專利名稱：鋼材的制造方法及其制造設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明，涉及一種對熱軋后淬火或者急冷的鋼材在線進行熱處理的鋼材的制造方法，特別涉及一種使用感應加熱裝置的鋼材的制造方法及其制造設備。
背景技術：
板厚8mm以上的鋼板，為了實現高強度化和高韌性化，經常在熱軋后通過淬火或者加速冷卻進行急冷，接著接受回火處理。
近年來，淬火或者加速冷卻開始在線進行，但是回火處理還是離線并通過氣體燃燒爐進行，因而需要很長時間，嚴重妨礙鋼板的生產性。因此提出了幾種用于提高回火處理的生產性的方法。
例如，在特開平9-256053號公報中，為了提高生產性，提出了一種對回火處理時的溫度模式進行研究，提高生產性的技術。在此技術中，鋼板在入口側設定成高溫而出口側設定成低溫的氣體燃燒爐內被連續(xù)輸送而進行熱處理。具體地，爐的入口側的溫度設定成比目標熱處理溫度高出200℃以上，爐溫向爐的出口側階段性地降低，爐的出口側前的溫度設定成目標熱處理溫度±20℃以內。然而，基于氣體燃燒的加熱方式，由于熱傳遞依賴于輻射、對流，因而不可能進行急速加熱，不能充分地提高生產性。
此外，在特開平4-358022號公報以及特開平6-254615號公報中，作為生產性高的熱處理方法，提出了在軋制生產線上設置加熱裝置而對鋼板進行熱處理的在線熱處理方法。對于前者，公開了一種將輥軋機、加速冷卻裝置、加熱裝置配置在軋制生產線上，進行急速加熱回火熱處理，制造高強度高韌性鋼板的技術；對于后者，公開了一種將輥軋機、矯正機、加速冷卻裝置、保溫裝置配置在軋制生產線上，通過保溫裝置除去由于軋制、加速冷卻產生的鋼板中的殘余應力的技術。然而在這些方法中，也存在花費熱處理時間，不能對鋼板均勻地進行熱處理的問題。
在特開昭48-25239號公報中，公開了一種在軋制生產線上直列配置多臺螺線管型感應加熱裝置，對鋼板進行熱處理的技術。假設通過1臺的感應加熱裝置將鋼板加熱至目標溫度，則感應電流集中于鋼板的表面附近而流動，表面溫度可能過熱而超過居里點、Acl相變點。因此，使用1臺感應加熱裝置很難將鋼板表面溫度控制在一定溫度以下而直至板厚中心部加熱至目標溫度，因而在此技術中，直列配置兩臺以上的感應加熱裝置，使鋼板通過此裝置內，不超過表面溫度的上限溫度進行加熱，使其直至板厚中心部達到目標溫度。然而因此需要降低鋼板的輸送速度，不能充分得到很高的生產性。特別是在鋼板板厚厚的情況下，由于鋼板內部的熱傳遞花費很多時間，因而需要大幅度降低輸送速度，生產性明顯變差。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種使用熱軋生產線上配置的感應加熱裝置，可以以高的生產性對鋼材均勻地進行熱處理的鋼材的制造方法及其制造設備。
上述目的通過以下的方法而達成。
1)一種鋼材的制造方法，具有使熱軋后在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材3次以上通過設置在熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序。在這里，所謂的1次通過是指鋼材向一個方向只1次通過多臺感應加熱裝置。因此如果鋼材1次往復通過裝置，則通過次數變成2次。
2)一種鋼材的制造方法，具有使熱軋后在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材至少1次通過設置在熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序，并且使通過感應裝置的次數為使鋼材的表面溫度和中心溫度以最短時間進入規(guī)定溫度范圍的次數。
3)一種鋼材的制造方法，具有熱軋后使在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材至少1次通過設置在熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序，并且使通過感應加熱裝置的次數為使鋼材的表面溫度和中心溫度在目標時間內進入規(guī)定溫度范圍的次數。
4)一種鋼材的制造方法，具有熱軋后使在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材至少1次通過設置在熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序，并且使根據鋼材的尺寸和需要升溫量、通過感應加熱裝置的次數以及感應加熱裝置的加熱能力算出的、鋼材的表面溫度不超過規(guī)定的上限溫度且鋼材內部的規(guī)定位置的溫度達到目標溫度前的熱處理時間進入目標溫度以內而對鋼材進行熱處理。
5)一種鋼材的制造方法，具有熱軋后使在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材至少1次通過設置在熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序，并且使根據鋼材的尺寸和需要升溫量、通過感應加熱裝置的次數以及感應加熱裝置的加熱能力算出的、鋼材的表面溫度不超過規(guī)定的上限溫度且鋼材內部的規(guī)定位置的溫度達到目標溫度前的熱處理時間為最短而對鋼材進行熱處理。
6)一種鋼材的制造方法，具有使熱軋后在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材3次以上通過設置在熱軋生產線上的2～5臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序。
這些方法可以通過一種鋼材制造設備而實現，所述鋼材制造設備在熱軋生產線上具有熱軋機、淬火或者加速冷卻裝置、多臺感應加熱裝置、和對感應加熱裝置的熱處理模式進行運算的運算裝置，并且運算裝置具有計算熱軋后淬火或者加速冷卻的鋼材到達感應加熱裝置的預定時刻的裝置；和由鋼材的尺寸和需要升溫量以及下一進行熱處理的鋼材到達感應加熱裝置的預定時刻決定不會使下一進行熱處理的鋼材在熱軋生產線上待機的熱處理模式的裝置。


圖1是表示本發(fā)明的鋼材制造設備的一例的圖。
圖2是表示圖1的感應加熱裝置的詳細構成的圖。
圖3A～3C是對基于感應加熱裝置的臺數和通過次數的不同的熱處理模式進行比較的圖。
圖4是表示有利于熱處理時間的通過次數的圖。
圖5是表示有利有耗電量的通過次數的圖。
圖6是表示本發(fā)明的鋼材制造設備的另一例的圖。
圖7是表示圖6的加熱爐控制計算機的構成的圖。
圖8是表示圖6的冷軋控制計算機的構成的圖。
圖9是表示圖6的冷卻控制計算機的構成的圖。
圖10是表示圖6的運算裝置的構成的圖。
圖11是表示運算處理的整體流程的圖。
圖12是表示運算處理的詳細流程的圖。
圖13是表示運算處理的詳細流程的圖。
圖14是表示用于算出下一鋼材的冷卻結束預定時刻的流程的圖。
具體實施例方式
在圖1表示本發(fā)明的鋼材制造設備的一例。
通過熱軋機1軋制的鋼材2，接受使用水冷裝置3的淬火處理，使用矯正機4矯正變形，通過多臺感應加熱裝置5進行熱處理。作為感應加熱裝置5，有橫向型和螺線管型，在本發(fā)明中從控制鋼材2表面附近的發(fā)熱量的目的出發(fā)，優(yōu)選使用螺線管型的感應加熱裝置5。此外，矯正機4不是一定要配置在水冷裝置3的后面，也可以配置在水冷裝置3的上游側或者感應加熱裝置5的下游側等，但是為了鋼材2的均勻加熱以及為了防止與感應加熱裝置5的沖撞，優(yōu)選配置在感應加熱裝置5的入口側。
圖2表示圖1所示的感應加熱裝置的詳細構造。
此感應加熱裝置，由多臺感應加熱裝置5；配置在最初的感應加熱裝置5的入口以檢測鋼材2的溫度的溫度檢測器6；用于輸送鋼材2的輸送輥7；由輸送輥7的轉動檢測鋼材的輸送速度的速度檢測器8；計算各感應加熱裝置5的供給電力的控制裝置9；根據控制裝置9的輸出對向各感應加熱裝置5供給的電力進行控制的電力供給裝置10以及檢測加熱后的鋼材2的溫度的設置在最后的感應加熱裝置5的出口的溫度檢測器11構成。
以下，對使用此感應加熱裝置的本發(fā)明的鋼材制造方法的實施方式進行說明。
第一實施方式在這里，使鋼材往復通過感應加熱裝置3次以上而進行熱處理，進行所謂回動熱處理。通過增加通過次數，可以使外觀上的感應加熱裝置的臺數增加而減少每臺的升溫量，因而與通過次數為1次的情況相比，可以提高輸送速度。此外，也可以不在所有次數中都加熱，例如3次進行回動熱處理時，第2次只通過感應加熱裝置，只在第1次和第3次進行加熱。此時，可以提高第2次的輸送速度而縮短熱處理時間，因而可以提高生產性。
第二實施方式在這里，以使鋼材的表面溫度和中心溫度在最短時間進入規(guī)定溫度范圍的通過次數對鋼材進行熱處理。
第三實施方式在這里，使用鋼材的尺寸和需要升溫量，求出通過次數、鋼材的輸送速度和感應加熱裝置的電力設定的關系，使通過感應加熱裝置的次數為使此關系所決定的熱處理時間為最短的次數，而對鋼材進行熱處理。
即，使通過次數、輸送速度和向各感應加熱裝置供給的電力為變量，求出鋼材的表面和中心的溫度，以使熱處理時間為這些溫度進入規(guī)定溫度范圍內時的最短熱處理時間的通過次數對鋼材進行熱處理。
決定通過次數、各次鋼材的輸送速度和各感應加熱裝置的電力設定的順序，如下所示，有(1)對每根鋼材決定輸送速度、通過次數和電力設定的方法、(2)以鋼材的尺寸預先決定通過次數、輸送速度和電力設定的方法兩種形式。
(1)對每根鋼材決定輸送速度、通過次數和感應加熱裝置的電力設定的方法①取得鋼材的尺寸和需要升溫量。
從控制生產的計算機中，取得下一進行熱處理的鋼材厚度、寬度和目標溫度、上限溫度等熱處理條件。
②求出通過次數為1次時的輸送速度和電力設定。
假定進行1次熱處理，使變量為鋼材的輸送速度和各感應加熱裝置的電力，使制約條件為上限溫度和目標溫度，解決目標函數由熱處理時間和消費電能構成的最優(yōu)化問題。在此情況下，可以使用線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法等最優(yōu)化方法解決，也可以通過適當地改變各變量，求出最大縮短熱處理時間，最大減小消費電力的輸送速度和電力的組合而求解。
③求出通過次數為3次時的輸送速度和電力設定。
假設進行3次熱處理，使變量為每次鋼材的輸送速度和各感應加熱裝置的電力，使制約條件為上限溫度和目標溫度，解決目標函數由熱處理時間和消費電能構成的最優(yōu)化問題。在此情況下，可以使用線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法等最優(yōu)化方法解決，也可以通過適當地改變各變量，求出最大縮短熱處理時間，最大減小消費電力的輸送速度和電力的組合而求解。
④求出通過次數為多次時的輸送速度和電力設定。
與上述③同樣，將通過次數增為5次、7次，求出每次鋼材的輸送速度和電力的組合。通過鋼材的尺寸和升溫量預先決定最大通過次數，直至到達此次數進行④的處理。
⑤決定通過次數。
選擇使熱處理時間為最短的通過次數，用此時鋼材的輸送速度和電力對鋼材進行熱處理。
(2)根據鋼材的尺寸預先決定通過次數、鋼材的輸送速度和感應加熱裝置的電力設定事先對每個鋼種和每種熱處理模式制作如表1所示的對應鋼材尺寸的通過次數和輸送速度的表。
作為熱處理條件，例如為下述的兩個熱處理條件。在這里，就熱處理前的初始溫度、目標溫度、和作為它們之差的升溫量的各條件制作表格。表1為根據a)的熱處理條件做成的例子。
a)初始溫度400℃、目標溫度600℃、升溫量200℃b)初始溫度100℃、目標溫度600℃、升溫量500℃表1以下面①～⑤的順序制成。
①決定作為熱處理對象的鋼材的尺寸和需要升溫量。
②求出通過次數為1次時的鋼材輸送速度和各感應裝置的電力設定。
假定進行1次熱處理，使變量為鋼材的輸送速度和各感應加熱裝置的電力，使制約條件為上限溫度和目標溫度、解決目標函數由熱處理時間和消費電能構成的最優(yōu)化問題。在此情況下，可以使用線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法等最優(yōu)化方法解決，也可以通過適當地改變各變量，求出最大減小消費電力的組合而求解。
③求出通過次數為3次時的輸送速度和各感應加熱裝置的電力設定。
假設進行3次熱處理，使變量為各感應加熱裝置的電力，使制約條件為上限溫度和目標溫度，解決目標函數由消費電能構成的最優(yōu)化問題。在此情況下，可以使用線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法等最優(yōu)化方法解決，也可以通過適當地改變各變量，求出最大減小消費電力的電力的組合而求解。
④求出通過次數為多次時鋼材的輸送速度和各感應加熱裝置的電力設定。
與上述③同樣，將通過次數增為5次、7次，求出每次鋼材的輸送速度和各感應加熱裝置的電力的組合。通過鋼材的尺寸和升溫量預先決定最大通過次數，直至到達此次數進行④的處理。
⑤決定通過次數。
決定使熱處理時間為最短的通過次數和鋼材的輸送速度。雖然表1中沒有記載，但此時的電力設定也確定。
在實際進行熱處理時，根據鋼材的鋼種、熱處理條件和尺寸選擇表1中給出的通過次數和輸送速度而進行熱處理。
此時，實際測量初始溫度，如果與預想的初始溫度不同，則據此補正電力設定。
表1

第四實施方式通過次數在3次以上而進行回動熱處理時，每次都改變鋼材的輸送速度。如第三實施方式所示，對于滿足溫度的制約條件，使熱處理時間和消費電力最小，每次改變輸送速度是很有效的。
第五實施方式通過次數為3次以上的n次而進行回動熱處理時，使第n次和第(n-1)次鋼材的輸送速度比第(n-2)次以前的鋼材的輸送速度快，縮短熱處理時間。
例如，在3次進行熱處理時，使鋼材的輸送速度為第1次＜第2次，第1次＜第3次。由于鋼材通過第1次的熱處理而升溫，因而可以提高第2次、第3次的輸送速度，可以比每次都以相同的輸送速度進行熱處理縮短熱處理時間，還可以降低消費電力。
第六實施方式首先對此實施方式基本想法進行說明。
對于使熱軋后淬火或者加速冷卻的鋼材通過在熱軋生產線上配置的感應加熱裝置而進行熱處理的方法，設想使鋼材的通過次數為1次，增加感應加熱裝置的臺數而進行熱處理的方法，和不增加感應加熱裝置的臺數，增加通過次數，使鋼材往復而進行回動熱處理的方法。
在加熱開始溫度450℃下，在表面的上限溫度為710℃的制約條件下，使目標溫度為650℃，以下面的(A)～(C)的條件對厚度25mm、長度25m、寬度3.5m的鋼材進行熱處理，比較此時的熱處理時間。
(A)感應加熱裝置6臺、1次(B)感應加熱裝置3臺、1次(C)感應加熱裝置3臺、3次對上述3例分別算出的滿足上述溫度條件的最優(yōu)的鋼材的輸送速度、感應加熱裝置的電力的結果如下所述。
(A)輸送速度55m/min，耗電量56.6kWh/ton(B)輸送速度15m/min，耗電量50.8kWh/ton(C)輸送速度第1次50m/min；第2次120m/min；第3次120m/min，耗電量55.6kWh/ton在圖3表示在以上述條件進行熱處理時的鋼材的表面溫度、板厚中心部的溫度以及平均溫度的熱處理模式。圖3A為條件A的結果，圖3B為條件B的結果，圖3C為條件C的結果。在這里，溫度為鋼材前端部的溫度。此外，在圖中，表面溫度在短時間內(5秒左右)上下往復而形成峰部的期間，是鋼材的前端部通過感應加熱裝置的時候，在圖3A的感應加熱裝置為6臺通過1次的情況下，有6個峰部，在圖3B中由于感應加熱裝置為3臺通過1次，因而峰部為3個，在圖3C中由于感應加熱裝置為3臺，通過3次，因而3次出現3個峰部。在圖3C中，表示第1次通過的3個峰部和表示第二次通過的3個峰部在時間上拉開很大，是因為如上所述測定鋼材的前端部的溫度，在第1次通過中直至鋼材后端部拔出的時間與在第二次通過中直至鋼材前端部進入的時間變長?？刂票砻鏈囟鹊姆逯狄允蛊洳怀^居里點、Acl相變點。由此，鋼材可以得到期望的特性，例如硬度以及韌性。
比較圖3A～3C，在圖3B中熱處理時間為120秒，比圖3A中的熱處理時間90秒相比較長，是因為感應加熱裝置的臺數少，為了以相同的溫度條件進行熱處理需要減小鋼材的輸送速度。
此外，雖然圖3C的感應加熱裝置為3臺，但是由于使通過次數為3次，熱處理時間變?yōu)?0秒，與圖3A的感應加熱裝置為6臺通過1次的情況相比較短。這是因為通過次數為1次時，鋼材的輸送速度為一定的條件，而為3次時，配合熱處理改變輸送速度，可以以短時間進行熱處理。此外，耗電量也比感應加熱裝置為6臺的情況變少。
由此，與較多設置感應加熱裝置，1次進行加熱的情況相比，設置適當臺數的感應加熱裝置，進行多次的回動熱處理的做法，可以以短時間，以少的電能進行處理。而且可以減少設備費很高的感應加熱裝置的臺數。在上例中，可以用3臺代替6臺感應加熱裝置，可以將設備費降低至1/2～2/3。而且，也可以減少設備空間。
雖在此沒有表示，但如果使感應加熱裝置為2臺，使通過次數為多次，雖然熱處理時間增加了一些，但可以大幅度削減設備費以及設置空間。
此外，如果使感應加熱裝置為4臺或者5臺，通過次數為多次而進行熱處理，雖然增加了一些設備費和設置空間，但是可以大幅地縮短熱處理時間。
多次往復的熱處理方法，不一定需要適用所有的鋼材，多次進行的做法只要適用于縮短時間的情況或者減少耗電量的情況就可以。例如，3次或者5次有效的是在鋼材的尺寸大，升溫量大，需要很多電力的情況下。因此，如果在鋼材的尺寸小，升溫量小的情況下，也可能進行1次比較有利。例如，如在圖4表示使感應加熱裝置為3臺時，根據鋼材的尺寸和升溫量有利于熱處理時間的通過次數，此外如在圖5表示有利于耗電量的通過次數那樣，在多數情況下多次的通過次數是有利的。然而可以確認也有在一部分中1次有利的情況。
上述的各實施方式的多次的通過次數，不僅是奇數次，也可以是偶數次。
接著，對本發(fā)明的鋼材制造設備的實施方式進行說明。
在圖6表示本發(fā)明的鋼材制造設備的另一例。
此制造設備，在同一熱軋生產線上，具有由加熱爐21、輥軋機22、加速冷卻裝置23、矯正裝置24、多臺(在此為3臺)感應加熱裝置26構成的感應加熱設備25。此外，還附帶有用于設定輸送鋼材20的輸送輥27的速度的輸送速度設定裝置28；用于向各感應加熱裝置26供給電力的電力供給裝置29；控制加熱爐21的加熱爐控制計算機31；控制輥軋機22的軋制控制計算機32；控制加速冷卻裝置23的冷卻控制計算機33；用于控制感應加熱設備25的運算裝置34；和進行整體生產管理的生產管理計算機40。在加熱爐21的出口側設置溫度計30a，在輥軋機22的出口側設置溫度計30b，在冷卻裝置23的出口側設置溫度計30c，在矯正裝置24的入口側設置溫度計30d和溫度計30e，在各感應加熱裝置26的感應加熱設備25出入口側設置溫度計30f～30k。
在上述制造設備中，鋼材20，在加熱爐21中加熱后，通過輥軋機22軋制，然后通過加速冷卻裝置23加速冷卻。其后，在矯正形狀的矯正裝置24進行矯正后，通過感應加熱裝置26進行熱處理。
此時，加熱爐控制計算機31、軋制控制計算機32、冷卻控制計算機33，對鋼材20處于哪個位置進行跟蹤，將此信息輸入運算裝置34中。運算裝置34進行規(guī)定的運算，決定感應加熱設備25的鋼材的通過次數和輸送速度以及加熱電力，將其結果向輸送速度設定裝置28和電力供給裝置29輸出，由此對感應加熱設備25進行控制。
接著，使用圖7～10對加熱爐控制計算機31、軋制控制計算機32、冷卻控制計算機33、運算裝置34處理的內容進行說明。
在圖7中表示用于控制加熱爐21的加熱爐控制計算機31的構成。
加熱爐控制計算機31由輸入裝置31a、輸入輸出控制部31b、中央處理裝置31c、存儲裝置31d、輸出裝置31e構成。而且存儲裝置31d可以是固定磁盤、軟盤、存儲器中的任何一種。以下所述的其他計算機的存儲裝置也是同樣。
在圖8中表示用于控制輥軋機22的軋制控制計算機32的構成。
軋制控制計算機32，由輸入裝置32a、輸入輸出控制部32b、中央處理裝置32c、存儲裝置32d、輸出裝置32e構成。
在圖9中表示用于控制冷卻裝置23的冷卻控制計算機33的構成。
冷卻控制計算機33，由輸入裝置33a、輸入輸出控制部33b、中央處理裝置33c、存儲裝置33d、輸出裝置33e構成。
在圖10中表示用于控制感應加熱設備25的運算裝置34的構成。
運算裝置34，由輸入裝置34a、輸入輸出控制部34b、中央處理裝置34c、第一存儲裝置34d、第二存儲裝置34e、第三存儲裝置34f、輸出裝置34g構成。
首先，加熱爐控制計算機31、軋制控制計算機32、冷卻控制計算機33，從生產管理計算機40得到現在正在處理中或者即將進行處理的鋼材20的各種信息(鋼材信息)，存儲于各自的存儲裝置中，根據包括在此鋼材信息中的尺寸(寬度、厚度、長度)、加熱目標溫度、鋼種等，通過預先進行設定或者計算，設定加熱爐21、輥軋機22、冷卻裝置23的操作條件，并進行以下的處理。
即，加熱爐控制計算機31，例如，如圖7所示，用輸入裝置31a接收加熱爐出口側溫度計30a的信號輸出，通過輸入輸出控制部31b，用中央處理裝置31c以一定時間周期(例如100msec)對溫度進行監(jiān)視。例如通過每一段單位時間的溫度變化，對鋼材20是否已從加熱爐21出口側輸出進行判斷。將此時從加熱爐21輸出的時刻作為加熱結束時刻而寫入存儲裝置31d中，并通過輸出裝置31e傳送至運算裝置34。時刻可以使用安裝在加熱爐控制計算機31內部的計數現在時刻的計時功能，也可以參照從生產管理計算機40輸入的時刻或從外部輸入的時刻。
此外，軋制控制計算機32，例如，如圖8所示，用輸入裝置32a接收輥軋機出口側溫度計30b的信號輸出，通過輸入輸出控制部32b，用中央處理裝置32c以一定時間周期(例如100msec)對溫度進行監(jiān)視。通過每一段單位時間的溫度變化，對鋼材20是否從輥軋機22出口側輸出進行判斷。軋制控制計算機32也將此時的鋼材20已離開輥軋機22的時刻作為軋制結束時刻而寫入存儲裝置32d中，并通過輸出裝置32傳送至運算裝置34。時刻的設定，與加熱爐控制計算機31相同，通過內部的計時功能或者參照來自生產管理計算機40或外部的輸入而進行。
此外，冷卻控制計算機33，例如，如圖9所示，用輸入裝置33a接收冷卻裝置出口側溫度計30c的信號輸出，通過輸入輸出控制部33b，用中央處理裝置33c以一定時間周期(例如100msec)對溫度進行監(jiān)視。通過每一段單位時間的溫度變化，對鋼材20是否已從冷卻裝置23出口側輸出進行判斷。將此時鋼材20離開冷卻裝置23的時刻作為冷卻結束時刻寫入存儲裝置33d中。此外，輸入從生產管理計算機40傳送來的鋼材信息、從加熱爐控制計算機31傳送來的加熱結束時刻，從軋制控制計算機32傳送來的軋制結束時刻，寫入存儲裝置33d。通過輸出裝置33e，將鋼材信息、冷卻結束時刻輸送至運算裝置34。時刻設定與加熱爐控制計算機31相同，可以通過內部的計時功能或者參照來自生產管理計算機40或外部的輸入而進行。
運算裝置34，通過輸入裝置34a以及輸入輸出控制部34b將來自生產管理計算機40的鋼材信息、來自加熱爐控制計算機31的加熱結束時刻、來自軋制控制計算機32的軋制結束時刻、和來自冷卻控制計算機33的冷卻結束時刻送往中央處理裝置34c,寫入第1存儲裝置34d。此外，向第2存儲裝置34e中預先寫入以下內容設定由鋼材20的尺寸和升溫量的組合條件所決定的在感應加熱設備25允許的通過次數的表；對應此通過次數，設定由鋼材20的尺寸和升溫量的組合條件所決定的感應加熱設備25內的鋼材20的輸送速度的多個對應表；和設定通過次數和輸送速度被決定時，由鋼材20的尺寸和升溫量決定的消費電力的多個表。在決定通過次數、輸送速度、加熱電力時參照這些表。此外，向第3存儲裝置34f中寫入運算裝置34算出的、由鋼材的條件所允許的作為通過次數、輸送速度和電力的組合的熱處理模式，和下一鋼材的冷卻結束的預定時刻。運算裝置34，通過以下所述的運算處理，決定鋼材20在感應加熱設備25中的通過次數、輸送速度和加熱電力，通過輸入輸出控制部34b從輸出裝置34g向輸送速度設定裝置28輸出通過次數和輸送速度，向電力供給裝置29輸出加熱電力值。在這里，所謂的熱處理模式，是指用于在感應加熱設備25對鋼材進行熱處理，以得到期望特性的對感應加熱設備25的設定參數組合的條件，在此實施方式中，是通過次數、輸送速度和電力的組合，但是除此之外，也可以加上配合鋼材的長度位置而改變電力設定值和輸送速度的設定值、改變每次通過所使用的感應加熱設備的臺數的條件等對鋼材的加熱溫度變化產生影響的參數，作為熱處理模式。
以下，對運算裝置34中的用于決定上述熱處理模式(通過次數、輸送速度和電力的組合)的運算處理的順序，使用圖11～14進行說明。在以下的運算中，將通過次數作為求出種種熱處理模式用的基準參數，首先對幾個通過次數求出熱處理模式，而后選擇時間以及電力等的最優(yōu)熱處理模式。
圖11是表示運算處理整體的流程的圖。
在前一鋼材的運算結束的時刻，開始對對象材(在現在加熱處理中的鋼材后進行加熱處理的鋼材)的運算，以下面的步驟1～4的順序進行運算。
步驟1根據尺寸和升溫量，將可加熱的通過次數(例如1次、3次和5次)作為用于參照第2存儲裝置34e的可加熱的通過次數表而進行下一步驟以后的運算的通過次數的候補。
步驟2根據步驟1中選擇的通過次數，算出對應各次數的輸送速度和加熱電力。如圖12所示，計算輸送速度和加熱電力的方法，有由預先設定的表根據條件參照輸送速度和加熱電力而決定的方法，和根據熱處理條件由加熱模型計算，算出最優(yōu)解的方法。因此，在最初判斷參照表而求出輸送速度還是通過最優(yōu)化計算求出輸送速度。通常選擇可以高精度地進行溫度控制的最優(yōu)化計算，但是在不需要高精度，溫度條件不嚴格時，或者在對具有以前未有的成分的鋼材進行熱處理時，也可能參照表而進行。
在輸送速度不參照表時，通過最優(yōu)化計算決定輸送速度和加熱電力，算出處理時間。
另一方面，在輸送速度參照表時，根據通過次數、鋼材的尺寸和升溫量的值，參照存儲在第2存儲裝置34e中的速度表，算出輸送速度。
同樣地，對加熱電力也判斷參照表而決定還是通過最優(yōu)化計算而決定。
在不參照表時，通過最優(yōu)化計算求出加熱電力后，算出處理時間，決定加熱電力。
另一方面，在加熱電力參照表時，根據通過次數、輸送速度、鋼材的尺寸和升溫量的值，參照存儲在第2存儲裝置34e中的電力表算出加熱電力。
由于上述的運算只對步驟1中成為候補的通過次數的部分進行計算，例如在1次、3次和5次成為候補時只分別對其進行計算，因而進行總計3次的運算，算出對應各次數的輸送速度、加熱電力和處理時間。在這里算出的結果存儲在第3存儲裝置34f。
步驟3根據步驟2算出的結果決定最優(yōu)通過次數。如圖13所示，使用冷卻裝置出口側溫度計30c檢查對象材的冷卻是否結束。這是因為，為了正確算出在感應加熱設備25的熱處理可以允許的時間(目標處理時間)，需要以離開冷卻裝置23的時刻為基準算出時間。目標處理時間通常設定為使下一鋼材在熱處理工序的前一工序不需待機的時間，或者在超過目標處理時間時，設定為使下一鋼材的待機時間為最短的時間。然后在對象材離開冷卻裝置23的時刻開始運算。
首先，取得下一鋼材的冷卻結束預定時刻，求出與對象材的冷卻結束時刻的時間差，算出對象材的目標處理時間。在這里根據冷卻結束時刻算出目標處理時間，但是也可以根據到達感應加熱設備25的時刻算出目標處理時間。
接著，判斷是否使處理時間優(yōu)先。通常由于處理時間越短電力越少，因而使處理時間優(yōu)先，選擇處理時間最短的通過次數。在處理時間不優(yōu)先時，例如下一鋼材的輸送延遲，目標處理時間很長時，選擇在目標處理時間內完成加熱的條件中加熱電力最小的通過次數。
步驟4最后，對應步驟3決定的通過次數，決定輸送速度和加熱電力。也就是由此決定感應加熱設備25的熱處理模式。
在上述步驟中，雖然由鋼材的尺寸和升溫量算出了通過次數、輸送速度和電力，但是此外也可以將鋼種加到條件中。
接著，使用圖14對步驟3所述的下一鋼材冷卻結束預定時刻的算出方法進行說明。
通過各計算機31～33跟蹤鋼材20的位置。跟蹤的方法，通過加熱爐出口側溫度計30a、輥軋機出口側溫度計30b的輸出而進行，也可以使用利用紅外線等的通過檢測傳感器，或者在輥軋機內利用軋輥的負荷開/關或者電動機的電流負荷等值。
首先，控制加熱爐21的加熱爐控制計算機31跟蹤下一鋼材，存儲下一鋼材離開加熱爐21的時刻，并將此時刻數據送往運算裝置34。
運算裝置34，根據輸入的時刻數據，由輸送速度和移動距離算出下一鋼材離開冷卻裝置23的預定時刻。算出的下一鋼材的冷卻結束預定時刻記錄在運算裝置34的第3存儲裝置34f中。
而且，控制輥軋機22的軋制控制計算機32也跟蹤下一鋼材，存儲下一鋼材離開輥軋機22的時刻，并將此時刻數據送往運算裝置34。
運算裝置34，根據輸入的時刻數據，再次由輸送速度和移動距離算出下一鋼材離開冷卻裝置23的預定時刻。算出的下一鋼材的冷卻結束預定時刻更新寫入運算裝置34的第3存儲裝置34f。由此可以進而正確地算出下一鋼材的冷卻結束預定時刻。此時，在運算裝置34進行冷卻結束預定時刻的計算，但也可以在加熱爐控制計算機31、軋制控制計算機32、冷卻控制計算機33進行，而將其結果傳送至運算裝置34。
本發(fā)明的制造方法，不僅使鋼材的厚度方向的溫度分布變得均勻，還可以適用于在板厚方向設置溫度差的情況。
實施例使用如圖1以及圖2所示的鋼材制造設備進行鋼材的在線熱處理。在此，感應加熱裝置構成為直列配置3臺螺線管型感應加熱裝置。鋼材A、B通過水冷裝置加速冷卻至400℃，鋼材C、D進行淬火處理至100℃。冷卻后進行回火熱處理以使板厚中心部達到600℃。鋼材表面溫度的上限為這些鋼材的Acl相變點720℃。
在表2表示使鋼材A-D的通過次數為1次和3次而進行熱處理時的熱處理時間。
在此，求出使通過次數為1次和3次而進行時的輸送速度和電能，判斷以哪一方進行處理?？芍顑?yōu)化的結果、使熱處理時間變短的做法是鋼材A和C需要進行1次，鋼材B、D需要進行3次。
在此實施例中，控制鋼材的中心溫度成為預定的溫度，但是也可以控制鋼材內部任意位置的溫度而不是中心部的溫度。
表2

權利要求
1.一種鋼材的制造方法，具有使熱軋后在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材3次以上通過設置在所述熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序。
2.如權利要求1所述的鋼材的制造方法，對每次通過感應加熱裝置改變鋼材的輸送速度。
3.如權利要求1所述的鋼材的制造方法，在使通過次數為3次以上的n次而進行熱處理時，使第n次和第(n-1)次鋼材的輸送速度比第(n-2)次以前的鋼材的輸送速度快。
4.一種鋼材的制造方法，具有使熱軋后在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材至少1次通過設置在所述熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序，并且使通過所述感應裝置的次數為使所述鋼材的表面溫度和中心溫度以最短時間進入規(guī)定溫度范圍的次數。
5.如權利要求4所述的鋼材的制造方法，使用鋼材的尺寸和需要升溫量求出通過次數、鋼材的輸送速度和感應加熱裝置的電力設定的關系，使通過感應加熱裝置的次數為使所述關系所確定的熱處理時間為最短的次數。
6.如權利要求4所述的鋼材的制造方法，使通過次數為3次以上而進行熱處理時，對每次通過改變鋼材的輸送速度。
7.如權利要求4所述的鋼材的制造方法，在使通過次數為3次以上的n次時，使第n次和第(n-1)次鋼材的輸送速度比第(n-2)次以前的鋼材的輸送速度快。
8.一種鋼材的制造方法，具有使熱軋后在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材至少1次通過設置在所述熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序，并且使通過所述感應裝置的次數為使所述鋼材的表面溫度和中心溫度在目標時間內進入規(guī)定溫度范圍的次數。
9.如權利要求8所述的鋼材的制造方法，將目標時間設定為使下一鋼材不需在前工序待機的時間，或者在超過所述目標時間時，使所述目標時間為使所述下一鋼材的待機時間為最短的時間。
10.如權利要求9所述的鋼材的制造方法，根據下一鋼材冷卻結束的時刻或者所述下一鋼材到達感應加熱裝置的時刻而算出目標時間。
11.如權利要求9所述的鋼材的制造方法，使用鋼材的尺寸和需要升溫量求出通過次數、鋼材的輸送速度和感應加熱裝置的電力設定的關系，使通過感應加熱裝置的次數為使所述關系所確定的熱處理時間為目標時間內的最短的次數中使消費電力為最小的次數。
12.一種鋼材的制造方法，具有熱軋后使在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材至少1次通過設置在所述熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序，并且使根據所述鋼材的尺寸和需要升溫量、通過所述感應加熱裝置的次數以及所述感應加熱裝置的加熱能力算出的、所述鋼材的表面溫度不超過規(guī)定的上限溫度且鋼材內部的規(guī)定位置的溫度達到目標溫度前的熱處理時間進入目標時間以內而對鋼材進行熱處理。
13.如權利要求12所述的鋼材的制造方法，將目標時間設定為使下一鋼材不需在前工序待機的時間，或者在超過所述目標時間時，使所述目標時間為使所述下一鋼材的待機時間為最短的時間。
14.如權利要求13所述的鋼材的制造方法，在目標時間內完成鋼材的加熱，使消費電力為最小而進行鋼材的加熱。
15.如權利要求13所述的鋼材的制造方法，在使通過次數為3次以上而進行熱處理時，使最后1次鋼材的輸送速度比第1次鋼材的輸送速度快。
16.一種鋼材的制造方法，具有熱軋后使在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材至少1次通過設置在所述熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序，并且使根據所述鋼材的尺寸和需要升溫量、通過所述感應加熱裝置的次數以及所述感應加熱裝置的加熱能力算出的、所述鋼材的表面溫度不超過規(guī)定的上限溫度且所述鋼材內部的規(guī)定位置的溫度達到目標溫度前的熱處理時間為最短而對鋼材進行熱處理。
17.如權利要求16所述的鋼材的制造方法，在使通過次數為3次以上而進行熱處理時，使最后1次的鋼材的輸送速度比第1次的鋼材的輸送速度快。
18.一種鋼材的制造方法，具有使熱軋后在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材3次以上通過設置在所述熱軋生產線上的2～5臺感應加熱裝置而進行熱處理的工序。
19.如權利要求18所述的鋼材的制造方法，以使下一鋼材可以不在前工序待機的時間內的通過次數，或者下一鋼材在前工序待機時，以使待機時間為最短的通過次數進行熱處理。
20.如權利要求19所述的鋼材的制造方法，在使通過次數為3次以上而進行熱處理時，使最后1次鋼材的輸送速度比第1次鋼材的輸送速度快。
21.一種鋼材制造設備，在熱軋生產線上具有熱軋機、淬火或者加速冷卻裝置、多臺感應加熱裝置、和對所述感應加熱裝置的熱處理模式進行運算的運算裝置，并且所述運算裝置具有計算熱軋后淬火或者加速冷卻的鋼材到達所述感應加熱裝置的預定時刻的裝置；和由所述鋼材的尺寸和需要升溫量以及在所述鋼材之后下一進行熱處理的鋼材到達所述感應加熱裝置的預定時刻決定不會使所述下一進行熱處理的鋼材在熱軋生產線上待機的熱處理模式的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供鋼材的制造方法，具有使熱軋后在熱軋生產線上淬火或者加速冷卻的鋼材3次以上通過設置于熱軋生產線上的多臺感應加熱裝置的工序。根據本發(fā)明可以以高的生產性對鋼材均勻地進行熱處理。
文檔編號C21D8/02GK1688722SQ0382377
公開日2005年10月26日 申請日期2003年8月5日 優(yōu)先權日2003年8月5日
發(fā)明者飯島慶次, 水野浩, 關根宏, 鈴木宣嗣, 杉岡正敏 申請人:杰富意鋼鐵株式會社