JPH0480973B2 - - Google Patents

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JPH0480973B2
JPH0480973B2 JP59219449A JP21944984A JPH0480973B2 JP H0480973 B2 JPH0480973 B2 JP H0480973B2 JP 59219449 A JP59219449 A JP 59219449A JP 21944984 A JP21944984 A JP 21944984A JP H0480973 B2 JPH0480973 B2 JP H0480973B2
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hot
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/84Controlled slow cooling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573Continuous furnaces for strip or wire with cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B21B37/76Cooling control on the run-out table
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/54Determining when the hardening temperature has been reached by measurement of magnetic or electrical properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C21D11/005Process control or regulation for heat treatments for cooling

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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、熱延鋼板を熱延後に冷却制御する熱
延鋼板の冷却制御方法の改良に関する。
【従来の技術】
近時、鋼製品の製造コスト低減指向を背景と
し、低い合金成分量の鋼素材を用い、熱間圧延の
ままの状態でより高強度の鋼材を製造する手段と
して、熱延後の制御冷却による変態組織強化技術
を利用したものや、鋼材の高靱性化と高強度化と
を同時に達成する手段として、制御圧延による結
晶粒微細化技術を利用したものや、更には、これ
ら変態組織強化技術、結晶粒微細化技術を組合わ
せて利用したもの等の熱延鋼板の製造方法の開発
が進められている。このような場合の制御冷却方
法や冷却条件に関しては種々の技術が提案されて
いる。 しかしながら、このような従来方法のほとんど
の場合において、その冷却条件の制御指標とし
て、被冷却体である熱延鋼板の表面温度を用いる
のが一般的であり、このような方法による場合に
は、次のような問題点を有している。 (1) 実機における鋼板温度の計測には、通常放射
温度計が用いられているが、このような放射温
度計は元来測定精度が不十分であることが知ら
れており、とくに測定環境によつて影響を受け
易く、例えば水蒸気や水滴の飛沫、更には鋼板
上に残留している冷却水等の存在によつて測定
誤差を生じ易く、従つて当然のことながら、冷
却ゾーン内での測温ができないため測温位置が
限定されること、及び表面温度を検出するた
め、得られる情報が必ずしも平均的に正確な情
報となり難いこと等の不具合点があり、このよ
うな方法による場合得られる冷却条件の制御精
度には限界が生じる。 (2) 周知のように、鋼のγ相からα相への変態に
際しては変態潜熱による発熱を伴ない、このた
め、鋼板の変態進行状態によつて見掛上比熱が
大きく変化し、例え同一冷却条件で冷却した場
合でも変態特性の微妙な差によつて過冷却とな
つたり、あるいは冷却不足等を生じ易く、材質
のバラツキの増大あるいは形状平坦性の悪化等
の不利を生じ易い。変態特性の変動は冷却条件
の違いのみならず、上流工程の熱歪履歴によつ
て複雑に変化することが周知であり、一般にこ
のような変動は常時生じている。 従つて、従来の温度を制御指標とした冷却条
件の制御方法の場合、前記の如き問題に対応で
きないことは明らかであり、これらの問題を解
決する上での最も有効な手段は、鋼板の変態挙
動をオンラインで直接検出し、この情報に基く
制御方式を採用することである。以上の方法に
関する提案として例えば特開昭50−104754ある
いは特公昭56−24017が知られている。
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら前記提案は、いずれも冷却ゾーン
上での変態の生ずる位置に変動が生じた場合に、
常に所定の位置で変態が起るように冷却条件を制
御することを目的とした方法であつて、従来の温
度のみを制御指標とする方法に若干の改善を加え
た程度にとどまるものである。この原因は変態挙
動の検出手段の不備によるもので、例えば特開昭
50−104754で提案されている検出装置はγ→α変
態発生の有無しか検出できないものであり、又特
公昭56−24017の場合、変態時の複熱現象を温度
計によつて検出する間接的手段を採用することに
よつている。 従つて、鋼の変態挙動を充分に把握することが
できないため、冷却条件の制御精度の向上が図れ
ず、材質の均質性に問題があつた。
【発明の目的】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたも
のであつて、従来方法では達し難かつた高精度の
材質制御機能を有し、特に材質の均質性を確保す
ると共に、冷却による材質の作り分けを行う上で
好適な熱延鋼板の冷却制御方法を提供することに
ある。
【問題点を解決するための手段】
本発明は、熱延鋼板を熱延後に冷却制御する熱
延鋼板の冷却制御方法において、第1図にその要
旨を示す如く、予め、熱延鋼板の最終的に所望す
る機械的性質を得る上で必要な変態速度の目標値
を定め、変態率検出装置により冷却制御区間内で
の熱延鋼板のγ/α変態率を検出すると共に、冷
却開始からの経過時間を測定して冷却段階におけ
る鋼板の変態速度を求め、冷却段階の変態速度が
前記目標値と一致するよう冷却条件を制御するこ
とによつて上記目的を達成するものである。 又、前記変態速度を、γ/α変態率をY(%)、
冷却開始からの経過時間をt(sec)、鋼板の化学
成分によつて定まる定数をK及びa、変態速度に
依存するパラメータをnとしたとき、 Y=exp[−{K−t)/a}n]×100 の式を用いて、まず、γ/α変態率及び経過時間
の実測値が前式に乗るよう、前記パラメータnを
決定し、次いで、求めたパラメータnにより決定
された前式に、実質的に変態完了とみなされる
γ/α変態率Yfを代入して、該変態完了時の経
過時間tfを求めて、Yf/tfにより算出するように
したものである。 あるいは、前記変態速度を、γ/αの変態率
が、第1の所定値から第2の所定値になる迄の経
過時間により求めるようにしたものである。
【作用】
本発明は、既に、本出願人が特願昭58−064147
で提案したγ/α変態率検出装置を用いて冷却中
の鋼の変態挙動と材質との関係について鋭意研究
を重ねた結果、冷却中の鋼板のγ/α変態速度と
冷却後の熱延鋼板の機械的性質との間に密接な関
係があることを見出したことに基づき創出された
ものである。 以下、本発明における技術的骨子である変態速
度と機械的性質の関係について本発明者らの調査
結果に基づいて述べる。
【表】 第1表は鋼A〜Dの含有成分を示す表であり、
第1表中Ceqは、Ceq=C+Mn/6+Si/10の式
により求めた数値である。 この第1表に示す鋼A〜Dを用い、仕上圧延機
によつて仕上温度850℃で仕上圧延後、各鋼の圧
延長手方向においてA鋼6〜70%/sec、B鋼3.5
〜25%sec、C鋼2.8〜10.0%sec、D鋼2.4〜8
%/secの範囲で変態速度を意識的に変動せしめ
た冷却条件で3.2mm厚の熱延鋼板12を製造した。 これら第1表に示す各種の鋼について、冷却中
に変態率検出装置A1〜A8により測定した変態
開始から完了までの平均変態速度と冷却後の熱延
鋼板12の引張強さとの関係についての調査結果
を第2図に、又比較のために従来の冷却条件の制
御因子である巻取温度と冷却後の引張強さとの関
係についての調査結果を第3図に示す。 第2図と第3図との比較から、引張強さに対す
る相関度は本発明法による変態速度を制御因子と
した場合の方が、従来法で用いられている巻取温
度を制御因子とした場合に比べて大きいことが明
らかである。 本発明は以上のような結果をもとに、鋼の機械
的性質と直接的な関連を有する変態挙動としての
変態速度を制御因子とした冷却制御法が、冷却速
度あるいは巻取温度等の温度測定に頼る冷却制御
法に比べてより精密な材質制御を行ない得ること
を知見し、本出願人が先に特願昭58−064147で提
案した「鋼材の変態量及び平坦性のオンライン検
出装置」を用いて冷却中の変態速度を実測する手
段を組合わせることにより本発明を完成するに至
つたものである。 従つて、オンラインで定量的に実測した冷却ゾ
ーンでの変態情報を用いて、熱延後の冷却条件を
制御することにより、冷却条件の制御精度を格段
に向上せしめることができる。この結果、従来の
方法では達し難かつた高精度の材質制御を行うこ
とが可能となり、特に、材質の均質性を確保する
ことができると共に、冷却による材質の作り分け
を精度よく行うことができる。 又、変態速度を、Y=exp[−{(K−t)/a}
n]×100の式を用いて、まず、γ/α変態率及び
経過時間の実測値が前式に乗るよう、変態速度に
依存するパラメータnを決定し、次いで、求めた
パラメータnにより決定された前式に、実質的に
変態完了とみなされるγ/α変態率Yfを代入し
て、その時の経過時間tfを求めて、Yf/tfにより
算出することにより、γ/α変態率Yと、冷却開
始からの経過時間tとから、容易且つ簡単に変態
速度を検出できるようになる。 更には、変態速度を、例えば「変態開始から完
了までの所定時間」若しくは「γ/α変態率が20
%から80%まで進行するに要する時間」というよ
うな、γ/α変態率が、第1の所定値から第2の
所定値になる迄の経過時間により求めることによ
り、その算出が不要となり、変態速度を制御因子
とする場合と同様の効果が得られる。
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。まず、本発明方法を実施する製造工程を
説明する。第4図における符号10は熱間圧延工
程のうちの仕上圧延機、12は熱延鋼板、14は
熱延鋼板12を冷却するため冷却水を例えばミス
ト、ジエツト、管ラミナーあるいはスリツトラミ
ナー状態にして鋼板12に注水する注水装置を示
す。冷却水は給水装置16から供給されバルブ制
御器18の指示に従つて駆動する水量調整バルブ
20によつて水量を調整された後、注水装置14
によつて熱延鋼板12に注水される。A1〜A8
は変態率検出装置を示し、該装置A1〜A8上を
通過する熱延鋼板12のγ/α変態率を定量的に
検出し、その測定信号を、演算装置22に伝送す
る。バルブ制御器18は演算装置22と接続さ
れ、これからの制御信号によつて作動してバルブ
20の開度を調整する。 なお、24は熱延鋼板12のランアウトテーブ
ル上の搬送速度を計測する速度計、B1は仕上圧
延温度を計測する温度計、B2はランアウトテー
ブル上の中間温度を計測する温度計、B3は巻取
温度を計測する温度計、26は巻取機を示す。 変態率検出装置A1〜A8は冷却中の熱延鋼板
12のγ/α変態率をオンラインで迅速且つ定量
的に計測し得るものであれば任意の測定手段を採
用し得るが、本実施例では本出願人が特願昭58−
064147で既に提案している「鋼材の変態量及び平
坦性のオンライン検出装置」を用いた。 この変態量オンライン検出装置A1〜A8は、
第5図に示す如く、被測定材たる熱延鋼板12の
いずれか一方の側に配置せしめ、交流励磁装置5
2によつて交番磁束を発生自在とした励磁コイル
53と、該励磁コイル53と同一側に且つ励磁コ
イル53からの距離がl1,l2と互いに異なる位置
に配置せしめ、該励磁コイル53によつて相互誘
導されるようにした2個以上の検出コイル551
552と、各検出コイル551,552における鎖
交磁束量の違いによつて生じる検出信号の違いか
ら鋼板12の変態率を求める演算装置57とを備
えてなる。なお、図中の符号541は励磁コイル
53にて発生され、鋼板12を通じて検出コイル
551に鎖交する磁束、同じく542は検出コイル
552に鎖交する磁束である。 鋼板12が変態を開始していない状態、即ちγ
単相の時は、常磁性状態であるから、検出コイル
551,552に鎖交する磁束541,542は励磁
コイル53からの距離l1,l2に応じた一定の強さ
にありそれぞれこれらに比例した誘起電圧が発生
している状態(以下初期状態)にある。 鋼板12にγ→α変態が生じ、強磁性のα相が
折出すると、α相は磁化され、鋼板12の磁界強
さに変動が起こり、磁束541,542の強さが初
期状態からずれるので、検出コイル551と552
の誘起電圧の変化としてそれぞれから検出され
る。 このような検出コイル551,552における検
出信号561,562を演算装置57に伝送し、検
出コイル551と552との測定信号の大きさを相
対的に対比させ、演算測定57により鋼板12の
変態率を求めるものである。 次に制御方法の実施例を説明する。この実施例
は、前出第1図に示したように、熱延鋼板12を
熱延後に冷却制御する熱延鋼板12の冷却制御方
法において、予め、熱延鋼板12の最終的に所望
する機械的性質を得る上で必要な変態速度の目標
値を定め、変態率検出装置A1〜A8により、冷
却制御区間内での熱延鋼板12のγ/α変態率を
検出すると共に、冷却開始からの経過時間を測定
して冷却段階における熱延鋼板12の変態速度を
求め、冷却段階の変態速度が前記目標値と一致す
るよう冷却条件を制御するようにしたものであ
る。 前記変態速度の目標値を定める際に、ランアウ
トテーブル上の熱延鋼板12の搬送速度から前記
変態速度の目標値を達成するための変態開始目標
点及び変態終了目標点を定め、この区間を制御冷
却区間とし、演算装置に入力しておく。変態速度
の設定にあたつては、後述するように予め鋼種毎
に変態速度と機械的性質の関係を把握しておき、
それに基づいて行うのが望ましい。 変態速度の検出は、次のようにして行う。先
ず、前記変態速度の目標値に応じた冷却水量、冷
却時間及び冷却パターンで冷却を開始する。次い
で変態率検出装置A1〜A8によつて実際の熱延
鋼板12のγ/α変態率を測定し、該γ/α変態
率とその時の鋼板12の搬送速度等から得られる
冷却開始からの経過時間とから変態速度を算出す
る。 変態速度の算出にあたつては、冷却制御区間内
における変態率検出装置の個数が多い程精密な測
定が可能であることは言うまでもないが、少なく
とも冷却制御区間内で1個所の測定値があれば、
変態開始−完了間の平均変態速度を予測すること
が可能である。 即ち、本発明者らの知見によると、ランアウト
テーブル上での変態率の進行状況は、γ/α変態
率をY(%)、冷却開始からの経過時間をt(sec)
とすると、両者の関係は下記(1)式で表わすことが
できる。 T=exp[−{(K−t)/a}n]×100 ……(1) (1)式中のK及びaの値は被測定鋼板の化学成分
によつて定まる定数であり、nは変態速度に依存
するパラメータである。従つて、第6図に示す如
く、まず変態率検出装置A1〜A8によるYの測
定値Y1〜Y8、及び搬送速度から算出される、各
変態率検出装置A1〜A18の位置での冷却開始
からの経過時間t1〜t8を(1)式に代入し、例えば最
小2乗法により最適な(1)式の曲線をあてはめて、
該曲線から、その時の変態速度を表わす、(1)式の
パラメータnを決定する。次いで、このパラメー
タnの値により決定された、最適な曲線を示す(1)
式に、実質的に変態完了とみなされるYの値Yf
(例えばYf=99.9%)を代入して、その時のtの
値tfを算出することによつて、変態開始−完了間
の平均変態速度Yf/tfを予測することができる。
以上の演算手段を演算装置22で行なえるように
しておき、変態率検出装置A1〜A8からの測定
信号と搬送速度計24からの信号とによつて、平
均変態速度を求めるものである。 変態速度の目標値に冷却段階の変態速度が近似
するよう行う冷却条件制御は次のように行う。即
ち、前述の如くして求めた変態速度の実測値を、
当初定めた目標値と比較照合し、目標値よりも小
さい場合にはその偏差量に比例してバルブ制御器
18及び水量調整バルブ20を介し、冷却制御区
間の冷却水量もしくは冷却時間を増大し変態速度
を上昇させ、又実測の変態速度が目標値よりも大
きい場合には、その偏差量に比例してバルブ制御
器18及び水量調整バルブ20を介し冷却水量も
しくは冷却時間を減少し、変態速度を低下させ、
目標変態速度に近似するように冷却制御区間の冷
却条件を修正するものである。 これらの冷却条件の修正の方法は、当該熱延鋼
板12が通板中に行なつてもよく、又、次回熱延
鋼板12の冷却条件の設定に際して反映せしめて
もよい。 なお、本明細書で用いる変態速度の意義は、例
えば「変態開始から完了までの所要時間」、ある
いは「γ/α変態率が20%から80%まで進行する
に要する時間」というように、γ/α変態率が、
第1の所定値から第2の所定値になる迄の経過時
間によつて制御する場合をも含む広い概念として
捉えている。 次に本発明法によつて製造した場合の熱延鋼帯
の材質制御効果について、従来法の製造結果と対
比させて以下に示す。 第1表に示す鋼A〜Dを用い、仕上圧延温度が
850℃の条件で3.2mm厚に仕上圧延した後、変態速
度を制御指標とする本発明法による冷却制御と、
巻取温度を制御指標とする従来法による冷却制御
とによつて、以下に述べるそれぞれの冷却制御目
標条件に従つて冷却後巻取つた。第7図は、目標
引張強度、目標冷却条件、実績冷却条件、及びこ
れら冷却条件で冷却したとき得られた引張特性を
示す線図である。 なお、冷却制御目標条件はそれぞれの鋼につい
て第7図に示す三つの水準での目標引張強度が得
られるように、本発明の場合は前記第2図の引張
強度と変態速度の関係図から必要な変態速度目標
値を、従来法の場合は、同じく第3図の引張強度
と巻取温度の関係図から必要な巻取温度目標値を
定めた。 又、引張特性は、上記のようにして製造した熱
延鋼帯について圧延長さ方向に均等に20分割した
位置で、JIS5号引張試験片により調査した。この
引張特性の調査結果を、コイル内での引張強度の
変動量として、第8図に示す。 第8図の横軸にはコイル内20点における引張強
度の平均値(TSAV)をとり、縦軸にはコイル内
20点における引張強度の最大値(TSmax)から
コイル内20点における引張強度の最小値
(TSmin)を差し引いた値をとつている。 この第8図から明らかなように、従来法による
製造例の場合同一化学成分の鋼でみると、目標引
張強度が高くなるに従つて材料内での強度変動量
が大きくなる傾向があり、又鋼種間で比べるとC
当量が高い鋼種程材料内の強度変動量が大きくな
る傾向を示すのに対し、本発明法による製造例で
は、いずれの場合においても材料内の強度変動量
が小さく、均質性の高い熱延鋼帯の製造が可能で
あることがわかる。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、従来の巻
取温度を制御する冷却制御法に比べて極めて高精
度の材質制御が可能であり、特に、 (1) 同一化学成分の鋼で均質性を損わずに高強度
化が図れる、 (2) 従来法では均質化の困難であつた高C当量の
鋼種において均質性の優れた熱延鋼帯を製造す
ることができる、 (3) 所望の強度の熱延鋼板を精度よく作り分ける
ことができる、 等の優れた効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る熱延鋼板の冷却制御方
法の要旨を示す流れ図、第2図は、変態開始から
完了までの平均変態速度と冷却後の熱延鋼板の引
張強さとの関係を示す線図、第3図は従来の冷却
条件の制御因子である巻取温度と冷却後の熱延鋼
板の引張強さとの関係を示す線図、第4図は、本
発明に係る熱延鋼板の冷却制御方法の実施例が適
用された冷却ラインの概略を示すブロツク線図、
第5図は本発明法の実施例で使用するγ/α変態
率検出装置を示すブロツク図、第6図は変態速度
に依存するパラメータnの求め方、及び、求めら
れたnを用いて変態完了時の経過時間を求める方
法を説明するための線図、第7図は各種冷却条件
とこの条件で冷却したとき得られた引張特性とを
示す線図、第8図は第7図で示される冷却条件に
よつて製造した熱延鋼帯について、従来法と本発
明法との引張強度の変動量を示す線図である。 10……仕上圧延機、12……熱延鋼板、14
……注水装置、16……給水装置、18……バル
ブ制御器、20……水量調整バルブ、22……演
算装置、24……速度計、26……巻取機、A1
〜A8……変態率検出装置、B1〜B3……温度
計。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 熱延鋼板を熱延後に冷却制御する熱延鋼板の
    冷却制御方法において、 予め、熱延鋼板の最終的に所望する機械的性質
    を得る上で必要な変態速度の目標値を定め、 変態率検出装置により冷却制御区間内での熱延
    鋼板のγ/α変態率を検出すると共に、冷却開始
    からの経過時間を測定して冷却段階における鋼板
    の変態速度を求め、 冷却段階の変態速度が前記目標値と一致するよ
    う冷却条件を制御することを特徴とする熱延鋼板
    の冷却制御方法。 2 前記変態速度を、γ/α変態率をY(%)、冷
    却開始からの経過時間をt(sec)、鋼板の化学成
    分によつて定まる定数をK及びa、変態速度に依
    存するパラメータをnとしたとき、 Y=exp[−{(K−t)/a}n]×100 の式を用いて、 まず、γ/α変態率及び経過時間の実測値が前
    式に乗るよう、前記パラメータnを決定し、 次いで、求めたパラメータnにより決定された
    前式に、実質的に変態完了とみなされるγ/α変
    態率Yfを代入して、該変態完了時の経過時間tfを
    求めて、 Yf/tfにより算出するようにした特許請求の範
    囲第1項記載の熱延鋼板の冷却制御方法。 3 前記変態速度を、γ/α変態率が、第1の所
    定値から第2の所定値になる迄の経過時間により
    求めるようにした特許請求の範囲第1項記載の熱
    延鋼板の冷却制御方法。
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