JP5577581B2

JP5577581B2 - 厚鋼板の温度履歴による材質保証システム

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Publication number: JP5577581B2
Application number: JP2008276236A
Authority: JP
Inventors: 和田　　裕; 俊和秋田; 浩二成原; 行弘岡田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: JP2010104993A

Description

本発明は、厚鋼板の材質保証システムに関し、特に制御圧延や加速冷却される厚鋼板の上面全面または下面全面、あるいは、上面全面および下面全面に亘る材質保証用として好適なものに関する。

材料組織における結晶粒径を微細化して厚鋼板の強度・靭性を向上させるＴＭＣＰ技術にとって、制御圧延の入側温度、出側温度、加速冷却の入側温度、出側温度を厳密に管理することは重要であり、厚鋼板温度を精度良く測定する方法や、温度計の配置を工夫した製造設備が採用され、これらによって材質判定が行われている。

例えば、特許文献１には、最終仕上げ圧延出側のみにおける圧延方向および幅方向の温度分布を測定し、要求値との温度差を求め、これを指標として、この温度差の指標から外れる部分を取り捨てる方法が記載されている。

しかし、厚鋼板の材質は、制御圧延や加速冷却等の条件によって、その組織が大きく変化して材質が変わり、特に、その条件の中でも鋼板の温度はその材質を大きく左右することが知られており、前記特許文献１に記載される従来の方法では、圧延途中の厚鋼板が受ける温度履歴が変化しても、最終仕上げ圧延出側のみの温度しか評価していないために、この仕上圧延出側の温度差で判定したのでは、厚鋼板の大板から部分的に採取した製品について、本来保証すべき材質から外れる場合が多々あって、十分な材質保証ができずに大きな問題であった。また、特許文献１の実施例に記載されるように、上面または下面のいずれか一方の面の温度を測定するため、板厚が厚い極厚鋼板では上面温度と下面温度との相違について評価できない場合があり、板厚方向の材質保証についても要望が強かった。
特開昭５２−１１７８５７号公報

近年、熱処理材などの製造条件がわずかに変動しても敏感に材質が変化する厚鋼板について、能率向上から直接焼入れ法で製造し、合理化のためにＴＭＣＰ技術を適用拡大している。また、従来は厚鋼板の材質は幅方向中央部など一部を保証すれば合格となっていたが、顧客から鋼板全面を保証する要求が出され、その厳しさが年々増している。ラインパイプ原板、高強度鋼等においては、厚鋼板内部の強度偏差を特定の値以下に保証する従来にない要求も出ている。

これに対して、厚鋼板は、その製造過程において、連続式加熱炉、粗圧延機、仕上げ圧延機、脱スケール装置、加速冷却装置等を通過させるため、板表面や板厚方向での温度分布が不均一となりやすく、その結果、材質も不均一となりやすい。したがって、従来は、例えば、搬送ラインの上方に取り付けた放射温度計により、厚鋼板の板幅方向中央部の温度を圧延方向に連続測定し、その中央部のみの測定温度が許容温度範囲に入っている場合は厚鋼板全体の品質判定を合格とし、外れている場合は品質判定を不合格とすることが行われていた。

しかし、この方法では、温度を測定した面においても全長全幅（すなわち全面）の材質保証を行うことはできず、材質保証は不十分であった。

また、厚鋼板は同一製造条件で大量に製造するため、圧延方向の先端、中央、尾端の各位置から採取した試験片を用いて各種の材質を判定する従来の方法は、厚鋼板の試験片を採取した後に数日を要する場合があり、万一判定不可となると、その期間に製造された厚鋼板は全て不合格となって大量の不具合材が発生する場合もあった。

本発明は、上記のような材質保証上の問題に鑑みて、その解決を図るためになされたものであり、仕上げ圧延され加速冷却された厚鋼板の材質を的確かつ迅速に判定・保証することができる厚鋼板の材質保証システムを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、厚鋼板製造ライン上での厚鋼板の表面全面の温度分布を測定・解析し、その測定・解析結果に基づいて、当該厚鋼板の材質を判定・保証するようにしている。

すなわち、上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］仕上げ圧延機と当該仕上げ圧延機の下流側に配置された加速冷却装置を備えた厚鋼板製造ラインにおいて、厚鋼板の上面全面の温度または下面全面の温度を測定・解析して当該厚鋼板の材質保証を行う厚鋼板の材質保証システムであって、
前記材質保証システムは、温度測定手段と温度解析手段を備え、
前記温度測定手段は、前記仕上げ圧延機の近傍および前記加速冷却装置の近傍に配置した温度計と、前記温度計で測定した温度を収集する温度収集手段を有し、
前記温度解析手段は、前記温度収集手段で収集した温度測定値を用いて、当該厚鋼板の上面全面の温度ＭＡＰまたは／および下面全面の温度ＭＡＰを作成し、この温度ＭＡＰと、この温度ＭＡＰの作成で求めた当該厚鋼板の温度履歴と、この温度履歴に対して設定した許容範囲とから、当該厚鋼板の材質の合否判定を行うことを特徴とする厚鋼板の温度履歴による材質保証システム。

［２］仕上げ圧延機と当該仕上げ圧延機の下流側に配置された加速冷却装置を備えた厚鋼板製造ラインにおいて、厚鋼板の上面全面の温度および厚鋼板の下面全面の温度を測定・解析して当該厚鋼板の材質保証を行う厚鋼板の材質保証システムであって、
前記材質保証システムは、温度測定手段と温度解析手段を備え、
前記温度測定手段は、前記仕上げ圧延機の近傍および前記加速冷却装置の近傍に配置した温度計と、前記温度計で測定した温度を収集する温度収集手段を有し、
前記温度解析手段は、前記温度収集手段で収集した温度測定値を用いて、当該厚鋼板の上面全面の温度ＭＡＰと、下面全面の温度ＭＡＰと、板厚方向の所定位置の温度ＭＡＰとを作成し、この温度ＭＡＰと、この温度ＭＡＰの作成で求めた当該厚鋼板の温度履歴と、この温度履歴に対して設定した許容範囲とから、当該厚鋼板の材質の合否判定を行うことを特徴とする厚鋼板の温度履歴による材質保証システム。

本発明によれば、仕上げ圧延され加速冷却された厚鋼板の材質を的確かつ迅速に判定・保証することができる。すなわち、本発明においては、厚鋼板の表面全面の温度分布・温度履歴に基づいて厚鋼板の材質を判定しているので、厚鋼板の板全面に亘って材質を保証することが可能になる。加えて、仕上げ圧延・加速冷却直後に、厚鋼板の板全面の温度が許容範囲に入っているか否かが判定できるため、この温度を参照して、次材以降の厚鋼板の温度を制御できる副次的効果も有しており、大量の不具合材の発生を防止することができ、厚鋼板を能率よく歩留まりも良好に製造可能であり、産業上極めて有用なものである。

前述したように、厚鋼板は、連続式加熱炉、粗圧延機、仕上げ圧延機、脱スケール装置、加速冷却装置等を通過させるため、板表面や板厚方向での温度分布が不均一となりやすい。厚鋼板の材質はその温度によって大きく左右されることから、上記通過工程での温度履歴によって、材質も不均一となりやすい。

従って、厚鋼板の材質を保証するには、板全面に亘る温度を測定する必要があり、上面全面または／および下面全面に亘る温度を評価し判定することが重要となる。

また、通過位置（各設備入側または出側）ごとの板全面温度を測定・解析して、判定をするのが好ましいが、本発明者らの検討では、特に、厚鋼板の材質に影響の大きい通過工程は仕上げ圧延機入側以降であることを把握したため、本発明では、仕上げ圧延機の近傍および加速冷却装置の近傍の温度について、厚鋼板の上面全面または／および下面全面で測定・解析することにした。

これら温度の測定・解析結果は、データ量が多いため、ＭＡＰ（温度分布図）化することによって判定が容易になり、また、コンピュータを活用することにより迅速にＭＡＰ化できて、その判定も迅速に行うことができる。

これに基づいて、本発明に係る材質保証システムは、仕上げ圧延機の近傍と加速冷却装置の近傍における厚鋼板の上面全面の温度または／および下面全面の温度を測定・解析することとし、そのための温度測定手段と温度解析手段を有し、温度測定手段により測定された厚鋼板温度から温度解析手段により厚鋼板全面温度ＭＡＰを作成し、この厚鋼板全面温度ＭＡＰと、この厚鋼板全面温度ＭＡＰの作成で求めた当該厚鋼板の温度履歴と、この温度履歴に対して設定した許容範囲とから、当該厚鋼板の材質の合否判定を行うようにしている。

本発明の詳細を以下に説明する。

まず、製造する厚鋼板が全面材質保証対象材かどうかを判定する。全面に亘り材質保証を要求される対象材とは、例えば、ラインパイプ原板、高強度鋼（造船用、ＤＱ材、タンク材、ペンストック、建産機用、建築橋梁用など）で、製造条件により材質が左右されやすい鋼板である。

全面材質保証材の場合は、厚鋼板の上面全面または／および下面全面に亘る温度を測定・解析する手段（温度測定手段と温度解析手段）を用いて、全面温度を測定・解析する。

その際に、温度測定手段によって測定された実測温度データを温度解析手段（プロセスコンピュータ）に取り入れて、実測温度データと、その実測温度データに基づいて解析・算出した解析温度データとにより、上面全面または／および下面全面の温度分布をＭＡＰ化する。これにより、各装置（仕上げ圧延機と加速冷却装置）の入側または出側における厚鋼板全体の温度が一目で把握できる。

そして、このＭＡＰ化した温度分布を用いて材質判定する際には、材料試験の実績値等に基づいて、例えば、各装置入側または出側の複数位置における温度（温度履歴）によって判定することができる。すなわち、上記複数位置のそれぞれにおける許容温度範囲を設定しておき、その許容温度範囲を組み合わせて、温度履歴の許容範囲を設けることによって、その温度履歴の許容範囲に収まった厚鋼板の部分を良品として判定し、切断して出荷することができる。

例えば、仕上げ圧延機入側、仕上げ圧延機出側、加速冷却装置入側、加速冷却装置出側について、温度分布をＭＡＰ化するとともに、そのＭＡＰ化に用いたそれぞれの装置入側または出側における温度データ（実測値または解析値）を組み合わせて、各装置入側または出側の複数位置の温度履歴を求め、一方、それぞれの装置入側または出側における許容温度範囲を組み合わせて、温度履歴の許容範囲を設定し、厚鋼板の製品ごとの材質要求レベルによって、そのＭＡＰと温度履歴の許容範囲を活用して合否判定し、該当する製品を採取するとよい。

さらに詳細に説明すると、要求の厳しい材料の場合には、これら全ての装置における入側および出側の温度をＭＡＰ化し、厚鋼板がこれら全ての装置の入側および出側を通る際の温度履歴を求めて、その温度履歴の許容範囲を設定して、厚鋼板の各部分の温度がこの温度履歴の許容範囲内となる部分から製品を採取するとよく、その製品は確実に材質を保証されたものになる。

また、製品の要求がいくらか厳しくない場合には、例えば、仕上げ圧延機出側および加速冷却装置入側および加速冷却装置出側に亘る温度履歴を求め、その温度履歴の許容範囲に収まる部分から該当する製品を採取することもできる。

さらに、製品要求が厳しくない場合は、例えば、仕上げ圧延機出側および加速冷却装置出側のみの温度履歴を求め、その温度履歴の許容範囲に収まる部分から該当する製品を採取することもできる。

すなわち、厚鋼板が通過する際に、各装置入側または出側の温度履歴を求めておいて、その温度履歴の許容範囲を設定することにより、要求される材質に応じて、適切な製品の採取が可能になるわけである。

さらに、板厚の厚い極厚鋼板や材質の厳しい鋼板においては、従来の上面全面または下面全面のみの温度測定では、板厚方向の温度分布が不明であり、これによって材質判定ができない場合もある。この場合は、厚鋼板の上面全面および下面全面に亘る温度を測定および解析し、厚鋼板の板厚方向、板幅方向、板長手方向の全てにおける温度分布について、各装置の入側および出側で把握して、板厚方向も考慮した厚鋼板内の位置において、各装置入側および出側の複数選択された位置における温度履歴を求めて、温度履歴の許容範囲を設定し、材質判定するとよい。

また、材質判定として、まず、各装置入側または出側のいずれかの位置における温度について、その位置での各温度計設置位置から選択される個別の温度しきい値（以降、温度しきい値と記す）を設定して、その温度しきい値に基づいて材質を一次判定し、加えて、他の装置入側または出側のいずれか選択された位置における温度履歴を求め、その温度履歴の許容範囲に基づいて材質の二次判定を行ってもよい。

さらに、材質判定として、まず、各装置入側または出側のいずれかの位置における温度について、その位置での温度履歴を求め、その温度履歴の許容範囲に基づいて材質を一次判定し、加えて、他の装置入側または出側のいずれか選択された位置での温度しきい値を設定して、その温度しきい値に基づいて材質の二次判定を行ってもよい。

これら本発明の一実施形態を図面に基づいて以下に説明する。

図５は、この実施形態における、厚鋼板の温度測定手段（温度計と温度収集手段）と温度解析手段を備えた材質保証システムの概要を示し、図６は、その温度測定手段の構成の一部を示す。これらの図において、１は加熱炉、２は仕上げ圧延機、３は厚鋼板、４は圧延パス間の冷却装置（制御圧延用冷却装置）、５は加速冷却装置、６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは走査型放射温度計で、６ｃは高温測定用、６ｄは低温測定用、７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは光ファイバー放射温度計で７ｃは高温測定用、７ｄは低温測定用、８は制御圧延開始温度・仕上温度収集プロセスコンピュータ、９は冷却開始温度収集プロセスコンピュータ、１０は冷却停止温度収集プロセスコンピュータ、１１は温度実績解析プロセスコンピュータ、１２は下面温度収集プロセスコンピュータ、１３は上面温度収集プロセスコンピュータを示す。但し、図では、粗圧延機、スポット型放射温度計は省略した。

仕上げ圧延機２の前後面に配置されたスポット型放射温度計（図では略）、後面に配置された走査型放射温度計６ａと光ファイバー放射温度計７ａで構成された厚鋼板温度測定手段で測定された温度は、制御圧延開始温度・仕上温度収集プロセスコンピュータ８に取り込まれる。

加速冷却装置５の前面に配置されたスポット型放射温度計（図では略）と走査型放射温度計６ｂと光ファイバー放射温度計７ｂで測定された温度は、冷却開始温度収集プロセスコンピュータ９に取り込まれる。

加速冷却装置５の後面に配置されたスポット型放射温度計（図では略）と走査型放射温度計６ｃ、６ｄと光ファイバー放射温度計７ｃ、７ｄで構成された温度測定手段で測定された温度は、冷却停止温度収集プロセスコンピュータ１０に取り込まれる。

温度収集手段は、仕上温度収集プロセスコンピュータ８、冷却開始温度収集プロセスコンピュータ９および冷却停止温度収集プロセスコンピュータ１０で構成され、各々は上面温度収集プロセスコンピュータ１３と下面温度収集プロセスコンピュータ１２で構成され、収集された厚鋼板上面温度と下面温度のそれぞれが、温度解析手段である温度実績解析プロセスコンピュータ１１に取り込まれる。

温度実績解析プロセスコンピュータ１１では、仕上げ温度収集プロセスコンピュータ８、冷却開始温度収集プロセスコンピュータ９および冷却停止温度収集プロセスコンピュータ１０で取り込まれた実測温度データと、その実測温度データに基づいて解析・算出した解析温度データとにより、上面全面または／および下面全面の温度分布をＭＡＰ化するとともに、そのＭＡＰの作成で求めた各装置を通る厚鋼板の温度履歴を、各装置入側または出側での温度履歴の許容範囲と比較し、製品ごとに該当する温度履歴の許容範囲内であれば、その厚鋼板の大板から製品採寸を行う。

図１に、この実施形態に係る厚鋼板の材質保証システムの処理フローの一例を示す。ここでは、温度実績解析プロセスコンピュータ１１に取り込まれて解析された温度測定・解析結果（温度ＭＡＰ）と、温度ＭＡＰの作成で求めた温度履歴と、その温度履歴に対して設定した許容範囲とに基づいて、製品出荷の適否判断を行うようにしている。なお、図４は、当該処理を視覚表示するためのプロセスコンピュータ画面である。

まず、上述した温度測定手段と温度解析手段で厚鋼板の上面全面温度または下面全面温度を測定・解析し（Ｓ１）、温度解析手段で厚鋼板（大板１４）の上面全面温度ＭＡＰまたは／および下面全面温度ＭＡＰを作成する（Ｓ２）。ここで、温度ＭＡＰのメッシュの大きさは用途によって適宜選定するが、できれば５０〜１０００ｍｍの範囲が好ましい。ちなみに、温度ＭＡＰのメッシュとは、鋼板全面温度ＭＡＰ作成するために、鋼板の全面を小領域に分割した際の一つの小領域のことを指す。

なお、板厚が厚い極厚鋼板等のように板厚方向の温度分布が必要な場合は、上記（Ｓ２）において、上面全面温度ＭＡＰと、下面全面温度ＭＡＰと、板厚方向特定位置の温度ＭＡＰを作成する。その際には、上記（Ｓ１）において、厚鋼板の上面全面温度および下面全面温度を測定・解析する。

次に、図４に示すように、当該大板１４に対して、材料試験用先端採取材１５、材料試験用中央部採取材１６、材料試験用尾端採取材１７、製品（小板１８、１９、２０、２１）の板取りの割り付けを行う（Ｓ３）。

次に、温度ＭＡＰの作成に用いた各装置入側または／および出側を通る厚鋼板の温度データから厚鋼板の温度履歴を求めるとともに、各装置入側または／および出側での許容温度範囲を組み合わせて温度履歴の許容範囲を設定し、温度履歴が許容範囲から外れた領域は太枠２２、２３で囲む（Ｓ４）。

なお、温度履歴の許容範囲外の太枠部分については、他の要求の厳しくない製品への転用が可能である場合は、製品に応じた採取位置を変更して割り付けし直してもよい（Ｓ５）。

そして、温度が許容温度範囲内の小板を製品として採取する（Ｓ６）。

図２に、この実施形態に係る厚鋼板の材質保証システムの処理フローの他の例を示す。

ここでは、図２に示すように、全面温度測定・解析（Ｓ１）、温度ＭＡＰ作成（Ｓ２）、製品位置および試験片位置の割り付け（Ｓ３）を図１と同様に行い、その後、一次判定として、各装置入側または出側の特定位置における温度について、温度しきい値を設定して材質判定を行い、この温度しきい値を外れた領域を太枠で表示する（Ｓ７）。その後に、二次判定として、この太枠部分について、少なくとも一部は上記の温度しきい値より広い許容範囲を有する温度履歴許容範囲を採用し、各装置入側または出側の複数位置での温度履歴を求めて、上記の温度履歴許容範囲に基づいて製品採取位置を決め（Ｓ８）、要求の厳しくない製品への転用も可能である。

そして、一次判定で温度が温度しきい値内であった小板と、二次判定で温度履歴が温度履歴許容範囲内であった小板とを製品として採取する（Ｓ９）。

図３に、この実施形態に係る厚鋼板の材質保証システムの処理フローの他の例を示す。

ここでは、図３に示すように、全面温度測定・解析（Ｓ１）、温度ＭＡＰ作成（Ｓ２）、製品位置および試験片位置の割り付け（Ｓ３）を図１と同様に行い、その後、一次判定として、各装置入側または出側を通る温度履歴を求め、各装置入側または出側の許容温度範囲を組み合わせた温度履歴許容範囲を設定して材質判定し、温度履歴が温度履歴許容範囲から外れた領域を太枠で表示する（Ｓ１０）。その後に、二次判定として、この太枠部分について、少なくとも一部は上記の温度履歴許容範囲より広い許容範囲を有する温度しきい値を新たに採用して、各装置入側または出側の特定位置における温度と、上記の温度しきい値に基づいて製品採取位置を決め（Ｓ１１）、要求の厳しくない製品への転用も可能である。

そして、一次判定で温度履歴が温度履歴許容範囲内であった小板と、二次判定で温度が温度しきい値内であった小板とを製品として採取する（Ｓ１２）。

このようにして、この実施形態に係る厚鋼板の材質保証システムは、精度良く測定・解析された厚鋼板全面の温度分布をＭＡＰ化して用いて、かつ、温度実績値（温度実測値）を基に材質予測を行うので、全面材質保証された製品を出荷することが可能である。また、形状（平坦度等）も全面に亘って保証することも可能となる。

従来の材質判定・保証方法では、大板から採取した製品の中に材質不良部分がある程度（例えば０．８％程度）混入して、大板から製品を作り直さざるを得ず、再度製品を採取し直すための手間が掛かり、また、採取し直した残材はスクラップとせざるを得ず、著しく歩留まりを低下させていたが、この実施形態によれば、材質判定における材質不良部分がほぼ零と著しく低減して、かつ、採取した製品は確実に材質保証が可能である。

本発明の一実施形態の処理フローの一例を示す図。本発明の一実施形態の処理フローの他の例を示す図。本発明の一実施形態の処理フローの他の例を示す図。本発明の一実施形態におけるプロセスコンピュータ画面を示す図。本発明の一実施形態に係る材質保証システムの概要を示す図。図５に示した材質保証システムの一部を説明する図。

符号の説明

１加熱炉
２仕上げ圧延機
３鋼板
４圧延パス間冷却装置
５加速冷却装置
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ幅方向走査型放射温度計
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ光ファイバー放射温度計
８制御圧延開始温度・仕上げ温度収集プロセスコンピュータ
９冷却開始温度収集プロセスコンピュータ
１０冷却停止温度収集プロセスコンピュータ
１１温度実績解析プロセスコンピュータ
１２下面温度収集プロセスコンピュータ
１３上面温度収集プロセスコンピュータ
１４大板
１５、１６、１７材料試験用採取材
１８、１９、２０、２１小板
２２、２３温度履歴が許容範囲から外れた領域（太枠表示）

Claims

仕上げ圧延機と当該仕上げ圧延機の下流側に配置された加速冷却装置を備えた厚鋼板製造ラインにおいて、厚鋼板の上面全面の温度および厚鋼板の下面全面の温度を測定・解析して当該厚鋼板の材質保証を行う厚鋼板の材質保証システムであって、
前記材質保証システムは、温度測定手段と温度解析手段を備え、
前記温度測定手段は、前記仕上げ圧延機の近傍および前記加速冷却装置の近傍に配置した温度計と、前記温度計で測定した温度を収集する温度収集手段を有し、
前記温度解析手段は、前記温度収集手段で収集した温度測定値を用いて、当該厚鋼板の上面全面の温度ＭＡＰと、下面全面の温度ＭＡＰと、板厚方向の所定位置の温度ＭＡＰとを作成し、この温度ＭＡＰと、この温度ＭＡＰの作成で求めた当該厚鋼板の温度履歴と、この温度履歴に対して設定した許容範囲とから、当該厚鋼板の材質の合否判定を行うことを特徴とする厚鋼板の温度履歴による材質保証システム。