JP2012093314A - 鋼板の板厚測定方法、板厚演算装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板の板厚を効率的かつ精度良く演算できるようにする。
【解決手段】鋼板１の板厚方向に透過した放射線の検出結果（放射線の減衰比Ｉ₀／Ｉ）及び線吸収係数μに基づいて、下記演算式
Ｈ＝｛（１／μ）×（ｌｎ Ｉ₀／Ｉ）｝×Ｃ_t
を用いて該鋼板１の板厚を演算する板厚演算装置であって、測定対象の鋼板１の出鋼グレード、目標板厚及び測定表面温度を入力する入力部１０１と、前記演算式に用いられる補正値Ｃ_tを、出鋼グレード、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶する記憶部１０３と、入力部１０１により入力された測定対象の鋼板１の出鋼グレード、目標板厚及び測定表面温度に応じて記憶部１０３から補正係数Ｃ_tを選択し、前記演算式を用いて板厚を演算する板厚演算部１０２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板の板厚方向に放射線を透過させて板厚を測定する鋼板の板厚測定方法、板厚演算装置及びプログラムに関する。

鋼板の熱間圧延ラインにおけるオンラインの厚み計として、放射線厚み計が用いられている。放射線厚み計は、被測厚物の厚み方向の一方から一定量の放射線を投射し、被測厚物の他方へ浸透した放射線量を測定して、その結果に応じて被測厚物の厚みを求めるものである。

この種の技術として、例えば特許文献１に開示されているものがある。ここで、まず放射線による板厚測定の測定原理について説明する。特許文献１にも記載されているように、鋼板に強度Ｉ₀のγ線を照射し、その検出強度がＩであるとすると（図１０を参照）、鋼板の板厚Ｈは、下式（１０１）により求めることができる。
Ｈ＝（１／μ）×（ｌｎ Ｉ₀／Ｉ）・・・（１０１）
Ｉ₀：放射線の透過前強度
Ｉ：放射線の透過後強度
μ：線吸収係数

また、線吸収係数μは、下式（１０２）により求めることができる。
μ＝Σ（ｚμ_a／Ｖ）・・・（１０２）
μ_a：原子固有の線吸収係数
ｚ:単位格子内の原子数
Ｖ：単位格子体積

特許文献１では、鋼板を透過した放射線量を計数して板厚を測定する方法において、鋼板の板厚を演算により算出するに際し、温度、成分組成、加工状態から鋼板内部温度分布、変態率（結晶構造）、熱による体積変化等を推定し、単位格子内の原子数、原子番号、単位格子の体積を決定する。その結果、線吸収係数が（１０２）式によって算出され、γ線による実測された放射線の透過量と線吸収係数とのもとに鋼板の板厚を測定する。

特許第３２２４４６６号公報

特許文献１では、温度、成分組成、加工状態から鋼板内部温度分布、変態率（結晶構造）、熱による体積変化等を推定する。この場合、各種モデル式を用いて板厚方向の温度分布予測計算や成分元素からの変態点予測計算等を行うことになるが、温度分布や組織形態をどの程度まで正確に予測できるようにモデル式を設定するかという難しい問題がある。厳密なモデル式を用いて演算を行うのが理想的ではあるが、モデル式をあまりに厳密にすることは現場においてオンラインで鋼板の板厚を測定する場合に現実的ではない。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、鋼板の板厚を効率的かつ精度良く演算できるようにすることを目的とする。

本発明の鋼板の板厚測定方法は、鋼板の板厚方向に透過した放射線の検出結果に基づいて、所定の演算式を用いて該鋼板の板厚を演算する鋼板の板厚測定方法であって、
前記所定の演算式に用いられる所定の係数を、鋼種、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶する記憶手段を用いて、測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度に応じて前記記憶手段から所定の係数を選択し、前記所定の演算式を用いて板厚を演算し、前記所定の演算式として、板厚をＨ、放射線の透過前強度をＩ₀、放射線の透過後強度をＩ、線吸収係数をμ、補正値をＣ_tとして、
Ｈ＝｛（１／μ）×（ｌｎ Ｉ₀／Ｉ）｝×Ｃ_t
を用いて、測定対象の鋼板の板厚を演算することを特徴とする。なお、鋼板表面温度は、計算値でも実測値でもよい。
また、本発明の鋼板の板厚測定方法の他の特徴とするところは、熱延鋼板の仕上げ圧延工程後の板厚を測定する点にある。
また、本発明の鋼板の板厚測定方法の他の特徴とするところは、前記記憶手段には、検査工程の冷間状態にある鋼板の板厚を実測し、その板厚と前記所定の演算式を用いて演算した板厚とから補正値Ｃ_tを再計算して、鋼種、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶される点にある。
本発明の鋼板の板厚演算装置は、鋼板の板厚方向に透過した放射線の検出結果に基づいて、所定の演算式を用いて該鋼板の板厚を演算する鋼板の板厚演算装置であって、測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度を入力する入力手段と、前記所定の演算式に用いられる所定の係数を、鋼種、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶する記憶手段と、前記入力手段により入力された前記測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度に応じて前記記憶手段から所定の係数を選択し、前記所定の演算式を用いて板厚を演算する板厚演算手段とを備え、前記所定の演算式として、板厚をＨ、放射線の透過前強度をＩ₀、放射線の透過後強度をＩ、線吸収係数をμ、補正値をＣ_tとして、
Ｈ＝｛（１／μ）×（ｌｎ Ｉ₀／Ｉ）｝×Ｃ_t
を用いて、測定対象の鋼板の板厚を演算することを特徴とする。
本発明のプログラムは、鋼板の板厚方向に透過した放射線の検出結果に基づいて、所定の演算式を用いて該鋼板の板厚を演算する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度を入力する入力手段と、前記所定の演算式に用いられる所定の係数を、鋼種、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶する記憶手段と、前記入力手段により入力された前記測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度に応じて前記記憶手段から所定の係数を選択し、前記所定の演算式を用いて板厚を演算する板厚演算手段としてコンピュータを機能させ、前記所定の演算式として、板厚をＨ、放射線の透過前強度をＩ₀、放射線の透過後強度をＩ、線吸収係数をμ、補正値をＣ_tとして、
Ｈ＝｛（１／μ）×（ｌｎ Ｉ₀／Ｉ）｝×Ｃ_t
を用いて、測定対象の鋼板の板厚を演算することを特徴とする。

本発明によれば、鋼板の板厚を演算する演算式に用いられる所定の係数を、鋼種、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶しておき、そこから選択するようにしたので、鋼板の板厚を効率的かつ精度良く演算することができる。

本実施形態に係る鋼板の板厚測定システムの構成を示す図である。 真の補正値から求めた新補正値を示す特性図である。 同一厚みの２種類の出鋼グレードの鋼板にて補正値をシミュレーション実施した結果を示す特性図である。 合金成分影響、相変態影響、熱膨張影響による厚み変化量を試算した結果を示す特性図である。 鋼板の板厚方向の相変態のイメージ図である。 板厚１２ｍｍの鋼板における鋼板表面温度と厚み変化量及びα分率との特性図である。 （ａ）は各種板厚における鋼板表面温度とα分率との特性図、（ｂ）は鋼板表面温度と計算補正値との特性図である。 圧延温度と補正値との特性図である。 比較例と本発明例とを比較するための図である。 放射線による板厚測定の測定原理を説明するための概要図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る鋼板の板厚測定システムの構成を示す図である。図１に示すように、仕上げ圧延機２による仕上げ圧延後の熱延鋼板１（以下、単に鋼板１と称する）の板厚を測定すべく、適宜な位置において鋼板１を挟んで上下に、γ線源となる放射線源３と、放射線源３から放射されて鋼板１を透過したγ線を受ける放射線量検出器４とが配設されている。図示例では、Ｃフレームにより３組の放射線源３及び放射線量検出器４が保持されている。

また、仕上げ圧延機２による仕上げ圧延後の鋼板１の表面温度を実測する温度計５が配設されている。

図１に示したように放射線（γ線）により板厚を測定する場合に、その測定精度、ここでは該鋼板１の検査工程（冷間状態）でのレーザによる板厚測定との誤差は、厚み出しの前提となるため歩留、直行率に直結する重要な課題である。本実施形態では、放射線による板厚測定の測定精度を向上させる、すなわち該鋼板１の検査工程でのレーザによる板厚測定との誤差を小さくするために、以下に述べる構成を採用している。

板厚演算装置１００において、１０１は入力部であり、放射線源３及び放射線量検出器４による検出結果（放射線の減衰比Ｉ₀／Ｉ）、鋼板１の出鋼グレード、目標板厚及び温度計５による測定表面温度を入力する。出鋼グレードとは、鋼板１の成分（Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｂ）の組成をパターン分類したもので、鋼種を表す情報である。

１０２は板厚演算部であり、鋼板１の板厚Ｈを、補正値Ｃ_t［％］を用いて、下式（１）により演算する。下式（１）は、基準用マスターピースにて校正された板厚演算基本式を補正値Ｃ_tで補正するものである。
Ｈ＝｛（１／μ）×（ｌｎ Ｉ₀／Ｉ）｝×Ｃ_t・・・（１）

１０３は記憶部であり、板厚演算部１０２での演算に用いられる補正値Ｃ_tを、実績に基づいて、出鋼グレード、板厚及び鋼板表面温度の層別にテーブル化して記憶する。テーブルに設定されている各補正値Ｃ_tは書き換え可能となっており、後述するように実績に基づいて逐次書き換えられる。板厚演算部１０２は、鋼板１の板厚演算に際して、入力部１０１で入力された測定対象の鋼板１の出鋼グレード、目標板厚及び測定表面温度を記憶部１０３のテーブルに照らし合わせて補正値Ｃ_tを選択する。

１０４は出力部であり、例えば板厚演算部１０２で演算された鋼板１の板厚Ｈを不図示の表示装置に出力して表示させる。

次に、記憶部１０３に記憶する補正値Ｃ_tの詳細を説明する。ある出鋼グレード、目標板厚及び測定表面温度の鋼板１について、記憶部１０３に現在設定されている補正値Ｃ_tを用いて、上式（１）により板厚Ｈを求めたとする。その後、該鋼板１の検査工程（冷間状態）でレーザによる板厚測定を行い、板厚Ｈ_Rを求める。

この場合、放射線による板厚測定と、検査工程でのレーザによる板厚測定との誤差をなくすためには、下式（２）で表される補正値Ｃ_t´（真の補正値と称する）を用いるのが望ましかったといえる。
Ｃ_t´＝（Ｈ_R／Ｈ）×Ｃ_t・・・（２）

この考え方により、実績に基づいて、記憶部１０３に現在設定されている補正値Ｃ_tを真の補正値Ｃ_t´を用いて書き換えていく。具体的には、例えば一定期間、検査工程を終えた各鋼板１について、出鋼グレード、板厚、放射線による板厚測定時の測定表面温度、及び、上式（２）により求めた真の補正値Ｃ_t´を保存しておく。図２は、ある出鋼グレード及びある板厚範囲に属する鋼板について、圧延温度（放射線による板厚測定時の測定表面温度）と補正値との関係の例を示す特性図である。このように一定期間で得られた真の補正値Ｃ_t´（図中の■）を、出鋼グレード、板厚及び測定表面温度の層別に平均化する等して新補正値Ｃ_tnew（図中の△）を求めて、記憶部１０３に現在設定されている補正値Ｃ_tを書き換える。

ここで、補正値Ｃ_tを出鋼グレードの層別に分けるのは、主に成分変化による変態点影響を考慮するためである。図３には、同一厚みの２種類の出鋼グレードの鋼板にて補正値をシミュレーション実施した結果（鋼板表面温度と計算補正値との特性図）を示す。図３からも、成分変化による変態点変化の影響は大きいことがわかる。補正値Ｃ_tを出鋼グレードに層別することで、成分変化による変態点変化の影響を表現することができる。なお、出鋼グレードの層別数は、数が多ければ成分変化による変態点変化の影響をより細やかに表現することができるが、限定されるものではない。

また、補正値Ｃ_tを板厚の層別に分けるのは、主に相変態による密度変化の影響、換言すれば板厚による内部温度差を考慮するためである。図４には、合金成分影響、相変態影響、熱膨張影響による厚み変化量を試算した結果（鋼板表面温度と厚み変化量との特性図）を示す。図４に示すように、合金成分による線吸収変化影響は小さいが、熱膨張による影響や相変態による影響は大きいことがわかる。

鋼板では、変態点（変態温度）以上ではγ（ガンマ）鉄とよばれる面心立方格子構造（ＦＣＣ）となり、変態点を下回るとα鉄とよばれる体心立方格子構造（ＢＣＣ）となる。図５に示すように、放射線による板厚測定時の測定温度は表面温度であるが、実際には板厚によって内部温度が異なり、γ相とα相の混相状態になっていると考えられる。

図６は、板厚１２ｍｍの鋼板における鋼板表面温度と厚み変化量及びα分率との特性図である。図６に示すように、相変態（γ鉄→α鉄）が進行するにつれて密度が減少し、板厚が厚くなる傾向となる。このようにα相とγ相の体積分率により板厚方向の密度は変化するので、設定すべき補正値Ｃ_tも異なるはずである。

図７（ａ）は各種板厚における鋼板表面温度とα分率との特性図、（ｂ）は鋼板表面温度と計算補正値との特性図である。板厚が厚いほど、表面と中心部との温度差は大きくなるため、図７（ａ）に示すように、相変態（γ鉄→α鉄）の進行速度が遅くなる。したがって、図７（ｂ）に示すように、板厚が厚いほど、鋼板表面温度に対する補正値Ｃ_tの勾配ΔＣ_tを小さくする必要がある。

以上のように補正値Ｃ_tを板厚に層別することで、厚手と薄手による補正値の差を表現することができ、相変態による密度変化の影響を表現することができる。なお、板厚の層別数は、数が多ければ相変態による密度変化の影響をより細やかに表現することができるが、限定されるものではない。

また、補正値Ｃ_tを表面温度の層別に分ける場合に細分化することにより、特に薄手における変態後の密度変化を考慮することができる。図８には、ある出鋼グレードに属する３種類の板厚（８ｍｍ、１２ｍｍ、２０ｍｍ）の鋼板について、補正値Ｃ_tを鋼種２層別及び鋼板表面温度１１層別で層別した補正値を用いて、放射線により板厚を測定した後、上式（２）で表される真の補正値を求めた特性図である。同図に示すように、薄手の低温領域において真の補正値が増加する傾向が確認される。これは変態後の密度変化の影響によるものと考えられ、鋼板表面温度の層別を細分化することにより薄手における変態後の密度変化を考慮することができる。

図９（ａ）、（ｂ）には、ある出鋼グレード及びある板厚範囲に属する鋼板について、補正値Ｃ_tを鋼種２層別及び鋼板表面温度１１層別で層別した実績例（比較例）と、補正値Ｃ_tを出鋼グレード１０層別、鋼板表面温度２０層別及び板厚９層別で層別してシミュレーションした例（本発明例）とにおける放射線測定とレーザ測定との公差余裕を示す。同図に示すように、鋼種及び鋼板表面温度の層別を細分化するとともに板厚でも層別した本発明例の方が、放射線により板厚を測定する場合に、検査工程でのレーザによる板厚測定との誤差を小さくなっていることがわかる。

なお、上記実施形態では、式（１）の補正値Ｃ_tを出鋼グレード、板厚及び鋼板表面温度の層別にテーブル化する例を説明したが、補正値Ｃ_tを用いずに、式（１０１）の線吸収係数μを出鋼グレード、板厚及び鋼板表面温度の層別にテーブル化するようにしてもよい。

本発明を適用した板厚演算装置１００は、具体的にはＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）を備えたコンピュータシステムにより構成することができる。この場合、ＣＰＵがＲＯＭ等に記憶された板厚演算プログラムを実行することによって、上述した板厚演算装置１００における処理が実現される。

１：鋼板
２：仕上げ圧延機
３：放射線源
４：放射線量検出器
５：温度計
１００：板厚演算装置
１０１：入力部
１０２：板厚演算部
１０３：記憶部
１０４：出力部

Claims (5)

1. 鋼板の板厚方向に透過した放射線の検出結果に基づいて、所定の演算式を用いて該鋼板の板厚を演算する鋼板の板厚測定方法であって、
   前記所定の演算式に用いられる所定の係数を、鋼種、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶する記憶手段を用いて、
   測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度に応じて前記記憶手段から所定の係数を選択し、前記所定の演算式を用いて板厚を演算し、
   前記所定の演算式として、板厚をＨ、放射線の透過前強度をＩ₀、放射線の透過後強度をＩ、線吸収係数をμ、補正値をＣ_tとして、
   Ｈ＝｛（１／μ）×（ｌｎ Ｉ₀／Ｉ）｝×Ｃ_t
   を用いて、測定対象の鋼板の板厚を演算することを特徴とする鋼板の板厚測定方法。
2. 熱延鋼板の仕上げ圧延工程後の板厚を測定することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の板厚測定方法。
3. 前記記憶手段には、検査工程の冷間状態にある鋼板の板厚を実測し、その板厚と前記所定の演算式を用いて演算した板厚とから補正値Ｃ_tを再計算して、鋼種、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶されることを特徴とする請求項２に記載の鋼板の板厚測定方法。
4. 鋼板の板厚方向に透過した放射線の検出結果に基づいて、所定の演算式を用いて該鋼板の板厚を演算する鋼板の板厚演算装置であって、
   測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度を入力する入力手段と、
   前記所定の演算式に用いられる所定の係数を、鋼種、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶する記憶手段と、
   前記入力手段により入力された前記測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度に応じて前記記憶手段から所定の係数を選択し、前記所定の演算式を用いて板厚を演算する板厚演算手段とを備え、
   前記所定の演算式として、板厚をＨ、放射線の透過前強度をＩ₀、放射線の透過後強度をＩ、線吸収係数をμ、補正値をＣ_tとして、
   Ｈ＝｛（１／μ）×（ｌｎ Ｉ₀／Ｉ）｝×Ｃ_t
   を用いて、測定対象の鋼板の板厚を演算することを特徴とする鋼板の板厚演算装置。
5. 鋼板の板厚方向に透過した放射線の検出結果に基づいて、所定の演算式を用いて該鋼板の板厚を演算する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度を入力する入力手段と、
   前記所定の演算式に用いられる所定の係数を、鋼種、板厚及び鋼板表面温度の層別に記憶する記憶手段と、
   前記入力手段により入力された前記測定対象の鋼板の鋼種、目標板厚及び鋼板表面温度に応じて前記記憶手段から所定の係数を選択し、前記所定の演算式を用いて板厚を演算する板厚演算手段としてコンピュータを機能させ、
   前記所定の演算式として、板厚をＨ、放射線の透過前強度をＩ₀、放射線の透過後強度をＩ、線吸収係数をμ、補正値をＣ_tとして、
   Ｈ＝｛（１／μ）×（ｌｎ Ｉ₀／Ｉ）｝×Ｃ_t
   を用いて、測定対象の鋼板の板厚を演算することを特徴とするプログラム。

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