JP2006239696A - 熱延鋼板の材質バラツキ低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バラツキの少ない熱延鋼板を得る熱延鋼板の材質バラツキ低減方法を提供する。
【解決手段】製鋼工程後スラブ加熱を行い、スラブ加熱終了後、下記の工程を有する材質のバラツキ制御を行い、次いで、圧延、冷却を行うことで熱延鋼板の材質のバラツキを低減する。
（１）過去に製造した熱延鋼板毎に、鋼板成分と操業条件の実績値、及び、材質実績値を事例として蓄積する製造情報記憶工程と、
（２）入力される鋼板成分及び操業条件の指示値に基づいて熱延鋼板を製造した時に得られる材質を、前記製造情報記憶工程において蓄積されたデータを利用して推定する熱延鋼板材質推定工程と、
（３）要求仕様、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績を取得し、前記材質推定工程により出力された材質推定値とその推定誤差から、要求仕様を満足する熱延鋼板を製造することが可能な圧延及び冷却の操業条件の指示値を出力する製品品質制御工程
【選択図】なし

Description

本発明は熱間圧延製品の材質バラツキを低減する製造方法に関するものである。

通常、客先から製品の発注があると、機械試験特性値範囲などの客先の製品に対する要求仕様から製品を製造するための製造条件すなわち製造仕様設計を決定し、製品を製造する。そして、従来の熱間圧延製品の製造仕様設計は、製鋼工程における成分仕様、熱延工程における温度仕様等の製造仕様範囲が工程毎に個別に設計、規定されており、最終製品の材質バラツキが生じた場合は、各製造工程における製造仕様因子の実績のバラツキの影響を包含したものとなっていた。

これに対し、バラツキを低減するために、例えば、製造の途中において、それまでの工程（上工程）での製造実績が品質設計で決定した指示値と異なった場合、それ以降の工程（下工程）で品質設計で決定したとおりに製造すると要求仕様を満足する品質が得られないので、製造の途中で、上工程の製造実績を元に、要求仕様を満足するように下工程の製造条件指示値を変える方法がとられている。

しかしながら、従来の方法は、過去の製造実績を基に材質の推定値を出力するだけで、その推定誤差をも評価するものではない。従って、材質推定値から決定される下工程の製造条件を用いて製品を製造したとしても、その製品が必ずしも要求仕様を満足するとは限らないという問題がある。

さらに、最近では、自動車メーカーを主体とする高張力鋼板の大量採用の動向にともない、プレス成型部品の生産時に熱延製品素材の材質（おもにYP、TS）のバラツキが大きいためにプレス品の形状凍結性の再現性が低くなり、プレス工程の生産性を劣化させるという問題が指摘されている。

本発明は、かかる事情に鑑み、バラツキの少ない熱延鋼板を得ることができる熱延鋼板の材質バラツキ低減方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、検討を行った結果、スラブ加熱終了後、圧延、冷却前にバラツキ制御を行い、この制御結果に基づき、圧延、冷却を行い、さらには、その制御においては、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績を基とする材質推定値とその推定誤差から、要求仕様を満足する熱延鋼板を製造することが可能な圧延及び冷却の操業条件の指示値を出力することがバラツキ低減に対して有効であることを見出した。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

［１］製鋼工程、スラブ加熱、圧延、冷却からなる熱延工程を経て熱延鋼板を製造するに際し、スラブ加熱終了後、下記の工程を有する材質のバラツキ制御を行い、次いで、圧延、冷却を行うことを特徴とする熱延鋼板の材質バラツキ低減方法。

（１）過去に製造した熱延鋼板毎に、鋼板成分と操業条件の実績値、及び、材質実績値を事例として蓄積する製造情報記憶工程と、
（２）入力される鋼板成分及び操業条件の指示値に基づいて熱延鋼板を製造した時に得られる材質を、前記製造情報記憶工程において蓄積されたデータを利用して推定する熱延鋼板材質推定工程と、
（３）要求仕様、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績を取得し、前記材質推定工程により出力された材質推定値とその推定誤差から、要求仕様を満足する熱延鋼板を製造することが可能な圧延及び冷却の操業条件の指示値を出力する製品品質制御工程
［２］前記［１］の製品品質制御工程において、オンラインフィ−ドフォワ−ド制御により、圧延及び冷却の操業条件を決定することを特徴とする熱延鋼板の材質バラツキ低減方法。

［３］前記［１］または［２］において、前記製造情報記憶工程では、最新のデ−タを用いて更新され、前記熱延鋼板材質推定工程において材質を推定するのに用いられることを特徴とする熱延鋼板の材質バラツキ低減方法。

なお、本発明において、「冷却」とは、圧延後の冷却を指し、自然放冷（圧延まま）および強制冷却を含むものとする。

本発明により、材質のバラツキが飛躍的に低減された熱延鋼板を得ることが可能となる。本発明は高張力鋼板に対しても適用され、高張力鋼板を使用した場合に問題となっていたプレス成型時に素材コイル変更毎に発生していたバラツキによる生産性の低下も、本発明の方法により解消される。

さらに、材質バラツキの低減により、成分設計の段階で、より狭い範囲の材質分布を前提とできるためMn、Ti等の成分削減が可能となる。

さらに、本発明は、データベースを使用して製造実績と製品材質の関係を常時反映した製造方法であるため、長期的な製造能力の変化による製品設計仕様の陳腐化による歩留り低下が防止できる。

本発明は、製鋼工程、スラブ加熱、圧延、冷却からなる熱延工程を経て熱延鋼板を製造するに際し、スラブ加熱終了後、バラツキ制御を行い、次いで、圧延、冷却を行うことを特徴とする。そして、前記バラツキ制御は、（１）過去に製造した熱延鋼板毎に、鋼板成分と操業条件の実績値、及び、材質実績値を事例として蓄積する製造情報記憶工程と、（２）入力される鋼板成分及び操業条件の指示値に基づいて熱延鋼板を製造した時に得られる材質を、前記製造情報記憶工程において蓄積されたデータを利用して推定する熱延鋼板材質推定工程と、（３）要求仕様、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績を取得し、前記材質推定工程により出力された材質推定値とその推定誤差から、要求仕様を満足する熱延鋼板を製造することが可能な圧延及び冷却の操業条件の指示値を出力する製品品質制御工程とからなることをさらなる特徴とする。このように、本発明は、前工程（製鋼及びスラブ加熱）において得られた製造実績をもとに後工程（圧延、冷却）での製造仕様を決定することにより、前工程での製造実績のバラツキの製品材質への影響を排除するものである。
ここで、熱延鋼板を得るまでの製鋼工程、熱延工程における材質の支配因子となる製造仕様項目としては、成分、板厚、加熱時間、加熱温度、仕上げ入側温度、仕上げ出側温度、冷却速度、冷却停止温度、等が上げられる。従来の方法では、鋼板の材質バラツキは上記各製造因子の製造実績のバラツキの重畳現象として発現するが、本発明では、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績を使用して圧延、冷却の製造条件を決定するため、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績の製造実績によるバラツキ分を排除することになり、熱延鋼板材質のバラツキを飛躍的に低減することになる。また、製鋼工程においては、製品歩留り確保の観点から材質バラツキの上下限を考慮した成分範囲が規定されているが、材質バラツキの低減が達成されることでより狭い範囲の材質分布が可能となり、成分削減等の経済的メリットが享受できることになる。さらに、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績を用いて、圧延、冷却の操業条件を再設定するように制御されているため、その時の状況に応じて、最適化された操業条件を選択することが可能となる。

また、製品品質制御工程において、圧延及び冷却の操業条件を決定するに際しては、オンラインフィ−ドフォワ−ド制御を用いることが好ましい。オンラインフィ−ドフォワ−ド制御により、材質の支配因子である圧延、冷却工程の操業条件を決定することによって熱延製品の材質バラツキがより一層低減される。

なお、オンラインフィ−ドフォワ−ド制御とは、製品品質決定までの製造工程を,製鋼-加熱-粗圧延-仕上げ圧延-前半冷却-後半冷却のようにゾーン分割し、各ゾーンでの操業条件の指示値を前ゾーンまでの当該材の実績を用いてその都度計算機により出力する手法である。

さらに、前記製造情報記憶工程では、最新のデ−タを用いて更新され、前記熱延鋼板材質推定工程において材質を推定するのに用いるのが好ましい。このように、製造された最終製品の製造実績と製品の材質のデータが、遂次、データベースに格納し蓄積されることにより、次回製造材の圧延-冷却仕様決定のための材質予測モデルの再構築に使用することが可能となる。そして、材質予測モデルの定期的再構築機能を有することにより設備の製造実力の経時変化を追従することが可能となる。

次に、上記バラツキ制御方法について、詳細に説明する。

製造情報記憶工程
過去に製造した熱延鋼板毎に、鋼板成分と、加熱、圧延、冷却等の操業条件の実績値、及び、製品の材料試験で得られる機械試験特性値等の材質実績値を事例として蓄積する。例えば、具体的には、製品毎の素材成分の指示値と実績値、操業条件の指示値と実績値、及び材質実績値が記載された表形式のデータベースとすることができる。

熱延鋼板材質推定工程
入力される鋼板成分及び操業条件の指示値に基づいて熱延鋼板を製造した時に得られる製品材質を、前記製造情報記憶工程において蓄積されたデータを利用して推定する。

製品品質制御工程
要求仕様、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績を取得し、前記材質推定工程により出力された材質推定値とその推定誤差（過去のデータベースから求めた推定値と実績値の差の統計量）から、要求仕様を満足する熱延鋼板を製造することが可能な圧延及び冷却の操業条件の指示値を出力する。すなわち、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績の誤差及び材質モデルの誤差を加味して、圧延、冷却の操業条件の指示値を変化させて要求仕様を満足するように出力するものである。

具体的には、対象材は熱延工程加熱炉からの抽出時に、製鋼工程での成分実績と製品仕様である板厚、当該加熱炉での加熱時間と加熱温度を用いて圧延-冷却仕様（仕上げ入側温度、仕上げ出側温度、圧延速度、冷却速度、冷却停止温度）が決定される。

また、圧延-冷却仕様の決定手段としては、固定の解析モデル式による簡易出力を用いることも可能であるが、遂次当該ラインでの全製造実績と完成製品材質の結果を取り込むデータベースを活用した予測モデルを再構築し、予測計算を実施することが望ましい。

製鋼工程、熱延工程を経て熱延鋼板を製造するにあたり、スラブ加熱後、本発明の方法によるバラツキ制御を行い、本発明の590MPa級汎用高張力熱延鋼板を製造した。制御を行うにあたっての条件を下記に示す。

製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績：成分、加熱時間、加熱温度および板厚
データベースを使用して決定した圧延及び冷却の操業条件：仕上げ入側温度、仕上げ出側温度、圧延速度、冷却速度、冷却停止温度
一方、比較例として、本発明のバラツキ制御を行わず、通常の製鋼工程、熱延工程を経ることにより、590MPa級汎用高張力熱延鋼板を製造した。

上記により得られた本発明例及び比較例の高張力熱延鋼板に対して、製品強度(TS)の標準偏差（１σ）を測定した。なお、製品強度(TS)の標準偏差（１σ）は各製品単位に定められる代表位置にて採取された試験片を用いてJISZ2241に準拠した引張り試験により求めた。

以上の結果、比較例では、製品強度(TS)の標準偏差（１σ）＝24.5MPaであったのに対し、本発明例では、製品強度の標準偏差＝13.9MPaであった。そして、本発明により43％のTS 標準偏差の低減が達成可能となった。

実施例１と同様にして540MPa級高張力熱延鋼板を製造した。本実施例では、オンラインフィードフォワード制御により材質制御を実施した。

現状のバラツキは、あらかじめ定められた冷却停止温度にて製造した結果（比較例）、TＳの標準偏差は31.1MPaとなっていた。

これに対し、本発明例では、TS目標値と前工程での当該材の実績値、成分実績、加熱実績を制御器へ入力することにより当該材への最適な冷却停止温度が出力されることにより、TSの標準偏差は26.2MPaに低減された。

例えば、高張力鋼板など、バラツキの低減が不可欠な用途にも、本発明の熱延鋼板の材質バラツキ低減方法が適用できる。

Claims (3)

1. 製鋼工程、スラブ加熱、圧延、冷却からなる熱延工程を経て熱延鋼板を製造するに際し、
   スラブ加熱終了後、下記の工程を有する材質のバラツキ制御を行い、次いで、圧延、冷却を行うことを特徴とする熱延鋼板の材質バラツキ低減方法。
   （１）過去に製造した熱延鋼板毎に、鋼板成分と操業条件の実績値、及び、材質実績値を事例として蓄積する製造情報記憶工程と、
   （２）入力される鋼板成分及び操業条件の指示値に基づいて熱延鋼板を製造した時に得られる材質を、前記製造情報記憶工程において蓄積されたデータを利用して推定する熱延鋼板材質推定工程と、
   （３）要求仕様、製鋼工程での成分実績及び熱延工程におけるスラブ加熱実績を取得し、前記材質推定工程により出力された材質推定値とその推定誤差から、要求仕様を満足する熱延鋼板を製造することが可能な圧延及び冷却の操業条件の指示値を出力する製品品質制御工程
2. 前記製品品質制御工程において、オンラインフィ−ドフォワ−ド制御により、圧延及び冷却の操業条件を決定することを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板の材質バラツキ低減方法。
3. 前記製造情報記憶工程では、最新のデ−タを用いて更新され、前記熱延鋼板材質推定工程において材質を推定するのに用いられることを特徴とする請求項１または２に記載の熱延鋼板の材質バラツキ低減方法。