JP2006177779A

JP2006177779A - 鋼材の品質判定方法

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Publication number: JP2006177779A
Application number: JP2004371429A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kuroki; 高志黒木; Naoki Nakada; 直樹中田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: JP4682614B2

Abstract

【課題】熱間鋼材の表面温度の内、適切な判定部位の温度を取り込んで高精度な品質判定を行うことを可能にした鋼材の品質判定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計により測定し、その温度分布から温度データを採取する点を、材質を保証する品質管理点（クォータ部）よりも幅方向に３〜１５％内側にずらした位置とし、その位置の温度に基づいて品質判定を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は鋼材の品質判定方法に関し、特に、熱間鋼材の幅方向の表面温度分布から品質管理のための温度データを採取する方法に関する。

熱間圧延を行った鋼材の強度などの品質判定は、温度測定値を用いて行うことが多い。例えば、厚板やＨ形鋼などの鋼材の製造では、熱間仕上圧延後に水冷を行い、その後に温度を測定し、測定値が許容範囲内であれば、品質が良好であると判定している。厚板では、最エッジを除く板幅方向全ての部分を品質管理対象とするために、放射温度計を用いて板幅方向温度分布測定を行っている。Ｈ形鋼では、強度を保証するフランジ部分の温度分布を測定し、その温度分布から代表部分、例えばフランジ端部からフランジ幅の１／４内側の部分（以下、クォータ部とよぶ）の温度を求めて品質管理を行っている。

連続して測定する温度分布データからは、図３に示されるようにしきい値を設け、温度データの立上がりと立下がり部分を熱間鋼材の両端部と見なし、その間に採取した温度データを温度分布として認識する場合が一般的である。例えばクォータ部の温度は、温度データの総数の１／４にあたる順番のデータとしている。

Ｈ形鋼では、肉厚の薄いウェブが先に冷えてフランジとの温度差が極度に大きくなると、ウェブ波が発生する。こうなると製品として出荷できなくなるので、温度差の拡大を防ぐためにフランジの外側中央、すなわちウェブの付け根であるフィレット部分を特に集中的に冷却する場合がある。このような場合には、フランジの幅方向の温度分布は図３に示されるような凹型になる。

放射温度計による温度測定では、温度の応答の立ち上がりや立ち下がりにある程度の時間がかかることから、端部の急激な温度変化、すなわち鋼材がない部分から鋼材端部への温度の立ち上がり、あるいは鋼材端部から鋼材がない部分への温度の立ち下がりを正確にとらえることができない。したがって、端部温度の立ち上がりや立ち下がり部分を相対的に広めに計測してしまう。このような場合には、例えばフィレットを水冷した後のＨ形鋼のフランジ温度分布は図３に示されるように凹型となるが、クォータ部の位置を実際より外側に、温度を実際よりも高めに認識してしまうという問題があった。

そして、実際よりも高めに測定してしまった測定値が許容範囲に入っていなければ、その部分を温度不良と判定し、切り出して引張試験などの材料試験を行っていた。材料試験を行う場合には、製品の歩留まりが悪化する上、その結果が出るまでは製品が倉庫内に滞留するという問題が発生する。滞留する材料が多くなると、圧延の操業そのものを停止せざるを得なくなる状況が発生するという問題も発生していた。

上述のように、温度を認識する位置がずれていることが原因で温度不良と判定される場合が多いが、材料試験を行っても実際の強度は全く問題ないという場合も多かった。温度判定の精度が悪いので、不必要な材料試験が数多く行われることになり、歩留まりが低下するばかりかコストがかかるという問題もあった。

これに対し、許容温度範囲を広めるという対策も考えられるが、実際に許容温度範囲からはずれた場合を見逃すことになるので問題があった。ところで、放射温度計が端部を相対的に広めに計測してしまうという傾向は、温度計からの距離によっても異なるということが、本発明者らの研究によって明らかになった。Ｈ形鋼の左右のフランジ冷却を全く同一とし、同一の温度分布が得られたとしても、測定距離が異なると測定値も異なってしまう。こうなると、温度と材質の対応にばらつきが大きくなるので、材質が許容範囲を超えた部分を絶対に見逃さないように、温度の許容範囲をより狭くし、温度不良と判定された部分に対して数多く材料試験を行うということをせざるを得なかった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、熱間鋼材の表面温度の内、適切な判定部位の温度を取り込んで高精度な品質判定を行うことを可能にした鋼材の品質判定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る鋼材の品質判定方法は、熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計により測定し、その温度分布から温度データを採取する点を、材質を保証する品質管理点（クォータ部）よりも幅方向に３〜１５％内側にずらした位置とし、その位置の温度に基づいて品質判定を行う。

また、本発明に係る鋼材の品質判定方法は、熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計により測定し、鋼材端部を認識する温度しきい値を、前記温度計と鋼材間の距離に応じた値に設定し、そのしきい値より温度が高い領域の温度分布に基づいて品質判定を行う。

また、本発明に係る鋼材の品質判定方法は、熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計により測定し、その温度分布から温度データを採取する点を、前記温度計と鋼材間の距離に応じて変更して、その採取点の温度に基づいて品質判定を行う。

また、本発明に係る鋼材の品質判定方法は、熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計で測定し、凹型となる温度分布の温度極大と温度極小の位置に基づいて温度データを採取する点を求め、その採取点の温度に基づいて品質判定を行う。

また、本発明に係る鋼材の品質判定方法は、熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計で測定し、凹型となる温度分布の温度極大値と温度極小値に基づいて採取する温度を求め、その温度に基づいて品質判定を行う。

また、本発明に係る鋼材の品質判定方法は、熱間鋼材の上下又は左右の両面の幅方向温度分布を同時に測定して品質判定する際に、上記のいずれかの方法で鋼材両面の品質判定を行う。

また、本発明に係る鋼材の品質判定方法は、熱間圧延後のＨ形鋼を搬送するラインが２つ以上ある設備において、そのラインの外側からＨ形鋼の左右のフランジの幅方向温度分布を同時に測定して品質判定する際に、上記のいずれかの方法でフランジ両面の品質判定を行う。

本発明によれば、熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計で測定し、その表面温度分布の内、放射温度計の出力特性を考慮して温度データを採取する点（即ち温度判定位置）を求め、その採取点（温度判定位置）の温度に基づいて品質判定を行うようにしたので、高精度な品質判定が可能になっており、生産性が向上する。

図１は本発明の一実施形態に係る鋼材の品質判定方法が適用されたＨ形鋼の製造設備の構成図であり、図２はＨ形鋼と温度計Ａ及び温度計Ｂとの相対的な位置関係を示した説明図である。この製造設備においては、粗圧延機１０、冷却設備１１、仕上圧延機１２及び冷却設備１３が直列に配置されている。仕上圧延機１２の入側には１対の仕上入側温度計２１，２２が配置されており、冷却設備１３の出側にはＨ形鋼２０のフランジの表面温度分布を測定するための温度計Ａ２３及び温度計Ｂ２４が配置されている。これらの温度計２１〜２４には何れも放射温度計が用いられている。温度計Ａ２３及び温度計Ｂ２４は、図２に示されるように、ガイド１５に設けられた狭い幅のスリット（図示せず）から、テーブルローラー１４上のＨ形鋼２０の左右のフランジをそれぞれ覗いて、フランジ幅方向の温度分布を測定する。

図１の製造設備において、Ｈ形鋼は粗圧延機１０によって粗圧延された後、冷却設備１１によりフランジ外面に冷却水が供給されて冷却され、更に、仕上圧延機１２によって仕上圧延され、その後に、冷却設備１３にてフランジ外面に冷却水が供給されて冷却される。そして、冷却設備１３の下流側では、図示しない熱間鋸断機にて鋸断が行われる。

フランジの両面の幅方向温度分布は、仕上圧延機１２による仕上圧延前と冷却設備１３による水冷後に、１対の仕上入側温度計２１，２２及び温度計Ａ２３及び温度計Ｂ２４によりそれぞれ測定される。この温度計２１〜２４は連続的にスキャンするが、或る温度（しきい値）以上の指示が出力された際に材料を認識し、連続的に取れた温度データを温度分布として認識する。このしきい値を、以下、単に温度しきい値とよぶことにする。この温度分布の測定より、例えば図３に示されるような温度分布の温度データが得られる。仕上入側温度計２１，２２、温度計Ａ２３及び温度計Ｂ２４の各出力（フランジの幅方向の温度分布の温度データ）はコンピュータ２５に取り込まれ、Ｈ形鋼の品質判定等の処理がなされる。

コンピュータ２５は、温度計Ａ２３及び温度計Ｂ２４からのフランジの幅方向の温度分布の温度データから後述の実施例において詳細に述べているようにして（後述の実施例１〜３参照）、温度判定位置の温度を抽出し、その温度に基づいて鋼材の品質評価を行っている。どのようにＨ形鋼の温度判定位置を特定しているかは後述の実施例１〜３において説明する。なお、本発明において、品質管理点とは実際の製品の材質を保証する点（クォータ部）を意味している。また、温度判定位置とは実際の品質管理点での温度として処理される温度データを採取するための位置（部位）であり、放射温度計の出力特性を考慮して決められる。このため、放射温度計による測定条件等によって変わる。

本発明の実施例として、仕上圧延機１２による熱間仕上圧延後に、ウェブ高さ７００ｍｍ、ウェブ厚９ｍｍ、フランジ幅２００ｍｍ、フランジ厚２２ｍｍのＨ型鋼のフランジ外面に冷却設備１３にて冷却水を供給し、その後、搬送ラインにて温度計Ａ２３，温度計Ｂ２４によりフランジ両面の温度分布を測定する場合について説明する。

図１に示されたＨ形鋼の製造設備において、温度計Ａ２３、Ｂ２４とＨ形鋼の相対的な位置関係は図２に示されるようになっており、測定距離は温度計Ａ２３が２ｍ、温度計Ｂ２４が６ｍであった。それぞれがガイド１５に設けられた狭い幅のスリット（図示せず）からフランジ面を覗いてフランジ幅方向、図２の例では上下方向の温度分布を測定している。

比較例１は温度しきい値を３５０℃とする従来の技術であり、実施例１〜３は本発明が適用された実施例である。実施例１では、遠い方の温度計Ｂ２４で測定する場合で温度しきい値を４５０℃とした。実施例２では、温度計Ａ２３による温度分布Ａの温度判定位置をフランジ端から３０％内側、温度計Ｂ２４による温度分布の温度判定位置をフランジ端から３５％内側の位置とした。実施例３では、凹型となる温度分布の内、温度判定位置を温度極大位置と温度極小位置の中間位置として認識して処理を行った。

いずれの場合も、粗圧延後及び仕上圧延後に冷却設備１１，１３おいてフランジ中央部分１６０ｍｍの幅に対してスプレー冷却を行い、フランジの左右両面（温度計Ａ及びＢ側）ともに幅方向中央部の表面温度を６００℃とした場合について比較する。温度データの採取点である温度判定位置は、フランジ左右面（温度計Ａ及びＢ側）の上下のクォータ部（又はそれに補正を加えた位置）Ｑ_A1，Ｑ_A2，Ｑ_B1，Ｑ_B2の４点とし、各温度計により測定した温度分布からクォータ部４点の温度を抽出して出力している。クォータ部で目的の材質（強度及び伸び）を得るための温度の許容範囲は、例えば５６０〜６８０℃であり、測定値が許容範囲内に入らない場合には、温度不良判定材として認識し、製品の一部（クォータ部）を切り出して材料試験を行った。

比較例１では、放射温度計で測定する温度分布は、端部温度の立ち上がり、立ち下がりの範囲が相対的に広く、温度極大位置が実際よりも内側となった。遠い方の温度計Ｂ２３で測定された温度分布Ｂでは、特にその傾向が強かった。温度分布及び温度判定位置（比較例１の温度判定位置はクオータ部と一致）であるＱ_A1，Ｑ_A2，Ｑ_B1，Ｑ_B2の温度は、図４（ａ）に示されるようになった。すなわちＱ_A1，Ｑ_A2は６４０±３０℃（以下±は、測定値の９０％がおさまるばらつきを表す）であるのに対し、Ｑ_B1，Ｑ_B2は６７０±３０℃と測定された。６８０℃を超える部分が多く、温度不良判定が４０％にもなった。材料試験結果がわかるまでは製品倉庫で滞留するので、物流が混乱するという問題点が発生した。温度不良判定材のうち、実際に材質不良であったのは２．５％であり、品質不良材を出荷するのを防止するためとはいえ、極めて効率が悪い品質管理を行っていたことになる。

実施例１では、温度分布Ａは比較例１と変わらなかったが、温度計Ｂ２４の温度しきい値を４５０℃まで上げたため、温度分布Ｂでの立ち上がり立ち下がり部分がやや小さくなった。温度分布及び温度判定位置（比較例１の温度判定位置はクォータ部と一致）であるＱ_A1，Ｑ_A2，Ｑ_B1，Ｑ_B2の温度は、図４（ｂ）に示されるようになった。すなわちＱ_A1，Ｑ_A2は６４０±３０℃であるのに対し、Ｑ_B1，Ｑ_B2は６５５±３０℃と測定された。６８０℃を超える部分がいくらか少なくなり、温度不良判定は１０％に低下した。材質不良的中率は１０％であり、比較例１よりは品質管理の効率がよくなった。

実施例２では、温度分布Ａでの温度判定位置を端部から３０％の位置とし、温度分布Ｂでの温度判定位置を端部から３５％の位置として処理した。したがって、実施例２の温度判定位置はクオータ部より内側に位置することになる。温度分布及び温度判定位置であるＱ_A1，Ｑ_A2，Ｑ_B1，Ｑ_B2の温度は、図４（ｃ）に示されるようになった。すなわちＱ_Al，Ｑ_A2，Ｑ_B1，Ｑ_B2は６３０±３０℃と測定された。６８０℃を超えて測定される場合がまれにあるだけで、温度不良判定は２％に低下した。材質不良的中率は５０％であり、比較例及び実施例１よりも品質管理の効率が飛躍的によくなった。不必要な材料試験の数が減ったので、歩留まりが向上し、コストを削減させることができた。

実施例３では、温度分布Ａ，Ｂともに、温度判定位置を極大位置と極小位置の中間位置とし、温度判定位置の温度をその中間位置における温度として処理した。温度分布及び温度判定位置であるＱ_A1，Ｑ_A2，Ｑ_B1，Ｑ_B2の温度は、図４（ｄ）に示されるようになった。すなわちＱ_A1，Ｑ_A2，Ｑ_B1，Ｑ_B2は３０±６３０℃と測定された。実施例２と同様に、温度不良判定は２％に低下した。材質不良的中率は５０％であり、比較例及び実施例１に比べて不必要な材料試験の数が減ったので、歩留まりが向上し、コストを削減させることができた。

なお、実施例１〜３では温度不良判定が１０％以下であったので、物流の混乱は全く発生しなかった。

また、上記の実施例では、Ｈ形鋼のフランジ両面の温度分布を、距離が異なる２つの放射温度計にて測定し、品質を管理する方法について示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、フランジの片面だけを測定する場合であっても、あるいは２つの温度計を同じ距離に設置した場合であっても、後述の実施例１〜３を適用すれば、程度の差はあるものの、精度の高い品質管理が行われる。

また、実施例２では、温度分布上で品質判定を行う温度判定位置（定義点）は材質を保証する実際の品質管理点（クオータ部）よりもフランジ幅の５〜１０％内側に補正したが、フランジ幅の３〜１５％の範囲であればよい。測定距離が本発明の実施例よりも短い場合、例えば１．５ｍの場合は、その比率を小さくして３％としてもよい。ちなみに、補正が３％より小さければ補正の意味をなさず、本発明の効果はほとんど得られないし、１５％を超えると中央部温度と区別がつかなくなるので本発明の意味をなさなくなる。

また、実施例３では、温度判定位置を温度分布の極大位置と極小位置の内挿によって求めたが、品質管理点の温度を温度分布の極大値と極小値から内挿によって直接求めるようにしてもよい。さらには、Ｈ形鋼以外の形鋼の製造で適用してもよいし、また厚板の製造などにおいても適用してもよい。また、上記の例は何れも搬送ラインが１つの例であるが、搬送ラインが２ライン以上ある設備においても本発明は同様に適用される。

図５は２つの搬送ラインが設けられている場合におけるＨ形鋼と温度計Ａ及び温度計Ｂとの関係を示した説明図である。図５の例は、例えばＨ形鋼２０が冷却設備１３の下流側に２つの搬送ライン（テーブルローラー１４，１４ａ）が設けられていて、冷却設備１３で冷却されたＨ形鋼２０が何れか一方の搬送ラインに送り出されるような構成を前提としており、温度計Ａ２３及び温度計Ｂ２４により何れか一方の搬送ラインのＨ形鋼２０のフランジの幅方向の温度分布をガイド１５及び１５ａのスリット（図示せず）を介して測定する。温度計Ａ２３及び温度計Ｂ２４からのフランジの幅方向の温度分布の温度データに基づいて、品質管理点の温度を抽出し、その温度に基づいて鋼材の品質評価を行うが、それは上記の実施例１〜実施例３と同様である。

Ｈ形鋼の製造設備の概略図。Ｈ形鋼と温度計Ａ，Ｂとの相対関係の例を示した説明図。Ｈ形鋼のフランジの幅方向の温度分布を示した図。Ｈ形鋼のフランジの幅方向の温度分布データと温度判定位置とを表した図。Ｈ形鋼と温度計Ａ，Ｂとの相対関係の他の例を示した説明図。

符号の説明

１０粗圧延機、１１冷却設備、１２仕上圧延機、１３冷却設備、１５ガイド、
２０Ｈ形鋼、２１，２２仕上入側温度計、２３温度計Ａ、２４温度計Ｂ。

Claims

熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計により測定し、その温度分布から温度データを採取する点を、材質を保証する品質管理点よりも幅方向に３〜１５％内側にずらした位置とし、その位置の温度に基づいて品質判定を行うことを特徴とする鋼材の品質判定方法。
熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計により測定し、その温度分布の鋼材端部を認識する温度しきい値を前記温度計と鋼材間の距離に応じた値に設定し、そのしきい値より温度が高い領域の温度分布に基づいて品質判定を行うことを特徴とする鋼材の品質判定方法。
熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計により測定し、その温度分布から温度データを採取する点を前記温度計と鋼材間の距離に応じて変更して、その採取点の温度に基づいて品質判定を行うことを特徴とする鋼材の品質判定方法。
熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計で測定し、凹型となる温度分布の温度極大と温度極小の位置に基づいて温度データを採取する点を求め、その採取点の温度に基づいて品質判定を行うことを特徴とする鋼材の品質判定方法。
熱間鋼材の幅方向の表面温度分布を放射温度計で測定し、凹型となる温度分布の温度極大値と温度極小値に基づいて採取する温度を求め、その温度に基づいて品質判定を行うことを特徴とする鋼材の品質判定方法。
熱間鋼材の上下又は左右の両面の幅方向温度分布を同時に測定して品質判定する際に、請求項１〜５のいずれかの方法で鋼材両面の品質判定を行うことを特徴とする鋼材の品質判定方法。
熱間圧延後のＨ形鋼を搬送するラインが２つ以上ある設備において、前記ラインの外側からＨ形鋼の左右のフランジの幅方向温度分布を同時に測定して品質判定する際に、請求項１〜５のいずれかの方法でフランジ両面の品質判定を行うことを特徴とする鋼材の品質判定方法。