JPH04369003A

JPH04369003A - 鋼板製造方法

Info

Publication number: JPH04369003A
Application number: JP3170459A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shimomura; 下村　慎一; Kazuo Funato; 船戸　和夫; Atsuhiko Yoshie; 吉江　淳彦; Masaaki Fujioka; 政昭藤岡; Yoshiyuki Watabe; 義之渡部
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1992-12-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼板材質仕様を確実にか
つ合理的に実現するために鋼板製造方法を材質予測計算
を用い計算により算出する鋼板製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】鋼板製造方法は経験技術，個別的で部分
的な技術に基づきマニュアルにより設定されている。

【０００３】例えば、厚鋼板などのユーザにおいては、
製品の納入と共に、その材質検査結果を添付することを
要求されている場合がある。この要求に対し、従来、メ
ーカー側は製品の一部を切り出し、これに対し物理的な
特性測定（引張り強度，靭性など）を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
な方法では製造プロセス全般にわたり合理的で確実な製
造方法の設定が難しく、注文内容によっては試作を行い
製造方法を確認し製造を開始する場合がある。更に、現
行の方法ではこれらの業務に多くの要員を必要としてい
る。

【０００５】この為に合理的で、確実な製造方法算出方
法の技術開発が望まれている。

【０００６】そこで本発明は上記要望にこたえ、一貫性
がありかつ理論に基づく材質予測計算法を用い、鋼板製
造方法を算出する方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は注文情報（製品サイズ，注文Ｋｅｙ，成分
規定値，プロセス条件規定値，材質保証値），計算条件
及び製造候補条件の設定により、一貫性がありかつ理論
に基づく材質予測計算を起動させ、材質保証値を合理的
に確実に実現する最適プロセス条件を最小のマンパワー
で算出するようにしている。

【０００８】

【作用】上記した手段によれば最小のマンパワーで材質
保証値を合理的に確実に実現可能な製造方法が算出可能
である。この為に従来のような製造前の試作及び完成品
に対する検査測定が不要になる。また、要員の削減を図
ることができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明による鋼板の製造方法を求める
方法を示すフロー図である。鋼板の製造方法を求めるの
に必要な注文情報である製品サイズ，成分規定値，プロ
セス条件規定値，材質保証値及び管理Ｎｏ．である注文
キー１０００を材質予測計算１００３にインプットする
。これらの詳細は図２，図３，図４で説明する。

【００１０】又、材質予測計算１００３の計算条件，初
期値としての製造候補条件の設定１００１をし材質予測
計算１００３を実行する。材質予測計算１００３は図６
〜図１１で説明する。この材質予測計算１００３の結果
、計算された材質値が材質保証値を満足するかチェック
１００４を行う。満足しなければ、計算前提となったプ
ロセス条件，成分値、計算材質値１００５を最適条件を
設定するために条件変更１００６にインプットする。条件変更１００６では成分値とプロセス条件を図２〜図
４で説明する条件に従って変更し材質予測計算１００３
にインプットする。計算材質が材質保証値を満足すれば
この計算前提となったプロセス条件，成分値１００６が
鋼板製造方法である。この求めた製造方法は鋼板を製造
・検査する各工程のコンピュータまたはシステムである
製鋼・分塊プロコン１００７，過熱プロコン１００８，
圧延プロコン１００９，冷却プロコン１０１０，機械試
験システム１０１１へ送られる。

【００１１】図２，図３，図４は前述したように、鋼材
製造方法を求める為に必要な製品サイズ，成分規定値，
プロセス条件規定値，材質保証値，管理Ｎｏ．，及び計
算条件をインプットする画面である。

【００１２】まず、図２を説明する。２００１は管理Ｎ
ｏ．であるＫｅｙである。２００２は図１の材質予測計
算１００３の計算回数を指定し、２００３は計算方法を
指定する。又２００７は圧延のパススケジュールの適用
を指定し、２００９は空冷（ＡＣ）か水冷（ＣＬＣ）の
プロセス指定を行う。２０２４は注文仕様のＭｉｎを，
２０２５は注文仕様のＭａｘ，２０２６は図１の条件変
更１００６で成分値を変更する際の成分変更優先順，２
０２７は初期値として付与する候補成分の平均，２０２
８は同じくそのＭｉｎ，２０２９は同じくそのＭａｘで
ある。２０２５，２０２６の欄はシステム上自動インプ
ットされる。２０２４〜２０２９に従いＣ２０１５，Ｓ
ｉ２０１６，Ｍｎ２０１７，Ｐ２０１８，Ｓ２０１９，
Ｃｕ２０２０，Ｎｉ２０２１，Ｃｒ２０２２，Ｍｏ２０
２３の成分値がインプットされる。

【００１３】次に図３を説明する。４００８は注文仕様
のＭｉｎを，４００９は注文仕様のＭａｘ，４０１０は
図１の条件変更１００６で成分値を変更する際の成分変
更優先順，４０１１は初期値として付与する候補成分の
平均，４０１２は同じくそのＭｉｎ，４０１３は同じく
そのＭａｘである。４００８，４００９の欄はシステム
上自動インプットされる。４００８〜４０１３に従いＮ
Ｂ４００１，Ｖｉ４００３，Ｎ４００４，Ａｌ４００５
，炭素等量４００６，溶接割れ感受性指数４００７値が
インプットされる。

【００１４】次に図４を説明する。３０００は製品板厚
，３００１はスラブ厚をインプットする。３００２はス
ラブの過熱温度のＭｉｎとＭａｘを３００３は粗圧延終
了の厚みをインプットする。３００４は粗圧延終了温度
のＭｉｎとＭａｘを，３００５は仕上げ圧延開始温度の
ＭｉｎとＭａｘをインプットする。３００６は仕上げ圧
延終了温度のＭｉｎとＭａｘを，３００８は仕上げ圧延
終了後水冷装置（ＣＬＣ）に鋼板を移送する時間をイン
プットする。３００９は水冷を開始する温度のＭｉｎと
Ｍａｘを，３０１０は水冷を終了する温度のＭｉｎとＭ
ａｘを，３０１１は水冷装置（ＣＬＣ）内の通板速度を
インプットする。３０１３から３０２４は水冷の推量（
単位：ｍ３　／ｍ３　分）を１ゾーンから６ゾーンのゾ
ーン毎にＭｉｎとＭａｘをインプットするものである。水量に代わり冷却速度を用いてもよい。またゾーン数は
本発明の実施例であり、装置により異なる。３０２５は
注文仕様のＹＰのＭｉｎ，３０２６はそのＭａｘ，３０
２６は注文仕様のＴＳのＭｉｎ，３０２７はそのＭａｘ
，３０２８はｖＴｒｓの注文仕様である。３０２５から
３０２８はシステム上自動インプットされる。

【００１５】図５は本発明による鋼板材質予測計算方法
を示す演算フローチャートである。また、図６は本発明
が適用される鋼板製造ラインの例を示す設備構成図であ
る。なお、以下においては、厚鋼板の製造を例に説明す
る。

【００１６】図６は製造設備を示す。製鋼１３０１で出
鋼され、ＣＣ１３０２または造塊１３０３でスラブが製
造される。これらにはプロセスコンピュータ１３００が
接続され、中央制御室１０のコンピュータ（不図示）に
接続されて材質予測制御に必要な情報（例えば実績成分
値）が、これらのコンピュータによって圧延設備に送ら
れる。圧延設備は、圧延の前にスラブ（例えば、長さ２
〜４ｍ，幅１〜２．５ｍ，厚み２５０ｍｍ前後）を加熱
する加熱炉２，大まかな圧延を行う粗圧延機３，粗圧延
された鋼板を要求板厚に圧延する仕上圧延機４，この仕
上げ圧延機４によって圧延された鋼板に生じた反りを調
整するホットレベラ（ＨＬ）５，このホットレベラ５を
出た厚鋼板１を冷却する冷却装置６の各々を備えて構成
されている。

【００１７】なお、加熱炉２，粗圧延機３，仕上圧延機
４，ホットレベラ５及び冷却機６の各々には、その駆動
を制御し、また稼動中の情報を得るためにプロセスコン
ピュータ（以下、プロコンという）が接続されている（
加熱プロコン７，圧延プロコン８，及び冷却プロコン９
）。これらプロコンは、中央制御室１０に設置された上
位コンピュータ（不図示）に接続され、この上位コンピ
ュータは生産計画に従って加熱プロコン７，圧延プロコ
ン８及び冷却プロコン９を管理する。また、製品となっ
た厚鋼板１に対し、機械試験を行うための機械試験シス
テム１１が設けられ、その試験結果は中央制御室１０に
送られる。

【００１８】次に、図５に示す鋼板材質予測計算方法に
ついて説明する。図５の処理を実行するには、これを実
現するソフトウェアを作成し、これをコンピュータにロ
ードすればよい。

【００１９】本発明による鋼板材質予測計算方法は、大
別して初期状態モデル，熱間加工モデル，析出モデル，
変態モデル，及び組織・材質モデルから成る。

【００２０】初期状態モデル２０は、成分条件２０．１
，加熱条件２１（スラブ厚，昇熱速度，保定温度，保定
時間）又は加熱モデル２２に基づくスラブ温度・時間情
報２３とにより、昇熱カーブに沿って加熱γ粒径２６の
計算を、板厚の表面から中心に向かう複数の点について
計算する。これにより、表面だけでなく内部の状態も知
ることが可能になる。

【００２１】なお、加熱モデル２２は、入力条件２４（
炉雰囲気温度，時間及びスラブ厚）に基づいて算出され
る。また、成分条件２０．１は、ＷＴ％で示され、炭素
（Ｃ），シリコン（Ｓｉ），マンガン（Ｍｎ），燐（Ｐ
），硫黄（Ｓ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），クロ
ーム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ），ニオブ（Ｎｂ），
バナジウム（Ｖ），チタン（Ｔｉ），タンタル（Ｔａ）
，アルミニウム（Ａｌ）及び窒素（Ｎ），ボロン（Ｂ）
などである。

【００２２】熱間加工モデル２７は、再結晶の潜伏期を
定式化することにより、回復と再結晶を明確にし、圧延
中と圧延後の粒径（単位体積当りの粒界面積）や残留転
移密度などのオーステナイト状態を安定的に計算するた
めに設けられている。

【００２３】この熱間加工モデル２７は、γ粒径２６，
圧延温度モデル２８に基づく温度・パス間時間情報２９
，及び歪モデル３０に基づく相当歪・歪速度情報３１と
により、演算結果３３（圧延γ粒径，転移密度，歪み）
を演算する。なお、圧延温度モデル２８及び歪モデル３
０は、圧延条件３２（入側板厚，出側板厚，加熱温度，
パス間時間，ロール径，ロール回転数）に基づいて算出
される。

【００２４】析出モデル３５は、核生成と成長を分離し
、さらに個々の析出粒子の成長を考慮することで圧延中
及び圧延後のオーステナイト中における析出物状態を算
出するために設けられている。この析出モデル３５によ
り析出物状態を求めるに際しては、圧延温度モデル２８
による温度情報３４，成分情報３６及び熱間加工モデル
の演算結果３３に基づいて析出元素（例えば、Ｔｉ，Ｔ
ａ，Ｖ，Ｎｂ）の固溶量，析出量，析出物平均粒径を演
算し、析出物状態３７として出力する。

【００２５】変態モデル３８は、核生成と成長を分離し
、各々を析出物状態（析出量，析出物平均粒径），転移
密度の関数として定式化することで、粒界フェライトと
粒内フェライトの分率及び粒径，パーライト，ベイナイ
トの分率など変態後組織状態を推定するために設けられ
ている。

【００２６】この変態モデル３８は、冷却温度モデル３
９に基づく温度情報４０によって、演算結果４３（フェ
ライト粒径，組織分率，平均生成温度）を出力する。な
お、冷却温度モデル３９は、冷却条件４２（空冷，水冷
区分，水量密度，冷却装置内通板速度，成分）及び変態
モデル３８による変態量４１の各々に基づいて演算され
る。

【００２７】組織・材質モデル４４は、固溶強化，析出
硬化，フェライト粒径の影響を分離して定式化すること
で材質を算出するために設けられ、析出物状態３７，演
算結果４３及び成分情報３６の各々に基づいて材質を出
力する。

【００２８】次に、各モデルの演算の詳細について図７
〜図１１を参照して説明する。

【００２９】図７は初期状態モデル２０の処理の詳細を
示すフローチャートである。

【００３０】成分２５をインプットし、次にスラブ温度
・時間情報２３又は加熱条件２１よりスラブ加熱履歴を
インプットし、計算に必要な定数及び初期値を設定する
（ステップ２０１）。ついで、状態図の計算を行う（ス
テップ２０２）。

【００３１】次に、加熱時間が設定値をオーバーしたか
否か判定（ステップ２０３）し、否であれば析出物の固
溶量及び析出物粒径の計算を行う（ステップ２０４）。

【００３２】この後、設定時間内であればγ粒成長を計
算する。ただし、周知のように鋼材は、温度が高くなる
に伴って結晶構造の変化によってα粒状態あるいはθ（
セメンタイト）からγ粒状態へ変態する。

【００３３】そこで、このγ粒の成長状態を、ステップ
２０２で計算された各状態ごとに異なった手法により計
算する。すなわち、温度に応じてγ単相域のほかγ＋α
域，γ＋α＋θ域の各々についてもγ粒成長の計算を行
うのである（ステップ２０５）。

【００３４】図８は熱間加工モデル２７の処理の詳細を
示すフローチャートである。

【００３５】この処理は、加熱γ粒径２６，温度・パス
間時間情報２９及び相当歪・歪速度情報３１を入力条件
として行われる。鋼板を複数回パスさせて圧延を行った
場合、各パス間において、圧延→回復→再結晶を経る過
程で、転移密度が図９のように変化する。このため、各
パス毎に再結晶，回復を計算する必要がある。各パス毎
及び圧延終了後のγ粒径，平均転移密度等の計算は以下
のように行う。

【００３６】まず、鋼板の内部の状態を知るために、表
面から中心部に向かって一定距離ごとにｍ個の位置を定
める（ステップ２７１）。そして、この各々について前
記入力条件に基づき圧延後のγの単位体積当りの粒界面
積を計算する（ステップ２７２）。

【００３７】圧延の圧下量が大きいと、瞬時的に再結晶
即ち動的再結晶を生じる。そこで、動的再結晶が生じて
いるか否かを判定し、生じている場合には転移密度及び
再結晶粒径を計算する（ステップ２７３）。動的再結晶
が完了しない場合には、この後再結晶が生じるまでの時
間を計算し、さらに回復の時間及び静的再結晶を計算（
再結晶率，再結晶粒径）する（ステップ２７４）。

【００３８】また、再結晶が終了している場合には（再
結晶率＝４）粒成長を計算し（ステップ２７５）、さら
に結晶粒の平均粒径及び平均転移密度を算出（ステップ
２７６）する。これを最終パスまで繰り返すことにより
最終パス情報（板厚ｍ点のオーステナイト粒界面積及び
その転移密度）を得る（ステップ２７７）。

【００３９】図１０は変態モデル３８の処理を詳細に示
すフローチャートである。

【００４０】鋼の変態挙動は変態前のγ状態（γ粒径あ
るいは単位体積当りの粒界面積，残留転移密度，析出物
の固溶・析出状態），冷却速度の影響を受ける。本モデ
ルはこれらを３３，３７，４０から入力し、変態の進行
及び粒界フェライト，粒内フェライト，パーライト，ベ
イナイト，マルテンサイトの各組織分率、さらにフェラ
イトのうち形状が粒状のものについては、その粒径及び
分率を計算するものである。この計算方法は以下の通り
である。まず、当該成分における状態図を計算し（ステ
ップ３８２）核組織が熱力学的に生成可能な条件（温度
領域）を求める。次に、生成可能と判断された組織につ
いて任意の微小時間内の変態量の増分（ステップ３８３
）及びフェライトについてはこの間の生成粒数の増分（
ステップ３８２）を求める。

【００４１】また、フェライトが生成する場合には形状
が針状か粒状かの判断を行い、粒状である場合にはステ
ップ３８２で求めた生成粒数を粒状フェライトの粒数の
増分，ステップ３８３で求めた変態量の増分を粒状フェ
ライト量の増分とし、針状である場合には変態量の増分
のみを求める（ステップ３８４）。次に、変態に伴う発
熱等を冷却温度モデルにフィードバックするためにステ
ップ３８３で得られた変態量に応じた温度変化を計算す
る（ステップ３８５）。以上の計算を各板厚位置につい
て冷却終了まで繰り返し、変態量及び粒状フェライト粒
数の増分を加算することにより、最終的な組織の各組織
分率，粒状フェライトの分率及びその粒数を求めること
ができる。更に、板厚方向のｍ点について計算が終了し
た後（ステップ３８６）に粒状フェライトの粒径を粒数
と分率から求める（ステップ３８７）。また、ステップ
３８３，３８５の結果を基にフェライト，パーライト，
ベイナイトの各々が生成した平均温度（平均生成温度）
を計算する（ステップ３８８）。以上の計算でフェライ
トを粒状，針状に分離しておく理由は、粒状や針状の形
状が材質に関与することに着目したものであって、材質
の予測を高精度に行うことを可能とするためである。ま
た、平均生成温度は生成した温度によって材質が異なる
ことから必要になるもので、後記する組織，材質モデル
４４の硬度算出で用いられるものである。

【００４２】図１１は組織・材質モデル４４の処理の詳
細を示すフローチャートである。

【００４３】ここでは、鋼板１の材質を表現する硬度，
引張強さ，及び靭性を計算することを目的としている。まず、成分情報３６，固溶Ｎｂ情報３７及び演算結果４
３の各入力条件に基づいて、フェライト，ベイナイト及
びパーライトの各々の硬さを計算する（ステップ４４１
）。

【００４４】さらに、粒径情報及び成分情報に基づいて
降伏点の計算（ステップ４４２）を行い、ついでステッ
プ４４１による硬度計算値を用いて引張強さを計算（ス
テップ４４３）する。また、粒径情報，成分情報及び硬
度計算値の各々に基づいて靭性を計算する（ステップ４
４４）。以上の処理をｍ個の点について実行し（ステッ
プ４４５）、すべてについて行われた場合には、処理が
終了し、材質予測を行うことができる。この結果は、フ
ロッピーディスクなどの記録媒体に保存されると共に、
プリンタによって打出される。＜試験例＞図１２、図１３は本発明による実施結果例を
示すものである。

【００４５】実施例１は製品板厚が３０ｍｍの水冷材で
あり計算方法はプロセス条件を固定し、成分を求めた例
である。実施例２は製品板厚が５０ｍｍの空冷材であり
計算方法は成分を固定し、プロセス条件を求めた例であ
る。

【００４６】実施例１では加熱温度，粗圧延終了温度，
仕上圧延開始温度，仕上圧延終了温度，冷却装置（ＣＬ
Ｃ）までの移送時間，ＣＬＣ水量は計算前提条件のレン
ジ狭く設定されている。これは計算上、条件の固定を意
味している。これらに対し成分の計算前提は広く設定さ
れ、要求される材質値を満足する最適成分値をこの中か
ら求めるのである。計算された値が計算結果の欄にそれ
ぞれの成分について記載している。

【００４７】実施例２は実施例１とは逆に成分値を固定
しプロセス条件を算出した例である。計算条件として固
定成分値を与えプロセス条件を広いレンジで設定し、最
適プロセス条件を算出するのである。計算されたプロセ
ス条件をそれぞれのプロセス条件欄に記載している。な
お実施例２は空冷材のためＣＬＣ水量は設定していない
。計算回数は計算のトータル時間を押える為に設定する
がこの実施結果は両方の例とも計算前提７回より少ない
３回で計算を終了している。

【００４８】この例の様に合理的で正確な鋼板製造方法
を計算により求めることが可能である。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、上記の通り構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。

【００５０】製品サイズ（長さ，厚み，幅），成分規定
値，プロセス条件規定値，材質保証値及び管理番号を注
文情報として入力する注文キー１０００と、初期値とし
ての製造候補条件の設定テーブル１００１とを設け、製
品サイズ（長さ，厚み，幅），成分規定値，プロセス条
件規定値から材質保証値を満足するかを検証し、満足し
ない場合成分規定値，プロセス条件規定値を修正し材質
保証値を満足するまで再計算し、鋼板の製造方法（成分
，プロセス条件）を演算するので、多くの注文に対し、
最小の人員体制で合理的で正確な鋼板製造方法を設定可
能であり、また従来のように完成品に対する検査測定が
不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鋼材の製造方法を求める方法を示
すフロー図である。

【図２】鋼材製造方法を求めるために必要な製造サイズ
，成分規定値，プロセス条件規定値，材質保証値，管理
Ｎｏ．及び計算条件等のインプット項目を示す図である
。

【図３】鋼材製造方法を求めるために必要な製造サイズ
，成分規定値，プロセス条件規定値，材質保証値，管理
Ｎｏ．及び計算条件等のインプット項目を示す図である
。

【図４】鋼材製造方法を求めるために必要な製造サイズ
，成分規定値，プロセス条件規定値，材質保証値，管理
Ｎｏ．及び計算条件等のインプット項目を示す図である
。

【図５】本発明による鋼板材質予測計算方法を示す演算
フローチャートである。

【図６】本発明が適用される鋼板製造ラインの概要を示
す設備構成図である。

【図７】初期状態モデルの処理の詳細を示すフローチャ
ートである。

【図８】熱間加工モデルの処理の詳細を示すフローチャ
ートである。

【図９】圧延時の転移密度変化を示す特性図である。

【図１０】変態モデルの処理の詳細を示すフローチャー
トである。

【図１１】組織・材質モデルの処理の詳細を示すフロー
チャートである。

【図１２】本発明による実施結果例を示す図である。

【図１３】本発明による実施結果例を示す図である。

【符号の説明】

１　　厚鋼板２　　加熱炉３　　粗圧延機４　　仕上圧延機６　　冷却装置７　　加熱プロセスコンピュータ８　　圧延プロセスコンピュータ９　　冷却プロセスコンピュータ１０　　中央制御室２０　　初期状態モデル２１　　加熱条件２７　　熱間加工モデル３２　　圧延条件３６　　成分情報３８　　変態モデル４２　　冷却条件４４　　組織・材質モデル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　製品サイズ（長さ，厚み，幅）、成分
規定値、プロセス条件規定値、材質保証及び管理番号を
注文情報として入力する注文キーと、初期値としての製
造候補条件の設定テーブルとを設け、製品サイズ（長さ
，厚み，幅）、成分規定値、プロセス条件規定値から材
質保証値を満足するかを検証し、満足しない場合成分規
定値、プロセス条件規定値を修正し材質保証値を満足す
るまで再計算を行い、鋼板製造のための成分及びプロセ
ス条件を演算することを特徴とする鋼板製造方法。