JPH067970A

JPH067970A - 鋼材の熱間接合方法

Info

Publication number: JPH067970A
Application number: JP14116492A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Fukada; 康人深田; Takao Ko; 隆夫高; Seiji Okada; 誠司岡田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-06-02
Filing date: 1992-06-02
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【目的】鋼材の熱間接合を簡易にかつ確実に行う。【構成】接合面に炭素質物質を塗布または散布して熱間
鋼材を重ね合わせ、または突き合わせて、還元雰囲気下
で加熱し圧接する。図示のようなシールドボックスを使
用し、誘導加熱等で加熱してもよいし、還元炎を使用
し、還元と加熱を同時に行ってもよい。【効果】事前のスケール除去が不要であり、鋼材を熱間
接合して連続圧延を行う場合に好適な高能率の接合方法
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱間鋼材（熱間圧延
工程等において高温の状態にある鋼材）を室温まで冷却
することなく、しかも事前に特別の脱スケールを行うこ
となく高能率で接合し、高品質の接合部を得る方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】製鉄工場の様々な工程で歩留りと生産効
率の向上、熱エネルギーの節約を目的としたラインの連
続化が進められている。この連続化の中で最近最も重要
視されているのは、例えば 500〜1000℃の熱間鋼材を圧
延機の前で接合して連続圧延を行う技術である。

【０００３】従来、鋼板の酸洗ラインや冷間圧延のタン
デムミルの前に接合機を設置し、先行するコイルの後端
と後続するコイルの先端とを接合する技術は知られてお
り、その溶接法としては、フラッシュ溶接、レーザー溶
接、マッシュシーム溶接、アーク溶接等が用いられてい
る。これらの溶接法の対象は全て一旦冷却した材料であ
って、溶接時には高温の状態ではない。

【０００４】上記のような溶接法を高温でしかも走行中
の鋼材の接合に用いるのは極めて困難である。例えば、
フラッシュ溶接法では、電極が高温のため損傷し、また
被接合材のスケールのため通電が安定せず、さらにフラ
ッシュの発生が電極その他の装置のメインテナンスの大
きな障害となる。また、レーザー溶接法では高々数ｍｍ
の板厚の材料の溶接しかできず、熱間材の場合に要求が
多い厚物の溶接が今の技術では困難である。仮に板厚の
薄いものを対象にしても、熱間鋼材では高い突き合わせ
精度を出すのが不可能であり、溶接機のレンズ、ミラー
等の熱による損傷という問題もある。アーク溶接法も、
熱のためワイヤの送給等が不安定になり、しかも板両端
の溶け落ち、裏ビードの不安定、低能率といった問題が
ある。

【０００５】上記のような問題点を解決する方法とし
て、特開昭６１−137691号公報に提案されるような機械
的接合方法もあるが、接合強度が不十分である。接合強
度が足りずに次の圧延工程で接合部の破断が起きると、
工程の乱れやロールの破損などの深刻なトラブルを招く
ことになる。

【０００６】特開昭61−1489号公報には鋼板を重ね合わ
せて圧接する方法が提案されている。この方法は、圧接
する場合の最大の問題点であるスケールの除去を考慮し
た方法であるが、湿式脱スケールやグラインダーによる
脱スケールを行っても、母材が高温なので接合工程に入
るまでに表面が再酸化して十分な接合強度が得られな
い。

【０００７】特開昭61−126907号公報および同61−1269
83号公報には、ホットスカーファーによりスケールを除
去した後、圧接する装置が記載されている。しかし、ホ
ットスカーファーによって一旦スケールを除去しても、
素材が高温であるために直ちに再酸化され、その酸化物
が接合部に残存するために接合部の強度は十分信頼でき
るものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、圧延工程の
連続化を実現するために必須である熱間鋼材の接合を実
際の工場で簡単にかつ能率的に行うことができる技術、
しかも後続の圧延工程に支障のない程度に高い接合強度
を得られる技術、の開発を課題としてなされたものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、『接合
面に炭素質物質を塗布または散布して熱間鋼材を重ね合
わせ、または突き合わせて、還元雰囲気下で加熱し圧接
することを特徴とする鋼材の熱間接合方法』にある。

【００１０】ここで、熱間鋼材とは、前記の熱間鋼板を
代表として熱間線材、棒鋼、条鋼、或る種の形鋼などで
ある。熱間接合というのは、上記の鋼材を例えば圧延ラ
イン上で、熱いままの状態で接合することを意味する。

【００１１】接合面に塗布または散布する炭素質物質と
は、炭素そのもの又は炭素を含有する物質で、例えばコ
ークス粉、石炭粉、グラファイト粉やグリスのような有
機物質が使用できる。還元雰囲気とは、H₂ガスのような
還元性ガスを含む雰囲気、または後述するように燃焼用
空気の酸素量等を制御して得られる還元炎雰囲気を意味
する。加熱とは鋼材の圧接が可能な温度まで昇温するこ
とであり、これは高周波誘導加熱、直接通電加熱、ガス
バーナによる加熱等でよい。還元炎雰囲気を用いる場合
には、還元炎自体が加熱手段となる。

【００１２】

【作用】本発明方法の大きな特徴は、圧接工程の前では
積極的なスケール除去を行わないこと、接合面の炭素質
物質を塗布または散布すること、および圧接を熱間でし
かも還元雰囲気で行うことにある。通常、圧接を行う場
合には、前記の特開昭61−1489号公報にもあるように、
接合面の酸化スケールを除去し可能な限り清浄化してお
くのが常識である。しかし、本発明者は、圧接工程を適
切な還元雰囲気中で行うならば、スケールが表面に付着
した状態でも、実用上問題のない接合が可能であること
を見い出した。

【００１３】溶製から鋳造、圧延の工程を経てきた鋼材
の表面には、酸化鉄と鋼に含まれているSi、Mn等の酸化
物との複合酸化物からなるスケールが生成している。通
常の大気中で行う圧接では、このようなスケールの存在
は接合を阻害し、十分な接合強度を得ることができない
ため、事前に脱スケールを行って接合面を清浄化しなけ
ればならない。しかし、冷間で予め脱スケールを行って
も圧接温度まで加熱する間に接合面は酸化されてしま
う。ホットスカーファーによる脱スケールでも事情は同
じであることは前記のとおりである。

【００１４】本発明者は、熱間鋼材を還元雰囲気で圧接
する場合には、事前の脱スケールは不必要であることを
確認し、この知見に基づく発明を先に特願平３−222553
号として特許出願した。

【００１５】本発明方法は、この先願発明方法の改良に
係り、接合の速度を早め、かつ接合強度を一層高める方
法である。

【００１６】前記のように本発明方法では従来のよう
な接合面の脱スケール、清浄化をしないで圧接を行う。
ただし、酸化スケールが極端に厚い場合、或いはスケー
ルが鋼材の表面に浮いているような場合は、これを取り
除いておくのが望ましい。スケールが厚すぎる場合に
は、圧接の際の還元雰囲気でのスケールの還元に時間が
かかり、作業効率が悪くなるからである。通常の鋼材の
スケール厚みは、製造履歴にもよるが、およそ数千Åか
ら 500μm 程度であり、この程度ならば、そのまま圧接
工程に送っても何ら差し支えはない。

【００１７】接合面に塗布または散布した炭素質物質の
作用の一つは、炭素が加熱された鋼材の接合面に浸透
し、表層部のＣ濃度が高まって融点が低下すること、も
う一つは、炭素含有物質が還元剤として働き、スケール
除去を加速すること、である。

【００１８】この両者の相乗的作用によって、圧接の速
度と強度の向上が達成される。炭素粉を用いたときは勿
論、グリスのような有機物質を使用した場合も、これが
高温で分解してＣを生成するから、上記の作用は同じで
ある。

【００１９】圧接は、還元雰囲気で行わなければならな
い。酸化雰囲気では接合面の炭素含有物質が酸化されて
しまって前記の効果が期待できない。また、圧接を還元
雰囲気で行うと、スケールを構成する酸化物が還元され
るのとほぼ同時に圧接されることになり、前述の再酸化
の問題がなくなり高強度の接合が得られる。

【００２０】図１は、還元炎を使用する場合の接合の態
様を示す図で、（ａ）が被接合材（熱間鋼材）１を重ね
合わせ接合する場合、（ｂ）は突き合わせ接合の場合で
ある。いずれの場合も接合界面に還元炎が直接当たるよ
うにする必要がある。炭素含有物質は、ライン内で圧接
作業を行う前に接合面に塗布または散布しておく。

【００２１】還元性ガスを使用する場合には、図２に示
すような接合部を覆うシールドボックス３を設けて、そ
の中に、例えば、ArとH₂の混合ガスのような還元性ガス
を供給する。この場合、加熱方法としては、例えば高周
波誘導加熱装置４が採用できる。炭素含有物質は供給装
置６から接合面に散布することができる。加熱した後
は、同じシールドボックス内に設けた後述の加圧ロール
７または加圧治具８で直ちに接合を行う。

【００２２】被接合材の温度は特に限定されないが、高
温の方が還元されやすい。約 500℃以上で接合はできる
が、接合した後、直ちに圧延を行う場合、圧延荷重を小
さくするために鋼材温度は1000℃以上にするのが普通で
ある。従って、接合部の加熱温度もそれ以上とするのが
望ましい。

【００２３】熱間圧延ラインでの接合には、還元性ガス
でシールドするよりも、加熱と還元を同時に行う還元炎
加熱の方が設備も簡略で実用的である。還元炎とは、ア
セチレン、ＬＰＧ、ＬＮＧ、ＣＯＧ（コークス炉ガス）
等の可燃性ガスを完全燃焼させる量よりも少ない酸素で
燃焼させた炎を意味する。この還元炎は水素、一酸化炭
素等の還元成分を含有し、これらの含有量が高いほど還
元力が大きい。

【００２４】接合部を還元するのに必要な時間は、被接
合材の酸化の程度（スケールの厚み）に依存する。ま
た、加熱温度にも依存し、低温ほど長い時間を必要とす
る。

【００２５】圧接は次のようにして行う。即ち、突き合
わせ接合の場合は、図５に示したように被接合材１を把
持してその長手方向に加圧する治具９を使用して、被接
合材の端面どうしを押しつける。重ね合わせの場合に
は、図３に示すように、ラインの上下に配置した一対の
加圧ロール７により、板端からもう一方の板端までを所
定の圧力で圧下して行く。被接合材が小さい場合には、
図４に示すように被接合材１と同等またはそれ以上の幅
の加圧治具８で上下から加圧して１回で全幅を圧接して
もよい。

【００２６】圧接は、接合部を静止させて行う場合と、
移動させながら行う場合とがある。

【００２７】熱延鋼板のような帯状の鋼材を静止させて
接合する場合は、接合部の前後にルーパーを設ける必要
がある。移動させつつ接合する場合は、被接合材と同期
して移動する接合装置を使用する。

【００２８】本発明方法は、スケールが付着したままの
鋼材を接合工程に送って、接合面に炭素質物質を供給
し、スケールの還元、接合部の加熱および接合をほぼ同
時に行うのが特徴である。即ち、接合工程に付す前に予
め積極的にデスケールを行う必要がないことが大きな利
点である。しかし、前記のとおり、スケールが過度に付
着している場合には、事前に簡単なデスケールを実施す
るのが望ましい。この脱スケール後、接合工程に入る前
に再酸化が起こってスケールが生成しても、接合の障害
にはならない。

【００２９】以上、主に板材を例にして説明したが、本
発明方法は棒鋼その他の熱間接合にも適用できることは
言うまでもない。

【００３０】

【実施例】板厚15mm、幅 300mm、長さ 500mmの鋼板
（Ｃ:0.1％、Si:0.5％、Mn:1.2％) を加熱炉で加熱し
て、表１に材料取出温度として示した温度から放冷して
所定温度(表１に加熱前温度として示す温度) まで放冷
し、接合温度に再加熱し、端部25mmを重ね合わせて接合
する試験を行った。

【００３１】接合温度までの加熱と圧接には図２に示し
たようなシールドボックスを使用し、還元ガスとして、
70体積％Ar＋残りH₂の混合ガスをその中に満たし、加熱
は高周波誘導加熱によって実施した。炭素質物質として
グラファイト粉を使用し、図２の供給装置６から接合面
に厚さ 0.1mmになるように供給した。圧下率は25％（即
ち、重ね合わせた板厚30mmが22.5mmになるように加圧)
とし、図３に示したように上下一対の加圧ロール７を板
幅方向に回転移動させつつ圧接を行った。接合（圧接）
温度は表１に示すとおりである。なお、表１の還元雰囲
気での保持時間というのは、それだけ保持した後に圧下
を加えたという意味である。表１に接合条件と接合部の
曲げ試験における割れ率を示す。試験は曲げ半径15mmの
常温曲げ試験であり、割れ率の定義は下記のとおりであ
る。

【００３２】割れ率＝（割れ長さの総計／接合線の全
長）×100 (％) この割れ率は、通常十数％であれば実用上問題ないとさ
れているが、ここでは10％以下をもって満足すべきもの
と評価した。

【００３３】表１の試験No.1とNo.2は大気中で圧接した
比較例である。被接合材は前記の加熱と放冷により生成
したスケールが付着したままであるから当然ではある
が、割れ率は極めて高い。No.3〜７はグラファイトの供
給を行わずに圧接した比較例である。接合温度が1000℃
以上であれば、割れ率は十数％まで低下しているが、な
お満足できる水準ではない。割れ率を０とするのには30
秒という長い還元雰囲気での保持が必要である。

【００３４】No.8〜11が接合面にグラファイト粉を散布
した本発明例である。No.3〜７に比較しても割れ率の低
下が著しく、保持時間が10秒でも1000℃以上の接合温度
で割れ率は０となっている。即ち、炭素質物質の存在に
よって、低い接合温度でも強固な接合が迅速にできてい
る。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【発明の効果】従来、熱間鋼材の接合においては、事前
にスケールを除くことが必須と考えられていた。本発明
は、この従来の常識に反して、事前のデスケールを行わ
なくても良好な接合を行うことができる方法を提供する
ものである。例えば、機械的な研削等でデスケールした
のちに接合を実施していた従来法に比較して、本発明方
法は簡易で高能率であり、その実用性はきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】還元炎を用いる本発明の接合方法を説明する図
で、（ａ）は重ね合わせ接合、（ｂ）は突き合わせ接合
である。

【図２】シールドボックスを使用して還元雰囲気下で重
ね合わせ接合をする装置の概略図である。

【図３】重ね合わせ接合の場合のロールによる圧接方法
を示す図である。

【図４】重ね合わせ接合の場合の加圧治具による圧接方
法を示す図である。

【図５】突き合わせによる圧接の加圧方法を説明する図
である。

【符号の説明】

１：被接合材（熱間鋼材）、２：バーナ、３：シー
ルドボックス４：誘導加熱装置、５：還元ガス導入管、６：炭素
供給装置７：加圧ロール、８：加圧治具、９：把持
加圧治具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接合面に炭素質物質を塗布または散布して
熱間鋼材を重ね合わせ又は突き合わせて、還元雰囲気下
で加熱し圧接することを特徴とする鋼材の熱間接合方
法。