JP3020635B2 - 熱間圧延における鋼片の接合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、先行して搬送される
シートバーの如き鋼片と、これに引き続いて搬送される
後続の鋼片とを、熱間圧延の入側にて突き合わせ接合
し、この接合鋼片を連続的に圧延ラインに供給するため
に特に有用な鋼片の接合方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱間圧延ラインでは、圧延すべき
鋼片を目標温度に加熱したのち、一本ずつ粗圧延工程、
引き続き仕上げ圧延工程に供して所望の厚みを持った熱
延板に仕上げていたが、かような圧延方式では、特に仕
上げ圧延での、圧延素材の噛み込み不良によるライン停
止等のトラブルが生じやすく、また圧延素材の先端、後
端部の形状不良に起因した歩留まりの低下が大きい。こ
のような問題の早期解決が望まれる所以である。

【０００３】熱間圧延ラインにおける上記の如きトラブ
ルを解消し、生産性のより一層の改善を図るために、熱
間仕上げ圧延機の入側搬送ラインにおいて、先行する鋼
片の後端部とこれに引き続いて搬送される後続の鋼片の
先端部とを、順次接合して仕上圧延に供する圧延技術が
提案され、これに伴い鋼片の接合方法についても種々の
方法が開発された。例えば特開昭60-244401 号公報に、
いわゆるソレノイド型コイルを用いた誘導加熱圧接法が
開示され、また特開昭61-159285 号公報に電極ロールを
用いた通電加熱圧接法が開示されている。このように鋼
片を接合して圧延する技術に従えば、鋼片を一本ずつ圧
延ラインに供給する場合に生じていた噛み込み不良等を
起こすことがなく、生産性を改善することが可能にな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】鋼片を接合しつつ連続
的な圧延を行うためには、先行する鋼片の後端と後続の
鋼片の先端とを迅速かつ確実に安定して接合する必要が
ある。しかしながら、上掲特開昭60-244401 号公報に開
示されているように、鋼片の接合部を高周波誘導加熱す
るものでは、比較的短時間で目標とする接合温度に加熱
できる利点はあるものの、鋼片の接合に関わらない余計
な領域まで加熱するため、これに消費されるエネルギー
量が大きいという問題があり、一方、前掲特開昭61-159
285 号公報に開示の技術の如き通電加熱によるもので
は、鋼片表面にスケールが付着している場合に電極ロー
ルと鋼片との間の接触電気抵抗によってアークが発生
し、電極ロールが損傷するおそれがあり、結局のところ
何れの方式においても鋼片の連続熱間圧延を実現するに
は不十分なものであった。

【０００５】鋼片の接合に際して無駄なエネルギーを消
費することなく、簡便かつ速やかに、しかも圧延中に鋼
片の接合部分が分離・破断することがないよう確実に接
合できる新規な接合方法を提案することがこの発明の目
的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、鋼片の熱間
圧延設備の入側にて、先行して搬送される鋼片の後端部
と、これに引き続いて搬送される後続の鋼片の先端部と
を接触状態で突き合わせ、次いで加熱、接合する方法で
あって、上記各鋼片の先端部と後端部とを少なくとも鋼
片幅方向の両端部で接触させ、この接触領域に鋼片の厚
み方向に貫通する交番磁界を磁極から印加して生起する
誘導電流によりこの幅方向両端部を加熱する処理と、少
なくとも一方の鋼片を他方の鋼片に向けて押圧する処理
との組合せからなり、かつ上記磁極について、鋼片厚み
方向への磁極の投影と鋼片の幅方向端部に形成される接
合部との重複領域の鋼片幅方向長さを、それぞれ各接合
代の0.3 倍までに抑えた、鋼片の幅方向中央寄りに配置
して、この接合部に生起する短絡誘導電流を抑制するこ
とを特徴とする熱間圧延における鋼片の接合方法であ
る。

【０００７】

【作用】まず、この発明の鋼片の接合方法を開発するに
至った経緯について説明する。発明者らは鋼片の接合に
際して無駄なエネルギーを消費することなく、簡便かつ
速やかに、しかも確実に接合できる接合方法について研
究、開発を重ねた結果、各鋼片の先端部と後端部とを接
触させ、その領域にて鋼片の厚み方向に貫通する交番磁
界を印加して加熱する処理と、該鋼片の少なくとも一方
を押圧する処理とを組み合わせることが特に有効との知
見を得、先に特許出願を行った（特願平２-203991 号明
細書参照）。この方法によれば、接合領域に交番磁界に
よって渦電流が誘導され、この渦電流の周回に由来した
発熱によって特に鋼片の幅方向両端部が昇温することか
ら、効率よく極めて短時間に該接触領域を密着させるこ
とができ、しかも交番磁界を印加するための磁極は該鋼
片とは非接触なのでアークの発生によって設備に損傷を
与えるようなおそれもなく、確実に鋼片を接合すること
が可能となった。

【０００８】ところで、このような接合方法では、図１
に示すように鋼片の幅方向両端部を通って周回する誘導
電流ｅが、かかる両端部の接合のために特に肝要である
が、磁界を鋼片へ印加するための磁極の配置位置と接合
部との重複代、すなわち、鋼片厚み方向への磁極の投影
と鋼片の幅方向端部に形成される接合部との重複領域の
鋼片幅方向長さが多くなると、図２に示すようにこの周
回誘導電流ｅ以外の、短絡誘導電流ｓが該磁極近傍の接
合部に生じるようになって、この磁極直下の鋼片接合部
の両端が融け落ちてしまい、接合設備に損傷を与える問
題が生じるばかりでなく、接合自体も良好に行われない
という不都合を生じる場合があった。

【０００９】そこで上記の問題を解決するため、さらに
研究を進めた結果、磁極の配置を、鋼片の幅方向中央寄
りとすることで、接合部に生起する短絡誘導電流を有利
に抑制できることを見出し、この発明を完成するに至っ
たのである。

【００１０】このように磁極を鋼片の幅方向中央寄りの
配置にすることにより、短絡誘導電流が抑制されること
で、鋼片の接合をさらに確実かつ安全に行うことが可能
になる。

【００１１】図３に、鋼片の幅方向端部片側の接合代Ｗ
に対する磁極の重なり量、すなわち、鋼片厚み方向への
磁極の投影と鋼片の幅方向端部に形成される接合部との
重複領域の鋼片幅方向長さを種々に変化させて、接合部
の加熱効率に及ぼす影響について調べた結果を示す。な
お、図３において磁極と接合代の重なりは、鋼片の幅方
向端部に形成される接合部の、鋼片幅方向の中央寄り端
部を基準点０として、磁極投影の、鋼片幅方向端部に近
い側の端部の位置を、この基準点０からの変位で示した
ものであり、基準点よりも鋼片の幅方向端部に位置して
いる場合は正の値、基準点よりも鋼片の幅方向中央部に
位置している場合は負の値で示している。また、試験に
供した鋼片の幅は1000mm、片側接合代は100mm 、磁極数
２個、磁極のサイズは幅250 mm、長さ300 mmであった。
同図から明らかなように、磁極が接合部に近いほど加熱
効率が良くなる。しかし磁極が接合部と重なり、その重
なり量が接合代の0.3 倍を超えると、磁極近傍の接合部
で短絡電流が発生するようになって、加熱効率が著しく
低下する。この時接合部のなかでも特に両端に短絡誘導
電流が集中していて、その結果設備が損傷してしまうの
である。したがって磁極と接合部との重なりは接合代の
0.3 倍を限度した。ここに接合代Ｗは、後述するように
接合強度を確保するために鋼片幅Ｂの0.1 倍以上とす
る。なお通常は鋼片幅Ｂの0.1 〜0.3 倍程度、より好ま
しくは0.1 〜0.2 倍としている。

【００１２】磁極を１個配置する場合は、鋼片の幅方向
中央部に、２個以上を鋼片幅方向に並んで配置する場合
は、鋼片の幅方向中央に対して対称になるように配置す
るのが好ましい。磁極を２個配置した例を図４に示す。
なお、３個以上の磁極を鋼片幅方向に並んで配置する場
合に、接合代と重複しない磁極については、接合代と重
複する磁極よりも鋼片幅方向中央寄りに配置される。

【００１３】以上述べたような磁極を用いた鋼片の接合
に適用する圧延設備の一例を図５に示す。同図における
番号４は熱間仕上げ圧延機群、５は熱間仕上げ圧延機４
の入側で先行して搬送される鋼片（以下、先行シートバ
ーと記す）、６はこの鋼片５に引き続く後続の鋼片（以
下、後続シートバーと記す）、７はシートバー５，６の
搬送とこれらの接合の際の加圧を行うピンチロール、８
は先行シートバー５の後端部と後続シートバー６の先端
部の接触領域ａを加熱する役目をもった交番磁界発生装
置であって、この交番磁界発生装置８は磁極を形成する
コア８ａ、コイル８ｂ及び電源８ｃからなる。ここで、
この交番磁界発生装置８を単体で適用する場合には、シ
ートバーの幅方向の中央部に配置される。また、９はシ
ートバーの接合時間を吸収するためのルーパーであっ
て、このルーパー９は、上記交番磁界発生装置８が、シ
ートバーの搬送に同期して移動できる形式の場合には省
略される。

【００１４】前述したとおり、先行シートバー５の後端
部と、後続シートバー３の先端部の突き合わせによる接
触状態で、接触領域ａに、該シートバーの幅方向の中央
部に配置した交番磁界発生装置８によって交番磁界ｄを
印加すると、シートバー５，６の各端部には、幅方向に
沿って図６に示すような渦電流ｅが誘導される。シート
バー５，６の各端部は、この渦電流ｅの周回に由来した
発熱によって加熱されることになるが、とくにシートバ
ーの接触領域ａには接触電気抵抗が存在するため、この
抵抗によるジュール発熱によって各端部の接触面の温度
が図７に示すように優先的に上昇する。したがってこの
接触状態で昇温しながら各シートバー５、６の少なくと
も一方を、接合すべきシートバーへ向けて押圧するか、
または予め押圧した状態で上記の如き加熱昇温すること
により効率よく極めて短時間で該接触領域を密着させる
ことができ、しかも交番磁界発生装置５は非接触式なの
でアークの発生によって設備に損傷を与えるようなおそ
れは全くない。

【００１５】この発明においては、上記の加熱をより有
利に行うため、すなわち接合の際の加熱時間の短縮やこ
れに要する投入電力の軽減のために、先行シートバー２
と後続シートバー３の接触領域ａを、図８(a) 〜(g) に
示すように各シートバーの幅方向の少なくとも両端域と
し、それを除く領域にはギッャプを設けることとした。
ここに、上掲図７に示すような形状になる鋼片の接合が
より有利に適合するのは、例えば図９(a) に示すような
平面形状になる鋼片を接合するに当たって各鋼片の接合
端部を加熱、押圧した場合に、鋼片の接合領域は図９
(b) に示す如く、その両端部から中央部へと比較的小さ
な押圧力でもって拡大し、特定の接合代のもとではその
後の仕上げ圧延によっても鋼片の接合部が破断分離する
ようなことがないからである。

【００１６】図10は、上記のような鋼片の接合における
接合代と仕上げ圧延時における破断状況を調査した結果
を示したものである。同図より明らかなように接触領域
における接合代Ｗが、鋼片幅Ｂに対しそれぞれ0.1 倍以
上、合計で0.2 倍以上であれば、その後の仕上げ圧延時
において接合部分が破断分離するようなおそれは全くな
い。

【００１７】前掲図８に示したところの図(a) は、先行
シートバー５の後端部と後続シートバー６の先端部を同
じ曲率で凹状に切断した場合、同図(b) は各シートバー
５，６の先、後端部とも凹状ではあるがそれらの曲率が
異なる場合、同図(c) は一方は平面形状がフラットな状
態とし、他方のみ凹状とした場合、同図(d) は一方を凸
状、他方を凹状とし、凹状の曲率を凸状の曲率よりも幾
分大きくした場合であり、ここで示した例は何れの場合
もシートバーの幅方向両端部のみを接触させ、その中央
域にギャップをもたせた例として示してあるが、この発
明に適合する切断形状はこれだけに限られるものではな
く、同図(e) ，(f) に示すように両端部および中央の３
点で接触させ、その間にギャップを設けてもよく、また
図示はしないが、接触部を４点ないしはそれ以上とし、
その間にギャップを設けたようなものであってもよい。
さらに同図(g) に示すように幅方向中央部を矩形状に切
欠いてものでもよい。

【００１８】上記のような形状とするための切断手法と
しては、シャー、ガス切断およびレーザー溶断などが適
用できるが、とくに特定の曲率で凹状に切断する場合に
は、２枚の曲線刃を有するドラムシャーがとりわけ有利
に適合する。

【００１９】次に鋼片を接合する場合の接合形態として
は、接合予定部を目標とする接合温度まで加熱・昇温
し、該加熱を停止した後に押圧するような接合形態、
加熱・昇温を継続したまま（ただし接合部が溶融する温
度を超えない) で目標とする接合温度に達した時点で押
圧するような接合形態、あるいは予め鋼片を押圧した
状態で加熱するような接合形態など種々考えられるが、
通常、接合過程における鋼片の温度は1000〜1100℃程度
であり、単なる押圧だけでも各鋼片の接合は幾分進行す
る。このためとくに鋼片を押圧しながら加熱することに
よって接合時間の短縮や加熱・昇温に要する投入電力の
低減を図ることが好ましい。

【００２０】次に、この発明を実施するのに用いて好適
な交番磁界発生装置８の模式を図11に示し、このような
交番磁界発生装置８を用いて、鋼片の厚み方向に対し、
それを貫くような交番磁界を印加する方式を以下、トラ
ンスバース方式と記すこととする。上記のトランスバー
ス方式に適合し得る交番磁界発生装置８としては、鋼片
をその厚み方向に挟むよう、それぞれ上下に個別配置し
た分割型あるいは同極馬蹄型の交番磁界発生装置などの
適用も考えられるが、鋼片の厚み方向を挟むＣ型のコア
をもった交番磁界発生装置が好ましい。このような形式
の交番磁界発生装置は、鋼片の移動に同期させつつ接合
する場合における操作を容易にするとともに、磁極のア
ライメントを簡便かつ正確に行える。なお、端部の平面
形状がフラットになる鋼片同士を接合するに当って、交
番磁界発生装置を単体で用いるような場合には、接合面
を均一に加熱できるよう、その幅方向に沿って移動する
のが望ましい。また鋼片の幅方向に沿って複数個の交番
磁界ｄを印加するような場合には、交番磁界発生装置を
それに対応した分だけ設けることによって対処できる。

【００２１】図12(a)(b)に、鋼片の幅方向に沿って複数
の交番磁界ｄを印加した場合の例を示す。

【００２２】また、鋼片に印加する交番磁界は、接合対
象とする鋼片のサイズによっても異なるが、ほぼ投入電
力500 〜3000 kＷ、加熱時間２〜８秒の条件で印加する
のが望ましく、接合の際の押圧力に関しては面圧にして
３〜８kgf/mm² 程度で十分であり、また、加熱温度とし
ては1250〜1450℃とするのが望ましい。

【００２３】

【実施例】７スタンドのタンデム圧延機をそなえた上掲
図５に示したような設備を適用して、幅1000mm，厚み30
mm、先端部、後端部の曲率半径が何れも20ｍになる図８
(a) に示した如き平面形状になるシートバー (低炭素
鋼) を、下記の条件に従って接合しつつ連続的に圧延機
に供給して板厚３mmの熱延板に仕上げた。 ａ．交番磁界 (Ｃ型磁極）：投入電力：2000 kＷ 加熱時間：2.4 秒、 周波数：500 Hz、 磁極数：２個（矩形） 磁極幅：0.25ｍ 磁極長さ：0.3 ｍ ｂ．接合代 ：片側0.1 ｍ ｃ．鋼片幅方向端部から磁極端部までの距離（図４の
Ｌ）：0.2 ｍ ｄ．加熱温度： 1400℃、 ｅ. 押圧力 ： 面圧にして３kgf/mm² 、 ｆ. 接合形態： 鋼片を接触させ押圧しつつ加熱 その結果、圧延中にシートバーの接合部の幅方向中央部
に融け落ちが生じることがなく、かつ該接合部が破断す
るようなことはなく安定して圧延することができた。

【００２４】次に鋼片幅方向端部から磁極端部までの距
離を0.07ｍにした他は上記と同一条件で実験を行った
が、この場合も圧延中にシートバーの接合部の幅方向中
央部に融け落ちが生じることがなく、かつ該接合部が破
断するようなことはなく安定して圧延することができ
た。

【００２５】さらに鋼片幅を1500mm、接合代を片側0.2
ｍ、鋼片幅方向端部から磁極端部までの距離を0.2 ｍと
して鋼片を接触させ加熱した後押圧した場合について実
験を行った。その結果もまた、圧延中にシートバーの接
合部の幅方向中央部に融け落ちが生じることがなく、か
つ該接合部が破断するようなことはなく安定して圧延す
ることができた。

【００２６】

【発明の効果】この発明の鋼片の接合方法は、鋼片の先
端部と後端部とを少なくとも鋼片幅方向の両端部で接触
させ、この接触領域に鋼片の厚み方向に貫通する交番磁
界を磁極から印加して生起する誘導電流によりこの幅方
向両端部を加熱する処理と、少なくとも一方の鋼片を他
方の鋼片に向けて押圧する処理との組合せからなること
により、先行して搬送される鋼片の後端部と後続の鋼片
の先端部を迅速かつ確実に接合できるので、加熱設備の
大型化を伴ったり、連続圧延ラインが延長されるような
ことははなく生産性の高い連続熱間圧延が実現でき、ま
た磁極について、鋼片厚み方向への磁極の投影と鋼片の
幅方向端部に形成される接合部との重複領域の鋼片幅方
向長さをそれぞれ各接合代の0.3 倍までに抑えた鋼片の
幅方向中央寄りに配置することにより、磁極近傍の接合
部での鋼片の融け落ちもなく設備に損傷を与えることな
く安定して接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼片接合部に流れる周回誘導電流の説明図であ
る。

【図２】鋼片接合部の幅方向端部の拡大図である。

【図３】鋼片の幅方向端部片側の接合代Ｗに対する磁極
の重なり量と接合部の加熱効率との関係を示すグラフで
ある。

【図４】鋼片へ対向させる磁極の配置の一例を示す平面
図である。。

【図５】この発明の実施をするのに用いて好適な圧延設
備の構成説明図である。

【図６】この発明に従う鋼片の接合要領の説明図であ
る。

【図７】接合領域の温度分布を示した図である。

【図８】鋼片の平面形状を示した図である。

【図９】鋼片の接合状況を示した図である。

【図１０】シートバーの接合部の状況を示したグラフで
ある。

【図１１】この発明の実施をするのに用いて好適なＣ型
の磁極をもった交番磁界発生装置の模式図である。

【図１２】交番磁界発生装置の配置例を示した図であ
る。

【符号の説明】

１ 先行して搬送される鋼片 ２ 先行鋼片に引き続く後続の鋼片 ３ 磁極 ４ 熱間仕上げ圧延機群 ５ 先行シートバー ６ 後続シートバー ７ ピンチロール ８ 交番磁界発生装置 ９ ルーパー

フロントページの続き (72)発明者 竹川 英夫 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株 式会社 千葉製鉄所内 (56)参考文献 特開 昭62−234679（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−158905（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−288908（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−89178（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−89120（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 15/00 B21B 1/26 B23K 13/01 B23K 101:16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼片の熱間圧延設備の入側にて、先行し
   て搬送される鋼片の後端部と、これに引き続いて搬送さ
   れる後続の鋼片の先端部とを接触状態で突き合わせ、次
   いで加熱、接合する方法であって、 上記各鋼片の先端部と後端部とを少なくとも鋼片幅方向
   の両端部で接触させ、この接触領域に鋼片の厚み方向に
   貫通する交番磁界を磁極から印加して生起する誘導電流
   によりこの幅方向両端部を加熱する処理と、少なくとも
   一方の鋼片を他方の鋼片に向けて押圧する処理との組合
   せからなり、 かつ上記磁極について、鋼片厚み方向への磁極の投影と
   鋼片の幅方向端部に形成される接合部との重複領域の鋼
   片幅方向長さを、それぞれ各接合代の0.3 倍までに抑え
   た、鋼片の幅方向中央寄りに配置して、この接合部に生
   起する短絡誘導電流を抑制することを特徴とする熱間圧
   延における鋼片の接合方法。