JPH01312031A - 熱間圧延鋼材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、熱間圧延鋼材の製造方法に係り、特に鋼材を
熱間で圧延した後、その冷却を制御して所定の高強度・
高靭性を備えた、いわゆるオンライン熱処理鋼材を製造
する方法に関する。

〈従来の技術〉 いわゆるオンライン熱処理といわれる熱間圧延鋼材の調
質冷却は、線材や棒鋼の分野で比較的早期に発達し、最
近では厚板や薄板などほとんどの鋼材製造において実施
されている。

このような冷却制御は、第７図の流れ図に示すように行
うのが一般的であった。すなわち、熱間圧延鋼材（以下
、単に圧延材という）のオンライン熱処理のニーズに対
して、例えば風冷、ミスト冷却、水冷などの強制冷媒能
力を試行錯誤的に種々設定して、圧延仕上温度（以下、
ＦＤＴという）と巻取温度（以下、ＣＴという）あるい
は強制冷却停止温度を変更し、それぞれについて室温で
材料試験を行って、熱処理強度（以下、σＢｏという）
や絞り等を調べ、主として、σ８゜とＦＤＴ／ＣＴとの
相関を、板厚や化学成分などをパラメータとして求め、
これらを重回帰して回帰モデル化またはテーブル化し、
併せて製品材質仕様に対応したＦＤＴ／ＣＴ％ｉ（ｔを
設定し、これらをオンラインモデルに適用して、セット
アンプし、データロギングして学習し、フィードバック
（以下、Ｆ／Ｂという）制御によりその材質精度を高め
ようとしていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような−船釣な従来技術においては
、ＦＤＴ／ＣＴ−σｌｌｏｌｌ上デルが物理的根拠の乏
しい重回帰式となっているため、σｎ。

決定の決め手である変態温度θ７が不詳であるとか、新
しい仕様の鋼種には適用できないとか、あるいはセット
アツプ条件とは異なったＦＤＴで仕上がった場合のフィ
ードフォワード（以下、Ｆ／Ｆという）制御が不可能で
あるとかの問題点によって高精度な材質制御が困難であ
った。

ところで、文献「高炭素鋼の巻取温度制御」　（鉄と鋼
　Ｖｏｌ、７１．　Ｎｏ、５．１９８５．　３３２８　
）によれば、変態に伴う発熱具ａ景が多い高炭素鋼のＣ
Ｔ制御において、変態開始時期と変態所要時間を考慮し
たモデルとすることにより、ＦＤＴ−ＣＴ間で確実に変
態完了させることができ、強度・靭性にすぐれた熱処理
組織を得ることに成功して品質向上が図られたとしてい
る。この方法は、前記した一般的な従来技術よりも進歩
していることは認められるものの、σお。制御に不可欠
な変態温度θ７を得るための冷媒能力設定（初期設定と
Ｆ／Ｆ制御設定）については相変わらずブラックボック
スのままである。

それ故、今後ユーザーから鋼種の多様化、ロットの小単
重化２品質のハイグレード化・均一化がますます要求さ
れてくる状況下にあっては、従来技術の学習方式による
Ｆ／Ｂ制御では対処できないのである。

本発明は、上記のような従来技術の有する課題を解決す
べくなされたものであって、仕様通りの均一性のある製
品材質を実現するのに好適な熱間圧延鋼材の製造方法を
提供することを目的とする。

〈課題を解決するだめの手段〉 本発明の要旨とするところは、熱間圧延後の鋼材を強制
冷却ゾーンを通過させながら冷却制御して材質制御する
に際し、前記強制冷却ゾーンを仕上圧延機側から第１ゾ
ーン、第２ゾーン、第３ゾーンの３つに分割して、それ
ぞれのゾーンの冷媒熱伝達率を与え、これに基づいて各
ゾーンの冷媒能力を設定した上で、前記第１ゾーンにお
いて圧延仕上温度からオーステナイト／フェライト相平
衡温度まで冷却し、これに続く前記第２ゾーンでは所定
のオーステナイト状態からフェライト−パーライト変態
温度以下で、かつ所定の巻取温度より高い所定の温度ま
で冷却し、最後の前記第３ゾーンでは前記所定の温度か
ら前記巻取温度まで冷却することを特徴とする熱間圧延
鋼材の製造方法である。

また、前記強制冷却ゾーンを３分割するに際し、予め第
１ゾーン、第２ゾーン、第３ゾーンのゾーン長さを決定
して与えるようにしてもよいし、あるいは予め第１ゾー
ンと第３ゾーンの冷媒熱伝達率を決定した後第２ゾーン
の冷媒熱伝達率を決定し、これらの冷媒熱伝達率の値に
応じてそれぞれノソーン長さを決定するようにしてもよ
い。

〈作　用〉 通常、Ｆ／Ｆ水冷制御を可能ならしめるためには、冷媒
の熱伝達率を瞬時にして算出可能な解析解約（すなわち
代数的）表式が必要である。しがし、従来の一般的な厳
密温度モデルでは熱伝達率αを与えて冷却後の材料温度
を計算することは可能であったが、逆に冷却後の材料温
度を与えてそれを達成し得る冷媒の熱伝達率を算出する
ことは代数的には不可能であり、オンラインでの厳密な
熱伝達率αの算出ができなかった。

そこで、物理的意味のほとんど乏しい熱伝達率αの簡易
モデルが適用されていたが、当然、材料寸法、成分、材
料温度、冷却時間などの任意の変化に対応した高精度な
熱伝達率αの見積りはできなかった。

本発明者は、従来の熱伝導解析解をさらに展開させた結
果、冷却実績データを取込んで熱伝達率αを代数的に瞬
時にして算出可能な最終的な形の厳密解を誘導すること
に成功したため、オンラインでの高精度なＦ／Ｆ水冷制
御を可能となした。

すなわち、第１図に示すように、製品仕様強度〔σ６゜
〕から、必要な変態温度θ７を別途通常のθ１−σ８゜
関係式によって見積り、つぎに別途通常の変態開始曲線
によってオーステナイト／フェライト相平衡温度Ｔｅか
ら変態温度θ７までの所要時間上〇を見積り、これらよ
りＦＤＴからＴｅまでの冷却と、Ｔｅからθ。までの冷
却にそれぞれ必要な冷媒の熱伝達率αを見積り、この熱
伝達率αを達成すべく、冷却機構に応じた冷媒能力Ｗと
熱伝達率αの関係式からＷを見積り・設定して、セント
アップおよびＦ／Ｆ制御のオンライン処理をするもので
ある。ここで、θ、からＣＴまでの冷却は所要時間が限
定されるので、やはり必要な熱伝達率αを見積もってＷ
を設定することになる。

上記の一連の作業は、圧延開始前のオフラインでの初期
設定計算ならびに例えばＦＤＴをオンラインで実測した
後のオンラインでのリアルタイム設定計算のいずれにも
共通したものであり、首尾一貫しているのである。

本発明によれば、確実に仕様強度〔σ８ｏ〕が得られる
変態温度θ７で実際に変態が行われるべく、実測のＦＤ
Ｔを基点として所定の変態を行わ−Ｕるのに必要な冷媒
能力をオンラインで見積もってＦ／Ｆ冷却制御し、かつ
板の形状等に重要なＣＴも高精度に実現すべく変態以後
の冷媒能力を設定するのである。

この場合、板厚変更や鋼種変更、ＦＤＴ−ＣＴ変更、仕
様強度〔σＩｌ。〕変更などに応じて高精度ニ設定θ７
と設定ＣＴとを実現することにより、仕様通りの製品材
質を均一性良好にして得ることが可能である。

以下に、本発明の原理について説明する。

第２図は、炭素鋼のオーステナイト状態からのフェライ
ト−パーライト固相変態概念を示す特性図である。

図に示すように、オーステナイト／フェライト相平衡温
度Ｔｅ以下の温度域におけるＴｅがらの経過時間ｔ１と
変態開始時温度θアの座標（ｔｌ、θア）の軌跡、すな
わち変態開始ライン■５および変態終了ライン■、をあ
らかじめ既知化しておく。また、一方では変態開始温度
θ７と材料強度σ８ｏとの関係を材料試験により既知化
しておく。そこで、任意の仕様強度〔σ６゜〕に対して
変態開始温度６丁を見積り、このθ７からｎＳラインよ
りＴｅからの所要時間１Ｔを見積もる。併せて■５ライ
ンと■、ラインより変態所要時間τを見積る。

これらＴｅ、　　θ０．τは概して実圧延上のＦＤＴと
は無関係なので、Ｔｅを切る点Ｂ、変態開始点Ｃおよび
変態終了点りは圧延前にあらかじめ決定可能である。し
かるに、実圧延上のＦＤＴが初期設定値からズした場合
には、ＦＤＴ測定時点ＡからＢ点までの冷却履歴をコン
トロールしなければならない。

一方、ＣＴは仕様が決まっているので、変態終了点りか
らＣＴ点Ｆまでの時間（ｔｚ’　＋ｔ、）に応じた冷媒
能力の見積りが圧延前に可能であるが、ｔ３は板厚、成
分、仕様強度〔σ８゜］、走行速度Ｖに依存するので、
Ｂ点〜Ｄ点間とＤ点〜Ｆ点間の冷媒能力を常に同じ値に
設定することはできず、別個に決定せざるを得ない。

以」二の理由により、Δ点のＦＤＴ（Ｔ、）からＦ点の
ＣＴ　（Ｔ３）間の熱伝達率αは少なくとも３種類を与
える必要がある。すなわち、第２図に示すように、冷却
ゾーンをＡ点〜Ｂ点間（Ｔ、→Ｔｅ冷却）を第１ゾーン
、Ｂ点〜Ｅ点間（Ｔｅ→Ｔ、冷却）を第２ゾーン、そし
てＥ点〜Ｆ点間（Ｔ２→Ｔ３冷却）を第３ゾーンと３分
割にして、それぞれの熱伝達率をα１．α２．α３とし
て与えるのである。ここで、Ｅ点の材料温度Ｔ２は、Ｃ
Ｔ　（’ｈ）＜ｈ≦θ１の範囲で任意としてよい。

つぎに各ゾーンの熱伝達率α０．α２．α３を各ゾーン
内で一定値として与え、それらに応じた冷媒能力Ｗ、、
　Ｗ２．　Ｗ３を設定するようにすれば、オンラインで
の演算処理と冷媒供給とをスムーズに行い易い。

ここで、強制冷却ゾーンの分割の仕方として次の２通り
の方法が考えられる。

すなわち、まず、第１の分割方法としては、各ゾーンの
長さのＬｌｌ　Ｌ２．　Ｌ３をあらかじめ設定して置く
ことであり、各ゾーンの熱伝達率α１．α２゜α３は製
品仕様や圧延条件等によって算出見積りするものである
。

また、第２の分割方法としては、第１．３ゾーンの熱伝
達率α１．α３を一定値としてあらかじめ与える方式で
ある。この場合、例えば水量の如き冷媒能力１．−３設
定を逐一修正することは、その設定精度に関して誤差を
大きくする懸念があるので、ＷＩ＋　Ｗ：＋一定ずなわ
ち実質上α１．α３一定として与え、製品仕様と圧延条
件に従って残りの第２ゾーンの熱伝達率α２と各ゾーン
長さＬｚ　Ｌ２゜Ｌ３を演算見積りするものである。

以下に、」１記した２つの分割方法の場合の冷却条件設
定手順について詳しく説明する。

、第３図は、第１の分割方法の場合における冷却条件設
定手順を示す流れ図であり、以下のステップによる。

■　定数である各ゾーンのゾーン長さＬｌｌ　Ｌ２．　
Ｌ３をインプットする。

■　製品仕様条件である、板厚（ｄ）、含有炭素量（Ｃ
）。

合金元素量（￥１．結高結晶等の材質因子ω、熱処理強
度〔σＩｌ。〕および操業条イ１である、走行速度（Ｖ
）、　　ＦＤＴ　（ＴＩ）　、　　ＣＴ　（Ｔ３）をそ
れぞれインプットする。ここで、Ｔ、は予め与えられる
設計値またはオンライン測定値のいずれも可である。

■　各ゾーンの通過所要時間ＬＩｔ　ｈ＋　’：ｌ＋相
平衡温度Ｔｅおよび変態温度θ、をそれぞれ計算する。

ここで、Ｔｅとθアはあらかじめ求めておいた表式Ｔｅ
（Ｃ２Ｙ、）、　　θ７　　（ｃ、　　ｙ、　　σｎｏ
）を用いる。すなわち、 ｔ＋　＝　Ｌ＋　／　ｖ　（ｓ　）　　　　　　　　−
−−−−−−（１）ｔ２＝Ｌ２／　ｖ　（ｓ　）　　　
　　　　　−−−−−一−−−−−ｆｔ’１ｔ３＝Ｉ、
＊／ｖ（ｓ）−−−−−−−−（ｚつＴｅ＝ｆ　（Ｃ，
Ｙ）回帰式　　　−−−−−−（２１ここで、この（２
）式は下記のように表すことができる。

Ｔｅ−φ／　ＱＴ”’　　２７３　（’Ｃ）　　　　−
−−−−−−−−−（２’１ここで、 Ｑｔ　　＝Ｖａ・ｑ３→−（１−ｖ、　）・ＱｐＶｅ　
　−（Ｃｅ　　Ｃ）　／　（Ｃｅ　　Ｃｐ）Ｑｐ　　＝
Ｖｐ／ｃ　’　Ｑど＋（Ｉ　　Ｖｐ／Ｃ）・ｑ３Ｖｐｙ
ｃ−（１＋３　・ｍｒｚｍｃ）・（Ｃｅ　　Ｃｐ）　ｘ
ｉｏ−”ｑ３　−Φ・Ｑ（” Ｃｅ−１−・Ｃｅ” φ　−５，６０４Ｘ１０３（定数〕 Ｃｐ＝０．０２１４　（フェライトへの炭素固溶限） ｍＦ：鉄原子量 Ｉ、：炭素原子量 ｑ７：オーステナイト→フェライト／パーライト変態潜
熱（ｃａ１／ｍ） ｑｐ＝オーステナイト→パーライト変態潜熱（ｃＪ／５
ｎｆ） ｈ　ニオ−ステナイト−フェライト変態潜熱（ｃａｔ／
ｍ１） ｑｃニオ−ステナイト耐セメント変態潜熱（ｃＪ／ｍ１
） Ｃｅ：共析炭素量 Φ、「；合金元素影響係数 Ｑ（１”＝５５０　ｃａｌ／Ｋｌ　（Ｐｅ　　Ｃ２元合
金の場合） Ｑｃ”　＝４４３５ｃＪ／ｍｌ　（Ｆｅ　　Ｃ２元合金
の場合） Ｃｅ”　−０，７６５ｗｔ％（Ｆｅ−Ｃ２元合金の場合
） θ７−ｆ（σＢｏ、　　Ｃ，Ｔ）回帰式−−−（３１■
　あらかしめ求めておいた変態開始ライン■５および変
態終了ライン■、を用いて、変態開始までの潜伏時間５
　＋変態所要時間τを旧算する。

ｔ、＝ｆ　　（Ｃ，Ｙ、　　θＴ）　　　　　−−−−
（４１なお、この（４）式は、下記のように表すことが
できる。

Ｌｒ−（ｘ’／　（Ｋｏ　・Ｋ）ｌ　４−δＬｔ　（ｓ
　）　−−−−（４’１ここで、 ｘ　　−（Ｔｅ＋２７３）　／へＴ ΔＴ＝Ｔｅ−θ１ Ｋ　　＝Ｋｅ−（ｘ−１）’／　（ｅ”−１）Ｋｅ　　
＝８　＊　　（ｋ　　　（Ｔｅ−ｔ−２７３）　ｌ　５
／（ｈ　ｃ）′ Ｋｏ　　−４，９６５１３−’　（定数）ｈ　ニブラン
ク定数（ｓ　−ｃむ１／ｍ１）Ｃ：光速（μ、、、／Ｓ
） ｋ　−ボルツマン定数（ｃｃ、１／ｆｆ１７−Ｋ）δｔ
、：回帰定数（ｓ） ■　別途誘導した解析解である要式α（ｄ、　　ｔ。

Ｔ、、　Ｔ□１）を用いて、第１．２ゾーンの熱伝達率
α３．α２を計算する。ここで、Ｔ、、、　Ｔ、、。

は冷却前後の材料温度である。

α、　＝（２、ｌ／ｄ）（Ｙ、−’−Ｚ−’）−’ＸＩ
Ｏ”　　（５）ここで、 （μ０−百・１＋） ｚ＝ｒ（ｙ、） χ　：熱伝導率（ｋｃ＋Ｊ／　ｍ−ｈ　・’Ｃ）ｉ　：
温度伝播率（ｎ（／ｈ） μ。−８，８８９Ｘ１０３（定数） θＬ　：冷媒温度（°Ｃ） α２−　（２χ／ｄ）（ｙ−１−ｚ−’）”ｘ１ｏ’Ｌ
　　（６）ここで、 （μ。・ａ−ｔｌ） ｚ　　−ｒ（ｙ＋） ■　また、下記（６）弐により変態所要時間τを計算す
る。

τ−ｆ　　（Ｃ，Ｙ、　　θ１）回帰式−−−−−−−
（７）なお、この（力式は、下記式で表すことができる
。

τ−１．．■／　ｋ　　　　　　　　　　−−−−一−
−−−（７１ここで、 ＠＝、２／　（１−ｈ）　　−１ に一μ。　百・Ｙｚ／８ｄ２ Ｋｑ＝１４１．１・ｑア／（２（１／ａ）（θ、−〇、
））Ｙ２＝ｆ　　（Ｎ） Ｎ＝（α２・　ｄ／χ）　　Ｘｌ０−″〔ヌンセルト数
（−）〕 ■　通常の冷却温度式を用いて、第２ゾーン出口材料温
度Ｔ２を計算する。

Ｔ２−（θ、−θＬ）ｅｘｐ（−ｋｃ　・ｔｚ’　）　
　−−−（８）ここで、 ｈ’　−ｔｚ　　（ｔ□十τ） ｋｃ　　＝　７１　。・ａ　　−ｙ、／　３　ｄ２Ｙ２
　　＝ｆ　　（Ｎ２） Ｎ２−（α２・　ｄ　／　Ｔ）　　Ｘｌ０−’■　前記
ステップ■と同しく要式α（ｄ、ｔ、Ｔ、、。

Ｔ、、４．）を用いて、第３ゾーンの熱伝達率α１を計
算する。

α３−（２、Ｊ／ｄ）（Ｙｌ−’−Ｚ−’）−’ＸＩＯ
’　−（９）ここで、 ■　回帰式Ｗ、　（α、）を用いて、各ゾーンの冷媒能
力−１＋　Ｗｚ＋　Ｗ、＋を酊算する。

１−ｆ（α１．θＬ）回帰式　−−一−−−−−−００
）Ｗ２＝ｆ（α２．θＬ）回帰式　−−−−ｍ−（Ｉ＋
）皆３−ｆ（α３．θ１）回帰式　−−−−−−−０２
）このようにして、各分割ゾーンの冷媒能力を決定し、
セットアンプすればよい。

つぎに、第２の分割方法の場合における冷却条件設定手
順について、第４図を参照して説明する。

■　冷却ゾーン全長ＬＴ、と第１．３ゾーンの熱伝達率
α１．α３をインプットする。

■　つぎに、第１の分割方法のステップ■と同様にして
製品仕様条件ｄ、　　Ｃ，Ｙ、　　Ｘ、　　（σＲｏ）
および操業条件、ｖ、　Ｔ１．　Ｔｙをインプットする
。

なお、Ｔ１は予め与えられる設計値またはオンライン測
定値のいずれでもよい。

■　前記（２）、　（３）式を用いて、Ｔｅ、　　θ７
を計算する。

■　第１ゾーン通過所要時間ｔ１を下記０３）式により
計算する。

Ｔｅ−θ１− ここで、 Ｙ２＝　ｆ　　（Ｎ＋） Ｎ１−（α１・ｄ／、１）ＸＩＯ−３ ■　変態開始までの潜伏時間１Ｔを前出（４）式により
１算する。

■　前出（６）式を用いて、第２ゾーン熱伝達率α２を
算出する。

■　前出（７）弐を用いて、変態所要時間τを計算する
。

■　仮の第２ゾーン出口材料温度１２′を、Ｔ、＜Ｔ２
’≦θ１の範囲内で選択する。

■　解析解による要式ｔ　（ｄ、　Ｔ１１．　Ｔ□、α
）を用いて、仮の第３ゾーン通過所要時間ｔ３１　と仮
のθ７からＴｚ’への鋒温所要時間ｔ２″を１算する。

Ｔ３　−θ。

一−−−−−−−−−θ滲 ここで、 Ｙ、＝ｆ　　（＋１：１） Ｎ３−（α３・　ｄ／Ｊ）ＸＩＯ−３ ｔ２″　＝＋８ｄ、／（μ。・ｘｌｚ）ｌ　　・−−〜
−−−−−（１５） ここで、 ｙ２−ｒ　　（Ｎ２） Ｎ２−（α２・　ｄ／χ）　　Ｘｌ０−３［相］　冷却
ゾーン全長通過所要時間煽から、１．、１．。

τおよび＋２″を総和して差引いた残りの時間ｔ３Ｎを
算出する。

ｔ＋”−ｔＴ、（ｔ＋　＋　ｔｔ＋τ＋ｔｚ”　）　　
’−””−０００ｔ３′　と＋３″の差が許容内に入っ
ているか否か、すなわち下記０２）式が成立するか否か
を判定する。

ｌｈ’　　ｈ″　）≦δ　　　　　−−−−−−−−−
−ａ力ここで、δは０．０１　ｓである。

なお、０″０式が成立しない、すなわちｌｔ、’　−ｔ
、”ｌ＞δの場合は、ステップ■に戻り新たなＴ２’の
選択を行う。

＠　θη式が成立した場合は、ｈ”　＋　＋３’　＋　
Ｔｚ’をそれぞれｈ’　ｌ　＋３１　Ｔｚとして決定し
、ついで＋２を求める。

＋２＝５十τ＋ｂ＋　　　　　　　　−−−−−−−０
８）■　各ゾーンの長さＬｌ、　＋２．　＋３を下記式
によりそれぞれ算出する。

Ｌ、　＝　Ｖ　−ｔ、　　　　　　　　　　　−−−−
−−−０９）Ｌ２＝ｖ・１２−−−−−・−−−−一側
Ｌ：ｌ＝　ｖ　−＋３−−−−−−・−α９［相］　前
出０［１）、　（１１）、　０２１式を用いて、各ゾー
ン冷媒能力匈＋、　Ｌ、　’ｌＡ３を算出する。

以上のようにして、各ゾーンの長さＬｌ、　Ｉ、２．＋
３と各ゾーン冷媒能力Ｗ、、　Ｗ、、　Ｌをセットアツ
プすればよい。

なお、上記した第１の分割方法の場合と第２の分割方法
の場合にはそれぞれ一長一短があるので適宜使い分ける
のが望ましい。すなわち、第１の分割方法の場合では、
変態開始ライン■、と変態終了ラインＨｔが大きく変化
する高合金鋼の場合に対処可能であるが、材料毎に冷媒
能力り、　Ｗ、。

Ｗ３全部の設定変更が必要である。一方、第２の分割方
法の場合では、高合金鋼には対処不可能な場合も考えら
れるが、第２ゾーンの熱伝達率α２のみの設定変更で済
むので操業のやり易さがある。

しかし、いずれの方法においても、強制冷却ゾーンを３
分割することにより高精度な所定の変態温度θ、を狙っ
た冷却制御が可能となって、高精度な材質制御が達成さ
れる。また、オンラインでＦＤＴを測定することにより
、リアルタイムで各ゾーンの熱伝達率α、、α２．α３
の修正、あるいは、第２ゾーンの熱伝達率α２および各
ゾーンの長さＬｌ、　ＬＩ　＋３の修正によるフィード
フォワード冷却制御が可能となる。

〈実施例〉 以下に、本発明を熱間圧延後の鋼材をオンラインで強制
冷却する場合に具体的に適用した例について説明する。

〔実施例■］ 第５図は、強制冷却ゾーンに本発明に係る第１の分割方
法を適用した実施例を模式的に示す側面図である。

図において、■は、仕上圧延機２で圧延された圧延材で
あり、巻取機３に巻き取られる。

４は、仕上圧延機２と巻取機３の間に設けられる水冷ゾ
ーンであり、仕上圧延機２の側から第１ゾーン４ａ、第
２ゾーン４ｂ、第３ゾーン４ｃに３分割されて構成され
、冷却水管５からの冷却水がそれぞれ水量調節弁６ａ、
６ｂ、６ｃ、水冷ノズル７ａ、７ｂ、７ｃを介して供給
される。なお、各ゾーン間は、間隙を設けても設けなく
とも構わないが、間隙を設けて非水冷帯とすれば冷却さ
れる圧延材の表面温度を復熱させ得るので有効である。

また、水冷ノズル４は各ゾーン１個のみの場合を示して
いるが、複数ずつ設けてもよい。

８は、仕上圧延機２の出側に設けられるＦＤＴ（圧延仕
上温度）を測定する仕上温度計である。

９は、巻取機３の入側に設けられるＣＴ（巻取温度）を
測定する巻取温度計である。

１０は、データ採取装置であり、仕上温度１ｉ（８゜巻
取温度計９で測定されたＦＤＴ、ＣＴの温度信号が入力
される。

１１は、データ採取装置１０から送られるＦＤＴ。

ＣＴの温度信号を演算処理する演算処理装置である。

１２は、演算処理装置１１で演算処理された制御信号に
よって水量調節弁６ａ、６ｂ、６ｃを制御する制御器で
ある。

仕上圧延機２で圧延された圧延材１は仕上圧延機２を出
た後、仕上温度計８でＦＤＴが測定され、第１〜３ゾー
ン４ａ、４ｂ、４ｃと順次所定の冷却が施されて、巻取
機３の直前で巻取温度計９にてＣＴを測定された後巻き
取られる。

測定されたＦＤＴは直ちにデータ採取装置１０に送られ
、つづいて演算処理装置１１にて前出第３図に示された
手順に従って第１〜３ゾーンそれぞれの必要な冷媒熱伝
達率α、〜α３が見積もられ、各ゾーンの必要冷却水流
量−１〜匈。が決定される。

そして、制御器１２により水量調節弁６ａ〜６Ｃの弁開
度の設定がなされ、水冷ノズル７ａ〜７Ｃから所定の水
量が噴射される。

一方、ＣＴもデータ採取装置１０に送られ、演算処理装
置１１にて第３ゾーン４Ｃの流量修正計算がなされて、
制御器１２により第３ゾーン４Ｃの流量修正が施され、
所定のＣＴが維持される。

各ゾーンの長さがＬ＋　：　３０ｍ、　Ｌ２　：　５５
ｍ、　ｌ、３：１０ｍの水冷ゾーンを用いて、高Ｍｎ共
析炭素鋼の圧延材を以下の条件で強制冷却を施した。

製品仕様条件； 板ｆｆｄ　　　　　　　　　：　　２ｍｍ含有炭素量Ｃ
：　　０．７６軛ｔ％ 合金元素量Ｙ　　　　　　：　　０．３０耐％Ｓｉ１．
２０ｗｔ％Ｍｎ 結晶粒径等の材質因子ｘ：０．７ 熱処理強度〔σお。）　　　　：　　１１５　ｋｇｆ／
ｍＪ操業条件： 走行速度ｖ　　　　　　　：　　１０ｍ／ｓＦ　ＤＴ　
（Ｔ、）　　　　　　　：　　９５０°ＣＣＴ（Ｔ３）
　　　　　　　　：　　５００°にのときの相平衡温度
Ｔｅは７２１°Ｃ１変態温度θ７は５９０°Ｃ１潜伏時
間ｔ、は０．９７　ｓ　、変態所要時間τは４．０２　
ｓ　、また第２ゾーン出口材料温度Ｔ２は５５２°Ｃで
あったことから、各ゾーンの熱伝達率は、α、　　：　
３７３に、、ｄ／ｎ？　・ｈ　・’Ｃ，α２：　８２９
ｋＪ／ｎ（・ｈ　・’Ｃ，ａ３：　４４７ｋｏＪ／　ｒ
ｄ　・ｈ　・’Ｃで、したがって各ゾーンの冷却水量は
Ｗ＋　：　０．３３ｒｒｆ　／　ｍｌｎ、　ｗ、　：０
．４４イ／　＊ｈ１．　Ｗｌ　：　０．３５ボ／癲とし
て各ゾーンを制御した。

その結果、得られた製品の材料強度（σ１０）分布は１
１５±３ｋｇｆ／−であり、従来例による１１５±８ｋ
ｇｆ／−に比して大幅に高い精度が確保できた。

このように、ＦＤＴ取込みによるフィードフォワード水
量制御に加えてＣＴ取込みによるフィードバック水量制
御を行うことによって高精度な相変態が維持されること
がわかる。

（実施例■〕 第６図は、強制冷却ゾーンに本発明に係る第２の分割方
法を適用した実施例を模式的に示す側面図である。

図において、水冷ゾーン４は２０個に区画されており、
それに応して水量調節弁６および水冷ノズル７はそれぞ
れ２０個ずつ設けられ、また制御器１２からの制御信号
が２０ラインとされる以外は、実施例Ｉの第５図と全く
同じ構成である。なお、水冷ノズル７の１区画当たりの
取付は数は、使用目的に応じて適宜決定すればよい。

仕上圧延機２で圧延された圧延材１は、第５図の場合と
同様に仕上圧延機２を出た直後に仕上温度１ＢでＦＤＴ
が測定され、水冷ゾーン４で所定の冷却を施された後、
巻取機３の直前で巻取温度計９によりＣＴが測温されて
から巻き取られる。

ＦＤＴをデータ採取装置１０に取込み、演算処理装置１
１により第４図に示された手順に従って第２ゾーンの熱
伝達率α２と３分割した各水冷ゾーンの長さＬｌｌ　Ｌ
２＋　Ｌ３を決定し、各ゾーン冷却水量弱、〜讐３を決
定する。

そして、水冷ゾーン４をゾーン人口Ｐからの距離Ｉ１．
の地点Ｑと同じ（Ｌｌｌ　Ｌｚの地点Ｒとで３分割し、
ゾーン入口Ｐ寄りからそれぞれ第１ゾーン。

第２ゾーン及び第３ゾーンと決め、第１．２．３ゾーン
内の水量調節弁６に対してそれぞれＷ、、　Ｗ２゜Ｗ３
の流量指令を制御器１２により発する。

なお、第１．２ゾーンおよび第２，３ゾーンの境界を含
む水冷ノズル７に対しては、実用上は該当ノズルが受は
持つ領域がより大きいゾーン側の流量を設定すればよい
。

また、ＣＴは前記実施例Ｉの場合と同様に第３ゾーンの
水量をフィードバック制御すべく活用される。

２０個に等分に区画した全長り、：（ｉｏｍの水冷ゾー
ンを用いて、低炭素網の圧延材を以下の条件で強制冷却
を施した。

製品仕様条件； 板厚ｄ　　　　　　　　：　２肛 含有炭素ｉ１Ｃ：　　０．１５ｉ％ 合金元素量Ｙ　　　　　　：　　０．２０ｗｔ％Ｓｉ結
晶粒径等の材質因子Ｘ：　　０．３２熱処理強度〔σｎ
。）　　　　：　　４５ｋｇｆ／ｍｊ操業条件； 走行速度ｖ　　　　　　　：　　１０ｍ／５ＦＤＴ　（
ＴＩ）　　　　　　　：　　１０００°ＣＣＴ（Ｔ、）
　　　　　　　　：　　５００°Ｃなお、第１ゾーンの
熱伝達率αＩ：２００ｋｃａ１／ｎ（・ｈ・°Ｃおよび
第３ゾーンの熱伝達率α３：２００にω１ａｒｄ・ｈ・
°Ｃは定数として予め与えた。

このときの相平衡温度Ｔｅは８７０’Ｃ，変態温度θア
は６００°Ｃ３潜伏時間ｔ７は０．５２ｓ、変態所要時
間τは１．２１　ｓであったことから、第２ゾーンの熱
伝達率α２は３０５４ｋｅＪ／ボ・ｈ・°Ｃ９また、第
２ゾーン出側の材料温度Ｔ２は５２９°Ｃで各ゾーンの
長さはＬ＋　：　２７．Ｏｍ＋　Ｌ２　：　１９．２ｍ
、　Ｌ３　：　１３．８ｍ、　したがって各ゾーンの冷
却水量はＷ＋　：　０．２６ｎ（／　ｌｌｌ１．　Ｗｚ
　：０．９１ｎ（／　ｍｌｎ、　Ｌ・０．２１ｎ（／ｘ
ｍとして各ゾーンを制御した。

その結果、得られた製品の材料強度（σＲｏ）分布は４
５±２ｋｇｆ／−であり、従来例による４５±４ｋｇｆ
／１１１に比して大幅に高い精度が確保できた。

このように、ＦＤＴ取込みによるフィードフォワード水
量制御に加えてＣＴ取込シによるフィードバック水量制
御を行うことによって高精度な相変態が維持されること
がわかる。

なお、上記した本実施例Ｉ、ＩＩでは鋼板を対象として
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
例えば棒鋼・線材・鋼管などの材料断面形状が異なった
熱間圧延鋼材やさらにはアルミニウムや銅などの、金属
の種類が異なる材料にも適用可能であることばいうまで
もない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、種々の圧延条件
に対応して熱間圧延後の強制冷却工程における熱間圧延
鋼材の相変態処理の制御が高精度に行うことができるの
で、熱間圧延鋼材の鋼種。

板厚、圧延温度、圧延速度などが変化したときの製品材
質のバラツキを小さくすることが可能となリ、大幅な品
質向上１歩留り向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による冷却制御の計算手順を示す流れ
回、第２図は、炭素鋼のオーステナイト状態からのフェ
ライト−パーライト固相変態概念を示す特性図、第３図
は、本発明における第１の分割方法の場合の冷却条件設
定手順を示す流れ図、第４図は、本発明における第２の
分割方法の場合の冷却条件設定手順を示す流れ図、第５
図は、水冷ゾーンに本発明に係る第１の分割方法を適用
した実施例を模式的に示す側面図、第６図は、水冷ゾー
ンに本発明に係る第２の分割方法を適用した実施例を模
式的に示す側面図、第７図は、冷却制御の計算手順の従
来例を示す流れＶである。 １・・・圧延材（熱間圧延鋼材）。 ２・・・仕上圧延機、　　　　３・・・巻取機。 ４・・・水冷ゾーン（強制冷却ゾーン）。 ６・・・水量調節弁、　　　　７・・・水冷ノズル。 ８・・・仕上温度計、　　　　９・・・巻取温度計。 １０・・・データ採取装置、１１・・・演算処理装置。 １２・・・制御器。 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社 第２図 第３図 ＴＡＲＴ ■各ゾーンのゾーン長さり、、　Ｌ２．　Ｌ３をインプ
ット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱間圧延後の鋼材を強制冷却ゾーンを通過させなが
   ら冷却制御して材質制御するに際し、前記強制冷却ゾー
   ンを仕上圧延機側から第１ゾーン、第２ゾーン、第３ゾ
   ーンの３つに分割して、それぞれのゾーンの冷媒熱伝達
   率を与え、これに基づいて各ゾーンの冷媒能力を設定し
   た上で、前記第１ゾーンにおいて圧延仕上温度からオー
   ステナイト／フェライト相平衡温度まで冷却し、これに
   続く前記第２ゾーンでは所定のオーステナイト状態から
   フェライト−パーライト変態温度以下で、かつ所定の巻
   取温度より高い所定の温度まで冷却し、最後の前記第３
   ゾーンでは前記所定の温度から前記巻取温度まで冷却す
   ることを特徴とする熱間圧延鋼材の製造方法。 ２、前記強制冷却ゾーンを３分割するに際し、予め第１
   ゾーン、第２ゾーン、第３ゾーンのゾーン長さを決定し
   て与えることを特徴とする請求項１記載の熱間圧延鋼材
   の製造方法。 ３、前記強制冷却ゾーンを３分割するに際し、予め第１
   ゾーンと第３ゾーンの冷媒熱伝達率を決定した後、第２
   ゾーンの冷媒熱伝達率を決定し、これらの冷媒熱伝達率
   の値に応じてそれぞれのゾーン長さを決定することを特
   徴とする請求項１記載の熱間圧延鋼材の製造方法。