JP2011063871A - 鋼板熱処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板厚より使い易い物理量を測定し処理内容を調整して所望板厚の鋼板を得る。
【解決手段】有限長の鋼板８を引張力付与部材１４で長手方向に引っ張りつつ傾斜台１９上を移動させながら鋼板８を誘導子１７で加熱し続けて放水部１６で冷却する熱処理を往復移動と共に繰り返して鋼板８の結晶粒を微細化する際、先立つ板厚選定時には、板厚縮み目標値ΔDaや処理条件(23)から板長伸び目標値ΔLaを求め、それと板長伸び予想値ΔLeとの比で引張力Ｐ，Paや熱処理回数ｎを調整する。結晶粒微細化処理実行時には、先行の熱処理と後続の熱処理との間に、板長伸び目標値ΔLaと板長伸び測定値ΔLmとの比で引張力目標値Paを調整する。板長伸び測定値ΔLmは、鋼板保持機構１１〜１５に付設した変位計１５にて可動枠１３に対する非固定挟持具１２の変位を測定して得る。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鋼板に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰り返し施して行う結晶粒微細化処理のために鋼板と誘導子とを前記鋼板の長手方向に相対移動させながら前記鋼板に誘導加熱とこれに続く急冷とを順次適用する鋼板熱処理方法および鋼板熱処理装置に関し、詳しくは、鋼板と誘導子とを相対的に往復移動させて熱処理を繰り返し施す際に鋼板に引張力を作用させるようになった引張力付与式結晶粒微細化処理に関する。

鋼の熱処理に関してＡc3直上に急熱しこれに続いて急冷する熱処理を繰り返し施す処理法により超微細粒鋼材が得られることや、結晶粒を微細化すれば強度・靱性が共に上昇すること、鋼製品の表面にオーステナイト化温度域とマルテンサイト変態温度域とを往復させる急熱と急冷を複数回繰り返して微細な細粒層を形成することにより硬さと靱性を両立させるとともにシャルピー衝撃値ばかりか破壊靱性も向上させられることが知られており、急熱は高周波誘導加熱で急冷は水冷で具現化できることも知られている。

また、有限長の鋼板については（例えば特許文献１参照）、高硬度を維持しつつ破壊靱性を高める結晶粒微細化処理を実施するのに好適な鋼板熱処理装置が開発されており、この装置は、鋼板の長手方向の両端に係合して鋼板をその長手方向を鉛直方向に配向させた状態で且つ曲り許容状態で保持する支承部材と、これを介して鋼板を長手方向に移動させる昇降機構と、鋼板の移動加熱用の誘導子と鋼板の急冷用の放水部とを組みにした熱処理ユニットと、この熱処理ユニットを水平面内で移動させて位置と面内方位の調節を行う水平面内調節機構とを備えている。

さらに（例えば特許文献２参照）、有限長の鋼板に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰り返し施して行う結晶粒微細化処理のために前記鋼板を長手方向に移動させながら鋼板に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する鋼板熱処理装置において、鋼板の長手方向の両端を全幅に亘って挟持して鋼板をその長手方向に引っ張る保持機構を備えたものも知られている。この鋼板保持機構は、直線移動可能な可動枠と、この可動枠に固定された挟持具と、固定されないもう一つの挟持具と、この非固定の挟持具に作用して鋼板に引張力をかける引張力付与部材とを具えている。引張力付与部材は、油圧シリンダ等で具体化され、引張力をフィードバック制御にて精度良く制御している。

特開２００６−３４８３３９号公報 特開２００９−１６７４４０号公報

このような引張力付与方式により、鋼板を横置きに近い傾斜置きでセットしておき、その鋼板に対して横置き横移動に近い傾置斜動にて結晶粒微細化処理を施すことができることから、装置や設備のコストダウンに加えて、鋼板セッティング作業の負担軽減も、叶うものとなっている。
もっとも、長手方向に引張力を付与して鋼板に熱処理を行うと長手方向には伸び変形が生じ幅方向と厚み方向には縮み変形が生じるところ、そのような熱処理を結晶粒微細化のため何回も繰り返すと、その変形が蓄積されて増大する。

そのため、仕上がり寸法に関する要求精度の厳しいアプリケーションでは、処理後のサイズが要求サイズより多少は大きくなるよう処理対象の鋼板を選定して結晶粒微細化処理を施し、処理後に駄肉を切り落としたり必要部分だけ打ち抜いたりすることになる。この加工は、長手方向や幅方向についてはプレスやシャーリング等で不都合なく行える。
しかしながら、板厚については、後加工での調整が好まれない。広い面を精密に削り取るには、時間も費用もかかるうえ、なによりも表面の荒れと弱化を招くからである。

これに対しては、板厚を測定して板厚変化に応じて処理内容を調整することも考えられるが、元々薄い板厚を精度良く測るには高価な計測器が要るうえ、鋼板の往復移動を妨げないよう設置しなければならないが、そもそも鋼板の広い面のうちどの部位を測れば良いのかすら明瞭でなく、全面を漏れなく測る訳にもいかないため、調整に結びつかない。
そこで、板厚よりも安直に測れて而も測定内容も絞り込める物理量を板厚の代わりに用いて引張力付与式結晶粒微細化処理の内容を調整できるようにすることが基本的な技術課題となる。また、そのような物理量を実際に測定してその物理量に応じて引張力付与式結晶粒微細化処理の内容を調整することにより最終的には所望の板厚の鋼板が得られるように測定量や処理内容を改めることが更なる技術課題となる。

本発明の鋼板熱処理方法は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、要求仕様の板厚の鋼板を長手方向に引っ張りつつ移動させながら前記鋼板に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する熱処理を往復移動と共に繰り返すことにより前記鋼板の結晶粒を微細化したときに前記鋼板に生じる板厚縮み予想値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定し又は前記鋼板の長手方向に生じる板長伸び予想値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定してから前記板長伸び予想値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて前記鋼板の板厚縮み予想値に換算し、前記要求仕様の板厚値よりも前記板厚縮み予想値以上は厚い鋼板を選定し、この選定鋼板の板厚値と前記要求仕様の板厚値との差を板厚縮み目標値とし、この板厚縮み目標値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて前記鋼板の板長伸び目標値に換算し、この板長伸び目標値と前記板長伸び予想値との対比に基づいて結晶粒微細化処理実行時の引張力を調整する、というものである。

また、本発明の鋼板熱処理方法は（解決手段２）、上記解決手段１の鋼板熱処理方法であって、結晶粒微細化処理実行時の引張力を調整するに際して、熱処理の繰り返し回数を増やすことにより、引張力の増大を抑制することを特徴とする。
これらは（解決手段１〜２）、鋼板選定の条件確定の段階から規定したものである。

さらに、本発明の鋼板熱処理方法は（解決手段３）、有限長の鋼板を長手方向に引っ張りつつ移動させながら前記鋼板に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する熱処理を往復移動と共に繰り返すことにより前記鋼板の結晶粒を微細化する鋼板熱処理方法において、要求仕様の板厚値よりも厚い鋼板を選定し、この選定鋼板に前記熱処理を施したときの板長伸び目標値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定し又は決定済みの板長伸び目標値を用いて、前記熱処理を繰り返す際には先行の熱処理と後続の熱処理との間で前記板長伸び目標値と前記鋼板の長手方向の板長伸び測定値との比較に基づいて後続の熱処理での引張力を調整することを特徴とする。
これは鋼板選定条件が確定した後に繰り返される製造工程を規定したものである。

また、本発明の鋼板熱処理装置は（解決手段４）、有限長の鋼板に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰り返し施して行う結晶粒微細化処理のために前記鋼板を長手方向に移動させながら前記鋼板に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する鋼板熱処理装置において、直線移動可能な可動枠に固定された固定挟持具と固定されていない非固定挟持具とで前記鋼板の長手方向の両端を全幅に亘って挟持して前記鋼板をその長手方向に引っ張る保持機構に、前記可動枠に対する前記非固定挟持具の変位を測定する変位計が付設されていることを特徴とする。
これは上記解決手段３の鋼板熱処理方法の実施に寄与するものである。

また、本発明の鋼板熱処理装置は（解決手段５）、上記解決手段４の鋼板熱処理装置であって、前記熱処理の実行と繰り返しを制御する制御部が設けられ、この制御部が、前記鋼板に前記熱処理を施したときの板長伸び目標値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定する手段と、前記熱処理を繰り返えさせる際には先行の熱処理と後続の熱処理との間で前記板長伸び目標値と前記変位計での測定値との比較に基づいて後続の熱処理での引張力を調整する手段とを具備していることを特徴とする。
これは上記解決手段３の鋼板熱処理方法の自動実施を可能とするものである。

また、本発明の鋼板熱処理装置は（解決手段６）、上記解決手段５の鋼板熱処理装置であって、前記制御部が、前記板長伸び目標値を前記熱処理の時間で割って又は割ったに等しい伸び率目標値を算出する手段と、前記熱処理の最中に前記変位計での測定値からその単位時間当り変量である伸び率測定値を随時算出する手段と、前記伸び率目標値と前記伸び率測定値との比較に基づいて前記熱処理の最中に引張力を微調整する手段とを具備していることを特徴とする。

また、本発明の鋼板熱処理装置は（解決手段７）、有限長の鋼板に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰り返し施して行う結晶粒微細化処理のために前記鋼板を長手方向に移動させながら前記鋼板に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する鋼板熱処理装置において、直線移動可能な可動枠に固定された固定挟持具と固定されていない非固定挟持具とで前記鋼板の長手方向の両端を全幅に亘って挟持して前記鋼板をその長手方向に引っ張る保持機構と、この保持機構に付設されていて前記可動枠に対する前記非固定挟持具の変位を測定する変位計と、前記熱処理の実行と繰り返しを制御する制御部とが設けられており、この制御部が、前記鋼板に前記熱処理を施したときの板長伸び目標値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定する手段と、前記板長伸び目標値を前記熱処理の時間で割って又は割ったに等しい伸び率目標値を算出する手段と、前記熱処理の最中に前記変位計での測定値からその単位時間当り変量である伸び率測定値を随時算出する手段と、前記伸び率目標値と前記伸び率測定値との比較に基づいて前記熱処理の最中に引張力を微調整する手段とを具備していることを特徴とする。

このような本発明の鋼板熱処理方法にあっては（解決手段１〜２）、板厚の縮みを考慮した鋼板の選定に加え、選定した鋼板の最終的な板厚を要求仕様に合致させるための処理内容調整に際しても、板厚に代えて又は加えて長手方向伸びが用いられる。この伸びは、それと板厚縮みとの比が板厚と鋼板全長との比にほぼ対応しているので、簡便な換算等で板厚縮みの代用に適ううえ、板厚縮みより大きく発現して計りやすい。しかも、鋼板全長は鋼板の両端間の距離を測れば良いので、広い面に分布する板厚に比べて測定内容のなかでも測定部位を容易に絞り込むことができ、単一測定値で使用する方が一般的である。

また、引張力の利用が、横置きや傾斜置き鋼板の垂れ下がり防止という消極的利用にとどまらず、引張力付与式結晶粒微細化処理の内容調整という積極的利用にまで拡張されている。しかも、その調整が、直接的対象の板厚そのものの測定値に基づいて行われるのでなく、板厚を代用する鋼板の長手方向の伸びの測定値に基づいて行われる。そのため、新たな調整機構や高価な測定器を追加するまでもなく簡便に、板厚縮みの調整を行うことができる。
したがって、この発明によれば、板厚よりも安直に測れて而も測定内容も絞り込める物理量である長手方向伸びを板厚縮みの代わりに用いて引張力付与式結晶粒微細化処理の内容を調整することにより、仕上がり寸法に関する要求精度が厳しいときでも、比較的安価な装置や設備で要求に応えるられるうえ、鋼板セッティング作業も楽に行える。

また、本発明の鋼板熱処理方法や鋼板熱処理装置にあっては（解決手段３〜５）、引張力の利用が、横置きや傾斜置き鋼板の垂れ下がり防止という消極的利用にとどまらず、引張力付与式結晶粒微細化処理の内容調整という積極的利用にまで拡張されている。しかも、その調整が、直接的対象の板厚そのものの測定値に基づいて行われるのでなく、板厚を代用する鋼板の長手方向の伸びの測定値に基づいて行われる。そのため、新たな調整機構や高価な測定器を追加するまでもなく簡便に、板厚縮みの調整を行うことができる。さらに、結晶粒微細化処理が熱処理を繰り返して行われるのを利用して、板長伸び測定値に基づく引張力の調整が熱処理の合間に行われるので、測定や調整の作業負担が軽く手作業も可能である。
したがって、この発明によれば、板厚よりも安直に測れて而も測定内容も絞り込める物理量である長手方向伸びを板厚縮みの代わりに実測してその物理量に応じて引張力付与式結晶粒微細化処理の内容が調整されるので、最終的には所望の板厚の鋼板が得られる。

さらに、本発明の鋼板熱処理装置にあっては（解決手段６〜７）、鋼板の長手方向の伸び即ち全長の伸びを測定するにすぎないが、熱処理が移動加熱方式であることを利用して、鋼板の長手方向における局所々々の伸び率が調整されるので、その結果、鋼板の長手方向部位毎にきめ細かく板厚が調整されることとなる。

本発明の実施例１について、鋼板熱処理装置の構造を示し、（ａ）が鋼板保持機構の平面図、（ｂ）が水受器を外した機械部の正面図、（ｃ）が制御部のブロック図である。 制御手順を具体的に示したものであり、（ａ）が板厚選定プログラムのフローチャート、（ｂ）が順序制御プログラムに関し特に引張力調整機能に係る部分のフローチャートである。 本発明の実施例２について、鋼板熱処理装置の制御部の順序制御プログラムにおける引張力調整機能の一部の処理内容を示すフローチャートである。

このような本発明の鋼板熱処理方法および鋼板熱処理装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜２により説明する。
図１〜２に示した実施例１は、上述した解決手段１〜５（出願当初の請求項１〜５）を具現化したものであり、図３に示した実施例２は、上述した解決手段６〜７（出願当初の請求項６〜７）を具現化したものである。
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、ボルト等の締結具や，ヒンジ等の連結具，電動モータ等の駆動源，ボールねじ等の伝動部材，モータドライバ等の電気回路などは図示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。

本発明の鋼板熱処理装置の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。
図１は、（ａ）が鋼板保持機構１１〜１５の平面図、（ｂ）が図示しない水受器を外した機械部１０の正面図、（ｃ）が制御部２０のブロック図である。また、図２は、（ａ）が制御部２０の板厚選定プログラム２２のフローチャート、（ｂ）が制御部２０の順序制御プログラム２４に関し特に引張力調整機能に係る部分のフローチャートである。

この鋼板熱処理装置１０＋２０は、大別して機械部１０と制御部２０と図示しない付帯設備の高周波電源装置および水冷装置とからなり、既述した引張力付与方式を踏襲しているため（特許文献２参照）、鋼板８を横向きか僅かな傾斜でセットして結晶粒微細化処理を施せるので、比較的安価であって、鋼板セッティング作業の楽なものとなっている。
しかも、そのような従来技術の踏襲にとどまらず、板厚Ｄに関する要求仕様が例え厳しくても仕上がり板厚が要求仕様に適うよう、機械部１０も制御部２０も改良されている。具体的には板長伸びΔＬを測定して引張力Ｐ，Ｐａを調整するものとなっている。

機械部１０は（図１（ｂ）参照）、薄板の鋼板８に結晶粒微細化処理として急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰り返し施して行う際に、鋼板８をその長手方向に移動させながら、鋼板８に対して誘導加熱によって急熱を適用するとともに、これに続く放水冷却によって鋼板８に急冷を適用するものであるが、その順次適用を傾置斜動にて遂行するために、鋼板保持機構１１〜１５と放水部１６と誘導子１７と放射温度計１８と傾斜台１９と脚部と図示しない水受器とを具えている。

鋼板保持機構１１〜１５は（図１（ａ）参照）、鋼板８の長手方向の両端を全幅に亘って挟持して鋼板８をその長手方向に引っ張るために、傾斜台１９に直線移動可能に装着される可動枠１３と、この可動枠１３に固定された固定挟持具１１と、これに対向配置され可動枠１３には固定されていないもう一つの非固定挟持具１２と、この非固定挟持具１２に作用して一対の挟持具１１，１２を引き離そうとすることにより一対の挟持具１１，１２の間の鋼板８に引張力をかける引張力付与部材１４と、目盛部が非固定挟持具１２の連動部材に装着され読取部が可動枠１３に装着されていて可動枠１３に対する非固定挟持具１２の変位を測定する変位計１５とを具えている。

挟持具１１，１２は、鋼板８の全幅に及んでいれば足りるが、下側固定で上側が揺動して断面形状が挟持時にはコの字状になり解放時にはＬ字状になるものが使い易い。引張力付与部材１４は、油圧シリンダ等で具体化されており、後述する引張力目標値Paで示された引張力を発生させるために油圧供給部に比例電磁式リリーフ弁等が組み込まれるとともに圧力フィードバック制御用に圧力計やアンプも組み合わせられて、高精度に制御された引張力を鋼板８の全長に亘り安定して作用させるものとなっている。変位計１５は、分解能がμｍより細かいものが望ましいが、例えば可視光やレーザ光を利用する高精度なリニアスケールが市販されているので、それで足りる。鋼板保持機構１１〜１５に付設された変位計１５での測定値は、鋼板８の板長伸びΔＬの測定値になるので、板長伸び測定値ΔLmとして制御部２０に取り込まれるようになっている（図１（ｂ）参照）。

傾斜台１９は（図１（ｂ）参照）、直線状・平行線状の枠体を主体とし、それに可動枠１３を搭載させて長手方向に定速や高速で直線移動・往復移動させるものであり、サーボモータ等の駆動源を具えている。傾斜角度θは例えば１０゜に固定しても良いが、この例では、例えば５゜〜２０゜の範囲で可変設定できるようになっている。
水受器は、冷却水の垂れ流しや散逸を防止するために、傾斜台１９の下から脇までを囲む状態で傾斜台１９に外装されており、冷却水を回収するために水受器の端部には排水口が形成され、そこには排水ホースが接続されている。

誘導子１７は（図１（ｂ）参照）、水冷可能な銅管等の電気良導体からなり、コイル状に捲回されており、傾斜台１９のほぼ中央位置に装着されている。その位置は、鋼板８の直線移動路を囲むところなので、誘導子１７は、高周波電源装置から高周波電流が通電されると、鋼板８の対峙部分を誘導加熱する。また、誘導子１７は、移動加熱用なので、鋼板８との対峙状態に関して、鋼板８の幅方向には全域に亘って鋼板８と対峙し、鋼板８の長手方向には一部区間で鋼板８と対峙するようになっている。
放射温度計１８は、傾斜台１９に取り付けられて、鋼板８のうち誘導加熱されている部分の温度を測定するようになっている。

放水部１６は（図１（ｂ）参照）、移動中の鋼板８に対して急熱後の急冷を行うため、傾斜台１９に装着されて誘導子１７の直ぐ側に位置していて、やはり鋼板保持機構１１〜１５に保持された鋼板８と幅方向には全域に亘り長手方向には一部区間で対峙するようになっている。鋼板８を傾斜台１９の傾斜に沿って斜めに下るよう移動させながら熱処理が行われるので、放水部１６は、誘導子１７の斜め下方（図では左下）に位置して、鋼板８の移動経路を囲むように、傾斜台１９に装着されている。放水部１６には多数の噴射口が鋼板８の幅方向に列なって穿孔されており、放水時には、水冷装置から給水回路を介して適量に調整された冷却水が各噴射口から鋼板８に向けて噴射されるようになっている。

制御部２０は（図１（ｃ）参照）、例えばプログラマブルなマイクロプロセッサシステムやシーケンサからなり、データメモリには板厚リストデータ領域２１と処理条件データ領域２３と引張力データ領域２７とその他の適宜な作業領域とが予め割り振られており、プログラムメモリには板厚選定プログラム２２と順序制御プログラム２４と温度制御プログラム２５と移動制御プログラム２６と引張力制御プログラム２８とが予めインストールされている。この制御部２０の操作部には入力や表示に使う部材として例えばタッチパネルが設けられており、更に機械部１０の検出部材や制御対象部材（１４〜１９）とも適宜なインターフェイスを介して接続されて必要な信号を入出力するようになっている。

板厚リストデータ領域２１には、ＪＩＳ規格やメーカ規格などに基づいて結晶粒微細化処理に使用可能な鋼板８のデータが予め記憶保持されており、そのデータには、少なくとも選定可能な幾つかの板厚Ｄ１，Ｄ２，…が含まれており、選定可能な板厚が板長や板幅によって制限される場合はその制限条件を反映したデータも含まれる。
処理条件データ領域２３には、要求仕様に基づいて鋼板８の形状を規定する板厚Ｄ，板幅Ｗ，及び板長Ｌと、鋼板８の物性の一つである高温縦弾性係数Ｅと、選定した鋼板８に関する選定板厚Ds及び板長伸び目標値ΔLaと、熱処理の具体的内容を規定する高周波電力，送り速度Ｖ，加熱温度と、結晶粒微細化処理に適う熱処理の回数を規定する熱処理回数ｎと、処理開始時の引張力を規定する引張力Ｐとが含まれる。
引張力データ領域２７は、熱処理中の引張力目標値Paを記憶保持するところである。

板厚選定プログラム２２は、処理条件データ領域２３に選定板厚Ds及び板長伸び目標値ΔLa以外のデータ値が設定されていることを前提に、板厚リストデータ領域２１を参照して、結晶粒微細化処理に供する鋼板８を選定するとともに、選定板厚Dsと板長伸び目標値ΔLaとの設定と引張力Ｐの修正または引張力Ｐ及び熱処理回数ｎの修正とを行うものであるが、その詳細は後の動作説明にて述べる。
順序制御プログラム２４は、処理条件データ領域２３に設定されているデータに基づいて機械部１０の各部（１４〜１９）を制御等することで結晶粒微細化処理を実行するものであり、その際、鋼板８の引張力を調整するが、その詳細も後の動作説明にて述べる。

温度制御プログラム２５は、順序制御プログラム２４の制御下、熱処理が定温で行われるよう温度をフィードバック制御するものであり、具体的には、熱処理の間、放射温度計１８で検出した鋼板８の加熱部の温度が処理条件データ領域２３の加熱温度になるよう高周波電源の出力する誘導子１７の通電量を制御する。水冷装置を制御して放水部１６から放水をさせたり放水を止めたりもするようになっている。
移動制御プログラム２６は、順序制御プログラム２４の制御下、熱処理が定速で行われるよう送り速度を制御するものであり、具体的には、熱処理の間、傾斜台１９の上で移動する鋼板保持機構１１〜１５ひいては鋼板８の送り速度が処理条件データ領域２３の送り速度Ｖになるよう傾斜台１９の駆動源の動作を制御するようになっている。

引張力制御プログラム２８は、やはり順序制御プログラム２４の制御下、熱処理が一定力で行われるよう引張力をフィードバック制御するものであり、具体的には、熱処理の間、引張力付与部材１４の出す引張力が引張力データ領域２７の引張力目標値Paになるよう、例えば、引張力付与部材１４への油圧の圧力を圧力計で検出し、それに応じて油圧圧力を比例電磁式リリーフ弁等の圧力制御弁で加減させるものとなっている。
引張力データ領域２７の引張力目標値Paは、順序制御プログラム２４によって設定や変更されるものであり、その詳細も後の動作説明にて述べる。

この実施例１の鋼板熱処理装置１０＋２０を用いた鋼板熱処理方法や，鋼板熱処理装置１０＋２０の動作を説明する。

処理の対象になる鋼板８の材質は、急熱と急冷の繰り返しで結晶粒が微細化するものであり、例えばＪＩＳ Ｇ３１２８（ＳＨＹ）や，ＪＩＳ Ｇ４１０３（ＳＮＣＭ）が挙げられる（特許文献１参照）。厚板とされる鋼板１０のサイズは、厚さ１６ｍｍ×幅１２００ｍｍ×長さ６０００ｍｍ前後が典型的であるが、他のサイズでも良く、目安としては、板厚が１０〜２５ｍｍ、幅が９００〜１２００ｍｍ、長さが２０００〜６０００ｍｍである。薄板とされる鋼板２０のサイズは、厚さ５ｍｍ×幅７００ｍｍ×長さ１２００ｍｍ前後が典型的であるが、他のサイズでも良く、目安としては、板厚が３〜１２ｍｍ、幅が３００〜８００ｍｍ、長さが５００〜２０００ｍｍである（特許文献２参照）。

処理実行に先立ち、引張力付与方式の結晶粒微細化処理では板厚が縮むのを考慮して要求仕様の板厚Ｄより板厚縮みΔＤだけ厚い鋼板８を選定しておかなければならないので、既に同一処理を実行していてそのときの選定データ等が再利用できる場合は別として、板厚選定作業を行う。
板厚選定作業は、筆記用具や関数電卓などを用いて手計算で行っても良いが、ここでは鋼板熱処理装置１０＋２０にインストールされている板厚選定プログラム２２に自動選定させることとする。

そのためには、先ず、タッチパネルを操作して、処理条件データ領域２３に、予め判明しているデータ値を設定する。
具体的には、要求仕様に基づいて板厚Ｄと板幅Ｗと板長Ｌと高温縦弾性係数Ｅを処理条件データ領域２３の該当箇所にデータ設定し、過去の経験や新たな実験に基づいて高周波電力と送り速度Ｖと加熱温度と熱処理回数ｎと引張力Ｐとをやはり処理条件データ領域２３の該当箇所にデータ設定する。なお、板厚Ｄは要求仕様の値をそのまま設定しなければならないが、板幅Ｗと板長Ｌは要求仕様の値より少し大きめにしておくと良い。

そして、板厚選定プログラム２２を起動すると、板厚選定プログラム２２によって（図２（ａ）参照）、自動処理が開始され、最初に板長伸び予想値ΔLeが算定される（ステップＳ１１）。板長伸び予想値ΔLeは、要求仕様の板厚Ｄの鋼板８を長手方向に引っ張りつつ移動させながら鋼板８に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する熱処理を往復移動と共に繰り返すことにより鋼板８の結晶粒を微細化したときに鋼板８の長手方向に生じるであろう板長伸びΔＬを予想する計算値であり、鋼板８の形状を規定する板厚Ｄ，板幅Ｗ，及び板長Ｌと、鋼板８の物性の一つであって熱処理条件も反映した高温縦弾性係数Ｅと、熱処理回数ｎや引張力Ｐとから、例えば式［ΔLe ＝ （Ｐ×Ｌ×ｎ）／（Ｄ×Ｗ×Ｅ）］で算定される。

それから、板長伸び予想値ΔLeがポアソン比ｍを含んだ式［ΔDe ＝ ΔLe／（Ｌ×ｍ）］で板厚縮み予想値ΔDeに変換され（ステップＳ１２）、板厚リストデータ領域２１に設定されている選定可能な板厚Ｄ１，Ｄ２，…のなかから板厚Ｄと板厚縮み予想値ΔDeとの合計値以上であってその合計値に最も近い板厚が選定され（ステップＳ１３）、この選定板厚Dsが処理条件データ領域２３の該当箇所にデータ設定される（ステップＳ１４）。
また、選定板厚Dsとそれを板厚とする選定鋼板に関する情報がタッチパネルに表示され、この選定鋼板の板厚値である選定板厚Dsと要求仕様の板厚値である板厚Ｄとの差が算出されて板厚縮み目標値ΔDaとされ、この板厚縮み目標値ΔDaが鋼板８の形状と物性とに基づいて鋼板８の板長伸び目標値ΔLaに換算され、板長伸び目標値ΔLaも選定板厚Dsと同様に処理条件データ領域２３の該当箇所にデータ設定される（ステップＳ１４）。

板厚縮み目標値ΔDaから板長伸び目標値ΔLaへの換算は例えば係数Ｋを含んだ式［ΔLa ＝ ΔDa×Ｌ×ｍ×Ｋ］で行われる。係数Ｋは、鋼板８に異方性が無いときや鋼板８の異方性が無視できるときには値“１”で良いが、鋼板８の異方性を加味するときには実験時や実行時に両値ΔLa，ΔDaを測定してから上記式に基づいて逆算した値が用いられる。
さらに（ステップＳ１５）、この板長伸び目標値ΔLaと上述の板長伸び予想値ΔLeとの対比に基づいて結晶粒微細化処理実行時の引張力Ｐが調整される。具体的には、式［（ΔLa／ΔLe）×Ｐ］が演算され、その算出値で処理条件データ領域２３の引張力Ｐが再設定される。なお、動作モードが熱処理回数ｎの自動増加を許していて而も旧Ｐ＜｛新Ｐ×ｎ／（ｎ＋１）｝の場合は、それで引張力Ｐが再設定され熱処理回数ｎが＋１される。

こうして、板厚選定が済んだら、選定した鋼板８のサイズに適合する誘導子１７及び放水部１６を傾斜台１９に装着して位置や姿勢を調整するとともに、鋼板８を機械部１０にセットする。このセッティング作業は、傾斜台１９上の可動枠１３の両端部に装備されている一対の挟持具１１，１２を開かせておき、利用可能なクレーンや鋼板吸着機等を備えたハンドリング装置で処理対象の鋼板８を保持して、鋼板８を誘導子１７及び放水部１６に挿入し、鋼板８の両端を挟持具１１，１２に挟持させるが、傾斜角度θがさほど大きくないので、誘導子１７への遊挿を含めて鋼板８のセッティング作業は、傾置斜動であっても、横置き横移動のときとほとんど同じく、容易に行える。

鋼板８の機械部１０へのセットが済んだら、制御部２０の処理条件データ領域２３の設定値を確認する。板厚選定が正常に行われていれば、総ての処理条件が適切なデータ値で設定されているはずであるが、正常であっても引張力Ｐや熱処理回数ｎが変更されていることもある。なお、後ほど同じ処理条件で結晶粒微細化処理を行うことが想定される場合は、将来の再利用に備えて、処理条件データ領域２３を図示しないセーブプログラムで外部記憶装置などに保存しておく。また、今回が再利用であれば、保存データのなかから該当する処理条件を検索して処理条件データ領域２３に復元しておく。

処理条件の確認が済んだら、順序制御プログラム２４を起動して、後は制御部２０の自動制御に任せる。そうすると（図２（ｂ）参照）、順序制御プログラム２４の実行によって、処理条件データ領域２３の引張力Ｐが調整変更に備えて引張力データ領域２７に転写され（ステップＳ２１）、これが引張力制御プログラム２８の参照する引張力目標値Paとなる。また、処理条件データ領域２３に板長伸び目標値ΔLaが設定されているか否かが調べられて（ステップＳ２２）、設定されていれば変更されることなくそのままにされるが、設定されていない場合は、板長伸び目標値ΔLaが算定されて処理条件データ領域２３の該当箇所にデータ設定される（ステップＳ２３）。

板長伸び目標値ΔLaの算定は、繰り返しとなる詳細な説明は割愛するが、上述した板厚選定プログラム２２と同様の演算で良い。
板長伸び目標値ΔLaが確定したら、熱処理一回当りの板長伸びΔＬの目標値である板長伸び目標値(ΔL/n)aが、板長伸び目標値ΔLaと熱処理回数ｎとから、式［ΔLa／ｎ］で算定される（ステップＳ２４）。
これで制御部２０も熱処理実行の準備が整うので、順序制御プログラム２４から温度制御プログラム２５と移動制御プログラム２６と引張力制御プログラム２８とに宛てて熱処理一回実行の指示が出て、定温・定速・一定力で熱処理が一回だけ実行される（ステップＳ２５）。

具体的には、温度制御プログラム２５の制御下の高周波電源によって、最初は処理条件データ領域２３の高周波電力値で誘導子１７への通電が行われ、整定時間経過後は放射温度計１８での測定温度が処理条件データ領域２３の加熱温度になるよう通電量が調整される。また、移動制御プログラム２６の制御下のサーボモータ等の駆動源によって、傾斜台１９では、鋼板保持機構１１〜１５ひいては鋼板８が、処理条件データ領域２３の送り速度Ｖで定速移動させられる。さらに、引張力制御プログラム２８の制御下の油圧回路等の圧力制御によって、引張力付与部材１４が発生させて鋼板８に作用する引張力が、引張力データ領域２７の引張力目標値Paになるよう、自動調整される。
鋼板８の一端から他端まで一通り移動加熱したら高周波通電が停止されるとともに鋼板保持機構１１〜１５と鋼板８が逆送されて元の位置に戻って一回の熱処理が終了する。

そして（ステップＳ２６）、熱処理の実行済み回数が処理条件データ領域２３の熱処理回数ｎに達すると、その旨をタッチパネル等に表示して順序制御プログラム２４が実行を終えるが、実行済み回数が熱処理回数ｎに未だ達していなければ、直前の熱処理で鋼板８に生じた板長伸びΔＬが変位計１５で測定されて板長伸び測定値ΔLmとして取り込まれ（ステップＳ２７）、上述の板長伸び目標値(ΔL/n)aと板長伸び測定値ΔLmとの比較に基づいて後続の熱処理での引張力が調整される。
具体的には（ステップＳ２８）、例えば式［｛(ΔL/n)a／ΔLm｝×Pa］が演算されて、その算出値が新たな引張力目標値Paとして引張力データ領域２７に書き込まれる。

その引張力調整が済んだら、再び定温・定速・一定力で熱処理が一回実行される（ステップＳ２５）。そして、実行済み回数が熱処理回数ｎに達するまで（ステップＳ２６）、後続の熱処理での引張力調整と（ステップＳ２７〜Ｓ２８）、定温・定速・一定力での熱処理一回実行とが（ステップＳ２５）、繰り返される（ステップＳ２６）。
こうして、熱処理がｎ回繰り返されると鋼板８の結晶粒微細化処理が完了し、その旨がタッチパネル等に表示されて、制御部２０の自動制御が止まるので、冷めるのを待って鋼板８を機械部１０から外せば手作業での後始末も含めて総ての作業が完了する。

しかも、出来上がった鋼板８は、板厚縮みΔＤが板厚縮み目標値ΔDaになるように、先行の熱処理の結果に応じて後続の熱処理での引張力が調整されたことで、仕上がり板厚が要求仕様の板厚Ｄに高い精度で適合することとなる。しかも、その引張力調整が、鋼板８の板厚そのものを測定して行われるのでなく、板厚を代用する鋼板８の長手方向の伸びを変位計１５で測定した板長伸び測定値ΔLmに基づいて行われ、変位計１５が、引張力付与部材１４の装着先と同じ可動枠１３と非固定挟持具１２に装着することで、鋼板保持機構１１〜１５の移動を含む熱処理を何ら妨げることなく、鋼板保持機構１１〜１５に付設されるので、板厚縮みの調整が容易かつ的確に行われる。

本発明の鋼板熱処理装置の実施例２について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図３は、鋼板熱処理装置の制御部の順序制御プログラムにおける引張力調整機能の一部の処理内容を示すフローチャートである。

この鋼板熱処理装置が上述した実施例１のものと相違するのは、引張力の調整が熱処理と熱処理との間だけでなく各回の熱処理の最中にも行われるようになった点である。
すなわち、実施例１の熱処理が一回ずつは定温・定速・一定力で実行されていたのに対し（ステップＳ２５）、この実施例２の熱処理では、定温・定速は維持されているが、引張力付与部材１４が発生させて鋼板８に作用する引張力が、随時調整されるのである。具体的には（図３参照）、順序制御プログラム２４が一部改造されて、引張力データ領域２７の引張力目標値Paが随時更新されるようになっている（ステップＳ３１〜Ｓ３６）。

詳述すると、熱処理を一回実行する際、順序制御プログラム２４によって、先ず伸び率目標値(dL/dt)aが式［(ΔL/n)a×V／L］で算定される（ステップＳ３１）。この算定値は、熱処理一回当り板長伸び目標値(ΔL/n)aを熱処理一回当りの時間（Ｌ／Ｖ）で割ったに等しいものである。式［ΔLa×V／L／ｎ］で算定しても等しくなる。
そして、順序制御プログラム２４が温度制御プログラム２５と移動制御プログラム２６と引張力制御プログラム２８とに宛てて熱処理一回実行の指示を出すので、熱処理が開始されるが（ステップＳ３２）、順序制御プログラム２４によって引張力データ領域２７の引張力目標値Paが随時更新されるので、それに追従する引張力制御プログラム２８の制御によって鋼板８の引張力も随時変化しうる。なお、温度制御プログラム２５による定温制御と移動制御プログラム２６による定速送り制御は、処理条件データ領域２３の該当設定値に基づいて行われ、処理条件データ領域２３が更新されないので、維持される。

順序制御プログラム２４による引張力データ領域２７の引張力目標値Paの随時更新は、変位計１５で測定した板長伸びΔＬを適宜なタイミングで変位計１５から取り込み（ステップＳ３３）、例えばその値と前回取り込んだ値との差を両取込の経過時間で割って、板長伸びΔＬの単位時間当り変量である伸び率測定値(dL/dt)mを算出し（ステップＳ３４）、上述の伸び率目標値(dL/dt)aと伸び率測定値(dL/dt)mとの比較に基づいて引張力データ領域２７の引張力目標値Paを調整する（ステップＳ３５）、という一連の処理（Ｓ３３〜Ｓ３５）を一回の熱処理が終了するまで一定周期で又は不定周期で繰り返すことで遂行される（ステップＳ３６）。

この場合、例えば熱処理同士の間で行うのと同様の式［{(dL/dt)a／(dL/dt)m}×Pa］の算出値で引張力データ領域２７の引張力目標値Paを調整しても良いが、この調整は短時間で繰り返されるので、不所望な発振や発散が起きることが懸念される場合は、“１”より小さい適宜な減衰係数αを導入して例えば式［Pa＋α×{(dL/dt)a／(dL/dt)m}×Pa］の算出値で引張力データ領域２７の引張力目標値Paを微調整すると良い。減衰係数αは、定数でも良く、板長伸びΔＬの測定の時間間隔などを加味した変数であっても良い。
このような引張力の微調整が熱処理の最中すなわち鋼板８の移動中に行われるため、鋼板８の長手方向における各部位毎にきめ細かく鋼板８の板厚が調整されるので、処理後の鋼板８は板厚分布の均一性まで良好なものとなる。

［その他］
上記実施例では、先行の熱処理での伸びの過不足を後続の熱処理での伸びの適正化に役立てるにとどまっていたが、先行の熱処理での伸びの過不足を後続の熱処理で補償するようにしても良く、例えば先行の過不足を割り増しして後続に反映させるのも良い。
上記実施例では、傾斜台１９の傾きが左下がりだけになっていたが、傾斜台１９の両端に伸縮可能な脚部を設けて交互に伸縮させて右下がり姿勢もとれるようにしても良く、この場合、更に、往復移動の双方で熱処理を行うようにしても良い（特許文献２参照）。

本発明の鋼板熱処理方法および鋼板熱処理装置は、薄板の有限長鋼板に適用が限定される訳でなく、両端の挟持にて保持されるとともに適度な引張力が付与されるのであれば、厚板に近い又は厚板に属する有限長鋼板にも適用することができる。

８…鋼板（薄板）、
１０…機械部（鋼板熱処理装置）、
１１…挟持具（固定）、１２…挟持具（非固定）、
１３…可動枠、１４…引張力付与部材、１５…変位計、
１６…放水部、１７…誘導子、１８…放射温度計、１９…傾斜台、
２０…制御部（鋼板熱処理装置）、
２１…板厚リストデータ領域、２２…板厚選定プログラム、
２３…処理条件データ領域、２４…順序制御プログラム、
２５…温度制御プログラム、２６…移動制御プログラム、
２７…引張力データ領域、２８…引張力制御プログラム

Claims (7)

1. 要求仕様の板厚の鋼板を長手方向に引っ張りつつ移動させながら前記鋼板に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する熱処理を往復移動と共に繰り返すことにより前記鋼板の結晶粒を微細化したときに前記鋼板に生じる板厚縮み予想値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定し又は前記鋼板の長手方向に生じる板長伸び予想値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定してから前記板長伸び予想値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて前記鋼板の板厚縮み予想値に換算し、前記要求仕様の板厚値よりも前記板厚縮み予想値以上は厚い鋼板を選定し、この選定鋼板の板厚値と前記要求仕様の板厚値との差を板厚縮み目標値とし、この板厚縮み目標値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて前記鋼板の板長伸び目標値に換算し、この板長伸び目標値と前記板長伸び予想値との対比に基づいて結晶粒微細化処理実行時の引張力を調整する鋼板熱処理方法。
2. 結晶粒微細化処理実行時の引張力を調整するに際して、熱処理の繰り返し回数を増やすことにより、引張力の増大を抑制することを特徴とする請求項１記載の鋼板熱処理方法。
3. 有限長の鋼板を長手方向に引っ張りつつ移動させながら前記鋼板に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する熱処理を往復移動と共に繰り返すことにより前記鋼板の結晶粒を微細化する鋼板熱処理方法において、要求仕様の板厚値よりも厚い鋼板を選定し、この選定鋼板に前記熱処理を施したときの板長伸び目標値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定し又は決定済みの板長伸び目標値を用いて、前記熱処理を繰り返す際には先行の熱処理と後続の熱処理との間で前記板長伸び目標値と前記鋼板の長手方向の板長伸び測定値との比較に基づいて後続の熱処理での引張力を調整することを特徴とする鋼板熱処理方法。
4. 有限長の鋼板に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰り返し施して行う結晶粒微細化処理のために前記鋼板を長手方向に移動させながら前記鋼板に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する鋼板熱処理装置において、直線移動可能な可動枠に固定された固定挟持具と固定されていない非固定挟持具とで前記鋼板の長手方向の両端を全幅に亘って挟持して前記鋼板をその長手方向に引っ張る保持機構に、前記可動枠に対する前記非固定挟持具の変位を測定する変位計が付設されていることを特徴とする鋼板熱処理装置。
5. 前記熱処理の実行と繰り返しを制御する制御部が設けられ、この制御部が、前記鋼板に前記熱処理を施したときの板長伸び目標値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定する手段と、前記熱処理を繰り返えさせる際には先行の熱処理と後続の熱処理との間で前記板長伸び目標値と前記変位計での測定値との比較に基づいて後続の熱処理での引張力を調整する手段とを具備していることを特徴とする請求項４記載の鋼板熱処理装置。
6. 前記制御部が、前記板長伸び目標値を前記熱処理の時間で割って又は割ったに等しい伸び率目標値を算出する手段と、前記熱処理の最中に前記変位計での測定値からその単位時間当り変量である伸び率測定値を随時算出する手段と、前記伸び率目標値と前記伸び率測定値との比較に基づいて前記熱処理の最中に引張力を微調整する手段とを具備していることを特徴とする請求項５記載の鋼板熱処理装置。
7. 有限長の鋼板に急熱とこれに続く急冷とを適用する熱処理を繰り返し施して行う結晶粒微細化処理のために前記鋼板を長手方向に移動させながら前記鋼板に誘導加熱とこれに続く放水冷却とを順次適用する鋼板熱処理装置において、直線移動可能な可動枠に固定された固定挟持具と固定されていない非固定挟持具とで前記鋼板の長手方向の両端を全幅に亘って挟持して前記鋼板をその長手方向に引っ張る保持機構と、この保持機構に付設されていて前記可動枠に対する前記非固定挟持具の変位を測定する変位計と、前記熱処理の実行と繰り返しを制御する制御部とが設けられており、この制御部が、前記鋼板に前記熱処理を施したときの板長伸び目標値を前記鋼板の形状と物性とに基づいて算定する手段と、前記板長伸び目標値を前記熱処理の時間で割って又は割ったに等しい伸び率目標値を算出する手段と、前記熱処理の最中に前記変位計での測定値からその単位時間当り変量である伸び率測定値を随時算出する手段と、前記伸び率目標値と前記伸び率測定値との比較に基づいて前記熱処理の最中に引張力を微調整する手段とを具備していることを特徴とする鋼板熱処理装置。

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