特許 7568116 鋼帯の切断設備、冷間圧延設備、鋼帯の切断方法及び鋼帯の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】鋼帯の切断設備、冷間圧延設備、鋼帯の切断方法及び鋼帯の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21B 15/00 20060101AFI20241008BHJP

   B21B 1/22 20060101ALI20241008BHJP

   B21B 38/00 20060101ALI20241008BHJP

   B21C 51/00 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

B21B15/00 B

B21B1/22 J

B21B38/00 F

B21C51/00 P

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023541369

(86)(22)【出願日】2023-04-07

(86)【国際出願番号】 JP2023014430

(87)【国際公開番号】W WO2024018700

(87)【国際公開日】2024-01-25

【審査請求日】2023-07-06

(31)【優先権主張番号】P 2022115034

(32)【優先日】2022-07-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】福永 貴之

(72)【発明者】

【氏名】原園 学

【審査官】池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６１－１６５２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０８１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０６４４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８０８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８０８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－００５８０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｂ １／００ － １１／００

Ｂ２１Ｂ ４７／００ － ９９／００

Ｂ２１Ｂ １５／００ － １５／０２

Ｂ２１Ｂ ３８／００ － ３８／１２

Ｂ２１Ｃ ５１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

接合部検出装置により検出された先行鋼帯の後端と後行鋼帯の先端とを接合した接合部及び欠陥検出装置により検出された鋼帯の欠陥部の近傍をレーザー切断する切断装置と、
前記接合部検出装置及び前記欠陥検出装置からの検出信号を取得して、前記検出信号に基づいて前記切断装置を動作させる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記接合部の近傍をレーザー切断させる第１カットモードと、前記欠陥部の近傍をレーザー切断させる第２カットモードと、を含む複数のモードを有し、
前記複数のモードのうち、いずれか１のカットモードによって前記切断装置を動作させ、
前記切断装置は、複数であって、前記鋼帯の幅方向の両端部に対になって設けられ、
前記複数のモードは、一対の前記切断装置でレーザー切断を行わせる複数機器切断モードと、少なくとも故障対応で使用され、１つの前記切断装置でレーザー切断を行わせる単一機器切断モードと、を含む、鋼帯の切断設備。

【請求項2】

前記第１カットモードは、前記切断装置に、前記接合部の近傍をレーザー切断する端部切断処理と、前記鋼帯の任意の位置で孔加工する孔加工処理と、を実行させるモードである、請求項１に記載の鋼帯の切断設備。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の鋼帯の切断設備と、前記鋼帯を冷間圧延する冷間圧延機と、を備える、冷間圧延設備。

【請求項4】

接合部検出装置により検出された先行鋼帯の後端と後行鋼帯の先端とを接合した接合部及び欠陥検出装置により検出された鋼帯の欠陥部の近傍をレーザー切断する切断装置と、制御装置と、を備える鋼帯の切断設備が実行する鋼帯の切断方法であって、
前記制御装置が、前記接合部検出装置及び前記欠陥検出装置からの検出信号を取得するステップと、
前記制御装置が、前記検出信号に基づいて、前記接合部の近傍をレーザー切断させる第１カットモードと、前記欠陥部の近傍をレーザー切断させる第２カットモードと、を含む複数のモードのうち、いずれか１のカットモードによって前記切断装置を動作させるステップと、を含み、
前記切断装置は、複数であって、前記鋼帯の幅方向の両端部に対になって設けられ、
前記複数のモードは、一対の前記切断装置でレーザー切断を行わせる複数機器切断モードと、少なくとも故障対応で使用され、１つの前記切断装置でレーザー切断を行わせる単一機器切断モードと、を含む、鋼帯の切断方法。

【請求項5】

請求項４に記載の鋼帯の切断方法によって前記鋼帯を切断した後に、前記鋼帯を冷間圧延するステップを含む、鋼帯の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、鋼帯の切断設備、冷間圧延設備、鋼帯の切断方法及び鋼帯の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼帯の冷間圧延工程において、生産性の向上又は歩留りの向上を目的に、先行材（先行鋼帯）の後端と後行材（後行鋼帯）の先端とを接合し、連続的に冷間圧延ラインに供給することが一般的である。これにより、鋼帯の全長にわたり、張力を付与した状態で圧延することが可能になり、鋼帯の先端及び後端においても、板厚及び形状を高精度に制御することができる。

【0003】

先行材と後行材の接合部（溶接部）の板幅方向端部は、先行材と後行材の鋼帯幅の差、鋼帯厚の差及び位置ずれなどのために、不可避的に幅段差部が形成される。そのため、このままの状態で圧延すると、幅段差部に応力集中が生じ、接合部で破断に至る可能性がある。接合部での破断が生じると、冷間圧延ラインを停止せざるを得ないため、生産性を低下させるとともに、破断片により損傷したワークロールを交換する必要が生じるため、生産コストの上昇を招く。また、鋼帯に製造過程で生じる欠陥部が存在することがある。欠陥部に対して、欠陥部を圧延しない方法又は手作業により除去する方法が採用されることがある。どちらの方法でも冷間圧延ラインの停止又は生産性の低下が発生する。

【0004】

そこで、接合部での破断を防止するために、接合部の近傍での応力集中を緩和する目的で、接合部の板幅方向端部にノッチ（切り欠き）を形成するノッチングが行われる。鋼帯の冷間圧延工程において、ノッチングの後で圧延することが行われている。欠陥部の除去についても同様にノッチングが行われる。

【0005】

ノッチングの方法としては、例えば、特許文献１に開示されているように、角部を有しない半円形状に、機械的にせん断加工する方法が一般的である。ただし、この半円形状のノッチは、外縁の曲率が一律であり、接合部において鋼帯の幅が最も小さくなるため、接合部において最大の応力が発生することになる。

【0006】

しかしながら、近年の冷延鋼帯の薄肉化、高合金化により、機械的にせん断加工した箇所に加工歪みが導入され、圧延時に破断の要因となることがあり、特許文献２及び特許文献３には、その対応としてレーザー切断を用いる方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開平０５－０７６９１１号公報

【文献】特開２０１７－０８０８０３号公報

【文献】特開２０１７－０８０８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ここで、従来技術の切断方法は、Ｓｉ及びＭｎの含有量が多い珪素鋼板及び高張力鋼板などの脆性材料・高合金材料の冷間圧延に適していないことがあった。そのため、冷間圧延における接合部の破断（溶接部破断）及び欠陥部を除去・加工した端部破断の防止に改善の余地があった。

【0009】

また、レーザー切断技術を採用するとしても、先行鋼帯と後行鋼帯との接合部端部の切断及び接合部から任意の位置で孔部を加工する場合と、鋼帯の端部の欠陥部を除去する場合とでは必要な機能が異なることがある。そのため、それらに対応可能な切断設備が求められている。

【0010】

本開示は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、安定的に連続した鋼帯同士の接合部の切断と鋼帯の欠陥部の除去が可能な鋼帯の切断設備、冷間圧延設備、鋼帯の切断方法及び鋼帯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】

【0011】

（１）本開示の一実施形態に係る鋼帯の切断設備は、
接合部検出装置により検出された先行鋼帯の後端と後行鋼帯の先端とを接合した接合部及び欠陥検出装置により検出された鋼帯の欠陥部の近傍をレーザー切断する切断装置と、
前記接合部検出装置及び前記欠陥検出装置からの検出信号を取得して、前記検出信号に基づいて前記切断装置を動作させる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記接合部の近傍をレーザー切断させる第１カットモードと、前記欠陥部の近傍をレーザー切断させる第２カットモードと、を含む複数のモードを有し、
前記複数のモードのうち、いずれか１のカットモードによって前記切断装置を動作させる。

【0012】

（２）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記第１カットモードは、前記切断装置に、前記接合部の近傍をレーザー切断する端部切断処理と、前記鋼帯の任意の位置で孔加工する孔加工処理と、を実行させるモードである。

【0013】

（３）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
前記切断装置は、複数であって、前記鋼帯の幅方向の両端部に対になって設けられ、
前記複数のモードは、一対の前記切断装置でレーザー切断を行わせる複数機器切断モードと、１つの前記切断装置でレーザー切断を行わせる単一機器切断モードと、を含む。

【0014】

（４）本開示の一実施形態に係る冷間圧延設備は、
（１）から（３）のいずれかの鋼帯の切断設備と、前記鋼帯を冷間圧延する冷間圧延機と、を備える。

【0015】

（５）本開示の一実施形態に係る鋼帯の切断方法は、
接合部検出装置により検出された先行鋼帯の後端と後行鋼帯の先端とを接合した接合部及び欠陥検出装置により検出された鋼帯の欠陥部の近傍をレーザー切断する切断装置と、制御装置と、を備える鋼帯の切断設備が実行する鋼帯の切断方法であって、
前記制御装置が、前記接合部検出装置及び前記欠陥検出装置からの検出信号を取得するステップと、
前記制御装置が、前記検出信号に基づいて、前記接合部の近傍をレーザー切断させる第１カットモードと、前記欠陥部の近傍をレーザー切断させる第２カットモードと、を含む複数のモードのうち、いずれか１のカットモードによって前記切断装置を動作させるステップと、を含む。

【0016】

（６）本開示の一実施形態に係る鋼帯の製造方法は、
請求項５に記載の鋼帯の切断方法によって前記鋼帯を切断した後に、前記鋼帯を冷間圧延するステップを含む。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、安定的に連続した鋼帯同士の接合部の切断と鋼帯の欠陥部の除去が可能な鋼帯の切断設備、冷間圧延設備、鋼帯の切断方法及び鋼帯の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係る鋼帯の切断設備の構成例を示す図である。

【図2】図２は、欠陥部の除去を説明するための図である。

【図3】図３は、本開示の一実施形態に係る鋼帯の切断方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る鋼帯の切断設備、冷間圧延設備、鋼帯の切断方法及び鋼帯の製造方法が説明される。

【0020】

図１は、本実施形態に係る鋼帯１の切断設備の構成例を示す図である。以下において、鋼帯１の搬送方向は進行方向とも称される。また、板幅方向端部は単に「端部」と称される。

【0021】

図１に示すように、鋼帯１の切断設備に、先行鋼帯の後端と後行鋼帯の先端とを接合した接合部２を有する鋼帯１が搬入される。鋼帯１の切断設備は、接合部２を検出する接合部検出装置５と、鋼帯１の欠陥部１０（図２参照）を検出する欠陥検出装置８と、接合部２及び欠陥部１０の近傍をレーザー切断する切断装置４と、制御装置９と、を備える。欠陥部１０は、鋼帯１における疵などの欠陥がある領域である。制御装置９は、例えば切断設備操作盤などであって、接合部検出装置５及び欠陥検出装置８からの検出信号を取得して、検出信号に基づいて切断装置４を動作させる。

【0022】

本実施形態において、鋼帯１の切断設備は、先端に切断装置４を取り付けたロボットアーム３を備える。ロボットアーム３は、制御装置９によって制御されて、ノッチングなどのレーザー切断を実行する。本実施形態において、鋼帯１を挟んで両端側にロボットアーム３に取り付けられた切断装置４が対になって設けられている。ただし、切断装置４は、本実施形態のように複数であってよいし、１つであってよい。また、本実施形態において、ロボットアーム３は多軸である。そのため、切断装置４の位置を自由に制御して制限のない切断軌道１１（図２参照）を設定でき、例えば円弧状にレーザー切断させることができる。

【0023】

鋼帯１の切断設備は、鋼帯１の端部を検出する端部検出装置６と、レーザー切断時の鋼帯１の振動を抑制するために鋼帯１を挟むピンチロール７と、を備えてよい。

【0024】

接合部検出装置５は、鋼帯１の板幅方向における中央部の上方に設けられる。接合部検出装置５は、鋼帯１の表面における凹凸などの特徴を検出可能であれば、設置位置が限定されるものでない。接合部検出装置５は、本実施形態のように鋼帯１の表面を撮影するカメラであってよいが、特定の装置に限定されない。ただし、接合部検出装置５は、鋼帯１の振動などに影響されずに接合部２を判別可能なように、画像を取得できる撮像装置であることが好ましい。接合部検出装置５からの画像に基づいて、ロボットアーム３を制御する制御装置９は、接合部２を判別し、切断範囲を把握して、切断装置４が動作するタイミングを特定し、正確に切断軌道１１を生成することができる。接合部２の検出については、撮影された画像の輝度差などから溶接線を検出する方式としてよい。

【0025】

欠陥検出装置８は、両端部が撮影可能なように複数のカメラで構成される。本実施形態において、欠陥検出装置８は、接合部検出装置５と別のカメラで実現される。ただし、接合部検出装置５及び欠陥検出装置８として単一のカメラが用いられてよい。欠陥検出装置８は、鋼帯１の裏面も撮影して鋼帯１の裏面の欠陥部１０を検出可能なように、裏面側にも設置されてよい。欠陥検出装置８からの画像に基づいて、ロボットアーム３を制御する制御装置９は、欠陥部１０を判別し、切断範囲を把握して、切断装置４が動作するタイミングを特定し、正確に切断軌道１１を生成することができる。制御装置９は、図２に示すように、欠陥部１０のサイズ、位置及び鋼帯１の送り量などに基づいて、欠陥除去に必要な切断軌道１１を判定し、判定した切断軌道１１を描くようにロボットアーム３を制御する。切断軌道１１のサイズは、欠陥部１０のサイズと鋼帯１における長手方向及び幅方向の位置に基づいて判定される。切断軌道１１は、例えば半円状であって、中心位置と半径の大きさが定められてよい。ここで、制御装置９は、作業者からの指示に従っても（手動でも）、欠陥部１０を除去可能な切断軌道１１を設定する処理を実行可能であってよい。

【0026】

端部検出装置６は、鋼帯１の進行方向に対して、切断装置４の上流側及び下流側の双方及び両端に設けられてよい。端部検出装置６が上流側と下流側に設けられることによって、接合部２を挟む先行鋼帯及び後行鋼帯のそれぞれの端部が正確に検出される。端部検出装置６は、例えばレーザーの反射に基づいて位置を検出するレーザーセンサーなどで構成されてよいが、通光センサー又は画像センサーを用いてよい。端部検出装置６によって鋼帯１の端部が正確に検出されることによって、不適切な位置での切断を回避することができる。

【0027】

鋼帯１の切断設備は、冷間圧延設備の一部を構成してよい。冷間圧延設備は、上記の鋼帯１の切断設備の他に、少なくとも鋼帯１を冷間圧延する冷間圧延機を備える。冷間圧延機は、鋼帯１の切断設備の下流側に設けられて、ノッチが形成された鋼帯１を冷間圧延する。ここで、冷間圧延設備は、鋼板の製造設備の一部を構成してよい。鋼板の製造設備は、例えば冷間圧延機より下流側に、鋼帯１を切断する設備をさらに備えて、所望のサイズの鋼板を切り出してよい。

【0028】

ここで、上記のように、接合部２を含む端部の切断及び接合部２から任意の位置で孔部を加工する場合と、鋼帯１の端部の欠陥部１０を除去する場合とでは必要な機能が異なることがある。しかし、従来の切断設備においては、これらを区別したレーザー切断が行われていなかった。例えば、同じように半円状に切断するとしても、欠陥部１０の除去では、欠陥部１０のサイズに応じて切断軌道１１のサイズを変更する必要があり、接合部２のノッチングと異なるサイズ調整の処理が要求される。また、接合部２のノッチングでは例えば一対の切断装置４が使用されるが、欠陥部１０の除去では、欠陥部１０の位置に応じて使用される切断装置４が異なる。また、孔部の加工は、ノッチング以外にも鋼帯１に対して機械せん断を実施することがあるところ、先行鋼帯と後行鋼帯を接合する際に接合部２の追跡を行うための孔部を接合部近傍の任意の位置に作成するものである。

【0029】

鋼帯１の切断設備において、制御装置９は、欠陥部１０を除去する場合と接合部２のノッチング等の場合とで、切断装置４を動作させるモードを明確に区別することによって、それぞれのレーザー切断を最適化する。具体的に述べると、制御装置９は、接合部２の近傍をレーザー切断させる第１カットモードと、欠陥部１０の近傍をレーザー切断させる第２カットモードと、を含む複数のモードを有し、複数のモードのいずれか１のカットモードによって切断装置４を動作させる。ここで、第１カットモードは、切断装置４に、接合部２の近傍をレーザー切断する端部切断処理と、鋼帯１の任意の位置で孔加工する孔加工処理と、を実行させるモードである。

【0030】

第１カットモードの場合に、制御装置９は、接合部検出装置５及び端部検出装置６からの情報を用いて、切断軌道１１を生成する。第１カットモードでの端部切断の場合に、形状は半円状であり、接合部２に円の頂点を合わせ、接合部２の鋼帯１の幅方向で除去必要な長さを装置に設定しておくことで円の位置を調整することができる。接合部２が切断設備内に搬送され、ピンチロール７で鋼帯１を挟むことで振動が抑制される。接合部検出装置５及び端部検出装置６から必要な位置情報が判定されて、制御装置９で判定された切断軌道１１に従ってロボットアーム３が動作して切断装置４のレーザー切断が実行される。また、第１カットモードでの孔部加工の場合に、孔部は鋼帯１の板幅方向の中心部かつ接合部２に加工されることが多いため、接合部２の位置を設定することで加工が行われる。

【0031】

第２カットモードの場合に、制御装置９は、欠陥検出装置８及び端部検出装置６からの情報を用いて、切断軌道１１を生成する。第２カットモードでの端部切断の場合に、形状は半円状であり、鋼帯１の長手方向で任意の位置を円中心とし、欠陥部１０の寸法に合わせて鋼帯１の幅方向で除去必要な長さと円半径を指定することで、欠陥部１０の除去が可能である。

【0032】

また、本実施形態のように、切断装置４が、複数であって、鋼帯１の幅方向の両端部に対になって設けられる場合に、制御装置９は、使用する切断装置４を選択するモードを有していてよい。具体的に述べると、制御装置９が有する複数のモードには、上記の２つのカットモードに加えて、一対の切断装置４でレーザー切断を行わせる複数機器切断モードと、１つの切断装置４でレーザー切断を行わせる単一機器切断モードと、が含まれてよい。ただし、複数機器切断モードと単一機器切断モードとは、必ず選択されるカットモードではなく、オプションとして選択されるモードである。制御装置９は、複数機器切断モードと単一機器切断モードを、第１カットモードと第２カットモードと組み合わせてよい。例えば制御装置９は、欠陥部１０が両端部それぞれの近くにあるような場合に、複数機器切断モードと第２カットモードとを組み合わせて、切断装置４を動作させてよい。また、例えば制御装置９は、欠陥部１０が１つの端部の近くにあるような場合に、単一機器切断モードと第２カットモードとを組み合わせて、切断装置４を動作させてよい。

【0033】

ここで、複数機器切断モードと単一機器切断モードは、故障対応で使用されてよい。一対の切断装置４のうち一方が故障した場合に、単一機器切断モードが設定されることによって、正常な切断装置４を使用してレーザー切断が可能になる。そのため、ラインの長時間停止を防止することができる。

【0034】

図３は、本開示の一実施形態に係る鋼帯１の切断方法のフローチャートである。鋼帯１の切断方法は上記の鋼帯１の切断設備によって実行される。制御装置９は、接合部検出装置５及び欠陥検出装置８からの検出信号を取得する（ステップＳ１）。制御装置９は、検出信号に基づいて、複数のモードのうち、いずれか１のカットモードによって切断装置４を動作させる（ステップＳ２）。複数のモードは、接合部２の近傍をレーザー切断させる第１カットモードと、欠陥部１０の近傍をレーザー切断させる第２カットモードと、を含む。制御装置９は、例えば接合部２を含む端部の切断と、欠陥部１０の除去と、を区別したレーザー切断を実行させる。

【0035】

鋼帯１の切断設備が冷間圧延設備の一部を構成する場合に、鋼帯１の切断方法は鋼帯１の製造方法の一部として実行されてよい。鋼帯１の製造方法では、上記の鋼帯１の切断方法によって鋼帯１を切断した後に、鋼帯１を冷間圧延するステップが実行されてよい。

【0036】

以上のように、本実施形態に係る鋼帯１の切断設備及び冷間圧延設備、鋼帯１の切断方法及び鋼帯１の製造方法は、上記の構成によって、安定的に連続した先行鋼帯と後行鋼帯の接合部２を正確にレーザー切断すること及び欠陥部１０を正確にレーザー切断することが可能になる。また、接合部２の破断を生じることなく冷間圧延することが可能になる。

【0037】

本開示の実施形態について、諸図面に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態は装置が実行する方法、装置が備えるプロセッサにより実行されるプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

【0038】

以下、本開示内容の効果を実施例（実験例）に基づいて具体的に説明するが、本開示内容はこれら実施例に限定されるものではない。

【0039】

（実施例）
本実施例として、母材厚が２．０ｍｍ、板幅が１２００ｍｍの３．０質量％のＳｉを含有する電磁鋼板用の素材鋼板を用いて、欠陥部１０の端部のレーザー切断が行われた。すなわち、欠陥部１０が検出された場合に、制御装置９が直ちに第１カットモードから第２カットモードに切り替えることによって、欠陥部１０の近傍のレーザー切断が行われた。

【0040】

ここで、比較例として、可搬式切断機器を用いて作業者自身が切断を行った。切断時間は、比較例で１１８秒であったが、本実施例で２０秒であった。

【0041】

比較例では、作業者が安全措置をしてから切断作業を開始する必要があり、手動のために切断時間もかかるため、作業の能率が低下する。これに対して、本実施例の欠陥切断機能では、切断時間が大幅に改善されることが確認された。

【符号の説明】

【0042】

１ 鋼帯
２ 接合部（溶接部）
３ ロボットアーム
４ 切断装置
５ 接合部検出装置
６ 端部検出装置
７ ピンチロール
８ 欠陥検出装置
９ 制御装置
１０ 欠陥部
１１ 切断軌道

【図1】

【図2】

【図3】