JP2509479B2 - 鋼板材質予測装置 - Google Patents
鋼板材質予測装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、製品に対する物理的評
価を行うことなく、厚鋼板などの組織材質を製造段階で
予測できるようにした鋼板材質予測装置に関するもので
ある。
価を行うことなく、厚鋼板などの組織材質を製造段階で
予測できるようにした鋼板材質予測装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】例えば、厚鋼板などのユーザにおいて
は、製品の納入と共に、その材質検査結果を添付するこ
とを要求されている場合がある。この要求に対し、従
来、メーカー側は製品の一部を切り出し、これに対し物
理的な特性測定（引張り強度、靱性など）を行ってい
る。
は、製品の納入と共に、その材質検査結果を添付するこ
とを要求されている場合がある。この要求に対し、従
来、メーカー側は製品の一部を切り出し、これに対し物
理的な特性測定（引張り強度、靱性など）を行ってい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
な人為的な特性測定は、多大な時間を要し、製品の出
荷、納品などに影響を与えている。
な人為的な特性測定は、多大な時間を要し、製品の出
荷、納品などに影響を与えている。
【０００４】また、現状では、完成品になった後でしか
その材質を知ることができないが、将来的には、製造前
に材質を予測し、要求される材質を精度よく確実に得ら
れる製造条件を設定するような技術の開発が望まれてい
る。
その材質を知ることができないが、将来的には、製造前
に材質を予測し、要求される材質を精度よく確実に得ら
れる製造条件を設定するような技術の開発が望まれてい
る。
【０００５】そこで、本発明の目的は、与えられた条件
に従って、材質予測を自動的に行えるようにした鋼板材
質予測装置を提供することにある。
に従って、材質予測を自動的に行えるようにした鋼板材
質予測装置を提供することにある。
【０００６】 上記目的を達成するために、本発明は、
連続鋳造または鋼塊法によって作られた鋼片に対し均一
拡散熱処理または予備圧延の少なくとも一方を経た後に
製造され、もしくは鋳造後そのまま圧延及び冷却を施し
て製造される鋼板に対し前記鋼片の成分及び製造条件に
基づいて鋼板の金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃
度を予測し、これらに基づいて鋼板の材質を推定する鋼
板の鋼板材質予測装置において、圧延に際して行われる
加熱前の前記鋼板の金属組織、析出物の析出状態、偏析
の濃度を成分条件及び鋳造条件に基づいた鋳造モデルに
より算出する第１の計算手段と、該手段によって算出さ
れた金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃度をもとに
均熱拡散熱処理中の加熱、温度保持、変態を通じての金
属組織の状態、析出物の状態、偏析の濃度を均熱拡散熱
処理モデルにより算出する第２の計算手段と、前記第１
の計算手段または前記第２の計算手段により得られた金
属組織、析出物状態、偏析の濃度に基づいて予備圧延ま
たは分塊圧延中の加熱、温度保持、圧延、変態を通じて
金属組織の状態、析出物の状態、偏析の状態を予備圧延
モデルにより算出する第３の計算手段とを設けるように
している。
連続鋳造または鋼塊法によって作られた鋼片に対し均一
拡散熱処理または予備圧延の少なくとも一方を経た後に
製造され、もしくは鋳造後そのまま圧延及び冷却を施し
て製造される鋼板に対し前記鋼片の成分及び製造条件に
基づいて鋼板の金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃
度を予測し、これらに基づいて鋼板の材質を推定する鋼
板の鋼板材質予測装置において、圧延に際して行われる
加熱前の前記鋼板の金属組織、析出物の析出状態、偏析
の濃度を成分条件及び鋳造条件に基づいた鋳造モデルに
より算出する第１の計算手段と、該手段によって算出さ
れた金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃度をもとに
均熱拡散熱処理中の加熱、温度保持、変態を通じての金
属組織の状態、析出物の状態、偏析の濃度を均熱拡散熱
処理モデルにより算出する第２の計算手段と、前記第１
の計算手段または前記第２の計算手段により得られた金
属組織、析出物状態、偏析の濃度に基づいて予備圧延ま
たは分塊圧延中の加熱、温度保持、圧延、変態を通じて
金属組織の状態、析出物の状態、偏析の状態を予備圧延
モデルにより算出する第３の計算手段とを設けるように
している。
【０００７】 上記した手段によれば、鋳造モデルによ
って、成分条件及び製造条件に基づいて鋼板の金属組
織、析出物の析出状態、偏析の濃度が予測され、つい
で、均熱拡散熱処理モデルにより均熱拡散熱処理中の加
熱、温度保持、変態を通じての金属組織の状態、析出物
の状態が算出され、さらに予備圧延モデルにより予備圧
延または分塊圧延中の加熱、温度保持、圧延、変態を通
じて金属組織の状態、析出物の状態、偏析状態が算出さ
れ、これらが引き続く圧延モデル、組織・材質モデルに
利用され、最終的に鋼板の金属組織、各元素の析出状
態、偏析濃度及び材質が推定される。この均熱拡散熱処
理モデルと予備圧延モデルによる計算の順番はどちらが
先でも良く、実際の工程に従って計算を行う。したがっ
て、製品に対して物理的評価を行うことなく、厚鋼板な
どの組織や材質を製造段階で予測することができる。ま
た、要求される材質仕様を確実に実現可能な製造条件が
設定可能であり、従来のように完成品に対する検査測定
が不要になる。
って、成分条件及び製造条件に基づいて鋼板の金属組
織、析出物の析出状態、偏析の濃度が予測され、つい
で、均熱拡散熱処理モデルにより均熱拡散熱処理中の加
熱、温度保持、変態を通じての金属組織の状態、析出物
の状態が算出され、さらに予備圧延モデルにより予備圧
延または分塊圧延中の加熱、温度保持、圧延、変態を通
じて金属組織の状態、析出物の状態、偏析状態が算出さ
れ、これらが引き続く圧延モデル、組織・材質モデルに
利用され、最終的に鋼板の金属組織、各元素の析出状
態、偏析濃度及び材質が推定される。この均熱拡散熱処
理モデルと予備圧延モデルによる計算の順番はどちらが
先でも良く、実際の工程に従って計算を行う。したがっ
て、製品に対して物理的評価を行うことなく、厚鋼板な
どの組織や材質を製造段階で予測することができる。ま
た、要求される材質仕様を確実に実現可能な製造条件が
設定可能であり、従来のように完成品に対する検査測定
が不要になる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明による鋼板材質予測方法を示す
演算フローチャートである。また、図２は本発明が適用
される鋼板製造ラインの例を示す設備構成図である。な
お、以下においては、厚鋼板の製造を例に説明する。
演算フローチャートである。また、図２は本発明が適用
される鋼板製造ラインの例を示す設備構成図である。な
お、以下においては、厚鋼板の製造を例に説明する。
【０００９】図２に示すように、鋼板の製造設備として
は、まず成分を調整する製鋼工程１２、溶鋼を鋳造する
連続鋳造設備１３または鋼塊に鋳造する造塊を行う設備
１４がある。さらに、スラブの偏析を高温の熱処理によ
り軽減させる均熱拡散工程１５、造塊後の鋼塊を分塊す
るか、または連続鋳造鋳片の厚みを減ずる予備圧延工程
１６がある。この均熱拡散処理工程１５、予備圧延工程
１６は場合によって、その片方または両方を使用すれば
良く、またどちらを先に使用しても良い。また、特に使
用しなくても良い。なお、製鋼工程１２は、上位計算機
によって管理される製鋼プロセスコンピュータ１７によ
って制御される。
は、まず成分を調整する製鋼工程１２、溶鋼を鋳造する
連続鋳造設備１３または鋼塊に鋳造する造塊を行う設備
１４がある。さらに、スラブの偏析を高温の熱処理によ
り軽減させる均熱拡散工程１５、造塊後の鋼塊を分塊す
るか、または連続鋳造鋳片の厚みを減ずる予備圧延工程
１６がある。この均熱拡散処理工程１５、予備圧延工程
１６は場合によって、その片方または両方を使用すれば
良く、またどちらを先に使用しても良い。また、特に使
用しなくても良い。なお、製鋼工程１２は、上位計算機
によって管理される製鋼プロセスコンピュータ１７によ
って制御される。
【００１０】一方、圧延設備は、圧延の前にスラブ（例
えば、長さ２〜４ｍ、幅１〜２．５ｍ、厚み２５０mm前
後）を加熱する加熱炉２、大まかな圧延を行う粗圧延機
３、粗圧延された鋼板を要求板厚に圧延する仕上圧延機
４、この仕上圧延機４によって圧延された鋼板に生じた
反りを調整するホットレベラ（ＨＬ）５、このホットレ
ベラ５を出た厚鋼板１を冷却する冷却装置６の各々を備
えて構成されている。
えば、長さ２〜４ｍ、幅１〜２．５ｍ、厚み２５０mm前
後）を加熱する加熱炉２、大まかな圧延を行う粗圧延機
３、粗圧延された鋼板を要求板厚に圧延する仕上圧延機
４、この仕上圧延機４によって圧延された鋼板に生じた
反りを調整するホットレベラ（ＨＬ）５、このホットレ
ベラ５を出た厚鋼板１を冷却する冷却装置６の各々を備
えて構成されている。
【００１１】なお、加熱炉２、粗圧延機３、仕上圧延機
４、ホットレベラ５及び冷却機６の各々には、その駆動
を制御し、また稼動中の情報を得るためにプロセスコン
ピュータ（以下、プロコンという）が接続されている。
また、製鋼工程および連続鋳造、造塊工程の駆動を制御
し、また稼動中の情報を得るためにもプロセスコンピュ
ータが接続されている（製鋼プロコン１７、加熱プロコ
ン７、圧延プロコン８、及び冷却プロコン９）。これら
プロコンは、中央制御室１０に設置された上位コンピュ
ータ（不図示）に接続され、この上位コンピュータは生
産計画に従って製鋼プロコン１７、加熱プロコン７、圧
延プロコン８及び冷却プロコン９を管理する。また、製
品となった厚鋼板１に対し、機械試験を行う場合の機械
試験システム１１が設けられ、その試験結果は中央制御
室１０に送られる。
４、ホットレベラ５及び冷却機６の各々には、その駆動
を制御し、また稼動中の情報を得るためにプロセスコン
ピュータ（以下、プロコンという）が接続されている。
また、製鋼工程および連続鋳造、造塊工程の駆動を制御
し、また稼動中の情報を得るためにもプロセスコンピュ
ータが接続されている（製鋼プロコン１７、加熱プロコ
ン７、圧延プロコン８、及び冷却プロコン９）。これら
プロコンは、中央制御室１０に設置された上位コンピュ
ータ（不図示）に接続され、この上位コンピュータは生
産計画に従って製鋼プロコン１７、加熱プロコン７、圧
延プロコン８及び冷却プロコン９を管理する。また、製
品となった厚鋼板１に対し、機械試験を行う場合の機械
試験システム１１が設けられ、その試験結果は中央制御
室１０に送られる。
【００１２】次に、図１に示す鋼板材質予測方法につい
て説明する。図１の処理を実行するには、これを実現す
るソフトウァアを作成し、これをコンピュータにロード
すればよい。
て説明する。図１の処理を実行するには、これを実現す
るソフトウァアを作成し、これをコンピュータにロード
すればよい。
【００１３】本発明による鋼板材質予測方法は、大別し
て鋳造モデル、均熱拡散熱処理モデル、予備圧延モデ
ル、圧延モデル及び組織・材質モデルから成る。
て鋳造モデル、均熱拡散熱処理モデル、予備圧延モデ
ル、圧延モデル及び組織・材質モデルから成る。
【００１４】鋳造モデル１０１は、成分条件と鋳造条件
をもとに、連続鋳造または造塊後の析出物の状態、偏析
の状態および金属組織を計算するモデルであり、その詳
細は図３に示すとおりである。
をもとに、連続鋳造または造塊後の析出物の状態、偏析
の状態および金属組織を計算するモデルであり、その詳
細は図３に示すとおりである。
【００１５】均熱拡散熱処理モデル１０２は鋳造モデル
で計算された偏析濃度、析出物状態および金属組織をも
とに、均熱拡散熱処理中の加熱、温度保持、変態を通じ
ての元素の析出、元素の拡散、金属組織の状態を計算す
るモデルであり、その詳細は図５に示すとおりである。
で計算された偏析濃度、析出物状態および金属組織をも
とに、均熱拡散熱処理中の加熱、温度保持、変態を通じ
ての元素の析出、元素の拡散、金属組織の状態を計算す
るモデルであり、その詳細は図５に示すとおりである。
【００１６】予備圧延モデル１０３は鋳造モデルまたは
均熱拡散熱処理モデルで計算された偏析濃度、析出物状
態および金属組織をもとに、予備圧延または分塊圧延中
の加熱、温度保持、圧延、変態を通じての元素の析出、
元素の拡散、金属組織の状態を計算するモデルであり、
その詳細は図７に示すとおりである。
均熱拡散熱処理モデルで計算された偏析濃度、析出物状
態および金属組織をもとに、予備圧延または分塊圧延中
の加熱、温度保持、圧延、変態を通じての元素の析出、
元素の拡散、金属組織の状態を計算するモデルであり、
その詳細は図７に示すとおりである。
【００１７】圧延モデル１０４は鋳造モデルまたは均熱
拡散熱処理モデルまたは予備圧延モデルで計算された偏
析濃度、析出物状態、金属組織をもとに、圧延および引
続き行われる冷却中の加熱、温度保持、圧延、変態を通
じての元素の析出、元素の拡散、金属組織の状態を計算
するモデルであり、その詳細は図７に示すとおりであ
る。
拡散熱処理モデルまたは予備圧延モデルで計算された偏
析濃度、析出物状態、金属組織をもとに、圧延および引
続き行われる冷却中の加熱、温度保持、圧延、変態を通
じての元素の析出、元素の拡散、金属組織の状態を計算
するモデルであり、その詳細は図７に示すとおりであ
る。
【００１８】 組織、材質モデル１０５は、固溶強化、
析出硬化、フェライト粒径の影響を分離して定式化する
ことで材質を算出するために設けられたモデルであり、
その詳細は図１０に示すとおりである。
析出硬化、フェライト粒径の影響を分離して定式化する
ことで材質を算出するために設けられたモデルであり、
その詳細は図１０に示すとおりである。
【００１９】次に、各モデルの演算の詳細について図３
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００２０】図３は鋳造モデル１０１の処理の詳細を示
すフローチャートである。成分３０３をインプットし、
次に連続鋳造の場合は鋳片厚および引抜き速度、冷却水
量密度および引抜き後の経過時間３０１をまた、造塊法
の場合は鋼塊サイズをもとに鋳造温度モデル３０２で計
算された温度履歴３０４をインプットし、計算に必要な
初期状態を設定する（ステップ３０５）。ついで状態図
の計算を行う（ステップ３０６）。
すフローチャートである。成分３０３をインプットし、
次に連続鋳造の場合は鋳片厚および引抜き速度、冷却水
量密度および引抜き後の経過時間３０１をまた、造塊法
の場合は鋼塊サイズをもとに鋳造温度モデル３０２で計
算された温度履歴３０４をインプットし、計算に必要な
初期状態を設定する（ステップ３０５）。ついで状態図
の計算を行う（ステップ３０６）。
【００２１】また、成分条件３０３は、ｗｔ％で示さ
れ、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍ
ｎ）、燐（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル
（Ｎｉ）、クローム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニ
オブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、タ
ンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）及び窒素
（Ｎ）、希土類元素（Ｒｅｍ）、カルシウム（Ｃａ）、
ボロン（Ｂ）、タングステン（Ｗ）、酸素（Ｏ）などで
ある。
れ、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍ
ｎ）、燐（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル
（Ｎｉ）、クローム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニ
オブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、タ
ンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）及び窒素
（Ｎ）、希土類元素（Ｒｅｍ）、カルシウム（Ｃａ）、
ボロン（Ｂ）、タングステン（Ｗ）、酸素（Ｏ）などで
ある。
【００２２】 次に、析出物の固溶量および析出物粒径
の計算を行う（ステップ３０７）。次に状態図よりγ／
α変態が開始したか否かを判定し（ステップ３０８）、
否であればγ１相になるまで温度が低下したか否かを判
定する（ステップ３０９）。否であれが、液相、δ相、
γ相の分率を計算し（ステップ３１０）、γ相について
は等軸晶、柱状晶それぞれの分率を計算する（ステップ
３１１）。また合わせて合金元素の相間の分配を計算し
て（ステップ３１５）偏析濃度の計算を行う（ステップ
３１６）。この計算をγ１相となる温度まで繰返す。ス
テップ３０９でγ１相となる温度以下であると判定され
た場合は、γ粒径の粒成長（ステップ３１４）および合
金元素の拡散による偏析濃度の変化（ステップ３１７）
を計算する。この計算をγ／α変態開始となる温度まで
繰返す。次にステップ３０８でγ／α変態開始温度まで
温度が低下したと判定された場合は、変態モデル３１２
によりフェライト粒径、各相の組織分率、析出物の状
態、偏析濃度を計算する（ステップ３１３）。この変態
モデルの詳細は図４に示すとおりである。
の計算を行う（ステップ３０７）。次に状態図よりγ／
α変態が開始したか否かを判定し（ステップ３０８）、
否であればγ１相になるまで温度が低下したか否かを判
定する（ステップ３０９）。否であれが、液相、δ相、
γ相の分率を計算し（ステップ３１０）、γ相について
は等軸晶、柱状晶それぞれの分率を計算する（ステップ
３１１）。また合わせて合金元素の相間の分配を計算し
て（ステップ３１５）偏析濃度の計算を行う（ステップ
３１６）。この計算をγ１相となる温度まで繰返す。ス
テップ３０９でγ１相となる温度以下であると判定され
た場合は、γ粒径の粒成長（ステップ３１４）および合
金元素の拡散による偏析濃度の変化（ステップ３１７）
を計算する。この計算をγ／α変態開始となる温度まで
繰返す。次にステップ３０８でγ／α変態開始温度まで
温度が低下したと判定された場合は、変態モデル３１２
によりフェライト粒径、各相の組織分率、析出物の状
態、偏析濃度を計算する（ステップ３１３）。この変態
モデルの詳細は図４に示すとおりである。
【００２３】 図４は変態モデル３１２の処理を詳細に
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【００２４】鋼の変態挙動は変態前のγ状態（γ粒径あ
るいは単位体積当りの粒界面積、残留転位密度、析出物
の固溶・析出状態）、冷却速度の影響を受ける。本モデ
ルはこれらを４０１，４０２，４０３から入力し、また
スラブ位置による成分変動の影響は、偏析の状態４１２
より入力し、変態の進行及び粒界フェライト、粒内フェ
ライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの各
組織分率、さらにフェライトのうち形状が粒状のものに
ついては、その粒径及び分率を計算するものである。こ
の計算方法は以下の通りである。まず、当該成分におけ
る状態図を計算し（ステップ４０４）各組織が熱力学的
に生成可能な条件（温度領域）を求める。次に、生成可
能と判断された組織についての任意の微小時間内の変態
量の増分（ステップ４０６）及びフェライトについては
この間の生成粒数の増分（ステップ４０５）を求める。
るいは単位体積当りの粒界面積、残留転位密度、析出物
の固溶・析出状態）、冷却速度の影響を受ける。本モデ
ルはこれらを４０１，４０２，４０３から入力し、また
スラブ位置による成分変動の影響は、偏析の状態４１２
より入力し、変態の進行及び粒界フェライト、粒内フェ
ライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの各
組織分率、さらにフェライトのうち形状が粒状のものに
ついては、その粒径及び分率を計算するものである。こ
の計算方法は以下の通りである。まず、当該成分におけ
る状態図を計算し（ステップ４０４）各組織が熱力学的
に生成可能な条件（温度領域）を求める。次に、生成可
能と判断された組織についての任意の微小時間内の変態
量の増分（ステップ４０６）及びフェライトについては
この間の生成粒数の増分（ステップ４０５）を求める。
【００２５】 また、フェライトが生成する場合には形
状が針状か粒状かの判断を行い、粒状である場合にはス
テップ４０５で求めた生成粒数を粒状フェライトの粒数
の増分、ステップ４０６で求めた変態量の増分を粒状フ
ェライト量の増分とし、針状である場合には変態量の増
分のみを求める（ステップ４０７）。次に、変態に伴う
発熱等を冷却温度モデルにフィードバックするためにス
テップ４０６で得られた変態量に応じた温度変化を計算
する（ステップ４０８）。以上の計算を各板厚位置につ
いて変態終了まで繰返し、変態量及び粒状フェライト粒
数の増分を加算することにより、最終的な組織の各組織
分率、粒状フェライトの分率及びその粒数を求めること
ができる。更に、板厚方向のｍ点について計算が終了し
た後（ステップ４０９）に粒状フェライトの粒径を粒数
と分率から求める（ステップ４１０）。また、ステップ
４０６，４０８の結果を基にフェライト、パーライト、
ベイナイトの各々が生成した平均温度（平均生成温度）
を計算する（ステップ４１１）。以上の計算でフェライ
トを粒状、針状に分離しておく理由は、粒状や針状の形
状が材質に関与することに着目したものであって、材質
の予測を高精度に行うことを可能とするためである。ま
た、平均生成温度は生成した温度によって材質が異なる
ことから必要になるもので、前述の組織、材質モデル１
０５の硬度算出で用いられるものである。
状が針状か粒状かの判断を行い、粒状である場合にはス
テップ４０５で求めた生成粒数を粒状フェライトの粒数
の増分、ステップ４０６で求めた変態量の増分を粒状フ
ェライト量の増分とし、針状である場合には変態量の増
分のみを求める（ステップ４０７）。次に、変態に伴う
発熱等を冷却温度モデルにフィードバックするためにス
テップ４０６で得られた変態量に応じた温度変化を計算
する（ステップ４０８）。以上の計算を各板厚位置につ
いて変態終了まで繰返し、変態量及び粒状フェライト粒
数の増分を加算することにより、最終的な組織の各組織
分率、粒状フェライトの分率及びその粒数を求めること
ができる。更に、板厚方向のｍ点について計算が終了し
た後（ステップ４０９）に粒状フェライトの粒径を粒数
と分率から求める（ステップ４１０）。また、ステップ
４０６，４０８の結果を基にフェライト、パーライト、
ベイナイトの各々が生成した平均温度（平均生成温度）
を計算する（ステップ４１１）。以上の計算でフェライ
トを粒状、針状に分離しておく理由は、粒状や針状の形
状が材質に関与することに着目したものであって、材質
の予測を高精度に行うことを可能とするためである。ま
た、平均生成温度は生成した温度によって材質が異なる
ことから必要になるもので、前述の組織、材質モデル１
０５の硬度算出で用いられるものである。
【００２６】図５は均熱拡散熱処理モデル１０２の詳細
を示すフローチャートである。計算は主として、加熱、
保定間の計算と炉から抽出した後の変態の計算からな
る。
を示すフローチャートである。計算は主として、加熱、
保定間の計算と炉から抽出した後の変態の計算からな
る。
【００２７】 偏析濃度５０２、析出物の状態５０３、
金属組織５０１をインプットする。さらに、スラブ厚・
炉雰囲気温度・時間から加熱モデル５０４により算出さ
れた温度履歴をインプットする。これをもとに初期状態
モデル５０５により加熱γ粒径、析出物の状態を算出
し、さらに拡散モデル４１２により偏析濃度を計算す
る。これらの計算結果５０６は変態モデル３１２にイン
プットされる。また冷却温度モデル５１１より計算され
た温度も合せて変態モデル３１２にインプットされ、フ
ェライト粒径、各相の組織分率、析出物の状態、偏析濃
度、平均生成温度を計算する（ステップ５１４）。この
変態モデルは図４に示したものと同一である。
金属組織５０１をインプットする。さらに、スラブ厚・
炉雰囲気温度・時間から加熱モデル５０４により算出さ
れた温度履歴をインプットする。これをもとに初期状態
モデル５０５により加熱γ粒径、析出物の状態を算出
し、さらに拡散モデル４１２により偏析濃度を計算す
る。これらの計算結果５０６は変態モデル３１２にイン
プットされる。また冷却温度モデル５１１より計算され
た温度も合せて変態モデル３１２にインプットされ、フ
ェライト粒径、各相の組織分率、析出物の状態、偏析濃
度、平均生成温度を計算する（ステップ５１４）。この
変態モデルは図４に示したものと同一である。
【００２８】 図６は図５の初期状態モデル５０５の詳
細を示すフローチャートである。
細を示すフローチャートである。
【００２９】 偏析濃度６０２、析出物の状態６０１、
金属組織６０３をインプットする。
金属組織６０３をインプットする。
【００３０】次にスラブ温度・時間情報５０７又は加熱
条件５０９よりスラブ加熱履歴をインプットし、計算に
必要な定数及び初期値を設定する（ステップ６０４）。
ついで、状態図の計算を行う（ステップ６０５）。
条件５０９よりスラブ加熱履歴をインプットし、計算に
必要な定数及び初期値を設定する（ステップ６０４）。
ついで、状態図の計算を行う（ステップ６０５）。
【００３１】次に、加熱時間が設定値をオーバーしたか
否か判定（ステップ６０６）し、否であれば析出物の固
溶量及び析出物粒径の計算を行う（ステップ６０７）。
否か判定（ステップ６０６）し、否であれば析出物の固
溶量及び析出物粒径の計算を行う（ステップ６０７）。
【００３２】この後、設定時間内であればγ粒成長を計
算する。ただし、周知のように鋼材は、温度が高くなる
に伴って結晶構造の変化によってα粒状態あるいはθ
（セメンタイト）からγ粒状態へ変態する。
算する。ただし、周知のように鋼材は、温度が高くなる
に伴って結晶構造の変化によってα粒状態あるいはθ
（セメンタイト）からγ粒状態へ変態する。
【００３３】そこで、このγ粒の成長状態を、ステップ
６０５で計算された各状態ごとに異なった手法により計
算する。すなわち、温度に応じてγ単相域のほかγ＋α
域、γ＋α＋θ域の各々についてもγ粒成長の計算を行
うのである（ステップ６０８）。
６０５で計算された各状態ごとに異なった手法により計
算する。すなわち、温度に応じてγ単相域のほかγ＋α
域、γ＋α＋θ域の各々についてもγ粒成長の計算を行
うのである（ステップ６０８）。
【００３４】図７は予備圧延モデル１０３及び圧延モデ
ル１０４の詳細を示すフローチャートである。計算は主
として、加熱、保定間の計算、圧延工程の計算および圧
延終了後の変態の計算からなる。
ル１０４の詳細を示すフローチャートである。計算は主
として、加熱、保定間の計算、圧延工程の計算および圧
延終了後の変態の計算からなる。
【００３５】 偏析濃度５０２、析出物の状態５０３、
金属組織５０１をインプットする。さらに、スラブ厚・
炉雰囲気温度・時間から加熱モデル５０４により算出さ
れた温度履歴をインプットする。これをもとに初期状態
モデル５０５により加熱γ粒径、析出物の状態を算出
し、さらに拡散モデル４１２により偏析濃度を計算す
る。これらの計算結果５０６は熱間加工モデルにインプ
ットされる。この初期状態モデルは図６で説明したもの
と同一である。
金属組織５０１をインプットする。さらに、スラブ厚・
炉雰囲気温度・時間から加熱モデル５０４により算出さ
れた温度履歴をインプットする。これをもとに初期状態
モデル５０５により加熱γ粒径、析出物の状態を算出
し、さらに拡散モデル４１２により偏析濃度を計算す
る。これらの計算結果５０６は熱間加工モデルにインプ
ットされる。この初期状態モデルは図６で説明したもの
と同一である。
【００３６】熱間加工モデル７０１は、再結晶の潜伏期
を定式化することにより、回復と再結晶を明確にし、圧
延中と圧延後の粒径（単位体積当りの粒径面積）や残留
転位密度などのオーステナイト状態を安定的に計算する
ために設けられている。
を定式化することにより、回復と再結晶を明確にし、圧
延中と圧延後の粒径（単位体積当りの粒径面積）や残留
転位密度などのオーステナイト状態を安定的に計算する
ために設けられている。
【００３７】 この熱間加工モデル７０１は、γ粒径析
出物状態、偏析濃度５０６、圧延温度モデル７０２に基
づく温度・パス間時間情報７０３、及び歪モデル７０４
に基づく相当歪・歪速度情報７０５とにより、演算結果
４０１（圧延γ粒径、転位密度、歪み）を演算する。な
お、圧延温度モデル７０２及び歪モデル７０４は、圧延
条件７０６（入側板厚，出側板厚，加熱温度，パス間時
間，ロール径，ロール回転数）に基づいて算出される。
出物状態、偏析濃度５０６、圧延温度モデル７０２に基
づく温度・パス間時間情報７０３、及び歪モデル７０４
に基づく相当歪・歪速度情報７０５とにより、演算結果
４０１（圧延γ粒径、転位密度、歪み）を演算する。な
お、圧延温度モデル７０２及び歪モデル７０４は、圧延
条件７０６（入側板厚，出側板厚，加熱温度，パス間時
間，ロール径，ロール回転数）に基づいて算出される。
【００３８】析出モデル５１０は、核生成と成長を分離
し、さらに個々の析出粒子の成長を考慮することで圧延
中及び圧延後のオーステナイト中における析出物状態を
算出するために設けられている。この析出モデル５１０
により析出物状態を求めるに際しては、圧延温度モデル
７０２による温度情報７０８、成分情報７０９及び熱間
加工モデルの演算結果に基づいて析出元素（例えば、Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｎｂ）の固溶量、析出量、析出物平均粒
径を演算し、析出物状態７１０として出力する。
し、さらに個々の析出粒子の成長を考慮することで圧延
中及び圧延後のオーステナイト中における析出物状態を
算出するために設けられている。この析出モデル５１０
により析出物状態を求めるに際しては、圧延温度モデル
７０２による温度情報７０８、成分情報７０９及び熱間
加工モデルの演算結果に基づいて析出元素（例えば、Ｔ
ｉ，Ｔａ，Ｖ，Ｎｂ）の固溶量、析出量、析出物平均粒
径を演算し、析出物状態７１０として出力する。
【００３９】図８は熱間加工モデル７０１の処理の詳細
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【００４０】 この処理は、加熱γ粒径４０６、析出物
の状態８０１、偏析濃度８０２、温度・パス間時間情報
５０３及び相当歪・歪速度情報５０５を入力条件として
行われる。鋼板を複数回パスさせて圧延を行った場合、
各パス間において、圧延→回復→再結晶を経る過程で、
転位密度が図９のように変化する。このため、各パス毎
に再結晶、回復を計算する必要がある。各パス毎及び圧
延終了後のγ粒径、平均転位密度等の計算は以下のよう
に行う。
の状態８０１、偏析濃度８０２、温度・パス間時間情報
５０３及び相当歪・歪速度情報５０５を入力条件として
行われる。鋼板を複数回パスさせて圧延を行った場合、
各パス間において、圧延→回復→再結晶を経る過程で、
転位密度が図９のように変化する。このため、各パス毎
に再結晶、回復を計算する必要がある。各パス毎及び圧
延終了後のγ粒径、平均転位密度等の計算は以下のよう
に行う。
【００４１】まず、鋼板の内部の状態を知るために、表
面から中心部に向って一定距離ごとにｍ個の位置を定め
る（ステップ８０３）。そして、この各々について前記
入力条件に基づき、圧延後のγの単位体積当りの粒界面
積を計算する（ステップ８０４）。
面から中心部に向って一定距離ごとにｍ個の位置を定め
る（ステップ８０３）。そして、この各々について前記
入力条件に基づき、圧延後のγの単位体積当りの粒界面
積を計算する（ステップ８０４）。
【００４２】圧延の圧下量が大きいと、瞬時的に再結晶
即ち動的再結晶を生じる。そこで、動的再結晶が生じて
いるか否かを判定し、生じている場合には転位密度及び
再結晶粒径を計算する（ステップ８０５）。動的再結晶
が完了しない場合には、この後再結晶が生じるまでの時
間を計算し、さらに回復による転位密度の減少及び静的
再結晶を計算（再結晶率、再結晶粒径）する（ステップ
８０６）。
即ち動的再結晶を生じる。そこで、動的再結晶が生じて
いるか否かを判定し、生じている場合には転位密度及び
再結晶粒径を計算する（ステップ８０５）。動的再結晶
が完了しない場合には、この後再結晶が生じるまでの時
間を計算し、さらに回復による転位密度の減少及び静的
再結晶を計算（再結晶率、再結晶粒径）する（ステップ
８０６）。
【００４３】 また、再結晶が終了している場合には粒
成長を計算し（ステップ８０７）、さらに結晶粒の平均
粒径及び平均転位密度を算出（ステップ８０８）する。
これを最終パスまで繰返すことにより最終パス情報（板
厚ｍ点のオーステナイト粒界面積及びその転位密度）を
得る（ステップ８１０）。
成長を計算し（ステップ８０７）、さらに結晶粒の平均
粒径及び平均転位密度を算出（ステップ８０８）する。
これを最終パスまで繰返すことにより最終パス情報（板
厚ｍ点のオーステナイト粒界面積及びその転位密度）を
得る（ステップ８１０）。
【００４４】図１０は組織・材質モデル１０５の処理の
詳細を示すフローチャートである。
詳細を示すフローチャートである。
【００４５】ここでは、鋼板１の材質を表現する硬度、
引張強さ、及び靱性を計算することを目的としている。
まず、成分情報７０９、析出物の状態情報７１０、偏析
濃度１００１及び変態モデルの演算結果５１４の各入力
条件に基づいて、フェライト、ベイナイト及びパーライ
トの各々の硬さを計算する（ステップ１００２）。
引張強さ、及び靱性を計算することを目的としている。
まず、成分情報７０９、析出物の状態情報７１０、偏析
濃度１００１及び変態モデルの演算結果５１４の各入力
条件に基づいて、フェライト、ベイナイト及びパーライ
トの各々の硬さを計算する（ステップ１００２）。
【００４６】 さらに、粒径情報及び成分情報に基づい
て降伏点の計算（ステップ１００３）を行い、ついでス
テップ１００２による硬度計算値を用いて引張強さを計
算（ステップ１００３）する。また、粒径情報、成分情
報及び硬度計算値の各々に基づいて靭性を計算する（ス
テップ１００４）。以上の処理をｍ個の点について実行
し（ステップ１００５）、すべてについて行われた場合
には、処理が終了し、材質予測を行うことができる。こ
の結果は、フロッピーディスクなどの記録媒体に保存さ
れると共に、プリンタによって打出される。 〈試験例〉図１１〜図１３ は本発明による試験条件の一例を示し、
図１１は９品種（鋼ナンバー１〜９）の鋼の各々の化学
成分（重量％）を示し、図１２は１４種類の鋼（鋼板番
号Ａ〜Ｎ）に対する圧延条件を示している。また、図１
３は１３ロットの厚鋼板をサンプルとし、各々に対する
長さ方向（Ｌ）にカットしたサンプルについて機械的性
質及び組織の比較結果を示している。ここでは、顕微鏡
などによる実測値と上記した予測方法による計算値との
比較を示しているが、図より明らかなように、実測値と
計算値とは近似し、極めて高い精度で予測できたことが
わかる。
て降伏点の計算（ステップ１００３）を行い、ついでス
テップ１００２による硬度計算値を用いて引張強さを計
算（ステップ１００３）する。また、粒径情報、成分情
報及び硬度計算値の各々に基づいて靭性を計算する（ス
テップ１００４）。以上の処理をｍ個の点について実行
し（ステップ１００５）、すべてについて行われた場合
には、処理が終了し、材質予測を行うことができる。こ
の結果は、フロッピーディスクなどの記録媒体に保存さ
れると共に、プリンタによって打出される。 〈試験例〉図１１〜図１３ は本発明による試験条件の一例を示し、
図１１は９品種（鋼ナンバー１〜９）の鋼の各々の化学
成分（重量％）を示し、図１２は１４種類の鋼（鋼板番
号Ａ〜Ｎ）に対する圧延条件を示している。また、図１
３は１３ロットの厚鋼板をサンプルとし、各々に対する
長さ方向（Ｌ）にカットしたサンプルについて機械的性
質及び組織の比較結果を示している。ここでは、顕微鏡
などによる実測値と上記した予測方法による計算値との
比較を示しているが、図より明らかなように、実測値と
計算値とは近似し、極めて高い精度で予測できたことが
わかる。
【００４７】このように、高信頼な予測が可能になるこ
とから、将来的には、客先が要求する材質に応じ製品の
製造条件を容易に算出することも可能になる。
とから、将来的には、客先が要求する材質に応じ製品の
製造条件を容易に算出することも可能になる。
【００４８】 なお、以上の説明においては、厚鋼板の
スラブ再加熱圧延プロセスを例にしたが、熱延鋼材全般
に本発明は適用することが可能である。
スラブ再加熱圧延プロセスを例にしたが、熱延鋼材全般
に本発明は適用することが可能である。
【００４９】 上記したように、本発明によれば、連続
鋳造または鋼塊法によって作られた鋼片に対し均一拡散
熱処理または予備圧延の少なくとも一方を経た後に製造
され、もしくは鋳造後そのまま圧延及び冷却を施して製
造される鋼板に対し前記鋼片の成分及び製造条件に基づ
いて鋼板の金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃度を
予測し、これらに基づいて鋼板の材質を推定する鋼板の
鋼板材質予測装置において、圧延に際して行われる加熱
前の前記鋼板の金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃
度を成分条件及び鋳造条件に基づいた鋳造モデルにより
算出する第１の計算手段と、該手段によって算出された
金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃度をもとに均熱
拡散熱処理中の加熱、温度保持、変態を通じての金属組
織の状態、析出物の状態、偏析の濃度を均熱拡散熱処理
モデルにより算出する第２の計算手段と、前記第１の計
算手段または前記第２の計算手段により得られた金属組
織、析出物状態、偏析の濃度に基づいて予備圧延または
分塊圧延中の加熱、温度保持、圧延、変態を通じて金属
組織の状態、析出物の状態、偏析の状態を予備圧延モデ
ルにより算出する第３の計算手段とを設けるようにした
ので、製品に対して物理的評価を行うことなく、厚鋼板
などの組織や材質を製造段階で予測することができる。
また、要求される材質仕様を確実に実現可能な製造条件
を設定でき、従来のように完成品に対する検査測定を不
要にすることができる。
鋳造または鋼塊法によって作られた鋼片に対し均一拡散
熱処理または予備圧延の少なくとも一方を経た後に製造
され、もしくは鋳造後そのまま圧延及び冷却を施して製
造される鋼板に対し前記鋼片の成分及び製造条件に基づ
いて鋼板の金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃度を
予測し、これらに基づいて鋼板の材質を推定する鋼板の
鋼板材質予測装置において、圧延に際して行われる加熱
前の前記鋼板の金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃
度を成分条件及び鋳造条件に基づいた鋳造モデルにより
算出する第１の計算手段と、該手段によって算出された
金属組織、析出物の析出状態、偏析の濃度をもとに均熱
拡散熱処理中の加熱、温度保持、変態を通じての金属組
織の状態、析出物の状態、偏析の濃度を均熱拡散熱処理
モデルにより算出する第２の計算手段と、前記第１の計
算手段または前記第２の計算手段により得られた金属組
織、析出物状態、偏析の濃度に基づいて予備圧延または
分塊圧延中の加熱、温度保持、圧延、変態を通じて金属
組織の状態、析出物の状態、偏析の状態を予備圧延モデ
ルにより算出する第３の計算手段とを設けるようにした
ので、製品に対して物理的評価を行うことなく、厚鋼板
などの組織や材質を製造段階で予測することができる。
また、要求される材質仕様を確実に実現可能な製造条件
を設定でき、従来のように完成品に対する検査測定を不
要にすることができる。
【図１】本発明による鋼板材質予測装置の予測処理を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図２】本発明が適用される鋼板製造ラインの概要を示
す設備構成図である。
す設備構成図である。
【図３】本発明に係る鋳造モデルの詳細を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図４】変態モデルの詳細を示すフローチャートであ
る。
る。
【図５】均熱拡散熱処理モデルの詳細を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図６】初期状態モデルの詳細処理を示すフローチャー
トである。
トである。
【図７】予備圧延モデルの詳細を示すフローチャートで
ある。
ある。
【図８】熱間加工モデルの詳細処理を示すフローチャー
トである。
トである。
【図９】圧延時の転位密度変化を示す特性図である。
【図１０】組織・材質モデルの詳細を示すフローチャー
トである。
トである。
【図１１】鋼の化学成分を示す説明図である。
【図１２】鋼の圧延条件の一例を示す説明図である。
【図１３】サンプル厚鋼板を長さ方向にカットした場合
の機械的性質及び組織を比較した結果を示す説明図であ
る。
の機械的性質及び組織を比較した結果を示す説明図であ
る。
１ 厚鋼板 ２ 加熱炉 ３ 粗圧延機 ４ 仕上圧延機 ６ 冷却装置 ７ 加熱プロセスコンピュータ ８ 圧延プロセスコンピュータ ９ 冷却プロセスコンピュータ １０ 中央制御室 １３ 連続鋳造設備 １７ 製鋼プロセスコンピュータ １０１ 鋳造モデル １０２ 均熱拡散熱処理モデル １０３ 予備圧延モデル １０４ 圧延モデル １０５ 組織・材質モデル ３０３ 成分 ４０２ 析出物の状態 ４１２ 偏析の状態
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下村 慎一 千葉県君津市君津１番地 新日本製鐵株 式会社 君津製鐵所内 (72)発明者 赤松 聡 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 中央研究本部内 (56)参考文献 特開 平４−369003（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−361158（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 連続鋳造または鋼塊法によって作られた
鋼片に対し均一拡散熱処理または予備圧延の少なくとも
一方を経た後に製造され、もしくは鋳造後そのまま圧延
及び冷却を施して製造される鋼板に対し前記鋼片の成分
及び製造条件に基づいて鋼板の金属組織、析出物の析出
状態、偏析の濃度を予測し、これらに基づいて鋼板の材
質を推定する鋼板の鋼板材質予測装置において、圧延に
際して行われる加熱前の前記鋼板の金属組織、析出物の
析出状態、偏析の濃度を成分条件及び鋳造条件に基づい
た鋳造モデルにより算出する第１の計算手段と、該手段
によって算出された金属組織、析出物の析出状態、偏析
の濃度をもとに均熱拡散熱処理中の加熱、温度保持、変
態を通じての金属組織の状態、析出物の状態、偏析の濃
度を均熱拡散熱処理モデルにより算出する第２の計算手
段と、前記第１の計算手段または前記第２の計算手段に
より得られた金属組織、析出物状態、偏析の濃度に基づ
いて予備圧延または分塊圧延中の加熱、温度保持、圧
延、変態を通じて金属組織の状態、析出物の状態、偏析
の状態を予備圧延モデルにより算出する第３の計算手段
とを具備することを特徴とする鋼板材質予測装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3159410A JP2509479B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 鋼板材質予測装置 |
| BR9205283A BR9205283A (pt) | 1991-06-04 | 1992-06-04 | Processo para estimar as propriedades de produtos de aco |
| EP92911427A EP0541825A4 (en) | 1991-06-04 | 1992-06-04 | Method of estimating material of steel product |
| KR1019930700313A KR960012336B1 (ko) | 1991-06-04 | 1992-06-04 | 강재의 재질 예측방법 |
| AU19093/92A AU645699B2 (en) | 1991-06-04 | 1992-06-04 | Method of estimating material of steel product |
| PCT/JP1992/000720 WO1992021970A1 (fr) | 1991-06-04 | 1992-06-04 | Procede pour estimer la qualite d'un produit en acier |
| US07/978,703 US5357443A (en) | 1991-06-04 | 1992-06-04 | Method of estimating properties of steel product |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3159410A JP2509479B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 鋼板材質予測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0593720A JPH0593720A (ja) | 1993-04-16 |
| JP2509479B2 true JP2509479B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=15693152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3159410A Expired - Lifetime JP2509479B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 鋼板材質予測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2509479B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023180580A (ja) * | 2022-06-09 | 2023-12-21 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 材料組織の相の抽出方法、材料組織の相の抽出装置及び顕微鏡装置 |
-
1991
- 1991-06-04 JP JP3159410A patent/JP2509479B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0593720A (ja) | 1993-04-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960130 |