(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
いわゆるバッチ式の熱間圧延ラインでは、鋼片を1本毎に加熱、粗圧延、仕上げ圧延して所望の厚さの鋼板に仕上げる。しかしながら、このバッチ式の熱間圧延ラインでは、特に仕上げ圧延工程において、鋼片先端の噛み込み不良、鋼片尾端の絞り込み、鋼片先端と尾端での寸法不良等の問題があった。
このため、最近では仕上げ圧延機の入側搬送ラインで、先行する鋼片の尾端部と後行する鋼片の先端部とを順次接合してから仕上げ圧延に供する連続圧延法(エンドレス圧延法)が提案され、これに伴い鋼片の接合方法についても種々の方法が開発されている。
【0003】
その中でも、比較的短時間で接合を終了できる方法として、誘導加熱圧接法が知られている。誘導加熱圧接法とは、誘導加熱により先行鋼片の尾端部と後行鋼片の先端部との接合予定部を急速加熱したのち、互いに突き合せて押圧することによって、先行・後行両鋼片を接合するというものである(この押圧および接合を、以降、アップセットとも記す)。
【0004】
しかしながら、従来の連続熱間圧延における鋼片の接合方法では、鋼中にCr、Ti、Mn、Al、Si等のように、鋼の融点(1400〜1600℃)よりも高い融点を有する酸化物(Cr酸化物:融点約2000℃)を生成する成分を含むステンレス鋼や高張力鋼板等を用いた場合、誘導加熱時に接合面に生成されるこれらの酸化物がアップセット後も接合部に固相として残って接合強度を著しく低下させ、後工程の仕上げ圧延にて接合部が破断する等の問題が生じる。
【0005】
このような問題を解決する方法として特許文献1には、誘導加熱による加熱工程において先行鋼片および後行鋼片の各接合面の温度を鋼片の液相線温度以上に加熱することで、液相となった酸化物を溶けた鋼と共に排出して接合強度の低下を回避する方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述した特許文献1に記載された方法では、接合面を鋼片の融点以上の温度まで加熱することで、ステンレス鋼や高張力鋼を用いた場合であっても接合面に生成される酸化物を排出しやすくすることが可能であるが、排出性が良い(粘度が低い)ことからアップセット時の圧力によって溶鋼が飛散する場合がある。このような場合の問題点について
図5を用いて説明する。
【0008】
図5は接合装置において、目違い防止板31を用いて先行鋼片3aと後行鋼片3bを接合する過程を示す図である。
図5(a)は先行鋼片3aの尾端と後行鋼片3bの先端を加熱している状態、
図5(b)は加熱後に鋼片を突き合わせて押圧接合(アップセット)した状態、
図5(c)はアップセット後に目違い防止板31を上下解放した状態をそれぞれ示している。
なお、図中に示す目違い防止板31には、鋼片に対向する側に、鋼片側に突出して接合面が上下にずれることを防止する凸部31aと、加熱時及びアップセット時に液相化した酸化物を含む溶鋼33(以降、ノロ33とも記す)が排出される凹部31bが形成されている。
【0009】
図5(a)の図中の破線は、加熱前の先行鋼片3aの尾端と後行鋼片3bの先端があった位置を示している。この部分が液相線温度以上に加熱されることで、加熱によって生成された酸化物を含めて液相化して、目違い防止板31の凹部31bに流れ出る。
【0010】
加熱後、
図5(b)に示すように押圧接合(アップセット)すると、液相線温度以上に加熱したことで粘性が低くなっている溶鋼(ノロ)33は、アップセット時に作用する圧力によって、飛散して目違い防止板31の凹部31b内に流れ出る。
【0011】
アップセット後、
図5(c)に示すように目違い防止板31を上下解放すると、凹部31bに流れ出たノロ33の一部は鋼片に付着するが、下側の目違い防止板31の凹部31bに飛散した一部のノロ33は鋼片に付着することなく凹部31bに取り残される。
鋼片に付着したノロ33は鋼片と共に接合装置から搬送されるため、バリ取り処理で鋼片から取り除かれるが、下側の目違い防止板31の凹部31bに付着したノロ33は接合装置内部に残存してしまう。
【0012】
特に、連続熱間圧延を行う場合においては、上記のようなノロ33が目違い防止板31内に堆積していくため、最終的には堆積したノロ33が接合面に噛み込まれてしまって、鋼片の接合部の強度を著しく低下させてしまい、仕上げ圧延中に鋼片が破断してしまうという問題が生じる。
【0013】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、接合用クランプに溶鋼が堆積することを防止する連続熱間圧延における鋼片の接合装置、該接合装置を用いた鋼片の接合方法及び該接合方法を用いた熱延鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
(1)本発明に係る連続熱間圧延における鋼片の接合装置は、連続熱間圧延ラインの仕上げ圧延機の入側に設置されて先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端を加熱して押圧接合するものであって、前記先行鋼片を挟持する上流側クランプと前記後行鋼片を挟持する下流側クランプを備え、前記上流側クランプまたは前記下流側クランプは前記先行鋼片と前記後行鋼片の目違いを防止する上下一対の目違い防止板を有し、該目違い防止板は鋼片側に突出する凸部と該凸部より高さの低い凹部が鋼片幅方向に交互配列した櫛歯形状を有しており、前記目違い防止板のうち鋼片の下側に配置される目違い防止板は、前記先行鋼片と前記後行鋼片の接合位置から上流側及び下流側の少なくとも50mmの範囲において、前記凸部と前記凹部の高さの差を10mm以下に設定されていることを特徴とするものである。
【0015】
(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記鋼片の下側に配置される目違い防止板の前記凸部と前記凹部の高さの差が、鋼片の上側に配置される目違い防止板の前記凸部と前記凹部の高さの差よりも小さいことを特徴とするものである。
【0016】
(3)本発明に係る連続熱間圧延における鋼片の接合方法は、上記(1)又は(2)に記載の鋼片の接合装置を用いたものであって、前記接合装置で前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを互いに非接触で対向配置し、前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを加熱する加熱工程と、該加熱工程において加熱された前記先行鋼片の尾端と前記後行鋼片の先端とを突き合わせて押圧接合する接合工程とを備え、前記接合工程において前記凹部に排出された溶鋼を鋼片の下面に付着させて前記接合装置の外へ搬送することを特徴とするものである。
【0017】
(4)本発明に係る熱延鋼板の製造方法は、上記(3)に記載の連続熱間圧延における鋼片の接合方法を用いて熱延鋼板を製造することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0018】
本発明においては、鋼片の下側に配置される目違い防止板における凹部と凸部の高さの差を10mm以下にしたことで、従来の接合装置では鋼片に付着せずに目違い防止板に堆積していたようなノロも鋼片に付着させて搬送できるため、接合用クランプに溶鋼が堆積することを防止できる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明の一実施の形態に係る連続熱間圧延における鋼片の接合装置1は、
図1に示すとおり、先行の鋼片3(先行鋼片3a)の尾端と先行鋼片3aに引き続いて搬送される後行の鋼片3(後行鋼片3b)の先端を加熱して押圧接合するものであり、先行鋼片3aと後行鋼片3bの接合面が互いに非接触で対向配置されるように保持するクランプ5(上流側クランプ5a及び下流側クランプ5b)と、上流側クランプ5a及び下流側クランプ5bによって保持された鋼片3の接合面を加熱する誘導加熱装置7と、上流側クランプ5aを下流側クランプ5b側に押して、接合面を突き合わせて押圧接合(アップセット)する押圧シリンダ9とを備えている。
本発明の特徴となる部分を有する上流側クランプ5a及び下流側クランプ5bについて、以下詳細に説明する。
【0021】
<上流側クランプ>
上流側クランプ5aは、先行鋼片3aを挟持するためのものであり、先行鋼片3aを鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の鋼片支持用ブロック11(先行鋼片支持用ブロック11a)を有している。
【0022】
<下流側クランプ>
下流側クランプ5bは、後行鋼片3bを挟持するためのものであり、後行鋼片3bを鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の鋼片支持用ブロック11(後行鋼片支持用ブロック11b)と、押圧接合時に鋼片3が上下方向にずれることを防止する上下一対の目違い防止板13を有している。
以下、目違い防止板13について詳細に説明する。
【0023】
《目違い防止板》
目違い防止板13は、
図1に示すように後行鋼片支持用ブロック11bに固定されており、鋼片接合部の上側および下側に配置することで押圧接合時に鋼片3が上下方向にずれることを防止するものである。目違い防止板13の形状について、
図1及び
図2を用いて説明する。
【0024】
図1に鋼片3の接合位置近傍(破線円部分)における目違い防止板13を拡大した図を示すと共に、
図2に目違い防止板13の形状を説明するための斜視図を示す。
目違い防止板13は、
図1の拡大図及び
図2に示すように、鋼片3の上側に配置される上側目違い防止板15と鋼片3の下側に配置される下側目違い防止板17からなり、上側目違い防止板15及び下側目違い防止板17は鋼片幅方向に複数の棒状部材が交互配列されている。上下側目違い防止板15、17の鋼片3側は、鋼片3に向けて突出する凸部15a、17aと凸部より高さの低い凹部15b、17bが形成され、櫛葉形状になっている。
凸部15a、17aは鋼片3の上面及び下面に近接する位置に配置可能になっており、押圧接合時に先行鋼片3a及び後行鋼片3bの接合面が上下方向にずれることを防止する部分である。
また、凹部15b、17bは鋼片3の上面及び下面に対して一定の隙間を介して配置され、押圧接合時に、液相化した溶鋼33が流入する部分である。
【0025】
本実施の形態における下側目違い防止板17は、
図1の拡大図に示す凸部17aと凹部17bの高さの差である段差hが従来の目違い防止板よりも小さいという特徴がある。
段差hを小さく設定することで、鋼片3の下面から凹部17bまでの距離が近くなり、それによって排出されたノロ33が鋼片3の下面に接しやすくなる。
【0026】
排出されたノロ33が鋼片3の下面に接して、さらに付着しやすくするためには、段差hは10mm以下にする必要がある。
また、段差hが10mm以下とする範囲sは、
図1の拡大図に示す接合位置19から上流側及び下流側にそれぞれ50mm以上とする。図中の接合位置19は、誘導加熱装置7による加熱工程時に、加熱によって鋼片3の端部が液相化して流れ出たあとに先行鋼片3aと後行鋼片3bが接合される位置である。このように、本発明における接合位置とは先行鋼片3aと後行鋼片3bが接合されることが予定されている位置のことである。
【0027】
本実施の形態では段差hが下側目違い防止板17の全長に亘って一定である例を示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば接合位置19から上下流側に50mmの範囲で段差hが10mm以下となっていれば、それ以外の範囲で段差hが10mmより大きくなっている部分があってもよい。
【0028】
下側目違い防止板17の段差hを小さくしたことに伴い、下側目違い防止板17の凹部17bに流れきれない溶鋼(ノロ)33が接合部を上方に移動して、上側目違い防止板15側に排出されることが想定される。このようなノロ33の排出を妨げないようにするため、上側目違い防止板15の凸部15aと凹部15bの高さは十分な差を設けるのが好ましい。もっとも、本発明においては、上側目違い防止板15の凸部15aと凹部15bの高さの差を限定するものではない。
【0029】
なお、上記の説明では、上流側クランプ5aを下流側クランプ5b側に押圧して、接合面を突き合せて押圧接合する例を示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば下流側クランプ5bを上流側クランプ5a側に押圧して、押圧接合してもよい。
また、上述した例では下流側クランプ5bが目違い防止板13を備えているが、本発明はそれに限定されるものではなく、上流側クランプ5a及び下流側クランプ5bのいずれかに目違い防止板13が設けられていればよい。
【0030】
次に、上記のように構成された本実施の形態に係る接合装置1を用いて行う鋼片3の接合方法と該接合方法を用いて熱延鋼板を製造する方法について、その一例を
図3、
図4を用いて以下に説明する。
【0031】
図3は、本実施の形態における連続熱間圧延ライン21の設備構成の一部を概略化した図である。コイルボックス23から仕上げ圧延機25の第1スタンドまでの設備配列を示すものであり、図中の矢印の方向に鋼片3が搬送されるものとする。
図3に示すように、粗圧延機(図示なし)から出てきた鋼片3はコイルボックス23に巻き取られ、その後コイルボックス23から巻き出された鋼片3はクロップシャー27によって先端及び尾端を切断される。クロップシャー27によって切断された先行鋼片3aの尾端と、後行鋼片3bの先端は接合装置1によって接合される。
この接合装置1による鋼片3の接合方法について
図1、
図4を用いて詳しく説明する。
【0032】
尾端を切断された先行鋼片3aおよび先端を切断された後行鋼片3bは、
図1に示した接合装置1における上流側クランプ5aの先行鋼片支持用ブロック11a及び下流側クランプ5bの後行鋼片支持用ブロック11bに挟圧支持されて、切断面が互いに非接触で対向配置するように保持される。
【0033】
その後誘導加熱装置7によって先行鋼片3aの尾端及び後行鋼片3bの先端が鋼片3の液相線温度以上に加熱されると、
図4(a)に示すように、先行鋼片3aの尾端及び後行鋼片3bの先端(図中破線で示した部分)が液相化して下側目違い防止板17の凹部17bに流れ出る(加熱工程)。
【0034】
その後、押圧シリンダ9が上流側クランプ5aを下流側クランプ5b方向(
図4(a)図中矢印方向)に押圧することで、先行鋼片3aの尾端が後行鋼片3bの先端に押し付けられ、
図4(b)に示すように、先行鋼片3aと後行鋼片3bが接合される(接合工程)。
本発明では段差hが10mm以下に設定されているため、接合工程時に鋼片3の下面側に排出されるノロ33についても鋼片3に接しやすくなっている。よって、
図4(c)に示すように、目違い防止板13を上下解放した後も、ノロ33を鋼片3に付着させて搬送することが可能である。
【0035】
接合工程によって押圧接合された鋼片3は、その後切削装置29によって鋼片3に付着しているノロ33が除去され、ノロ33が除去された後に仕上げ圧延機25及び図示しない他のスタンドによって仕上げ圧延されて、熱延鋼板が製造される。
【0036】
以上のように、本実施の形態においては、接合装置1の下側目違い防止板17の段差hを10mm以下としたことで、従来では接合用クランプに堆積していたようなノロ33も鋼片3に付着させて搬送できるようにしたため、接合装置1内部にノロ33が堆積することを防止できる。これにより、従来生じていたような接合装置1内部に堆積したノロ33を原因とする鋼板の破断が生じることなく、連続熱間圧延によって熱延鋼板を製造することが可能である。
【0037】
本発明は、鋼種によらず効果があるが、先行鋼片3a及び後行鋼片3bのうちの少なくとも一方が鋼より高い融点の酸化物を生成する元素、例えばC、Cr、Ti、Mn、Al、Si等を単独又は合計で1wt%以上含む鋼種である場合に特に有効な手法である。具体的には、Cであれば0.03質量%〜2.0質量%、Crであれば0.03質量%〜35.0質量%、Tiであれば0.001質量%〜0.5質量%、Mnであれば0.03質量%〜6.2質量%、Alであれば0.01質量%〜0.5質量%、Siであれば0.03質量%〜4.0質量%程度を含んでおり、残部はFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼種である場合に特に有効な手法である。
【実施例】
【0038】
本発明の接合装置1による作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
本実施例は、
図3に示したような連続熱間圧延ライン21で連続熱間圧延を行うものであり、鋼片3には粗圧延後の寸法が板幅1200mm、厚み35mmである高張力鋼(Si1.5質量%、C0.12質量%、Mn2.7質量%、Cr0.9質量%、Ti0.015質量%、Al0.03質量%、P0.008質量%、S0.0015質量%)を用いた。
【0039】
また、本実施例における接合装置1は、
図1に示したように、先行鋼片3aの尾端及び後行鋼片3bの先端を5mmの隙間を設けて対向配置して、誘導加熱装置7によって加熱後、押圧接合するものであり、誘導加熱装置7の加熱条件は、投入電力1000kW、周波数1000Hz、加熱時間6.0秒とした。これは、本実施例における鋼片3を融点以上に加熱するものである。さらに、融点以上の温度に加熱する領域は、加熱する前の先行鋼片3aの尾端及び後行鋼片3bの先端からそれぞれ12mmの範囲とした。
【0040】
上述したような接合装置1によって鋼片3を接合した後、切削装置29でノロ33を除去し、仕上げ圧延機25によって板厚が2.0mmになるように圧延を行った。
本実施例では、
図1に示したような接合装置1の下側目違い防止板17の凸部17aと凹部17bの段差hと、段差hが10mm以下である接合位置19からの範囲sを変更してそれぞれ連続熱間圧延を行い、仕上げ圧延後の接合部外観を表面検査計でモニタリングし、板幅に対して50%以上の長さの割れの欠陥が生じていた場合には連続圧延を中止するものとし、最大10本まで連続熱間圧延を行った。
【0041】
表1に、本実施例で設定した下側目違い防止板17の凸部17aと凹部17bの高さの差(段差)h及びhが10mm以下である接合位置19からの範囲sの値を示し、それぞれの条件で連続圧延が可能だった本数を示す。
連続圧延を4本以上行うことができたものは、接合強度の低下を防止できたと判断して、接合強度合否を合格(○)とし、割れが生じて連続圧延が3本以下で中止となったものを不合格(×)とした。
【0042】
【表1】
【0043】
試験No.1及びNo.2に示すように、従来例に相当する下側目違い防止板17の凸部17aと凹部17bの高さの差(段差)hが10mmより大きいものは、連続圧延3本以内に接合部に割れが発生した。また、試験No.8及びNo.9に示すように、高さの差(段差)hが10mm以下であっても、その範囲sが50mmより小さい場合には、連続圧延3本以内に接合部に割れが発生した。
一方、試験No.3〜No.7に示すように、高さの差(段差)hが10mm以下であり、かつ、その範囲sが50mm以上に亘ってある場合には、連続圧延を4本以上行うことができた。