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発明の名称 連続プロセスラインにおける金属帯の通板方法およびそれを用いた金属帯の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−167910(P2007−167910A)
公開日 平成19年7月5日(2007.7.5)
出願番号 特願2005−369707(P2005−369707)
出願日 平成17年12月22日(2005.12.22)
代理人 【識別番号】100080458
【弁理士】
【氏名又は名称】高矢 諭
発明者 舘野 純一 / 曽谷 保博 / 佐々木 聡洋 / 佐竹 義宏 / 辻本 雅巳 / 結城 淳
要約 課題
先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の溶接部の周辺での絞りや破断などのトラブルの発生を抑制する。

解決手段
先行金属帯の尾端部1Aと後行金属帯の先端部1Bの溶接部2の周辺に、先行金属帯と後行金属帯との平坦度の相違によって生じる張力分布の差を小さくするように、金属帯の幅端部に切り込み6を付与する。
特許請求の範囲
【請求項1】
先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部を溶接して通板する連続プロセスラインでの通板方法において、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の溶接部の周辺に、先行金属帯と後行金属帯との平坦度の相違によって生じる張力分布の差を小さくするように、金属帯の幅端部に切り込みを付与することを特徴とする連続プロセスラインにおける金属帯の通板方法。
【請求項2】
先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部を溶接して通板する連続プロセスラインでの通板方法において、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の溶接部の周辺に、金属帯の幅端部に切り込みを付与し、該切り込みの大きさを、長手方向に300mm以上、幅方向に金属帯の幅の1/40以上とし、かつ切り込みのコーナー部を曲率半径20mm以上の曲率となるように切断加工して付与することを特徴とする連続プロセスラインにおける金属帯の通板方法。
【請求項3】
請求項1または2に記載の金属帯の通板方法を用いることを特徴とする金属帯の製造方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼帯の製造ラインのような金属帯の連続プロセスラインにおいて、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部を溶接して通板する連続プロセスラインにおける金属帯の通板方法に関し、特に、冷間圧延後の鋼帯を連続焼鈍ラインに通板するに際し、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の溶接部周辺での破断や絞りなどのトラブルの発生を抑制するための、溶接部周辺の処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、需要家の望む金属帯製品の寸法は、厚さにして2mm以下の薄物、幅にして1200mm以上の広幅のものが、次第に比率として増える趨勢にあるが、このような薄物で広幅の金属製品では、図8に示すような、(a)耳伸び、(b)腹伸び等の金属帯製品の形状となりやすい。図8中、1が金属帯を指す。
【0003】
金属帯の形状不良の程度を示す指標としては、耳伸びや腹伸びの場合、急峻度と呼ばれるものを使う。急峻度λは、図8(a)(b)に示す金属帯1を真横から見た場合に、図9に示されるように、耳伸びや腹伸びによる板厚方向の波の周期をL、波の高さをdとした場合に、
λ=d÷L×100 (%) ・・・ (1)
と表され、耳伸びの場合に符号「+」、腹伸びの場合に符号「−」を付して区別する。
【0004】
金属製品の製造において、ある製造ラインに金属帯を通板するには、先行金属帯の後端部と後行金属帯の先端部を溶接し、連続処理することも多いが、先行金属帯の後端部と後行金属帯の先端部には、その製造ラインで処理する当該製造工程よりも一つ前の製造工程で金属帯が処理される際に金属帯の先端部と後端部にだけ張力が作用しない等の、一つ前の製造工程での製造原理の特性上、形状不良が発生している場合が多く、図10に示すように、形状の不良な先行金属帯1Aの後端部と、形状が平坦な後行金属帯1Bの先端部を、形状が不良なまま溶接して、例えば図11に示す連続焼鈍ライン(CAL)200のような連続処理ラインに通板すると、その製造ラインにそれら金属帯1を連続して通板中に、溶接部の破断を引き起こす場合があり、溶接部以外で蛇行による絞りや破断等の通板トラブルが発生する場合にも増して、稼働率が低下する危険性が高くなる。形状不良部分が、先行金属帯1Aの後端部と後行金属帯1Bの先端部で逆転しても、同様である。
【0005】
図11において、210はコイル巻戻装置、220は溶接機、230は焼鈍炉、240は冷却帯、250は水冷設備、260はコイル巻取装置である。
【0006】
そこで、従来は、各製造ラインの入側、出側のセクションにレベラ(図12参照)、調質圧延機(スキンパスミル)(図13参照)等の形状矯正装置を設置したり、あるいはその製造ラインとは別に、形状矯正専用のラインを設置したりして、形状不良部分を矯正する方法がとられていた。
【0007】
これらの例としては例えば、非特許文献1に記載されている高張力下で金属帯の形状矯正を行うテンションレベラや、特許文献1に記載されている低張力でも金属帯の形状矯正が可能な調質圧延機等が挙げられる。
【0008】
また、本出願人は、特許文献2に記載の、凹凸状金属板挟圧用ロール、金属板の形状矯正方法およびそれを用いた金属板の溶接方法ならびに連続処理ラインを提案している。
【0009】
【非特許文献1】「矯正加工 −板、管、棒、線を真直ぐにする方法−」(社団法人 日本塑性加工学会:1992:株式会社 コロナ社)
【特許文献1】特開昭55−14172号公報
【特許文献2】特開平2005−131687号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上述のように金属帯製品の薄物化、広幅化に伴い、形状矯正の重要性は増す一方であるが、形状矯正専用ラインを設置して金属帯の形状矯正を行うことは、投資が膨大になる上に製造工程数が増加するため、製品納期の短縮に不利になる。
【0011】
そこで、図12にその一例を示すように、連続処理が可能な製造ラインの途中に、例えば非特許文献1に記載のようなテンションレベラ100を設置し、インラインで金属帯の形状矯正を行うのが効率的ということになるのであるが、それには、レベリングユニット120とともに、必要な高張力を確保するために入側、出側ブライドルロール100、130も設置しなければならず、大きな設置スペースが必要になる。図12において、121は伸長ユニット、122はC反り矯正ユニット、123はL返り矯正ユニットである。
【0012】
一方、同様に連続処理が可能な製造ラインの途中に、図13にその一例を示すように、特許文献1に記載のような調質圧延機150を設置し、ダルロール152(ブライトロール154の場合もある)を用いてインラインで金属帯1の形状矯正を行う場合には、形状検出器20を調質圧延機150の入側に設置する等して、矯正前の金属帯の形状に応じて矯正荷重を調整する等、複雑な制御を行う必要が生じてくる。このほか、矯正荷重に耐えうる大きなハウジング151を設置するスペースがやはり必要になるという問題が生じる場合もある。
【0013】
又、特許文献2の発明においては、絞りや破断等の通板トラブルに至らないまでも、金属帯の幅方向の一部分で局所的に凹凸転写が増大したり、金属帯の幅方向流れによって微小な折れ重なりが生じて、長手方向に伸びる細い筋状模様が発生するといった問題がごく稀に発生した。凹凸転写が増大したり、筋模様が発生すると、金属帯の製品品質上の問題となるだけでなく、次工程において筋模様が起点となっての絞りや破断を誘発するなどの問題を引き起こす。
【0014】
このように、従来の金属帯の形状矯正用の設備は、大きな機械設備あるいは更にその付帯設備を必要とするため、大きな設置スペースを必要とする。その上、設備そのものも大がかりとなるため、設備の設置コストが高くなる。特に、既設の製造ラインの入側あるいは出側のセクションに従来の金属帯の形状矯正用の設備を設置しようとする場合には、設置スペースの問題から設置が不可能になる場合も少なくない。また、金属帯の製品品質上の問題が生じることもある。
【0015】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、大がかりな設備や、矯正前の金属帯の形状に応じた矯正荷重の調整等を必要とせず、金属帯の蛇行による絞りや破断等の通板トラブルの発生を抑制できる、連続プロセスラインにおける金属帯の通板方法であって、簡便な設備で溶接部周辺での安定的な通板を可能とする金属帯の通板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】
【0016】
この目的を達成するための第一の本発明は、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部を溶接して通板する連続プロセスラインでの通板方法において、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の溶接部の周辺に、先行金属帯と後行金属帯との平坦度の相違によって生じる張力分布の差を小さくするように、金属帯の幅端部に切り込みを付与することを特徴とする連続プロセスラインにおける金属帯の通板方法である。
【0017】
そして、第二の発明は、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部を溶接して通板する連続プロセスラインでの通板方法において、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の溶接部の周辺に、金属帯の幅端部に切り込みを付与し、該切り込みの大きさを、長手方向に300mm以上、幅方向に金属帯の幅の1/40以上とし、かつ切り込みのコーナー部を曲率半径20mm以上の曲率となるように切断加工して付与することを特徴とする連続プロセスラインにおける金属帯の通板方法である。
【0018】
さらに、第三の発明は、第一または第二の発明の金属帯の通板方法を用いることを特徴とする金属帯の製造方法である。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、大がかりな形状矯正設備を要せずとも金属帯の溶接部周辺での安定的な通板が可能であり、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の溶接部の周辺での絞りや破断等の通板トラブルの発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0021】
(第一の本発明の実施の形態)
金属帯の溶接部周辺での破断、絞りは、先行金属帯と後行金属帯の形状が異なることによって幅方向の張力分布に差が生じて発生するものである。この原理を図2に従ってより詳細に説明する。
【0022】
図2において、1Aは先行金属帯、1Bは後行金属帯であり、2は先行金属帯と後行金属帯との溶接部である。また、3Aは先行金属帯の溶接部周辺、3Bは後行金属帯の溶接部周辺を示しており、3Aでの張力分布は4A、3Bでの張力分布は4Bである。図2は、先行金属帯1Aが耳伸び形状、後行金属帯1Bが腹伸び形状の例であるが、耳伸び形状での長手方向張力分布は4Aのように幅中央部の張力が大きい分布となり、腹伸び形状では4Bのように幅端部の張力が大きい分布となっている。
【0023】
金属帯の長手方向に張力分布が作用すると、長手方向に弾性伸びが生じるとともに、直角方向となる幅方向にも弾性縮みが発生する。長手方向の弾性伸びに対する幅方向の弾性縮みの関係はポアソン比と呼ばれ、金属材料の場合には0.3程度である。したがって、先行金属帯では溶接部周辺3Aにおいて、幅中央部で長手方向に大きな張力が作用すると同時に幅方向にも縮もうとする応力が発生する。後行金属帯では溶接部周辺3Bにおいて、幅中央部での長手方向張力は小さいので、幅方向にも縮もうとする応力は発生しない。そのため、溶接部2において、先行金属帯の幅方向縮みに引きずられるような形で、後行金属帯の幅中央部で金属帯が折れ重なってしまい、5のような絞りや破断等の通板トラブルを引き起こすわけである。
【0024】
ここでは、先行金属帯が耳伸び形状、後行金属帯が腹伸び形状の例について説明したが、この例に限らず、形状が異なる先行金属帯と後行金属帯を溶接して通板した場合には、同様な問題が発生する。
【0025】
そこで、本発明では、図1に示すように、先行金属帯1Aの尾端部と後行金属帯1Bの先端部の溶接部周辺3A、3Bでの幅端部に切り込み6を付与するものである。ここで、図1は図2と同様に先行金属帯1Aが耳伸び形状、後行金属帯1Bが腹伸び形状の例であるが、いずれの張力分布の場合もほぼ均一な分布となっている。このような張力分布であれば、図2で説明したような幅中央でのいずれかの金属帯が縮むような応力が作用することはなくなり、絞りや破断等の通板トラブルの発生を抑制できる。
【0026】
切り込みの大きさを、長手方向に300mm未満とすると、次に述べる実施例の内容の通り、絞りや破断等の通板トラブルが発生するのを完全には防止できないため、300mm以上とするのが好ましい。上限は特に制限する理由はないが、次の実施例に登場するせん断機等の仕様の現実性から、1000mm以下とするのが好ましい。
【0027】
切り込みの大きさを、幅方向に金属帯の幅の1/40未満とすると、次に述べる実施例の内容の通り、絞りや破断等の通板トラブルが発生するのを完全には防止できないため、1/40以上とするのが好ましい。一方、切り込みの大きさを、幅方向にあまりに大きくしすぎると、張力により金属帯が破断してしまうため、1/4以下とするのが好ましい。
【0028】
切り込みの曲率半径を20mm未満とすると、次に述べる実施例の内容の通り、絞りや破断等の通板トラブルが発生するのを完全には防止できないため、20mm以上とするのが好ましい。上限は特に制限する理由はないが、次の実施例に登場するせん断機等の仕様の現実性から、500mm以下とするのが好ましい。
【実施例1】
【0029】
本発明を、図12に示すような連続焼鈍ライン(CAL)での先行金属帯と後行金属帯を接合しての通板に適用した実施例を図3に示す。図3において、先行金属帯と後行金属帯は溶接機220で溶接されるが、本発明ではこの溶接部周辺において切り込み付与装置270によって切り込みを付与するものである。
【0030】
実験の供試材は、後出表1に示すような数種類の板厚、板幅の低炭素冷延鋼板(帯)であり、先行鋼帯と後行鋼帯をシーム溶接する連続ラインで実施した。金属帯の形状は、接触式の分割ロードセルにより測定した急峻度で、幅中央を基準として耳伸び形状のときをプラス、腹伸び形状のときをマイナスで表示した。
【0031】
溶接部周辺の幅端部に切り込みを付与するための切り込み付与装置270として、図4のようなせん断機を使用した。図4において、1は金属帯であり、図面の横方向が金属帯の幅方向を、縦方向が厚み方向となっている。11はパンチ、12はダイス、13はストッパーであり、ダイス12上に置かれた金属帯1をストッパー13で挟みながら押えつけ、パンチ11を降下させて切断し、切り込みを入れる方法である。
【0032】
図5は、切り込みを付与した金属帯の例であり、Lは切り込み長さ、Dは切り込み深さ、Rは切り込みコーナー部の曲率半径とする。
【0033】
本発明例として、切り込み長さLを400mm、切り込み深さDを80mm、コーナー部の半径Rを100mmとしたものを用意した。
【0034】
比較例として、切り込みを付与しないものを用意した。
【0035】
上記連続焼鈍ラインにおいて、切り込み付与装置270により先行金属帯と後行金属帯の溶接部周辺に切り込みを付与し、通板させた結果を表1に示す。ここで、絞り、破断は、各条件において通板実験を10回行ったときの絞りまたは破断が発生した割合を調査し、発生率が0%なら〇、1%より多く10%までなら△、10%以上であれば×とした。
【0036】
【表1】


【0037】
表1において、本発明例である実験No.2−1〜7では、絞りまたは破断は発生しなかった。したがって、本発明例では、安定した連続焼鈍ラインの通板が可能である。
【0038】
比較例である実験No.1−1〜2では、絞りまたは破断が発生してしまっている。
【0039】
以上の結果から、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の溶接部の周辺に、金属帯の幅端部に切り込みを付与し、通板させることによって、連続ラインでの絞り、破断等の通板トラブルの発生を抑制することが可能となる。
【0040】
なお本発明では、溶接部周辺の板端部に切り込みを付与する方法は、図4のようなせん断機(プレスシャー式)でなくともよく、円形刃を回転させながら切り込みを付与するロールシャー式など、金属帯の切断ができるものであれば、いかなるものでもよいことはいうまでもない。
【0041】
(第二の本発明の実施の形態)
第一の発明における切り込みの大きさと絞り、破断等の通板トラブルの発生との関係について鋭意検討した結果、切り込みの大きさに好適な範囲があることを見出した。
【0042】
図6は、切り込みの長手方向の大きさL、切り込みの幅方向深さDと破断、絞り等の通板トラブルの発生率について、様々な条件について調査した結果である。切り込みの幅方向深さは、金属帯の幅に対する相対的な意味合いが強いので、金属帯の幅に対する割合(%)で整理した。ここで、絞り、破断は、各条件において通板実験を10回行ったときの絞りまたは破断が発生した割合を調査し、発生率が0%なら〇、1%より多く10%までなら△、10%以上であれば×とした。
【0043】
切り込みの大きさが長手方向に長くなるほど、絞り、破断の発生率は低下し、図6に示すように、300mm以上であれば、いずれの条件においても発生率がゼロであることがわかる。切り込み深さが幅方向に深くなるほど、絞り、破断の発生率は低下し、金属帯の幅に対して1/40(2.5%)以上であれば、いずれの条件においても発生率がゼロになることがわかる。
【0044】
また、切り込みのコーナー部が鋭利であると、まれにコーナー部を起点として破断が発生することがある。そこで、コーナー部に曲率を持たせた切り込みを付与することが望ましいが、図7に示すようにコーナー部の曲率半径Rと破断の発生率を調べたところ、曲率半径Rとして20mm以上の曲率を付与すると、破断発生はゼロとなる。
【0045】
以上の結果から、該切り込みの大きさを、長手方向に300mm以上、幅方向に金属帯の幅の1/40以上とし、かつ切り込みのコーナー部を曲率半径20mm以上の曲率となるように切断加工して付与することが好適な範囲であることがわかる。
【実施例2】
【0046】
本発明を、実施例1と同様の連続焼鈍ライン(CAL)での先行金属帯と後行金属帯を接合しての通板に適用した実施例を示す。
【0047】
本実施例では、表2のように切り込みの形状を変更した。
【0048】
【表2】


【0049】
表2において、本発明例である実験No.2−1〜7では、絞りまたは破断は発生しなかった。したがって、本発明例では、安定した連続焼鈍ラインの通板が可能である。
【0050】
比較例である実験No.1−1〜2では、絞りまたは破断がわずかに発生してしまっている。
【0051】
以上の結果から、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部の溶接部の周辺に、金属帯の幅端部に切り込みを付与し、更に該切り込みの大きさを、長手方向に300mm以上、幅方向に金属帯の幅の1/40以上とし、かつ切り込みのコーナー部を曲率半径20mm以上の曲率となるように切断加工して付与することにより、より確実に連続ラインでの絞りや破断等の通板トラブルの発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】第一の本発明の実施の形態の一例を示す図
【図2】従来の溶接部周辺での絞り、破断等の通板トラブルの発生原因を説明する図
【図3】本発明の実施例における連続焼鈍ライン(CAL)を模式的に示す図
【図4】本発明の実施例で用いたせん断機の例を示す図
【図5】本発明における溶接部周辺での切り込みの例を示す図
【図6】第二の発明における切り込み長さと深さの好適な条件範囲を示す図
【図7】第二の発明におけるコーナー部の曲率半径の好適な条件範囲を示す図
【図8】(a)耳伸び、(b)腹伸び、等の金属帯製品の形状を図解して示す図
【図9】急峻度の定義を図解して示す図
【図10】先行金属帯の後端の形状が不良であった場合に、後行金属帯の先端と溶接したようすを図解して示す図
【図11】従来からある連続焼鈍ライン(CAL)を模式的に示す図
【図12】従来からあるテンションレベラを用いた金属帯の形状矯正に関する技術を図解して示す図
【図13】従来からある調質圧延機を用いた金属帯の形状矯正に関する技術を図解して示す図
【符号の説明】
【0053】
1…金属帯
1A…先行金属帯の尾端部
1B…後行金属帯の先端部
2…溶接部
3A…先行金属帯の溶接部周辺
3B…後行金属帯の溶接部周辺
4A…3Aでの張力分布
4B…3Bでの張力分布
6…切り込み




 

 


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