本发明涉及用于对钢带的接合部实施冲口的冲口设备、冲口方法、冷轧设备以及冷轧方法。
背景技术：
在钢带的冷轧工序中，以生产率的提高和成品率的提高为目的，通常将先行材料(先行钢带)的后端与后行材料(后行钢带)的前端接合而连续供给到冷轧线。由此，能够在遍及钢带的整个长度范围地施加张力的状态下进行轧制，即使在钢带的前端和后端也能够高精度地对板厚和形状进行控制。
伴随着冷轧钢带的高合金化和激光熔接机的进步，对于先行材料与后行材料的接合来说，通过激光熔接进行接合代替了现有的闪光对焊等而成为主流，无论闪光对焊、激光熔接等的熔接机构如何，由于先行材料与后行材料的钢带宽度的差和位置偏差等，在先行材与后行材的接合部(熔接部)的板宽度方向端部(边缘部)不可避免地会形成宽度阶梯部。而且，如果在该状态下进行轧制，则在所述宽度阶梯部会产生应力集中，存在在熔接部发生断裂的可能。如果产生熔接部处的断裂(熔接部断裂)，则不得不使冷轧线停止，因而生产率显著降低，并且需要更换工作辊，导致生产成本上升。
尤其是近年来以部件的轻量化和特性提高为目的，对冷轧钢带的薄型化的要求日益增强。伴随于此，冷轧所要求的压下率变高，熔接部的断裂率变高。
于是，为了防止熔接部处的断裂，进行在熔接部的板宽度方向端部形成切口(缺口)的冲口后再进行轧制。并且，由于钢带的板宽度端部的对接精度等差、熔接变得不充分、强度容易变低，该冲口也有切除强度低的部分(大致为板宽度端30mm左右)的作用。
作为冲口的方法，例如，如专利文献1所公开的那样，通常机械地剪切加工为不具有角部的半圆形状。其中，该半圆形状的切口的外缘的曲率一定，在接合部钢带的宽度最小，因此在接合部产生最大的应力。
与此相对，为了解决专利文献1中的问题，在专利文献2中公开了以使最大应力发生点位于熔接部以外的方式冲口为大致等腰梯形状的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平05-076911号公报
专利文献2：(日本)特开2014-50853号公报
技术实现要素：
发明所要解决的技术问题
然而，在上述冲口方法中，尤其是在Si、Mn的含有量多的硅钢板和高张力钢板等脆性材料、高合金材料的冷轧中，不能发挥充分的效果，不能充分地防止冷轧中的接合部断裂(熔接部断裂)。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种钢带的冲口设备、钢带的冲口方法、冷轧设备以及冷轧方法，即使在Si、Mn的含有量多的硅钢板、高张力钢板等脆性材料、高合金材料的情况下，也能够不产生接合部断裂(熔接部断裂)地进行冷轧。
用于解决技术问题的技术方案
本发明发明人为了达成上述目的而进行了锐意研究，结果发现，在现有的那样通过剪切加工对熔接部进行冲口的情况下，由此导致熔接部的板宽度方向端部加工硬化，这成为熔接部断裂的原因，后文将对此进行详细说明。而且，为了防止这样的熔接部断裂，想到在熔接部的板宽度方向端部形成几乎没有加工硬化部位的切口。具体地说，进行将剪切加工与磨削组合的冲口或者通过磨削进行冲口。
本发明是基于上述设置而做出的，具有以下特征。
【1】一种冲口设备，在先行钢带的后端与后行钢带的前端的接合部的钢带宽度方向两缘部形成切口，该冲口设备的特征在于，具备：剪切加工机构，其通过剪切加工而在包含该接合部在内的钢带宽度方向两缘部形成第一阶段的切口；磨削机构，其通过磨削而在该接合部的钢带宽度方向两缘部的端面形成第二阶段的切口。
【2】一种冲口设备，在先行钢带的后端与后行钢带的前端的接合部的钢带宽度方向两缘部形成切口，该冲口设备的特征在于，具备磨削机构，该磨削机构通过磨削而在包含该接合部在内的钢带宽度方向两缘部的端面形成切口。
【3】一种冲口方法，在将先行钢带的后端与后行钢带的前端接合的接合部的钢带宽度方向两缘部形成切口，该冲口方法的特征在于，在通过对包含该接合部在内的钢带宽度方向两缘部进行剪切加工而形成第一阶段的切口后，通过对该接合部的钢带宽度方向两缘部的端面进行磨削而形成第二阶段的切口。
【4】一种冲口方法，在将先行钢带的后端与后行钢带的前端接合的接合部的钢带宽度方向两缘部形成切口，该冲口方法的特征在于，通过对包含该接合部在内的钢带宽度方向两缘部的端面进行磨削而形成切口。
【5】一种冷轧设备，其特征在于，设有上述【1】或【2】所述的冲口设备。
【6】一种冷轧方法，其特征在于，使用上述【3】或【4】所述的冲口方法形成切口而进行冷轧。
发明的效果
根据本发明，即使在Si、Mn的含有量多的硅钢板、高张力钢板等脆性材料、高合金材料的情况下，也能够不产生接合部断裂(熔接部断裂)地进行冷轧。
附图说明
图1是表示轧制评价用试样的采集方法的图。
图2是表示剪切加工材料的轧制后的边缘破裂发生状况的图。
图3是表示剪切加工材料的边缘截面的组织与硬度分布的图。
图4是表示边缘磨削材料的轧制后的边缘破裂发生状况的图。
图5是表示边缘磨削材料的边缘截面的组织与硬度分布的图。
图6是表示本发明实施方式1中的冲口的图。
图7是表示本发明实施方式2中的冲口的图。
图8是对本发明的实施例中的熔接部断裂率进行比较的图。
具体实施方式
首先，如前所述，本发明发明人发现在现有的那样通过剪切加工在熔接部进行冲口的情况下，由此导致熔接部的板宽度方向端部加工硬化，这成为熔接部断裂的原因，为了防止这样的熔接部断裂，想到在熔接部的板宽度方向端部形成几乎不产生加工硬化部位的切口的冲口手法，以下对其进行详细说明。
即，本发明的发明人为了调查在熔接部容易发生断裂的原因，进行以下所示的实验室规模的轧制实验。
作为试样，使用含有3.3质量％的Si，板厚2mm的硅钢板，如图1所示，准备使用激光焊接机将先行钢带1的后端与后行钢带2的前端接合的材料，以包含熔接部3的一部分的方式通过剪切加工截取与熔接方向垂直的方向为长边的矩形的试样(轧制评价用试样)4。
对于以这种方式制造的试样4，不施加张力地使用工作辊径500mm的轧制机，分三次进行总压下率90％的冷轧。
图2表示对所得到的冷轧后的钢板的外观进行拍摄的照片。可知即使在不施加张力的情况下，在熔接部(熔接金属部)3发生边缘破裂。在实际生产中那样施加张力而进行轧制的串列式轧制中，该边缘破裂成为熔接部断裂的起点。
然后，在对熔接部3进行剪切加工的阶段、即进行冷轧前的阶段，进行将板宽度方向端部沿板宽度方向切断的截面(边缘截面)的组织观察和硬度试验。结果如图3所示。图3(a)是边缘截面的组织，图3(b)是边缘截面的硬度分布。这样，熔接部的板宽度方向端部由于剪切加工而加工硬化，推定这就是边缘断裂的原因。
于是，本发明的发明人对在熔接部的板宽度方向端部形成几乎不产生加工硬化部位的切口的冲口手法进行锐意研究，尝试通过磨削对熔接部进行加工。
即，在上述轧制实验中，通过机械磨削将通过剪切加工切出的轧制评价用试样4的熔接部沿板宽度方向除去1mm，进行与上述相同的冷轧。需要说明的是，机械磨削分别通过以下(A)、(B)进行。(A)为使用3M制造的碳化硅#120磨石的盘式研磨机，(B)为使用富士制砥制造的#36磨石的盘式研磨机。
图4表示所得到的冷轧后的钢板的外观(与上述图2对应)，图5表示边缘截面的组织观察和硬度试验的结果(与上述图3对应)。在使用(A)#120磨石进行磨削的情况下，不发生边缘破裂，也不产生边缘部的加工硬化。另一方面，在使用(B)#36磨石进行磨削的情况下，仅发生轻度的边缘破裂，并且能够观察到边缘部加工硬化。其中，与图2、图3所示的剪切加工的情况相比，边缘破裂和加工硬化量大幅减小。
如上所述，对于熔接部处的边缘破裂，剪切加工对熔接部的加工硬化的影响大，通过磨削来除去加工硬化部，能够防止边缘破裂。
需要说明的是，在使用(A)#120磨石进行磨削的情况下，能够除去由剪切加工造成的加工硬化，但磨削能力低，在上述实验中，磨削1mm需要8秒。另一方面，在使用(B)#36磨石进行磨削的情况下，磨削能力高，在上述实验中，能够以1秒以下磨削1mm，但边缘部产生若干加工硬化。
在这里，加工硬化表示的是与母材部分(距板宽度端部2mm以上内侧的部分)的维氏硬度硬度相比、板宽度端部的维氏硬度硬度大50HV以上的状态。
根据以上说明可知，重要的是在对熔接部进行冲口的阶段、即在冷轧之前的阶段，使熔接部不存在加工硬化的部位。
接着，对本发明的实施方式进行说明。
【实施方式1】
图6是表示本发明的实施方式1的图。在该实施方式1中，设置冲口设备，该冲口设备具备对钢带宽度方向两缘部进行剪切加工的剪切加工机构(剪切加工机等)和对钢带宽度方向两缘部的端面进行磨削的磨削机构(盘式研磨机等)。然后，如图6所示，相对于包含先行钢带1与后行钢带2的熔接部3的板宽度方向端部在内的规定范围，在通过剪切加工11实施第一阶段的冲口而形成圆弧状的切口后，仅在包含熔接部3在内的熔接部3附近，通过基于磨削12的第二阶段的冲口将加工硬化的部分除去，最终形成切口13。即，用于消除先行钢带1与后行钢带2的板宽度差和钢带接合时的宽度偏差影响的大的冲口(第一阶段的冲口：形成第一阶段的切口)通过剪切加工11进行，仅除去熔接部的加工硬化部的小的冲口(第二阶段的冲口：形成第二阶段的切口)通过磨削12进行。
由此，在该实施方式1中，能够在熔接部3的板宽度方向端部形成几乎不存在加工硬化的部位的切口13，即使在Si、Mn的含有量多的硅钢板、高张力钢板等脆性材料、高合金材料的情况下，也能够不发生熔接部断裂地进行冷轧。
【实施方式2】
图7是表示本发明的实施方式2的图。在该实施方式2中，设置冲口设备，该冲口设备具备对钢带宽度方向两缘部の端面进行磨削的磨削机构(盘式研磨机等)，如图7所示，相对于包含先行钢带1与后行钢带2的熔接部3的板宽度方向端部在内的规定范围，通过磨削14形成圆弧状的切口15。即，在该实施方式2中，通过磨削14形成切口15整体。
由此，在该实施方式2中，能够在熔接部3的板宽度方向端部形成几乎不存在加工硬化的部位的切口15，即使在Si、Mn的含有量多的硅钢板、高张力钢板等的脆性材料、高合金材料的情况下，也能够不发生熔接部断裂地进行冷轧。
需要说明的是，在上述实施方式1、2中，为了不使边缘部发生加工硬化地进行磨削，取决于磨粒的种类和按压力，优选使用#80以上的磨石。
另外，在冷轧线内对钢带边缘部进行磨削时，使用工业用机器人等能够安全且短时间地进行磨削。例如，将安川电机制造的MOTOMAN-MH50II(MOTOMAN为注册商标)等机器人设置于盘式研磨机对熔接部进行磨削即可。
另外，对于应采用上述实施方式1和实施方式2中的哪一个，根据形成切口所容许的时间、设备空间、设备费用等观点适当地进行选择即可。
例如，为了维持冷轧工序的效率，需要以短时间形成切口(取决于钢带长度和套口能力，优选冲口在大致10秒以内完成)。
并且，在本发明中，可以如专利文献1所述的那样冲口为半圆状，也可以如专利文献2所述的那样冲口为大致等腰梯形状。另外，上述之外的形状也没有任何问题，在本发明中，不对冲口形状做出限定。
此外，如果是通常的低碳钢，在剪切加工的情况下也不发生边缘破裂，但对于Si、Mn的含有量多的硅钢板、高张力钢板等脆性材料、高合金材料来说熔接部的加工性差，因此如果通过剪切加工造成加工硬化，则容易发生边缘破裂。即，对于通常的低碳钢等在剪切加工的情况下也不发生边缘破裂、几乎不发生熔接部断裂的钢种来说，不需要适用本发明，本发明应适用于在剪切加工中在熔接部发生断裂的脆性材料、高合金材料等钢种。需要说明的是，对于串列式冷轧机来说，也存在硅钢板、高张力钢板专用磨机的情况，但也存在与低碳钢等一起轧制的通用磨机的情况。在这种情况下，将本发明适用于低碳钢也没有问题。
值得一提的是，Si、Mn的含有量多的硅钢板是例如Si：1.0～6.5质量％、Mn：0.2～1.0质量％的钢板，Si、Mn的含有量多的高张力钢板例如是Si：1.0～2.0质量％、Mn：1.5～20.0质量％且拉伸强度为590～1470MPa的钢板。
实施例1
作为本发明的实施例，由具备五台串列式冷轧的冷轧设备制造硅钢板并进行评价。
此时，作为现有例，相对于包含熔接部在内的规定的范围，通过剪切加工而冲口为半圆状。
与此相对，作为本发明例1，基于上述本发明的实施方式1进行了冲口。即，相对于包含熔接部在内的规定的范围，在通过剪切加工进行半圆状的第一阶段的冲口后，相对于熔接部及其附近，使用#80磨石磨削除去2mm作为第二阶段的冲口。
另外，作为本发明例2，基于上述本发明的实施方式2进行了冲口。即，相对于包含熔接部在内的规定的范围，通过使用#36磨石进行磨削而冲口为半圆状。
在任一例子中，准备100卷Si含有量为3.1质量％以上且低于3.5质量％、板厚1.8mm以上且2.4mm以下的钢带，由上述五台串列式冷轧机进行冷轧，精加工为板厚0.3mm以上0.5mm以下。此时对熔接部处的断裂发生率进行比较。其结果如图8所示。
如图8所示，在现有例中，熔接部断裂的发生率为7％，与此相对，在本发明例1中，能够使熔接部断裂下降到1％，在本发明例2中，能够使熔接部断裂下降到3％。
由此，能够确认本发明的有效性。即，在对先行钢带与后行钢带的熔接部进行冲口时，通过适用本发明而在熔接部的板宽度方向端部形成几乎不存在加工硬化部位的切口，能够防止冷轧中的熔接部断裂，能够实现生产率的提高、成品率的提高。
附图标记说明
1 先行钢带；
2 后行钢带；
3 熔接部；
4 轧制评价用试样；
11 剪切加工；
12 磨削；
13 切口；
14 磨削；
15 切口。