JP5957731B2 - 冷延鋼板の製造条件決定方法、製造条件決定装置および製造条件決定プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、所望の機械的特性を有する冷延鋼板を製造するための製造条件を計算によって算出する技術である。本発明の特徴を大まかに分類すると、目標組織の決定、組織の予測計算、目標組織と計算組織との比較、という3つに分けることができる。
目標組織の決定とは、冷延鋼板の機械的特性(以下、適宜「特性」と略す)から冷延鋼板の組織へと目標を変換することを意味している。すなわち、冷延鋼板の組織と特性との関係を予め収集してデータベース化し、当該データベースに基づいて、所望の特性を得るための冷延鋼板の組織を決定する。鋼板の機械的特性とは、ここでは鋼板の強度に関連するYP(降伏強さ[MPa])およびTS(引張り強さ[MPa])と、鋼板の延性に関連するEL(伸び[%])およびλ(穴広げ率[%])の4つのパラメータのことを意味している。
「組織の予測計算」とは、決定したい製造条件を仮設定し、当該製造条件から冷延鋼板の組織(フェライト分率およびマルテンサイト硬さ)をそれぞれ予測計算することを意味している。このように仮設定した製造条件から冷延鋼板の組織を予測するには、連続焼鈍工程の一貫工程での組織予測が行える必要がある。すなわち、従来も連続焼鈍工程中における一部の工程単体についての組織予測技術は存在していたが、単にこれらの部分的な予測を組合せただけでは整合性がなかった。また、従来の組織予測技術は、予測精度にも問題がある場合が多く、冷延鋼板の特性が決定される連続焼鈍工程終了後の組織、すなわち最終的な製品の組織を実用可能なレベルで予測する技術は確立されていなかった。一方、本発明では、連続焼鈍工程の一貫工程での組織予測が可能な組織予測技術を構築し、これを用いて適正な製造条件を決定することができる(具体的な内容は後記する)。
「目標組織と計算組織との比較」とは、所望の機械的特性を得るために必要な冷延鋼板の目標組織(目標値)と、計算によって得られた計算組織(仮定値)とを比較し、両者の乖離が小さくなるまで、インプットデータ(連続焼鈍工程における温度)の値を変えながら(補正しながら)計算をやり直すことを意味している。このように、計算組織が目標組織になるべく近づくように予測計算を繰り返すことで、所望の機械的特性を有する冷延鋼板の製造条件を決定することができる(具体的な内容は後記する)。以下、前記したような本発明の内容を具現した製造条件決定装置について、詳細に説明する。
製造条件決定装置1は、DP鋼で構成された複合組織冷延鋼板の製造条件を決定するものである。このDP鋼は、溶鋼の状態で成分が調整され、鋳造(製鉄所であれば連続鋳造)された後に、熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍、という3つの工程を経ることで製造される。製造条件決定装置1は、前記した3つの工程のうちの最後の工程である連続焼鈍工程における条件を決定する。なお、連続焼鈍工程では、図3に示すような温度パターン(熱履歴)で、冷延鋼板の加熱、均熱、焼入れ温度までの緩冷、急冷による焼入れ、再加熱による焼戻し、という工程が実施されることになる。
dγ:オーステナイト粒径
A1〜A3:予め実験的に求めたパラメータ
tss:加熱時間[s]
Tss:加熱温度[℃]
Vf(τ,t):時間τで生成した1個のフェライト核が成長してなる1個のフェライト粒の時間tにおける体積
N(τ):時間τにおけるフェライト核の生成数
Rf:回転楕円体(生成したフェライト核の形状)の長軸/短軸比
r(τ,t):時間τで生成したフェライト核の時間tにおける半径
dr(τ,ζ)/dt:フェライト粒の成長速度
Dc:オーステナイト中の炭素の拡散係数
C0:鋼材の炭素濃度
Cα:フェライト粒の平衡状態の炭素濃度
Cγ:オーステナイト粒の平衡状態の炭素濃度
ζ:時間を表わすパラメータであって時間tと同義であり、τよりも後の時間
Sγ:オーステナイトの粒界面積
I(τ):フェライトの核生成速度
A(τ):オーステナイト粒界上のフェライトの占有面積
Dγ:オーステナイト粒径
dG*(τ):フェライト核生成の活性化エネルギー
k:ボルツマン定数
T(τ):熱履歴の時間τにおける温度
Qc:炭素の拡散の活性化エネルギー
R:気体定数
Aex(t):オーステナイト粒界上のフェライトの拡張面積率
Af(τ,t):オーステナイト粒界上の1個のフェライトの面積
HVtm:マルテンサイト硬さ
C1〜C5:予め実験的に求めたパラメータ
[C]:鋼板全体のC濃度[wt%]
TRHS:焼戻し温度[℃]
tRHS:焼戻し時間[s]
Vf:フェライト分率[%]
以下、実施形態に係る冷延鋼板の製造条件決定装置1の動作、すなわち冷延鋼板の製造条件決定方法について、図6を参照しながら(適宜図4も参照)詳細に説明する。製造条件決定方法は、目標組織決定工程と、製造条件入力工程と、連続焼鈍時間算出工程と、オーステナイト粒径算出工程と、フェライト分率算出工程と、マルテンサイト硬さ算出工程と、組織比較判定工程と、製造条件補正工程と、を含んでいる。また、目標組織決定工程の前に、特性入力工程を行ってもよい。
ここで、前記した製造条件決定装置1は、一般的なコンピュータを、前記した各手段および各部として機能させるためのプログラムにより動作させることで実現することができる。このプログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、CD−ROM等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
A1=3.01×105
A2=1.5
A3=−2.01×104
C1=234
C2=644
C3=0.013
C4=16.5
C5=5.8
10 特性入力手段
20 相関関係情報記憶手段
30 目標組織決定手段
40 製造条件入力手段
41 組成入力部
42 通板速度入力部
43 加熱温度入力部
44 焼入れ温度入力部
45 焼戻し温度入力部
50 焼鈍時間算出手段
51 加熱時間算出部
52 焼入れ時間算出部
53 焼戻し時間算出部
60 オーステナイト粒径算出手段
70 フェライト分率算出手段
80 マルテンサイト硬さ算出手段
90 組織比較判定手段
100 製造条件補正手段
Claims (9)
- フェライトと焼戻しマルテンサイトからなる複合組織冷延鋼板の連続焼鈍工程において、加熱、焼入れ温度までの緩冷、急冷による焼入れおよび再加熱による焼戻しを順次経る場合における製造条件を決定するための冷延鋼板の製造条件決定方法であって、
目標組織決定手段によって、予め収集された冷延鋼板の機械的特性と、フェライト分率およびマルテンサイト硬さからなる前記冷延鋼板の組織と、の相関関係を示す情報である相関関係情報に従って、所望の機械的特性を得るために必要な目標フェライト分率および目標マルテンサイト硬さを決定する目標組織決定工程と、
製造条件入力手段に対して、前記連続焼鈍工程における冷延鋼板の組成、前記冷延鋼板の通板速度、前記加熱時における加熱温度、前記焼入れ時における焼入れ温度および前記焼戻し時における焼戻し温度が入力される製造条件入力工程と、
連続焼鈍時間算出手段によって、前記連続焼鈍工程における前記通板速度から、前記加熱時における加熱時間、前記焼入れ時における焼入れ時間および前記焼戻し時における焼戻し時間を算出する連続焼鈍時間算出工程と、
オーステナイト粒径算出手段によって、前記加熱温度と、前記加熱時間と、から冷延鋼板のオーステナイト粒径を算出するオーステナイト粒径算出工程と、
フェライト分率算出手段によって、前記冷延鋼板の組成と、前記焼入れ温度と、前記焼入れ時間と、前記オーステナイト粒径と、から当該冷延鋼板のフェライト分率を算出するフェライト分率算出工程と、
マルテンサイト硬さ算出手段によって、前記冷延鋼板の組成と、前記焼戻し温度と、前記焼戻し時間と、前記フェライト分率と、から前記冷延鋼板のマルテンサイト硬さを算出するマルテンサイト硬さ算出工程と、
組織比較判定手段によって、前記目標フェライト分率および前記目標マルテンサイト硬さと、前記フェライト分率および前記マルテンサイト硬さと、をそれぞれ比較し、前記目標フェライト分率および前記目標マルテンサイト硬さと、前記フェライト分率および前記マルテンサイト硬さと、の差が予め定めた所定の閾値を超えるか否かを判定する組織比較判定工程と、
前記組織比較判定工程において前記目標フェライト分率および前記目標マルテンサイト硬さと、前記フェライト分率および前記マルテンサイト硬さと、の差が所定の閾値を超えると判定された場合、製造条件補正手段によって、予め収集された前記オーステナイト粒径と前記加熱温度との相関関係、前記フェライト分率と前記焼入れ温度との相関関係、および、前記マルテンサイト硬さと前記焼戻し温度との相関関係に従って、前記製造条件入力工程で入力された前記加熱温度、前記焼入れ温度および前記焼戻し温度のいずれか一つ以上を補正する製造条件補正工程と、を含み、
前記オーステナイト粒径算出工程、前記フェライト分率算出工程および前記マルテンサイト硬さ算出工程は、前記製造条件補正工程による補正が終了するまで、それぞれの算出処理を繰り返し行うことを特徴とする冷延鋼板の製造条件決定方法。 - 前記製造条件入力工程において、前記冷延鋼板の組成として、C:0.05〜0.3%(質量%、以下同様)、Si:0.01〜3%、Mn:0.5〜3%、Al:0.01〜0.1%、が入力されることを特徴とする請求項1に記載の冷延鋼板の製造条件決定方法。
- 前記製造条件入力工程において、前記冷延鋼板の組成として、Ti,Nb,VおよびZrよりなる群から選ばれる1種または2種以上の合計:0.01〜1%、が入力されることを特徴とする請求項2に記載の冷延鋼板の製造条件決定方法。
- 前記製造条件入力工程において、前記冷延鋼板の組成として、Niおよび/またはCuの合計:1%以下(0%を含まない)、が入力されることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の冷延鋼板の製造条件決定方法。
- 前記製造条件入力工程において、前記冷延鋼板の組成として、Cr:2%以下(0%を含まない)および/またはMo:1%以下(0%を含まない)、が入力されることを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の冷延鋼板の製造条件決定方法。
- 前記製造条件入力工程において、前記冷延鋼板の組成として、B:0.0001〜0.005%、が入力されることを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の冷延鋼板の製造条件決定方法。
- 前記製造条件入力工程において、前記冷延鋼板の組成として、Caおよび/またはREMを合計で0.003%以下(0%を含まない)、が入力されることを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか一項に記載の冷延鋼板の製造条件決定方法。
- フェライトと焼戻しマルテンサイトからなる複合組織冷延鋼板の連続焼鈍工程において、加熱、焼入れ温度までの緩冷、急冷による焼入れおよび再加熱による焼戻しを順次経る場合における製造条件を決定するための冷延鋼板の製造条件決定装置であって、
前記冷延鋼板の機械的特性と、フェライト分率およびマルテンサイト硬さからなる前記冷延鋼板の組織と、の相関関係を示す情報である相関関係情報を予め記憶する相関関係情報記憶手段と、
前記相関関係情報に従って、所望の機械的特性を得るために必要な目標フェライト分率および目標マルテンサイト硬さを決定する目標組織決定手段と、
前記連続焼鈍工程における前記冷延鋼板の組成、前記冷延鋼板の通板速度、前記加熱時における加熱温度、前記焼入れ時における焼入れ温度および前記焼戻し時における焼戻し温度が入力される製造条件入力手段と、
前記通板速度から、前記加熱時における加熱時間、前記焼入れ時における焼入れ時間および前記焼戻し時における焼戻し時間を算出する連続焼鈍時間算出手段と、
前記加熱温度と、前記加熱時間と、から前記冷延鋼板のオーステナイト粒径を算出するオーステナイト粒径算出手段と、
前記冷延鋼板の組成と、前記焼入れ温度と、前記焼入れ時間と、前記オーステナイト粒径と、から当該冷延鋼板のフェライト分率を算出するフェライト分率算出手段と、
前記冷延鋼板の組成と、前記焼戻し温度と、前記焼戻し時間と、前記フェライト分率と、から前記冷延鋼板のマルテンサイト硬さを算出するマルテンサイト硬さ算出手段と、
前記目標フェライト分率および前記目標マルテンサイト硬さと、前記フェライト分率および前記マルテンサイト硬さと、をそれぞれ比較し、前記目標フェライト分率および前記目標マルテンサイト硬さと、前記フェライト分率および前記マルテンサイト硬さと、の差が予め定めた所定の閾値を超えるか否かを判定する組織比較判定手段と、
前記組織比較判定手段によって前記目標フェライト分率および前記目標マルテンサイト硬さと、前記フェライト分率および前記マルテンサイト硬さと、の差が所定の閾値を超えると判定された場合、予め収集された前記オーステナイト粒径と前記加熱温度との相関関係、前記フェライト分率と前記焼入れ温度との相関関係、および、前記マルテンサイト硬さと前記焼戻し温度との相関関係、に従って、前記製造条件入力手段に入力された前記加熱温度、前記焼入れ温度および前記焼戻し温度のいずれか一つ以上を補正する製造条件補正手段と、を備え、
前記オーステナイト粒径算出手段、前記フェライト分率算出手段および前記マルテンサイト硬さ算出手段は、前記製造条件補正手段による補正が終了するまで、それぞれの算出処理を繰り返し行うことを特徴とする冷延鋼板の製造条件決定装置。 - フェライトと焼戻しマルテンサイトからなる複合組織冷延鋼板の連続焼鈍工程において、加熱、焼入れ温度までの緩冷、急冷による焼入れおよび再加熱による焼戻しを順次経る場合における製造条件を決定するために、コンピュータを、
予め収集された冷延鋼板の機械的特性と、フェライト分率およびマルテンサイト硬さからなる前記冷延鋼板の組織と、の相関関係を示す情報である相関関係情報に従って、所望の機械的特性を得るために必要な目標フェライト分率および目標マルテンサイト硬さを決定する目標組織決定手段、
前記連続焼鈍工程における前記冷延鋼板の組成、前記冷延鋼板の通板速度、前記加熱時における加熱温度、前記焼入れ時における焼入れ温度および前記焼戻し時における焼戻し温度が入力される製造条件入力手段、
前記通板速度から、前記加熱時における加熱時間、前記焼入れ時における焼入れ時間および前記焼戻し時における焼戻し時間を算出する連続焼鈍時間算出手段、
前記加熱温度と、前記加熱時間と、から前記冷延鋼板のオーステナイト粒径を算出するオーステナイト粒径算出手段、
前記冷延鋼板の組成と、前記焼入れ温度と、前記焼入れ時間と、前記オーステナイト粒径と、から当該冷延鋼板のフェライト分率を算出するフェライト分率算出手段、
前記冷延鋼板の組成と、前記焼戻し温度と、前記焼戻し時間と、前記フェライト分率と、から前記冷延鋼板のマルテンサイト硬さを算出するマルテンサイト硬さ算出手段、
前記目標フェライト分率および前記目標マルテンサイト硬さと、前記フェライト分率および前記マルテンサイト硬さと、をそれぞれ比較し、前記目標フェライト分率および前記目標マルテンサイト硬さと、前記フェライト分率および前記マルテンサイト硬さと、の差が予め定めた所定の閾値を超えるか否かを判定する組織比較判定手段、
前記組織比較判定手段によって前記目標フェライト分率および前記目標マルテンサイト硬さと、前記フェライト分率および前記マルテンサイト硬さと、の差が所定の閾値を超えると判定された場合、予め収集された前記オーステナイト粒径と前記加熱温度との相関関係、前記フェライト分率と前記焼入れ温度との相関関係、および、前記マルテンサイト硬さと前記焼戻し温度との相関関係、に従って、前記製造条件入力手段に入力された前記加熱温度、前記焼入れ温度および前記焼戻し温度のいずれか一つ以上を補正する製造条件補正手段、として機能させるためのプログラムであって、
前記オーステナイト粒径算出手段、前記フェライト分率算出手段および前記マルテンサイト硬さ算出手段は、前記製造条件補正手段による補正が終了するまで、それぞれの算出処理を繰り返し行うことを特徴とする冷延鋼板の製造条件決定プログラム。
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