の
吹つけ時間は、冷却に用いた液体と鋼板の温度、ノズル
形状、吹つけ圧等によって変化するが、噴射型ノズルの
場合、液体Ｎ_２のごとき低温液体の場合は数秒〜十数秒
程度で十分である。

【００１８】鋼板の切断機３としては、例えばローリン
グカット方式のスリッター（図面省略）を用いる。ロー
リングカット方式のスリッターは、２つの主軸クランク
角をずらすことで円弧状の上刃３−１をロッキング運動
させ、直線状の下刃３−２との間の鋼板を剪断するもの
で、構造上、上下刃のラップ量が小さくて済むため冷却
用ノズル４−１、４−２の設置が容易である。

【００１９】鋼板１の切断は冷却後ただちに行うのが好
ましい。その理由は、鋼板表面冷却直後は未だ鋼板中心
部の温度が高い状態にあるため、これによる冷却部の復
熱と、だれ発生部位となる切欠きエッジ部の大気温度に
よる上昇により変形抵抗が低下してしまうためである。

【００２０】この発明法により切断した場合の厚鋼板の
切断端部は、図２に示すごとき断面形状を呈する。すな
わち、鋼板の表裏面に切断線に沿って形成した切欠きの
部分を冷却した後ただちに切断すると、だれ深さａおよ
びだれ奥行き共に減少し、形状良好な切断面が得られ
る。

【００２１】実施例板厚が４０ｍｍ以下の普通鋼（４０キロ級鋼、厚さ１０
ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ）の厚鋼板を、
本発明法、切欠きのみ、切欠きおよび冷却なしの３
種のシャー切断法を既設のシャーラインに設置されてい
るローリングカット方式のスリッターに適用して、厚鋼
板の幅方向２分割シャー切断を行った。

【００２２】本発明法においては、スリッターの上流で
当該鋼板の表裏面にソーにて先端の鋭利な一定深さ（板
厚の２０％以下）のＶ字形溝を切断線に沿って加工し、
このＶ字形溝を加工した後、図１に示す冷却用ノズルに
てＶ字形溝から３０〜５０ｍｍの範囲を他の非冷却部分
と５０〜１５０℃の温度差が生じるように冷却した。鋼
板の冷却は、当該鋼板の上下面側に設置した冷却用ノズ
ルより液体Ｎ_２を直接鋼板に吹つけることで行った。本
発明法における冷却条件を表１に示す。

【００２３】本実施例における結果を図３、図４に示
す。図３は板厚とだれ深さの関係を、図４は板厚とだれ
奥行きの関係をそれぞれ示す。図３および図４の結果よ
り、本発明法によりだれ（深さａ、奥行きｂ）の大きさ
が著しく減少することがわかる。例えば、板厚３０ｍｍ
の鋼板の場合、切断端面のだれ深さは、切欠きおよび
冷却なしでは３．２ｍｍ、切欠きのみでは２．３ｍｍ
であるのに対し、本発明法では１．９５ｍｍと大幅に
浅くなっており、減少率では切欠きおよび冷却なしに
比し４０％、切欠きのみに比し１５％減少し、良好な
切断端面形状が得られた。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】以上説明したごとく、この発明方法によ
れば、厚鋼板のシャー切断において、だれ発生部位の変
形抵抗の増加効果と切欠き先端部に集中する応力による
切断力低下効果との相乗効果により、切断端部に発生す
るだれを大幅に減少させることができ、かつ良好な切断
端面形状を得ることができるという大なる効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例における厚鋼板切断前の状
態を示す概略図である。

【図２】同上の切断方法による切断端部の状態を示す縦
断面図である。

【図３】本発明の実施例における板厚とだれ深さの関係
を示す図である。

【図４】同じく本発明の実施例における板厚とだれ奥行
きの関係を示す図である。

【符号の説明】

１厚鋼板１−１左側切断鋼板１−２右側切断鋼板２Ｖ字形溝３切断機（シャー）３−１上刃３−２下刃４−１、４−２冷却用ノズルＡ上刃側冷却範囲Ｂ下刃側冷却範囲ｔ板厚ａだれ深さｂだれ奥行き

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【手続補正書】

【提出日】平成７年９月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】一般に、シャー切断における剪断力Ｐ（ｋ
ｇｆ）は、その形式にかかわらず板厚ｔの２乗×変形抵
抗ｋｓで決まる。したがって、鋼板表面の変形抵抗ｋｓ
が冷却により増加しても、切欠きによる板厚減少が２乗
の形で作用するため、剪断力自体は冷却なし、切欠きな
しの普通の状態と同等、もしくはそれ以下にすることが
可能である。また、鋼板表面の変形抵抗の変化は温度に
依存することになるが、鋼板表面から冷却した場合の熱
伝導率については、で表すことができる。ここで、Ｋは温度伝導率（ｍ^２／
ｓ）、λは熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）、ρは密
度（ｇ／ｃｍ^３）、ｃは比熱（Ｊ／ｋｇ・℃）、Ｔは時
間（ｓｅｃ）、ｌは均一化温度距離（ｍｍ）である。つ
まり、ｌはＴの平方根に比例するので、切断直前数秒か
ら十数秒間に冷却を行うことで十分な温度差を付与した
状態で切断を行うことは可能である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚鋼板をシャーを用いて切断する際に、
当該鋼板の表裏面に切断線に沿って形成した切欠きより
切断刃と反対側の３０〜５０ｍｍの範囲を他の部分と５
０〜１５０℃の温度差が生じるように冷却して切断する
ことを特徴とする厚鋼板の切断方法。