JP4650723B2 - 熱処理方法及び被熱処理材である鋼管の品質管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理方法及び被熱処理材である鋼管の品質管理方法に関し、特に熱処理の効率を高めることができると共に、単体の被熱処理材である鋼管毎に適切な品質管理を行うことができる熱処理方法及び被熱処理材である鋼管の品質管理方法に関する。

熱処理は、鉄鋼や非鉄合金の製品の目的とする性質を得るためになされる処理である。たとえば、鋼管は、延伸圧延または定径圧延終了後に熱処理炉内に搬送され、焼き戻し等の熱処理が施される。鋼管の熱処理炉としては、ウォーキング式熱処理炉が好適に用いられる。斯かるウォーキング式熱処理炉は、炉内に鋼管を載置するポケットを備えた固定ビームと移動ビーム（これらを総称してウォーキングビームという）とがそれぞれ多条に配置され、電動機の駆動により、炉床を貫通して炉下に配置したフレームと偏心輪を介して移動ビームにコ字型運動を行わせることで、固定ビームのポケットに載置した鋼管を一旦移動ビームのポケットで受け取った後、当該鋼管を移動ビームのポケットから順次抽出側に配置された固定ビームのポケットへと受け渡しつつ搬送する構成となっている。

ここで、従来の熱処理方法は、一般的に、熱処理炉内の炉温を被熱処理材装入側から抽出側に至るまで、被熱処理材の一定値の目標均熱温度に設定している。また、目標均熱温度や目標均熱時間などの熱処理条件が同等の被熱処理材を纏めて熱処理する方法が採用され、これら纏まった被熱処理材の均熱時間が予め定められた目標時間となるように、被熱処理材の搬送速度（ウォーキング式熱処理炉の場合には、一の固定ビームから他の固定ビームへと鋼管を受け渡すサイクルタイム）を一定値に設定している（熱処理炉内で被熱処理材を搬送している途中で搬送速度を変更することはない）。さらに、被熱処理材の品質管理の指標は、一般的に、バッチ処理単位（上記の熱処理条件が同等で纏めて熱処理を施す複数の被熱処理材の単位）で、それらの在炉時間（熱処理炉内に被熱処理材が装入されている時間）が予め定めた範囲内にあるか否かの結果を用いている。

しかしながら、上記従来の熱処理方法では、熱処理炉内全体の炉温が一定値の目標均熱温度に設定されるため、被熱処理材が熱処理炉に装入されてから目標均熱温度に到達するまでに時間を要し、熱処理効率が悪いという問題がある。また、搬送速度は、通常、一定値に設定され、被熱処理材の搬送途中で搬送速度を臨機応変に変更しないため、目標均熱時間を得るために必要な搬送速度がほぼ等しい被熱処理材がある程度纏まった数量となる時点でしか熱処理を施すことができず、熱処理炉の稼働率が低下するという問題もある。さらに、被熱処理材の品質管理については、単体の被熱処理材毎に管理が行われていない上に、在炉時間という単純な管理指標を用いているため、被熱処理材の品質に直接影響する実際の均熱時間とは必ずしも対応しない場合があるという問題がある。

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、熱処理の効率を高めることができると共に、単体の被熱処理材である鋼管ごとに適切な品質管理を行うことができる熱処理方法及び被熱処理材である鋼管の品質管理方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、次のような９ステップの手順を含むことを特徴とする熱処理方法を提供するものである。
延伸圧延または定型圧延終了後の鋼管が目的とする品質を得るために、前記圧延終了後の鋼管に行われる熱処理方法において、まず、第１ステップとして、熱処理炉の被熱処理材装入側の設定炉温を被熱処理材抽出側の設定炉温よりも高く設定する。
第２ステップでは、熱処理炉の被熱処理材装入側及び抽出側の現在実績炉温と、熱処理炉内に存在する複数の鋼管の現在位置と現在予測温度と現在設定搬送速度とを用いて、所定のタイミング毎に伝熱計算を実行することにより、熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程を演算する。
第３ステップでは、第２ステップで演算した熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程に基づき、熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測均熱時間を算出する。
第４ステップでは、まず、第３ステップで算出した熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測均熱時間の中に、予め定められた目標均熱時間未満となるものが存在するか否か判断する。そして、存在する場合には、熱処理炉内に存在する複数の鋼管の現在設定搬送速度を順次変更しながら、第２ステップ及び第３ステップを繰り返し実行する。熱処理炉内に存在する複数の鋼管全ての予測均熱時間が目標均熱時間以上となるまで繰り返し計算したときの現在設定搬送速度変更値を最適搬送速度として算出する。
第５ステップでは、第２ステップの伝熱計算に用いる熱処理炉内に存在する複数の鋼管の現在設定搬送速度として第４ステップで演算した最適搬送速度を用いて第２ステップを実行する。これにより、熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程を演算する。
第６ステップでは、第５ステップで演算した熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程に基づき、熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測最大温度を算出する。
第７ステップでは、まず、第６ステップで算出した熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測最大温度の中に、予め定められた目標均熱温度を超えるものが存在するか否かを判断する。そして、存在する場合には、第２ステップの伝熱計算に用いる熱処理炉の被熱処理材装入側の実績炉温を順次変更しながら、第５ステップ及び第６ステップを繰り返し実行する。熱処理炉内に存在する複数の鋼管全ての予測最大温度が目標均熱温度以下となるまで繰り返し計算したときの実績炉温変更値を熱処理炉の被熱処理材装入側の最適設定炉温として算出する。
第８ステップでは、第２ステップの伝熱計算に用いる熱処理炉の被熱処理材装入側の実績炉温として第７ステップで演算した熱処理炉の被熱処理材装入側の最適設定炉温を用いて第５ステップを実行し、熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程を演算し、さらに所定のタイミング毎に更新記憶する。
第９ステップでは、第４ステップで演算された最適搬送速度、及び第７ステップで演算された熱処理炉の被熱処理材装入側の最適設定炉温を、熱処理炉の運転条件として設定して鋼管を熱処理する。

斯かる発明によれば、第１ステップにおいて熱処理炉の被熱処理材装入側の設定炉温を抽出側の設定炉温よりも高く設定する（例えば、熱処理炉内の炉温制御帯域を装入側と抽出側との２つの帯域に区分し、抽出側帯域の設定炉温を熱処理炉に装入される鋼管の目標均熱温度とする一方、装入側帯域の設定炉温をこれよりも高い温度とする）ため、熱処理炉全体の設定炉温を目標均熱温度とする場合に比べて、装入された鋼管の温度が迅速に昇温することになり、熱処理の効率を高めることが可能である。

そして、第２ステップにおいて所定のタイミング毎（例えば１秒毎）に各鋼管が熱処理炉から抽出されるまでの予測昇温過程を演算し、第３ステップにおいて各鋼管の予測均熱時間を算出し、第４ステップにおいて全ての鋼管の予測均熱時間が目標均熱時間以上となる最適搬送速度を演算する。すなわち、熱処理炉に装入された各鋼管の予測均熱時間を所定のタイミング毎に個別に算出し、熱処理炉内にある全ての鋼管の予測均熱時間が目標均熱時間以上となる搬送速度を最適搬送速度として演算して、後述する第９ステップにおいて、この最適搬送速度を熱処理炉の運転条件として設定する。従って、目標均熱時間が異なる鋼管が熱処理炉内に同時に存在するような場合であっても、全ての鋼管の予測均熱時間が目標均熱時間以上となるように搬送速度を所定のタイミング毎に臨機応変に変更することになり、これにより熱処理炉の稼働率を高めることが可能である。なお、第２ステップの演算で用いる熱処理炉の装入側及び抽出側の現在実績炉温は、装入側及び抽出側のそれぞれに温度計を配設することにより測定可能である。また、第２ステップの演算で用いる各鋼管の現在予測温度は、熱処理炉装入直後の鋼管については、熱処理炉装入直前に放射温度計等の温度計を配設し、当該温度計によって測定した温度を当該鋼管の現在予測温度とすれば良い。その他の鋼管については、後述する第８ステップにおいて更新記憶される各鋼管の予測昇温過程に基づいて現在予測温度を算出することが可能である。

続いて、第５ステップにおいて最適搬送速度を用いて、第２ステップを実行することにより各鋼管の予測昇温過程を再び演算し、第６ステップにおいて各鋼管が熱処理炉から抽出されるまでに到達し得る予測最大温度を算出し、第７ステップにおいて全ての被鋼管の予測最大温度が目標均熱温度以下となるような装入側の最適設定炉温を演算する。すなわち、前述のように、全ての鋼管の予測均熱時間が目標均熱時間以上となるように鋼管の搬送速度を変更して最適搬送速度に設定し直すと、設定炉温が高く設定された熱処理炉の装入側に存在する鋼管の滞在時間が長過ぎることになる結果、当該鋼管の温度が目標均熱温度を超える状態となる場合が想定される。従って、全ての鋼管の予測最大温度が目標均熱温度以下となるような装入側の最適設定炉温を演算し、後述する第９ステップにおいて演算した最適設定炉温を熱処理炉の運転条件として設定することにより、上記の過加熱状態を回避できる。

さらに、第８ステップにおいて、伝熱計算に用いる熱処理炉の被熱処理材装入側の実績炉温として第７ステップで演算した最適設定炉温を用いて、第５ステップを実行して各鋼管の予測昇温過程を再び演算し（すなわち、最適搬送速度と最適設定炉温とを用いて各鋼管の予測昇温過程を演算し直し）て、当該演算された予測昇温過程を所定のタイミング毎に更新記憶する。そして、第９ステップにおいて、前記演算された最適搬送速度及び被熱処理材装入側の最適設定炉温を熱処理炉の運転条件として設定して鋼管を熱処理する。すなわち、所定のタイミング毎に、鋼管の搬送速度を最適搬送速度に、被熱処理材装入側の設定炉温を最適設定炉温にそれぞれ設定し直して熱処理を行う。

本発明によれば、過加熱状態が生じることを回避しつつ熱処理の効率を効果的に高めることが可能である。

また、本発明は、第８ステップを繰り返し実行することによって記憶された各鋼管が熱処理炉に装入されてから抽出されるまでの予測昇温過程に基づき、上記の熱処理方法によって熱処理された各鋼管についての予測均熱時間を算出し、算出した各鋼管についての予測均熱時間が予め定められた管理範囲内にあるか否かを判定し、当該判定結果を各鋼管の識別表記と結合することを特徴とする被熱処理材である鋼管の品質管理方法としても提供される。

前記８ステップにおいて最適搬送速度と最適設定炉温とを用いて演算した各鋼管の予測昇温過程は、第９ステップにおいて実際に熱処理を施す際に設定した最適搬送速度及び最適設定炉温を用いて演算された各鋼管の予測昇温過程である。従って、第８ステップにおいて所定のタイミング毎に（所定の伝熱計算のタイミング毎に）更新記憶される予測昇温過程は、実測値ではなく伝熱計算によって算出される計算値ではあるものの、各鋼管が熱処理炉に装入されてから抽出されるまでの実際の昇温過程に近似したものとなる。本発明は、この第８ステップを繰り返し実行することによって記憶された各鋼管の予測昇温過程に基づき、熱処理された各鋼管についての予測均熱時間を算出し、これが予め定められた管理範囲内にあるか否かを判定し、当該判定結果を各鋼管の指標と結合するように構成されている。従って、各鋼管毎に、且つ（単純な在炉時間ではなく）実際の均熱時間に近似した計算値によって熱処理の適否（予測均熱時間が予め定められた管理範囲内にあるか否かを判断することになるため、各鋼管の指標と結合した判定結果を用いれば、単体の鋼管毎に、判定結果に応じて再熱処理等の適切な処置を施すことが可能である。

本発明によれば、熱処理の効率を高めることができると共に、単体の被熱処理材である鋼管毎に適切な品質管理を行うことが可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について、被熱処理材が鋼管である場合を例に挙げて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る鋼管の熱処理方法及び品質管理方法を適用する熱処理炉の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る熱処理炉１００は、複数の鋼管Ｐ（特定の鋼管を示す場合には異なる符号を付す）を装入側（図１の紙面左側）から抽出側（図１の紙面右側）に向けて所定の搬送速度で順次搬送することにより、各鋼管Ｐに熱処理を施す構成となっている。熱処理炉１００は、熱処理炉内の炉温制御帯域が帯１〜帯４の４つの帯域に区分されている。より具体的には、各帯１〜４にそれぞれ燃焼ガスバーナーが配設されており、制御装置１からの制御信号に基づいて、各燃焼ガスバーナーのガス流量を調整することにより、各帯１〜４の炉温を制御可能に構成されている。また、熱処理炉１００の装入口直前には、熱処理炉１００に装入される直前の鋼管Ｐの温度を測定するための温度計２ａが配置されている。また、熱処理炉１００の各帯１〜４には、各帯１〜４の実際の炉温を測定するための温度計２ｂ〜２ｅが配置されている。各温度計２ａ〜２ｅの測定値は制御装置１に入力され、後述するように制御装置１内で実行される伝熱計算に用いられる。制御装置１は、上位のプロセスコンピュータ（図示せず）に接続されており、当該プロセスコンピュータから、熱処理を施す各鋼管Ｐの寸法、材質、位置情報、目標均熱温度、目標均熱時間等が入力される。

以下、図２Ａ、図２Ｂ及び図３を適宜参照しつつ、上記の構成を有する熱処理炉１００に適用される鋼管の熱処理方法及び品質管理方法について説明する。図２Ａは、本発明の一実施形態に係る鋼管の熱処理方法及び品質管理方法の手順を概略的に示すフロー図である。図２Ｂは、図２Ａに示す手順の一部をより詳細に示すフロー図である。図３は、本発明の一実施形態に係る鋼管の熱処理方法によって演算される予測昇温過程の一例を示す模式図である。図２Ａに示すように、本実施形態に係る方法では、先ず最初に熱処理炉１００の操業を行うための初期条件が制御装置１によって設定される（図２ＡのＳ１）。より具体的には、上位のプロセスコンピュータから入力された熱処理を施す各鋼管Ｐの寸法、材質、目標均熱温度、目標均熱時間等に基づき、制御装置１は、各帯１〜４の設定炉温や各鋼管Ｐの搬送速度等の初期条件を設定する。ここで、熱処理の効率を高めるべく、鋼管抽出側の帯域である帯３、４の設定炉温が鋼管Ｐの目標均熱温度に設定される一方、鋼管装入側帯域である帯１、２の設定炉温はこれよりも高い温度に設定される。

次に、制御装置１は、時刻が予め定めた伝熱計算のタイミング（例えば１秒毎）に到達したか否かを判断し（図２ＡのＳ２）、到達していれば、伝熱計算を行うことによって各鋼管Ｐが現在の位置から搬送されて熱処理炉１００から抽出されるまでの予測昇温過程（時間の経過と共に鋼管の温度がどのように推移するかを予想したもの）を演算する（図２ＡのＳ３）。ここで、各鋼管Ｐの予測昇温過程は、温度計２ｂ〜２ｅによってそれぞれ測定された熱処理炉１００の各帯１〜４の実績炉温、各鋼管Ｐの熱処理炉１００内における現在の位置、各鋼管Ｐの現在の予測温度、鋼管Ｐの現在の搬送速度等をパラメータとして用いた伝熱計算を実行することによって演算される。以下、図３を参照して、より具体的に説明する。

図３（ａ）は時刻ｔ０のタイミングで演算した鋼管Ａ（図１参照）の予想昇温過程の一例を示す。ここで、仮に時刻ｔ０において鋼管Ａが帯１に位置（図１参照）し、前回の伝熱計算を行った時刻においては熱処理炉１００に装入される直前であったとすれば、上記伝熱計算に用いられる鋼管Ａの現在の予測温度としては、温度計２ａで測定した温度が用いられる。そして、鋼管Ａが現在の位置（帯１）から搬送され、帯２〜４を経て熱処理炉１００から抽出されるまでの昇温過程が、差分法等の伝熱計算によって演算されることになる。なお、上記伝熱計算に用いた計算モデルとしては、予め各種の条件で鋼管の測温試験を実施し、これら測温結果と計算結果とが合致するように、各種パラメータの合わせこみを行った計算モデルを使用した。

図３（ｂ）は同じく時刻ｔ０のタイミングで演算した鋼管Ｂ（図１参照）の予想昇温過程の一例を示す。ここで、仮に時刻ｔ０において鋼管Ｂが帯２に位置（図１参照）し、前回の伝熱計算を行った時刻においては帯１に位置していたとすれば、上記伝熱計算に用いられる鋼管Ｂの予測温度としては、前回行った伝熱計算によって演算され記憶された予測昇温過程（図３（ｂ）において点線で示すグラフ）において帯２に鋼管Ｂが到達した場合の予測温度が用いられることになる。そして、鋼管Ｂが現在の位置（帯２）から搬送され、帯３、４を経て熱処理炉１００から抽出されるまでの昇温過程が伝熱計算によって演算されることになる。

以上のようにして、熱処理炉１００内に存在する全ての鋼管Ｐについて予測昇温過程が演算される。

制御装置１は、上記のようにして演算された予測昇温過程に基づき、各鋼管Ｐの予測均熱時間を算出する（図２ＡのＳ４）。すなわち、図３（ａ）に示すように、各鋼管Ｐの予測昇温過程に基づき、各鋼管Ｐの予想温度が目標均熱温度ＴＥに到達してからこれを維持する時間Ｔを予測均熱時間として算出する。なお、より具体的に説明すれば、予測均熱時間Ｔの算出に際しては、上記のようにして演算された鋼管Ｐが現在の位置から搬送されて熱処理炉１００から抽出されるまでの予測昇温過程のみならず、熱処理炉１００に装入されてから現在の位置に搬送されるまでの予測昇温過程（後述する図２ＡのＳ１２で記憶された現在の位置に搬送されるまでの予測昇温過程）も参照される。

次に、制御装置１は、各鋼管Ｐの予測均熱時間Ｔの中に、プロセスコンピュータから入力された各鋼管Ｐの目標均熱時間未満となるものが存在するか否かを判断する（図２ＡのＳ５）。存在する場合、伝熱計算に用いる鋼管の現在の搬送速度を予め定めた割合で順次低下させた後（図２ＡのＳ６）、前述した予測昇温過程の演算（図２ＡのＳ３）及び予測均熱時間の算出（図２ＡのＳ４）を繰り返し実行し、現在熱処理炉１００内に存在する全ての鋼管Ｐの予測均熱時間Ｔが目標均熱時間以上となった場合の搬送速度を最適搬送速度とする（図２ＡのＳ７）。

制御装置１は、伝熱計算に用いる鋼管の現在の搬送速度として上記の最適搬送速度を用いて各鋼管Ｐの予測昇温過程を演算し（図２ＡのＳ８）、演算した各鋼管Ｐの予測昇温過程に基づき、各鋼管Ｐが現在の位置から搬送されて熱処理炉１００から抽出されるまでに到達し得る予測最大温度を算出する。そして、算出した各鋼管Ｐの予測最大温度の中に、プロセスコンピュータから入力された各鋼管の目標均熱温度（図３（ａ）に示す例では温度ＴＥ）を超えるものが存在するか否かを判断する（図２ＡのＳ９）。存在する場合、伝熱計算に用いる熱処理炉１００の鋼管装入側の実績炉温（帯１、２の実績炉温）を実際に測定された値から予め定めた割合で順次低下（ただし、帯３、４の設定炉温以下には低下させない）させた後（図２ＡのＳ１０）、前述した最適搬送速度を用いた予測昇温過程の演算（図２ＡのＳ８）を繰り返し実行し、現在熱処理炉１００内に存在する全ての鋼管Ｐの予測最大温度が目標均熱温度以下となった場合の実績炉温を鋼管装入側帯域である帯１、２の最適設定炉温とする（図２ＡのＳ１１）。

次に、制御装置１は、最適搬送速度及び最適設定炉温を用いて各鋼管の予測昇温過程を演算し、当該予測昇温過程を更新記憶する（図２ＡのＳ１２）。図３（ｂ）を参照して、より具体的に説明すれば、前回行った伝熱計算によって演算された予測昇温過程（図３（ｂ）において点線で示すグラフ）が記憶された後、時刻ｔ０のタイミングで演算した予測昇温過程（図３（ｂ）において実線で示すグラフ）が更新記憶されることになる。すなわち、帯１から帯２に至るまでの予測昇温過程については、前回行った伝熱計算（最適搬送速度及び最適設定炉温を用いた伝熱計算）によって演算され記憶されたもの（すなわち、図３（ｂ）において点線で示すグラフの内、帯１から帯２に至るまでのグラフ）がそのままの状態で記憶される一方、帯２から帯４に至るまでの予測昇温過程については、前回の伝熱計算で演算され記憶されたものではなく、時刻ｔ０のタイミングで行った伝熱計算（最適搬送速度及び最適設定炉温を用いた伝熱計算）によって演算されたもの（すなわち、図３（ｂ）において実線で示すグラフ）が新たに記憶されることになる。以上のようにして、制御装置１は、予め定めた伝熱計算のタイミング（図２ＡのＳ２参照）毎に各鋼管Ｐの予測昇温過程を更新記憶する。

制御装置１は、上記のようにして演算した最適搬送速度及び最適設定炉温に従って鋼管Ｐに熱処理を施す（図２ＡのＳ１３）。すなわち、設定した初期条件（図２ＡのＳ１参照）の内、鋼管Ｐの搬送速度及び帯１、２の設定炉温をそれぞれ最適搬送速度及び最適設定炉温に変更し、これらの設定条件が得られるように、燃焼ガスバーナーのガス流量や電動機の駆動速度等を制御することになる。なお、算出した最適搬送速度（図２ＡのＳ７参照）及び算出した最適設定炉温（図２ＡのＳ１１参照）が初期条件で設定したものと同じである場合には、初期条件通りに鋼管Ｐに熱処理を施すことになる。

最後に、制御装置１は、熱処理が終了した各鋼管Ｐについて熱処理の適否を判定した後（図２ＡのＳ１４）、熱処理を予定している全ての鋼管Ｐについての熱処理が終了したか否かを判定して（図２ＡのＳ１５）、終了していない場合には、次の伝熱計算のタイミングを待って（図２のＳ２参照）、再び一連の伝熱計算を繰り返す。

以上に説明したように、本実施形態に係る鋼管の熱処理方法によれば、熱処理炉１００の鋼管装入側の設定炉温（帯１、帯２の設定炉温）を鋼管抽出側の設定炉温（帯３、４の設定炉温）よりも高く設定するため、熱処理炉１００全体の設定炉温を鋼管Ｐの目標均熱温度とする場合に比べて、装入された鋼管Ｐの温度が迅速に昇温することになり、熱処理の効率を高めることが可能である。

また、熱処理炉１００内にある全ての鋼管Ｐの予測均熱時間が目標均熱時間以上となるような最適搬送速度を所定のタイミング毎に演算し、当該最適搬送速度に従って熱処理を施すようにしているため、目標均熱時間が異なる鋼管Ｐが熱処理炉１００内に同時に存在するような場合であっても、全ての鋼管Ｐの予測均熱時間が目標均熱時間以上となるように搬送速度を臨機応変に変更することになり、これにより熱処理炉１００の稼働率を高めることが可能である。

さらに、熱処理炉１００内にある全ての鋼管Ｐの予測最大温度が目標均熱温度以下となるような最適設定炉温を所定のタイミング毎に演算し、当該最適設定炉温に従って熱処理を施すようにしているため、たとえ、鋼管装入側の設定炉温（帯１、帯２の設定炉温）を鋼管抽出側の設定炉温（帯３、４の設定炉温）よりも高く設定したとしても、鋼管Ｐの温度が目標均熱温度を超える過加熱状態を回避することが可能である。

以上のように、本実施形態に係る鋼管の熱処理方法によれば、過加熱状態が生じることを回避しつつ熱処理の効率を効果的に高めることが可能である。

以下、図２Ｂを参照して、前述した制御装置１が実行する熱処理の適否判定処理（図２ＡのＳ１４）について、より具体的に説明する。図２Ｂに示すように、熱処理の適否判定処理では、先ず最初に熱処理が終了した（すなわち、熱処理炉１００から抽出された）鋼管Ｐが存在するか否かがプロセスコンピュータから入力された各鋼管Ｐの位置情報に基づいて判断される（図２ＢのＳ１４１）。熱処理が終了した鋼管Ｐが存在する場合、制御装置１は、当該鋼管Ｐについて、熱処理炉１００に装入されてから抽出されるまでの予測昇温過程（熱処理炉１００に装入されてから抽出されるまでの間において、予め定めた伝熱計算のタイミング毎に更新記憶された各鋼管Ｐの予測昇温過程）に基づき、予測均熱時間を算出する（図２ＢのＳ１４２）。そして、算出した各鋼管Ｐについての予測均熱時間が予め定められた管理範囲内にあるか否かを判定し、当該判定結果を各鋼管Ｐの識別表記と結合して記憶する（図２ＢのＳ１４３）。

所定の伝熱計算のタイミング毎に更新記憶される各鋼管Ｐの予測昇温過程は、実際に熱処理を施す際に設定した最適搬送速度と最適設定炉温とを用いて演算したものであるため、実測値ではなく伝熱計算によって算出される計算値ではあるものの、各鋼管Ｐが熱処理炉１００に装入されてから抽出されるまでの実際の昇温過程に近似したものになる。従って、図２ＢのＳ１４２で算出される予測均熱時間も実際の均熱時間に近似した計算値となり、その信頼性は高いといえる。このように、各鋼管Ｐ毎に且つ単純な在炉時間ではなく実際の均熱時間に近似した計算値によって熱処理の適否（予測均熱時間が予め定められた管理範囲内にあるか否か）を判断することになるため、各鋼管Ｐの識別表記と結合された判定結果を用いれば、鋼管１本毎に、判定結果に応じた再熱処理等の適切な処置を施すことが可能である。

表１は、以上に説明した本発明に係る鋼管の熱処理方法の効果の一例を示す。
表１に示すように、目標均熱時間が３０分である鋼管Ｘ（外径３５５．６ｍｍ、肉厚１５．０ｍｍ、炭素鋼）及び鋼管Ｙ（外径３５５．６ｍｍ、肉厚２０．０ｍｍ、炭素鋼）のそれぞれについて、焼き戻し炉で加熱試験を実施し、目標均熱時間を得るために必要であった在炉時間を評価した。なお、本発明については、鋼管装入側の設定炉温を６７０℃に初期設定する一方、鋼管抽出側の設定炉温を目標均熱温度に相当する６５０℃に設定した。一方、比較例については、熱処理炉内の全ての炉温を目標均熱温度に相当する６５０℃に設定した。

表１に示すように、本発明に係る熱処理方法によれば、目標均熱時間を確保するために必要な時間が短縮され、熱処理の効率を高めることが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る鋼管の熱処理方法及び品質管理方法を適用する熱処理炉の概略構成を示す模式図である。 図２Ａは、本発明の一実施形態に係る鋼管の熱処理方法及び品質管理方法の手順を概略的に示すフロー図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す手順の一部をより詳細に示すフロー図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る鋼管の熱処理方法によって演算される予測昇温過程の一例を示す模式図である。

符号の説明

１・・・制御装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ・・・温度計
１００・・・熱処理炉
Ｐ・・・鋼管

Claims (2)

1. 延伸圧延または定型圧延終了後の鋼管が目的とする品質を得るために、前記圧延終了後の鋼管に行われる熱処理方法であって、
   熱処理炉の被熱処理材装入側の設定炉温を被熱処理材抽出側の設定炉温よりも高く設定する第１ステップと、
   前記熱処理炉の被熱処理材装入側及び抽出側の現在実績炉温と、前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の現在位置と現在予測温度と現在設定搬送速度とを用いて、所定のタイミング毎に伝熱計算を実行することにより、前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程を演算する第２ステップと、
   前記第２ステップで演算した前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程に基づき、前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測均熱時間を算出する第３ステップと、
   前記第３ステップで算出した前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測均熱時間の中に、予め定められた目標均熱時間未満となるものが存在する場合、前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の現在設定搬送速度を順次変更して前記第２ステップ及び前記第３ステップを繰り返し実行し、前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管全ての予測均熱時間が前記目標均熱時間以上となる最適搬送速度を演算する第４ステップと、
   前記第２ステップの伝熱計算に用いる前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の現在設定搬送速度として前記第４ステップで演算した最適搬送速度を用いて前記第２ステップを実行することにより、前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程を演算する第５ステップと、
   前記第５ステップで演算した前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程に基づき、前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測最大温度を算出する第６ステップと、
   前記第６ステップで算出した前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測最大温度の中に、予め定められた目標均熱温度を超えるものが存在する場合、前記第２ステップの伝熱計算に用いる前記熱処理炉の被熱処理材装入側の実績炉温を順次変更して前記第５ステップ及び前記第６ステップを繰り返し実行し、前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管全ての予測最大温度が前記目標均熱温度以下となる前記熱処理炉の被熱処理材装入側の最適設定炉温を演算する第７ステップと、
   前記第２ステップの伝熱計算に用いる前記熱処理炉の被熱処理材装入側の実績炉温として前記第７ステップで演算した前記熱処理炉の被熱処理材装入側の最適設定炉温を用いて前記第５ステップを実行することにより前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程を演算して、前記所定のタイミング毎に更新記憶する第８ステップと、
   前記第４ステップで演算された最適搬送速度及び前記第７ステップで演算された前記熱処理炉の被熱処理材装入側の最適設定炉温を熱処理炉の運転条件として設定して鋼管を熱処理する第９ステップと、
   を含むことを特徴とする熱処理方法。
2. 前記第８ステップを繰り返し実行することによって記憶された前記熱処理炉内に存在する複数の鋼管の予測昇温過程に基づき、請求項１に記載の熱処理方法によって熱処理された各鋼管についての予測均熱時間を算出し、
   前記算出した各鋼管についての予測均熱時間が予め定められた管理範囲内にあるか否かを判定し、当該判定結果を各鋼管の識別表記と結合することを特徴とする被熱処理材である鋼管の品質管理方法。

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