JP2007222922A - 線状加熱方法及び線状加熱制御システム - Google Patents

線状加熱方法及び線状加熱制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】線状加熱曲げ加工の施工において、目標とする曲げ変形量を容易に、しかも、確実に得る事のできる線状加熱方法を提供することを目的とする。
【解決手段】鋼板の目標曲げ変形量(例えば、0.5mm/m)と、予め求めた鋼板の降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係とで前記鋼板に対する線状加熱表面温度を求め(例えば、700℃)、この演算した線状加熱表面温度を基に前記鋼板に対して線状加熱を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、鋼板の線状加熱方法と線状加熱制御システムに関する。
鋼板から最終構造物を製造する場合、平らな鋼板にガスバーナー等を用いて線状加熱を行い、所定の形状に加工する場合が多い。あるいは、鋼板を溶接するときに生じる溶接変形を矯正するためにも線状加熱が用いられる。これら、鋼板を所定の形状にするために行われる線状加熱は、施工現場における熟練オペレーターの直感に頼らなければならなかった。
鋼板を所定の形状にするという工程は、線状加熱以外にもプレス等、機械的な加工もあり、実際かなりの産業で利用されている。しかし、この方法は、設備投資等の負担が大きく、いまだにガスバーナー(加熱トーチ)などを用いた線状加熱を利用する曲げ加工は、その手軽さから、大いに利用されている。
この線状加熱は、図16に示す様に、鋼板PLに線状に熱を加える加熱トーチ22及び熱を加えた部分を冷却するための散水ノズル23を備え、この加熱トーチ22及び散水ノズル23の移動(移動速度及び移動方向)を制御することにより所望の曲げ加工量を得ようとするものである。
この線状加熱において良好な曲げ加工性を得るための方法として、例えば、特許文献1に開示がある。これは、ある温度における降伏強度と室温における降伏強度の比が所定の範囲内の鋼板を用い、更に、線状加熱時における加熱温度と、その後の水冷温度を所定範囲で行う方法である。
特開平8−103824号公報
しかしながら、線状加熱曲げ加工の施工においては特許文献1に開示されている様に、曲げ加工性の良好な事も必要ではあるが、目標とする曲げ加工量を容易に、しかも、確実に得る事も重要である。
本発明は、線状加熱曲げ加工の施工において、目標とする曲げ変形量を容易に、しかも、確実に得る事のできる線状加熱方法を提供することを目的とする。
本発明の線状加熱方法は、圧延機で熱間圧延した後、冷却装置により冷却された鋼板を線状加熱して曲げ加工する線状加熱方法であって、前記冷却装置で冷却した後の前記鋼板の降伏応力を測定又は演算して降伏応力を取得する取得工程と、前記取得工程において取得した前記鋼板の降伏応力と、前記鋼板の目標曲げ変形量と、予め求めた鋼板の降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係と、で前記鋼板に対する線状加熱表面温度を演算する線状加熱表面温度演算工程と、前記線状加熱表面温度演算工程において演算した線状加熱表面温度を基に、前記鋼板に対する線状加熱速度又は燃料量を調整する調整工程とを有することを特徴とする。
また、前記取得工程において、前記鋼板の降伏応力を引張試験により測定することを特徴とする。
また、前記取得工程において、前記圧延機で仕上圧延した後の鋼板の温度を測定する温度測定装置、及び、前記冷却装置で冷却した後の鋼板の温度分布を測定する温度分布測定装置の各々で測定した温度情報と、前記鋼板の成分元素値情報と、から前記鋼板の降伏応力を演算することを特徴とする。
また、本発明の線状加熱制御システムは、圧延機で熱間圧延した後、冷却装置で冷却した鋼板を線状加熱して曲げ加工するための線状加熱制御システムであって、前記冷却装置で冷却した後の前記鋼板の降伏応力を引張試験により測定し、その測定した降伏応力を格納する降伏応力格納手段と、前記降伏応力格納手段からの降伏応力と、前記鋼板の目標曲げ変形量と、予め求めた鋼板の降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係と、で前記鋼板に対する線状加熱表面温度を演算する線状加熱表面温度演算手段と、前記線状加熱表面温度演算手段において演算した線状加熱表面温度を基に、前記鋼板に対する線状加熱用の加熱トーチの移動速度又は燃料量を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の線状加熱制御システムは、圧延機で熱間圧延した後、冷却装置で冷却した鋼板を、線状加熱して曲げ加工するための線状加熱制御システムであって、前記圧延機で仕上圧延した後の鋼板の温度を測定する温度測定装置、及び、前記冷却装置で冷却した後の鋼板の温度分布を測定する温度分布測定装置の各々で測定した温度情報を格納する温度情報格納手段と、前記鋼板の成分元素値情報を格納する成分情報格納手段と、前記温度情報格納手段の温度情報と前記成分情報格納手段の成分元素値情報とから前記鋼板の複数に区分した部位における降伏応力を演算する降伏応力演算手段と、前記降伏応力演算手段からの前記複数に区分した部位別の降伏応力と、前記鋼板の目標曲げ変形量と、予め求めた鋼板の降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係と、で前記鋼板に対する線状加熱表面温度を演算する線状加熱表面温度演算手段と、前記線状加熱表面温度演算手段において演算した線状加熱表面温度を基に、前記鋼板に対する線状加熱用の加熱トーチの移動速度又は燃料量を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、鋼板の降伏応力に応じて線状加熱を行うために、目標とする曲げ変形量を容易に、且つ、確実に得る事が可能となる。更には、線状加熱の自動化も可能となる等、この分野に於ける効果は大きい。
以下、本発明の実施の形熊について説明する。本発明は鋼板を線状加熱して曲げ加工する際、その加熱温度が一定の場合、その温度における鋼板の降伏応力に応じて鋼板の曲げ変形量が変化することを利用するものである。
本発明者等は、線状加熱において、加熱した温度における鋼板の曲げ変形量は、温度に比例するものと想定し、また、線状加熱で加熱する温度は800℃程度迄であることから、その範囲において、鋼板の加熱表面温度と変形量の関係について、図1に示す関係を得た。本図においてYPは常温における鋼板の降伏応力(予め求めた降伏応力)を示し、また、本図から降伏応力YPが高い鋼板程、同一鋼板加熱表面温度でも変形量が大きくなることを見出した。
また、線状加熱装置の加熱トーチの移動速度と鋼板の線状加熱表面温度は図2に示す様に、トーチの移動速度が遅くなると、又は熱源パワーが高くなると該表面温度が高くなり、トーチの移動速度が速くなると、又は熱源パワーが小さくなると該表面温度が低くなる関係がある。この関係から線状加熱により鋼板を加工する際について以下に説明する。尚、熱源パワーは燃料量(例えば、ガス量)により調整可能である。
例えば、加工対象鋼板の降伏応力YPが360(N/mm2)で、得ようとする目標の曲げ変形量が0.5(mm/m)である場合においては、図1から鋼板の線状加熱表面温度を700℃になるように加熱すれば良いことが判る。そして、線状加熱装置の熱源パワーが7000Wである場合には、上記の線状加熱表面温度を得るためには、図2からトーチの移動速度を250(cm/min)にすればよいことが判る。
尚、本明細書においての変形量は図17に示す様に、変形した鋼板PLを水平面上に載置し、その水平面から鋼板PL端部の下面までの高さdを測定し、その高さdを加熱位置から上記端面までの距離Wで除した(d/W)値である。
この際、鋼板の降伏応力YPが該鋼板内における部位で殆ど差異がない場合には、鋼板から試験片を採取し、この試験片を引張試験装置により引張試験(JIS Z2241 1998年度版)を行って降伏応力YPを求めても良いが、その差異が無視できない場合には、鋼板を複数の部位に区分し、その区分した部位別の降伏応力YPにより線状加熱表面温度を求めて、その各加熱表面温度に応じて加熱トーチの移動速度を調整することが好ましい。
また、上記区分した部位別の降伏応力YPを求めるには、その各部位から試験片を採取することが不可能であることから、対象鋼板の成分元素(C、Si、Mn、Al、Nb、V、Ti、Cr等)の値、熱間仕上圧延機での圧延終了温度Tfin、その後の冷却装置で冷却した後における各部位の加熱表面温度Tcf(以下、表面温度又は温度と称することもある)を基にして下記式(1)により求めた値であることが好ましい。
YP=f(成分元素)×G(Tfin)+α×G(Tfin)×Tcf (1)
なお、f(成分元素)は、鋼板強度に及ぼす成分元素の影響関数式であり、圧延機により決まる関数式であって、製造実績を基に近似式から導き出す。
G(Tfin)は、降伏比に及ぼす成分の影響関数であり、圧延機により決まる関数式であって、製造実績を基に近似式から導き出す。
αは、圧延機により決まる定数であり、製造実績を基に近似式から導き出す。
次に、製鐵所で製造した例えば厚板等の鋼板をユーザーで線状加熱して該鋼板の曲げ加工を自動で行うための線状加熱制御システムについて説明する。
先ず、鋼板の降伏応力を引張試験機で求める場合の製鐵所側に於ける情報処理について図1〜図3を参照して説明する。
図3に示す様に、スラブSを圧延機1で熱間圧延した後、冷却装置2で冷却して製造した鋼板PLから引張試験片TPを採取する。そして、この引張試験片TPを引張試験機3に装着して、上記引張試験を行ってその鋼板PLの降伏応力YPを測定する。この測定降伏応力(降伏強度)YPを契約番号に紐付いた鋼板No別に格納部4に格納する。
そして、この鋼板PLをユーザーに輸送すると共に格納部4に格納された測定降伏応力(降伏強度)YPを契約番号に紐付いた鋼板No別にネットワーク5を介してユーザー側の線状加熱表面温度演算部6に入力する。
一方、ユーザー側においては、予め、設定部7に降伏応力別に予め求めた降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係(例えば図1に示す様な関係のテーブルでも良く、関係式でも良い)を入力しておく。
そして、前記ユーザー側において、製鐵所から搬送されて来た鋼板PLを線状加熱加工するに際し、先ず、設定部8を介して線状加熱表面温度演算部6に加工対象の鋼板PLの契約番号、鋼板No、目標とする曲げ変形量を入力する。
これにより、前記線状加熱表面温度演算部6は、設定部8から入力した入力情報と前記ネットワーク5から入力した契約番号、鋼板No、測定降伏応力YPを基にして加工対象の鋼板PLの降伏応力YPを判別する。つまり、契約番号、鋼板Noから、ユーザーの有する鋼板の降伏応力YPを特定する。
そして、この判別した降伏応力YPと、目標曲げ変形量と、設定部7から入力した予め求めた降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係とで該鋼板PLの線状加熱表面温度Ttを演算してトーチ速度演算部9に出力する。
トーチ速度演算部9は、上記線状加熱表面温度Ttが入力されると、予め設定部10に設定した、使用する線状加熱装置11の熱源パワーに対応した鋼板加熱時の線状加熱表面温度とトーチ12の移動速度の関係(図2に示す様な関係のテーブルでも良く、関係式でも良い)を基に、使用する線状加熱装置11の熱源パワー量に応じたトーチ移動速度Vtを演算して線状加熱装置11の制御部11aに出力する。
そして、この線状加熱装置11の制御部11aは入力したトーチ移動速度Vtによりトーチ12の移動速度を制御して線状加熱を行って、目標とする曲げ変形量を得る。
次に、鋼板を複数の部位(領域)に区分し、その区分した部位別の降伏応力YPを求め、それに応じた区分別の線状加熱表面温度を求めて、その線状加熱表面温度によりトーチ移動速度を調整する場合の線状加熱制御システムについて図4を参照して説明する。
スラブSを、前記同様にして圧延機1で熱間圧延した後、冷却装置2で冷却して鋼板PLとするものであるが、本例の場合には、この圧延機1の出側に温度測定装置T1と、冷却装置2の出側にサーモトレーサ等の温度分布測定装置T2を配設している。
温度測定装置T1は、圧延機1での圧延終了温度Tfinを降伏応力演算部20に出力し、温度分布測定装置T2は、鋼板PLの表面温度分布を測定し、複数に区分(本例の場合には板幅方向及び長手方向に何れも400mm間隔で区分)した部位毎に、図7(又は図11)に示す様に、その区分した部位別の温度Tcf(平均温度が好ましい)を求めて降伏応力演算部20に出力するものである。
そして、この降伏応力演算部20においては、温度測定装置T1及び温度分布測定装置T2で測定した温度情報Tfin、Tcf、更には、上位計算機21より圧延した鋼板の契約番号、鋼板Noを入力し、この温度情報を基にして上記式(1)により、図8(又は図12)に示す様に、対象鋼板PLの複数に区分した部位別の降伏応力YPを演算する。
この演算して求めた鋼板PLの上記区分した部位別の降伏応力YPを契約番号、鋼板Noと共にネットワーク5を介してユーザー側の線状加熱表面温度演算部6に入力する。
一方、ユーザー側に於いては前記同様に、設定部7に降伏応力別に予め求めた降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係(例えば図1に示す様な関係のテーブルでも良く、関係式でも良い)を設定している。
そして、対象鋼板PLの線状加熱加工を開始するに際して、設定部8から、前記同様に加工対象の鋼板PLの契約番号、鋼板No、目標曲げ変形量、更には、図5又は図6の太線に示すような鋼板PLの線状加熱位置を前記演算部6に入力する。
これにより、線状加熱表面温度演算部6は、設定部7、8からの情報と、ネットワーク5を介して入力した情報を基にして加工対象の鋼板PLの上記区分した部位別の降伏応力YPを判別する。つまり、契約番号、鋼板Noから、ユーザーの有する鋼板の降伏応力YPを特定する。
そして、この判別した前記区分した部位別の降伏応力YPと、目標曲げ変形量と、設定部7から入力した予め求めた降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係とで該鋼板PLの区分した部位における線状加熱表面温度Ttt(図9又は図13)を演算してトーチ速度演算部9に出力する。
トーチ速度演算部9は、前記同様に、上記線状加熱表面温度Tttが入力されると、予め設定部10に設定した、使用する線状加熱装置11の熱源パワーに対応した鋼板加熱時の線状加熱表面温度と加熱トーチ12の移動速度の関係(図2に示す様な関係のテーブルでも良く、関係式でも良い)を基に、使用する線状加熱装置11の熱源パワー量に応じた図10又は図14に示すような線状加熱位置に対応する前記区分した部位におけるトーチ移動速度Vttを演算して線状加熱装置11の制御部11aに出力する。
そして、この線状加熱装置11の制御部11aは入力した線状加熱位置に対応する前記区分した部位におけるトーチ移動速度Vttにより加熱トーチ12の移動速度を制御して線状加熱を行う。
尚、本実施の形態において記した上記「鋼板No」とは、1つの契約番号内には通常複数枚の鋼板PLが含まれていることから、この鋼板PLの各々に付した番号である。
また、前記線状加熱位置とは前記加熱トーチ12が移動する軌跡である。
(実施例)
本発明の実施例について以下に説明する。図15は、本発明を実際に検証した実施例の結果を示しており、本実施例は成分元素、製造条件、特性を有する幅4.8m、長さ10mの鋼板を熱源パワーが7000Wの線状加熱装置を用いて線状加熱したものである。
(実施例1)
実施例1は、鋼板から試験片を採取し、それを引張試験機にセットして求めた降伏応力YPを代表値としたものであり、これを基にして線状加熱を行った結果、目標変形量に対する実変形量の差は0.03(mm/m)であり、良好なものとなった。
(実施例2)
また、実施例2は、成分元素及び圧延機1の出側に設けた温度測定装置T1に測定温度Tfin、冷却装置2の出側に設けた温度分布測定装置T2の平均温度を基にして上記(1)式で求めた降伏応力YPを用いたものであり、その実変形量と目標変形量の差は0.05(mm/m)であり、上記実施例1より若干その差が大きくなったが、実操業上問題になるものではなかった。
(実施例3、4)
実施例3、4は、成分元素、製造条件を基にして鋼板を幅方向、長さ方向に400mm間隔で300個に区分し、その区分した部位別に上記(1)式で求めた降伏応力YPを用いたものである。
そして、実施例3は、図5の太線に示す様に井桁状に加熱したものであり、その実変形量と目標変形量の差は0.02(mm/m)であり、上記実施例1、2より更にその差が少なくなり好ましい。
また、実施例4は、図6の太線に示す様に両端を逆三角状に加熱したものであり、その実変形量と目標変形量の差は0.01mm/mであり、上記実施例1、2より更にその差が少なくなり好ましい。
また、実施例3、4では、区分間隔を400mmとしたが、この限りではなく、およそ50mm〜500mmの間の任意の間隔としてもよく、幅方向と長さ方向で異なる間隔であってもよい。また、温度は、10℃未満を四捨五入して10℃ステップとしているが、この限りではなく、四捨五入しなくてもよいし、5℃ステップや20℃ステップでもよい。
尚、本実施の形態及び実施例ではトーチの移動速度を調整したが、これに変えてトーチの燃料量を調整して熱源パワーを変えてもよい。
また、製鐵所側で求めた降伏応力YPをネットワーク5を介してユーザー側に電子情報として伝達したが、これに限ることなく、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリや、CD−ROM等の読み出しのみが可能な記録媒体、RAM(RandomAccessMemory)のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組合せによるコンピュータ読み取り、書き込み可能な記録媒体でもよく、また、伝票等でも良い。
尚、本実施の形態で説明した線状加熱制御システムの構成は、適宜設計変更可能である。例えば、図3に示した線状加熱制御システムにおいて、設定部7の情報(図1に示した関係)を製造所側が保有しており、ユーザーの指示によりネットワークを介して配信するように構成してもよい。また、ネットワーク5を介したシステムとして構成せず、図3又は図4に示したシステムの全ての構成要素を一体的に含む装置としても構わない。
本発明の実施の形態に係る鋼板を線状加熱した際の鋼板表面温度と変形量の関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板を線状加熱した際の鋼板表面温度とトーチ移動速度の関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る線状加熱制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る線状加熱制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の線状加熱位置を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の線状加熱位置を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の温度分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の降伏応力分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の線状加熱位置における線状加熱表面温度を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の線状加熱位置におけるトーチ移動速度を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の温度分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の降伏応力分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の線状加熱位置における線状加熱表面温度を示す図である。 本発明の実施の形態に係る鋼板の線状加熱位置におけるトーチ移動速度を示す図である。 本発明の実施例の結果を示す図である。 線状加熱方法について説明するための図である。 線状加熱した鋼板の曲げ変形量の求め方を説明するための図である。
符号の説明
1 圧延機
2 冷却装置
3 引張試験機
4 格納部
5 ネットワーク
6 線状加熱表面温度演算部
7 設定部
8 設定部
9 トーチ速度演算部
10 設定部
11 線状加熱装置
11a 制御部
12 トーチ
20 降伏応力演算部
21 上位計算機
22 加熱トーチ
23 冷却ノズル
S スラブ
PL 鋼板
TP 試験片
T1 温度測定装置
T2 温度分布測定装置
Tfin 圧延終了温度
Tcf 加熱表面温度
YP 降伏応力

Claims (5)

  1. 圧延機で熱間圧延した後、冷却装置により冷却された鋼板を線状加熱して曲げ加工する線状加熱方法であって、
    前記冷却装置で冷却した後の前記鋼板の降伏応力を測定又は演算して降伏応力を取得する取得工程と、
    前記取得工程において取得した前記鋼板の降伏応力と、前記鋼板の目標曲げ変形量と、予め求めた鋼板の降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係と、で前記鋼板に対する線状加熱表面温度を演算する線状加熱表面温度演算工程と、
    前記線状加熱表面温度演算工程において演算した線状加熱表面温度を基に、前記鋼板に対する線状加熱速度又は燃料量を調整する調整工程とを有することを特徴とする線状加熱方法。
  2. 前記取得工程において、前記鋼板の降伏応力を引張試験により測定することを特徴とする請求項1に記載の線状加熱方法。
  3. 前記取得工程において、
    前記圧延機で仕上圧延した後の鋼板の温度を測定する温度測定装置、及び、前記冷却装置で冷却した後の鋼板の温度分布を測定する温度分布測定装置の各々で測定した温度情報と、前記鋼板の成分元素値情報と、から前記鋼板の降伏応力を演算することを特徴とする請求項1に記載の線状加熱方法。
  4. 圧延機で熱間圧延した後、冷却装置で冷却した鋼板を線状加熱して曲げ加工するための線状加熱制御システムであって、
    前記冷却装置で冷却した後の前記鋼板の降伏応力を引張試験により測定し、その測定した降伏応力を格納する降伏応力格納手段と、
    前記降伏応力格納手段からの降伏応力と、前記鋼板の目標曲げ変形量と、予め求めた鋼板の降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係と、で前記鋼板に対する線状加熱表面温度を演算する線状加熱表面温度演算手段と、
    前記線状加熱表面温度演算手段において演算した線状加熱表面温度を基に、前記鋼板に対する線状加熱用の加熱トーチの移動速度又は燃料量を演算する演算手段とを有することを特徴とする線状加熱制御システム。
  5. 圧延機で熱間圧延した後、冷却装置で冷却した鋼板を、線状加熱して曲げ加工するための線状加熱制御システムであって、
    前記圧延機で仕上圧延した後の鋼板の温度を測定する温度測定装置、及び、前記冷却装置で冷却した後の鋼板の温度分布を測定する温度分布測定装置の各々で測定した温度情報を格納する温度情報格納手段と、
    前記鋼板の成分元素値情報を格納する成分情報格納手段と、
    前記温度情報格納手段の温度情報と前記成分情報格納手段の成分元素値情報とから前記鋼板の複数に区分した部位における降伏応力を演算する降伏応力演算手段と、
    前記降伏応力演算手段からの前記複数に区分した部位別の降伏応力と、前記鋼板の目標曲げ変形量と、予め求めた鋼板の降伏応力と線状加熱表面温度と曲げ変形量との関係と、で前記鋼板に対する線状加熱表面温度を演算する線状加熱表面温度演算手段と、
    前記線状加熱表面温度演算手段において演算した線状加熱表面温度を基に、前記鋼板に対する線状加熱用の加熱トーチの移動速度又は燃料量を演算する演算手段とを有することを特徴とする線状加熱制御システム。
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