JPH05142126A - 鋼板の材質予測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、製品に対する物理的評価を行うこ
となく、厚鋼板などの組織や材質を製造段階で予測する
方法を提供するものである。 【構成】 鋼の成分と鋳造条件に基づいて鋳造後の金属
組織状態を算出し、この算出結果及び圧延条件に基づい
て圧延後の金属組織状態及び固溶・析出状態を算出し、
さらにこの算出結果及び圧延後の冷却条件に基づいて変
態後の金属組織状態と固溶・析出状態を算出し、さらに
この結果と冷却後に行われる焼き戻し条件から最終的な
金属組織状態と固溶・析出状態等を算出し、これらによ
って鋼材の材質を数式モデルにより算出するものであ
る。 【効果】 鋼の成分、製造条件より鋼材の材質を推定可
能としたので、製造段階あるいは製造前に材質の推定が
可能で、仕様を満たす製造条件の確実なる設定が可能と
なる。また、鋼材の材質検査測定が省略可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚鋼板などの金属組織
状態や材質を、製品に対する物理的評価を行うことな
く、製造段階あるいは製造前に予測できるようにした鋼
板の材質予測方法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、その材質試験結果を添付するこ
とを要求する場合が多い。このような要求に対し、メー
カー側は製造後の鋼板の一部を切り出し、これに対し
て、物理的な特性試験（引張試験、シャルピー試験等の
破壊検査）を行っている。

【０００３】したがって、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ず、製造前に要求され
る材質を精度良く確実に得られる成分や製造条件を設定
することが非常に困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
な物理的な特性試験は多大な時間と費用を要し、製品の
出荷、納品などに影響を与えているために、物理的な特
性試験を行うことなく材質を推定する技術の開発や製造
前に材質を予測し、要求される材質を精度よく確実に得
られる成分や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、与えられた成
分、製造条件に従って、鋼板の材質の予測を自動的に行
えるようにした鋼板の材質予測方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、数式モデルを用い、金属組織変化を推定
することにより、連続鋳造もしくは鋼塊法により鋳造さ
れた鋳片をＡｒ３点以下に冷却することなく、引き続い
て圧延・冷却を施し、その後に焼き戻し処理を行って製
造される鋼材に対して、鋼の成分、製造条件の実績値あ
るいは想定値より材質を予測する方法において、成分条
件及び製造条件に基づいて、鋼板の温度変化を算出する
と共にオーステナイトの等軸晶分率、柱状晶分率、等軸
オーステナイト粒径、柱状オーステナイト粒径及び炭窒
化物形成元素の固溶・析出状態などの鋳造後の金属組織
状態を算出し、さらに圧延、冷却、焼き戻しの各工程に
おける金属組織変化及び炭窒化物形成元素の固溶・析出
状態の変化を計算し、最終的な金属組織状態（粒状フェ
ライト粒径、各組織分率、各組織の硬度）及び炭窒化物
形成元素の固溶・析出状態（固溶量、析出量、析出物粒
径）を求め、この算出結果に基づいて鋼材の材質を推定
するようにしている。

【０００７】すなわち、鋳造−圧延−冷却の工程に対
し、鋼の成分及び鋳造条件（鋳片の厚さ・幅・長さ、引
き抜き速度、冷却水量密度、鋳造後の搬送条件など）を
入力条件に、圧延前のオーステナイトの金属組織状態
（等軸晶分率、柱状晶分率、等軸オーステナイト粒径、
柱状オーステナイト粒径）や炭窒化物形成元素の固溶・
析出状態（固溶量、析出量、析出物粒径）を算出し、こ
れをもとに圧延条件（各パス毎の入側板厚・出側板厚、
パス間時間、ロール径、ロール回転速度など）に基づい
て、圧延終了後のオーステナイト粒径及び圧延によるオ
ーステナイト粒の偏平を考慮するためにオーステナイト
の単位体積当りの粒界面積（以下オーステナイト粒界面
積と略記）や転位密度、オーステナイト中の炭窒化物の
固溶・析出状態（固溶量、析出量、析出物粒径）などを
算出し、この算出結果及び圧延後の冷却条件（空冷と水
冷の区別、冷却水量、水冷装置内通板の位置−時間情報
など）に基づいて変態後の金属組織状態（各組織分率、
各組織の硬度、粒状フェライト粒径）やフェライト中に
おける固溶・析出状態（固溶量、析出量、析出物粒径）
を算出し、さらに、焼き戻し工程に対して、冷却終了時
の金属組織状態と固溶・析出状態を初期値として、焼き
戻し条件（炉内雰囲気温度分布、鋼板の厚さ・幅・長
さ、炉内位置・時間情報、冷却条件）に基づき、残留オ
ーステナイトの分解、転位の回復及び炭窒化物形成元素
の固溶・析出による金属組織状態の変化を算出すること
により、最終的な金属組織状態（各組織分率、各組織の
硬度、粒状フェライト粒径）及び固溶・析出状態（固溶
量、析出量、析出物粒径）を求め、これに基づき、鋼板
の材質（降伏強さ（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、均一伸
び（Ｅｌ）、靭性（例えば、被面遷移温度ｖＴｒｓな
ど）を推定するのである。

【０００８】

【作用】上記した手段によれば、材質（降伏強さ、引張
強さ、靭性、均一伸びなど）の推定の鍵となる金属組織
状態（各組織分率、各組織の硬度、粒状フェライト粒
径）や固溶・析出状態（固溶量、析出量、析出物粒径）
は、この各々の算出のために必要となる入力条件から各
工程に対応する金属組織の変化に関する予測計算を順次
実行しながら求めることができる。

【０００９】これにより、鋼成分及び製造条件の実績値
もしくは想定値を用いて製造段階または製造前に製品の
材質の予測を行うことができ、従来とは異なり、完成品
に対する物理的な特性試験（破壊試験）の省略、簡略化
が可能である。また、製造前に鋼成分や製造条件の想定
値を用い、材質を推定可能なので、求められる材質仕様
を確実に満たし、なおかつ効率的な製造条件を効率的ま
たは自動的に設定することが可能であるなど多くの利点
を生じる。

【００１０】

【実施例】図２〜図４は本発明による鋼板の材質予測法
の演算のフローチャートである。また、図１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。

【００１１】図１に示すように、鋼板の製造設備は、溶
鋼から鋳片を鋳造する連続鋳造機１３、鋳片の切断機１
４、保熱機１５、大まかな圧延を行う粗圧延機３、粗圧
延された鋼板を製品の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
修正するホットレベラ（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（Ａ）６、さらに圧
延、冷却された厚鋼板を熱処理する目的で設置された焼
き戻し用の熱処理炉１０３および冷却装置（Ｂ）１０２
の各々を備えて構成されている。

【００１２】なお、連続鋳造機１３、切断機１４、保熱
機１５からなる製鋼設備、粗圧延機３、仕上げ圧延機
４、ホットレベラ（ＨＬ）５，冷却装置（Ａ）６からな
る圧延・冷却設備及び熱処理炉１０３、冷却装置（Ｂ）
１０２からなる熱処理設備の各々は、その駆動を制御
し、稼働中の情報を得るための中央コンピュータ１０が
接続されている。この中央コンピュータ１０は並列処理
により製鋼設備、圧延・冷却設備、熱処理設備の各々に
含まれる設備の駆動制御及び稼働情報の処理８を同時に
行う。この中央コンピュータ１０はさらに別の生産計画
を処理するコンピュータ（不図示）の情報に従って、製
鋼設備、圧延・冷却設備、熱処理設備を駆動する。ま
た、製品となった厚鋼板１に対し、機械試験を行うため
の機械試験システム１１が設けられ、その試験結果は中
央コンピュータ１０に送られる。

【００１３】次に、図２、図３に示す鋼板の材質予測法
について説明する。図２、図３は本発明法の原理を詳細
に説明するフローチャートである。

【００１４】図２、図３に示した処理の実行は、これを
実現するソフトウエアを作成し、これをコンピュータに
ロードし、計算を実行することにより行われる。本発明
による鋼板の材質予測法は大別して、鋳造組織変化を推
定する鋳造組織計算部５０３、圧延及び冷却中の金属組
織変化を推定する圧延・冷却組織計算部１０９、焼き戻
し時の金属組織変化を推定する熱処理組織計算部１０７
及び最終的な金属組織の算出結果から強度、靭性等の諸
材質を算出する組織−材質計算部１０８に大別される数
式モデル群で構成されている。

【００１５】鋳造組織計算部５０３は鋳造組織モデル２
０及び鋳造温度モデル２２から成る。鋳造組織モデル２
０は成分条件３６及び鋳造温度モデル２２から算出され
る鋳片の温度分布を経時的に示す温度・時間情報（Ａ）
２３より、鋳造後（圧延開始前）の金属組織状態２６
（オーステナイトの等軸晶分率、柱状晶分率、等軸オー
ステナイト粒径、柱状オーステナイト粒径及びＮｂ、Ｔ
ｉなどの炭窒化物形成元素の固溶・析出状態（固溶量、
析出量、析出物粒径））を算出するものである。ここ
で、成分条件３６は、重量パーセント（以下ｗｔ％と略
記）で示される鋼中の炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、
マンガン（Ｍｎ）、燐（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、銅（Ｃ
ｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン
（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン
（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、アル
ミニウム（Ａｌ）、ボロン（Ｂ）、窒素（Ｎ）などを指
す。

【００１６】また、温度・時間情報（Ａ）２３は鋳造か
ら圧延直前までの鋳片の温度分布に関する経時的な情報
で、差分法などによる鋳造温度モデル２２に鋳造条件２
４（鋳片の厚さ・幅・長さ、引き抜き速度、冷却水量密
度、鋳造後の搬送条件など）を入力することによって算
出する。

【００１７】なお、ここで引き抜き速度とは、連続鋳造
の際の鋳片の移動速度のことであり、また、冷却水量密
度は鋳造中及び鋳造後の鋳片を冷却する際の冷却水量を
鋳片の単位面積当りで単位時間当りの量として表したも
のである。

【００１８】金属組織状態２６（オーステナイトの等軸
晶分率、柱状晶分率、等軸オーステナイト粒径、柱状オ
ーステナイト粒径及び固溶・析出状態（固溶量、析出
量、析出物粒径））の計算は、板厚方向の表面から中心
に向かう複数の点について計算することが必要であり、
これにより、表面だけでなく内部についてもその状態を
知ることが可能となる。

【００１９】次に、鋳造組織計算部５０３の演算結果で
ある鋳造後の金属組織状態２６（オーステナイトの等軸
晶分率、柱状晶分率、等軸オーステナイト粒径、柱状オ
ーステナイト粒径及び固溶・析出状態（固溶量、析出
量、析出物粒径））を受けて、圧延・冷却組織計算部１
０９により、圧延及び冷却中の金属組織変化を推定す
る。 圧延・冷却組織計算部１０９は、圧延温度モデル
２８、歪分布モデル３０、冷却温度モデル３９、オース
テナイト中析出モデル３５、熱間加工モデル２７、変態
モデル３８、フェライト中析出モデル１０４から成る。

【００２０】圧延・冷却組織計算部１０９の計算では、
まず鋳造後の金属組織状態２６のうちオーステナイトの
等軸晶分率、柱状晶分率、等軸オーステナイト粒径、柱
状オーステナイト粒径に関する算出結果を受けて、熱間
加工モデル２７により、圧延終了後の金属組織状態（オ
ーステナイト粒径、オーステナイト粒界面積、転位密
度）３３を算出する。

【００２１】ここで、オーステナイト粒界面積とは、圧
延による粒の偏平を考慮するために、オーステナイトの
粒界の量を単位体積当りの粒界の面積として表したもの
である。

【００２２】熱間加工モデル２７は、圧延によるオース
テナイト中の転位の増加と圧延後のオーステナイトの回
復及び再結晶をそれぞれ明確に区別して定式化したもの
で、圧延終了後のオーステナイト粒径、オーステナイト
粒界面積や転位密度などのオーステナイトの金属組織状
態３３を安定的に計算することができる。

【００２３】熱間加工モデル２７により圧延後の金属組
織状態３３（オーステナイト粒径、オーステナイト粒界
面積、転位密度）を算出するには、圧延中の全パスにつ
いて鋼板の温度・時間情報（Ｂ）２９、圧延による歪・
歪速度情報３１、及び圧延開始前の初期金属組織状態と
して鋳造後の金属組織状態２６（オーステナイトの等軸
晶分率、柱状晶分率、等軸オーステナイト粒径、柱状オ
ーステナイト粒径）が必要である。このうち圧延中の鋼
板の温度・時間情報（Ｂ）２９は鋳造温度モデル２２か
ら算出された圧延開始前の温度・時間情報（Ａ）２３を
初期値として、差分法などによる温度計算モデルである
圧延温度モデル２８に各パス毎の圧延条件３２（入側板
厚、出側板厚、パス間時間、ロール径、ロール回転速度
など）を入力することにより算出される。

【００２４】また、圧延による歪・歪速度情報３１は歪
分布モデル３０に圧延条件３２（入側板厚、出側板厚、
パス間時間、ロール径、ロール回転速度など）を入力す
ることにより、圧延によるオーステナイトの歪と歪速度
を相当歪として、板厚方向などの異なる位置ごとに塑性
力学的に算出される。

【００２５】以上の手続きにより、圧延後の金属組織状
態３３（オーステナイト粒径、オーステナイト粒界面
積、転位密度）が算出されることになるが、鋳造後の金
属組織がオーステナイトの等軸晶のみから成らず、柱状
晶を含む場合には柱状晶部と粒状晶部に、それぞれ異な
った算出式を適用する必要がある。

【００２６】また、熱間加工モデル２７により圧延後の
金属組織状態３３を計算するにあたって、成分条件３６
にＮｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂなど圧延工程中にオ
ーステナイト中で炭化物もしくは窒化物としての析出が
生じる元素を含有する場合には、その固溶・析出状態
（固溶量、析出量、析出物粒径）が圧延パス間に変化
し、次パスでのオーステナイトの回復や再結晶の挙動が
異なってくる場合があるので、圧延パス間でオーステナ
イト中析出モデル３５の演算を行い、その演算結果であ
る固溶・析出状態３７（固溶量、析出量、析出物粒径）
を逐次熱間加工モデル２７に入力する必要がある。

【００２７】このオーステナイト中析出モデル３５は圧
延パス間及び圧延終了後、冷却開始までのオーステナイ
ト中での固溶・析出物状態３７（固溶量、析出量、析出
物粒径）を算出するために設けられており、各々の析出
物の生成と成長を熱力学及び原子の鋼中における拡散係
数を用いて数式モデル化したものである。

【００２８】オーステナイト中析出モデル３５により固
溶・析出状態を求めるに際しては鋳造組織モデル２０に
より算出した鋳造後の金属組織状態２６のうち鋳片中の
固溶・析出状態（固溶量・析出量、析出物粒径）を初期
条件として、圧延温度モデル２８による温度・時間情報
（Ｂ）２９の履歴に従って、成分条件３６及び熱間加工
モデルの演算結果である金属組織状態（オーステナイト
粒径、オーステナイト粒界面積、転位密度）３３に基づ
いて圧延パス間及び最終パス後の炭窒化物形成元素（例
えばＮｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂなど）の固溶量、
析出量、析出物粒径を演算し、固溶・析出状態３７（固
溶量、析出量、析出物粒径）を出力する。

【００２９】次に、熱間加工モデル２７で算出された圧
延後の金属組織状態３３（圧延後オーステナイト粒径、
オーステナイト粒界面積、転位密度）の結果を受けて変
態モデル３８により、圧延終了後の冷却に伴って生じる
変態の進行及び変態終了時の金属組織状態４３（各組織
分率、各組織の硬度、粒状フェライト粒径）を算出す
る。

【００３０】変態モデル３８はオーステナイトが変態し
て生じるフェライト、パーライト、ベイナイト、マルテ
ンサイト等の各金属組織の生成と成長をオーステナイト
状態（オーステナイト粒径、オーステナイト粒界面積、
転位密度）及び元素の固溶・析出状態（例えばＮｂ、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂなどの固溶量、析出量、析出物
粒径）の関数として定式化したもので、これに成分条件
３６に基づく熱力学的な計算結果を加味して、各組織の
核生成、粒成長を計算することで、各相の生成挙動を予
測し、最終的に粒状フェライト、針状フェライト、パー
ライト、ベイナイト、マルテンサイト及び残留オーステ
ナイト（室温まで冷却した後も変態せずに残留するオー
ステナイト）の各組織分率及び粒状フェライトの粒径と
いった変態終了時の金属組織状態を推定するために設け
られている。

【００３１】この変態モデル３８では、冷却温度モデル
３９に基づく温度・時間情報（Ｃ）４０によって与えら
れる冷却過程に沿って、変態の進行を演算する。

【００３２】なお、変態モデルによる計算では、成分条
件３６に、例えばＮｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂなど
のように変態挙動に著しい影響を与え、なおかつ圧延後
にオーステナイト中で、炭化物あるいは窒化物としての
析出が進行する元素を含有する場合にはオーステナイト
中析出モデル３５の演算結果３７を逐次入力し、計算を
行う。

【００３３】また、冷却温度モデル３９は冷却条件４２
（空冷・水冷区分、水冷の場合は冷却水量密度、冷却装
置内通板速度）変態を入力条件として、空冷や加速冷却
を行った際の温度変化を差分法などを用いて計算する
が、計算の精度を向上させるために変態に伴う発熱量を
考慮する必要があるので、変態モデル３８により算出し
た微小時間の変態量に応じた発熱量と比熱の変化４１を
冷却過程で逐次取り込むことが必要である。

【００３４】次に、変態モデル３８の演算結果である金
属組織状態４３（各組織分率、各組織の硬度、粒状フェ
ライト粒径）を受けて、冷却温度モデル３９により算出
される冷却過程に添って、変態後の冷却中に生じるフェ
ライト中の析出に対して、炭化物や窒化物の固溶・析出
状態１０５をフェライト中析出モデル１０４により算出
する。

【００３５】フェライト中析出モデル１０４はフェライ
ト中での固溶・析出状態（固溶量、析出量、析出物粒
径）を算出するために設けられており、オーステナイト
中析出モデル３５と同様に、各々の析出物の生成と成長
を熱力学及び鋼中の拡散定数を用いて、数式モデル化し
たものである。

【００３６】このフェライト中析出モデル１０４により
析出物状態を求めるに際しては初期条件としてオーステ
ナイト中析出状態モデル３５による鋼板のオーステナイ
ト状態での固溶・析出状態３７を用い、冷却温度モデル
３９による温度・時間情報（Ｃ）４０に沿って、成分条
件３６及び変態モデルの演算結果４３（粒状フェライト
粒径、各組織分率、各組織の硬度）に基づいて析出元素
（例えばＦｅ（セメンタイト）、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、
Ｖ、Ｍｏ、Ｂなど）の固溶量、析出量、析出物粒径を演
算し、固溶・析出状態１０５（固溶量、析出量、析出物
粒径）を出力する。

【００３７】以上の計算によって、焼き戻しの前工程で
ある再加熱、圧延、冷却が終了した時点での金属組織状
態及び固溶・析出状態を精度良く予測することが可能で
ある。次に、これを初期条件として、焼き戻し工程にお
ける金属組織変化を熱処理組織計算部１０７により予測
する。

【００３８】焼き戻し工程における金属組織変化を計算
する熱処理組織計算部１０７は、熱処理温度モデル１１
２、変態モデル３８、回復モデル５０１、フェライト中
析出モデル１０４から成り、圧延・冷却組織計算部１０
９の変態モデル３８の演算結果である金属組織状態４３
（各組織分率、各組織の硬度、粒状フェライト粒径）と
同じく圧延・冷却組織計算部１０９のフェライト中析出
モデル１０４の演算結果である固溶・析出状態１０５
（固溶量、析出量、析出物粒径）を初期条件として、温
度・時間情報（Ｄ）１１３によって示される温度履歴に
従い、焼き戻しに伴う残留オーステナイトの分解による
金属組織状態４７の変化を変態組織モデル３８で算出
し、フェライト中析出モデル１０４により固溶・析出状
態１１５の変化を算出する。また、同時に回復モデル５
０１により転位の回復による残留オーステナイト部を除
く各組織の硬度の変化（軟化）５０２を算出し、最終的
に焼き戻し終了後の金属組織状態（各組織分率、各組織
の硬度、粒状フェライト粒径）４６及び固溶・析出状態
（固溶量、析出量、析出物粒径）１０５を算出する。

【００３９】ここで、温度・時間情報（Ｄ）１１３は差
分法などによる温度計算用の数式モデルである熱処理温
度モデル１１２に、初期条件として、圧延・冷却組織計
算部１０９の冷却温度モデル３９の演算結果である温度
・時間情報（Ｃ）４０及び焼き戻し工程における鋼板の
サイズ１１１（板厚、板幅、長さ）と熱処理条件１１０
（炉内雰囲気温度分布、鋼板の炉内位置−温度情報、冷
却時の空冷・水冷区分、水冷の場合は冷却水量密度、冷
却装置内通板速度）を入力することにより算出する。

【００４０】温度・時間情報（Ｄ）１１３は板厚の表面
から中心に向かう複数の点について計算することが必要
である。これにより表面から内部までの状態を推定可能
となり、精度の良い予測が可能となる。

【００４１】熱処理組織計算部１０７の変態モデル３８
は温度・時間情報（Ｄ）１１３の示す温度履歴に従い、
圧延・冷却が終了した後も変態せずにオーステナイトと
して残された、いわゆる残留オーステナイトに対して、
焼き戻し時の加熱、等温保持、冷却中に生じるオーステ
ナイトのベイナイト等への変態を計算し、焼き戻し終了
後の金属組織状態４７（各組織分率、粒状フェライト粒
径、各組織の硬度）を算出する。

【００４２】この計算の入力条件には、温度・時間情報
（Ｄ）１１３及び初期条件として圧延・冷却組織計算部
１０９の変態モデル３８の演算結果である金属組織状態
４３（各組織分率、粒状フェライト粒径、各組織の硬
度）と同じく圧延・冷却組織計算部１０９のオーステナ
イト中析出モデル３５の演算結果である固溶・析出状態
（固溶量。析出量、析出物粒径）２７、さらに残留オー
ステナイト内の成分を推定するために成分条件３６が必
要である。

【００４３】なお、この熱処理組織計算部１０７の変態
モデル３８は圧延・冷却組織計算部１０９のものと同一
のモデルである。

【００４４】次に、回復モデル５０１により圧延後の冷
却によりオーステナイトがフェライト、ベイナイトなど
の組織へ変態した際に、その体積変化に伴って、内部に
導入された転位が焼き戻しにより減少するために生じる
各組織の硬度変化５０２を算出する。

【００４５】この回復モデル５０１は焼き戻しによる転
位の減少に伴う各組織の硬度の減少（軟化）を温度と固
溶・析出状態（固溶量、析出量、析出物粒径）の関数と
してモデル化したものであり、圧延・冷却組織計算部１
０９の変態モデル３８により算出された金属組織状態４
３のうちの各組織の硬度を初期条件として、熱処理温度
モデル１１２の算出結果である温度・時間情報（Ｄ）１
１３及び熱処理組織計算部１０７のフェライト中析出モ
デル１０４の演算結果である固溶・析出状態１０５を逐
次入力することにより、焼き戻し時の各組織の硬度の変
化５０２を算出することができる。

【００４６】次に、フェライト中析出モデル１０４によ
り焼き戻し時にフェライト中で進行する炭窒化物の析出
を算出するが、これは回復モデル５０１で各組織の硬度
変化５０２及び組織−材質計算部１０８で鋼板の強度等
の諸材質を計算するためである。

【００４７】このフェライト中析出モデル１０４は圧延
・冷却組織計算部１０９と同一のモデルである。この演
算には、初期条件として、圧延・冷却組織計算部１０９
の変態モデル３８の演算結果である金属組織状態４３、
同じく圧延・冷却組織計算部１０９のフェライト中析出
モデル１０４の演算結果であるフェライト中の固溶・析
出状態１０５（固溶量、析出量、析出物粒径）、熱処理
温度モデル１１２の演算結果である温度・時間情報
（Ｄ）１１３及び成分条件３６が必要であり、固溶・析
出状態１０５を回復モデル５０１及び組織−材質系計算
部１０８に出力する。

【００４８】以上の計算で、残留オーステナイトの変態
後の新しい金属組織状態４７と回復モデル５０１により
算出された残留オーステナイトを除く各組織の硬度変化
５０２を算出することができ、これを合わせることで、
焼き戻し後の金属組織状態（各組織分率、各組織の硬
度、粒状フェライト粒径）４６を精度良く予測すること
ができる。

【００４９】また、焼き戻し後の炭窒化物の固溶・析出
状態１０５をフェライト中析出モデル１０４により予測
することができるので、焼き戻し後の金属組織状態４６
及び固溶・析出状態１０５を組織−材質計算部１０８に
入力することにより鋼材の最終的な材質を精度良く求め
ることが可能である。

【００５０】なお、ここで金属組織状態４６、固溶・析
出状態１０５の計算は鋼板の表面から中心に向かう複数
の点について行うことにより表面から内部までの状態を
予測することができ、より精度の良い予測が可能であ
る。

【００５１】組織−材質系計算部１０８の組織−材質モ
デル４４は、鋼の固溶強化、析出硬化、変態強化、フェ
ライト粒径や各組織分率など材質への影響を分離して定
式化したもので、金属組織状態４６（各組織分率、各組
織の硬度、粒状フェライト粒径）及び固溶・析出状態１
０５（固溶量、析出量、析出物粒径）及び成分条件３６
に基づいて、鋼板の材質４５（降伏強さ（ＹＳ）、引張
強さ（ＴＳ）、靭性（例えば被面遷移温度ｖＴｒｓ）な
ど）を出力するものだからである。

【００５２】以上の処理を実行し、すべてが実行された
場合には、処理が終了し、材質の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憶媒体に
保存されると共にプリンタによって打ち出される。

【００５３】次に、主なモデルの演算の詳細について図
４〜図１１を参照して説明する。なお、参照例は全て同
一鋼板内の位置（例えば板厚方向、板幅方向、長さ方
向）の異なるｍ点について計算した場合を示してある。
また同一のモデルを圧延・冷却組織計算部１０９と熱処
理系計算部１０７の両者で用いる場合には、圧延、冷却
組織計算部１０９で使用される場合を例に説明する。

【００５４】図４は、鋳造組織モデル２０の処理の詳細
を示すフローチャートである。

【００５５】まず、成分条件３６及び鋳造条件２４を鋳
造温度モデル２２に入力、演算した結果、得られた板内
ｍ点のスラブ温度−時間情報（Ａ）２３を入力し、計算
の時間間隔などの定数や初期値を設定する（ステップ３
０１）。次いで、熱力学的な計算を行い当該成分条件３
６での状態図を計算する（ステップ３０２）。

【００５６】次に、以下の手順によって、鋳造から圧延
開始までの時間における微少時間間隔内の金属組織変化
を連続して算出する。まず、鋳造開始からの時間が圧延
開始の設定値を経過したか否かを判定し（ステップ３０
３）、否であれば処理が継続すると判断し、まず析出物
の固溶量、析出量及び析出物粒径の計算を行う（ステッ
プ３０４）。この計算は熱力学的に求めた鋼中での溶解
度と原子の拡散係数から析出物の固溶と核生成及び成長
を再現することによって行うものである。

【００５７】次にオーステナイト粒の成長を計算する。
但し、周知のように鋼は液相から冷却するにしたがって
凝固し、最終的にオーステナイト単相状態となるが、こ
の間で液相より直接にオーステナイトとなるものと一度
フェライト（δ）相となりその後に結晶構造の変化によ
ってオーステナイト相となるものがある。そこで、この
際のオーステナイト粒の成長をステップ３０２で計算さ
れた相の状態ごとに異なった手法により計算する。

【００５８】まず、すでにオーステナイト単相状態に成
っているか否かの判断を行い（ステップ３０５）、すで
にオーステナイト単相である場合にはオーステナイトど
うしの粒の食い合いによる粒成長を計算する（ステップ
３０８）。オーステナイト単相でない場合には、液相か
らオーステナイト相への凝固、液相からフェライト
（δ）相への凝固及びフェライト（δ）相からオーステ
ナイト相への変態をそれぞれ核生成・成長理論によって
計算し、オーステナイトの成長（粒径）を算出する。

【００５９】この計算では、まず液相、フェライト
（δ）相、オーステナイト相の平衡状態での分率をステ
ップ３０２の結果から求め、この結果に応じて液相から
オーステナイト相への凝固及び液相からフェライト
（δ）相への凝固の駆動力を算出し（ステップ３０
６）、それを基に液相からオーステナイト相及びフェラ
イト（δ）相への凝固時の核生成及び粒成長を計算し、
液相、オーステナイト相、フェライト（δ）相の体積分
率及びオーステナイト、フェライト（δ）については粒
径を求める（ステップ３０７）。

【００６０】次に、既にフェライト（δ）となった部分
についてはステップ３０２の結果を基にフェライト
（δ）からオーステナイトへの変態の駆動力を算出し、
フェライト（δ）相中で生じるオーステナイトの核生成
及び粒成長を求め、そのオーステナイトの分率と粒径を
求める（ステップ３０９）。

【００６１】このようにして、２つの経路で生成したオ
ーステナイト相はその生成条件により、柱状晶（柱状に
伸びた結晶粒）か粒状晶（塊状の結晶粒）となり、各々
圧延時の再結晶挙動が異なる。そこで、これらの存在比
である粒状晶分率、柱状晶分率及び粒状オーステナイト
粒径、柱状オーステナイト粒径を求める必要がある。そ
こで柱状晶を鋳片の表面近傍に核生成し、表面から内部
への温度勾配に従って柱状に成長したオーステナイト粒
と定義し、この体積分率を求め、柱状晶は鋳片の板厚中
心部に核生成した粒状のオーステナイト粒として、この
体積分率を求める。また、各々の平均粒径を粒状晶粒
径、柱状晶粒径として算出する（ステップ３１０）。

【００６２】このような計算を圧延開始までの間、微少
時間ごとに繰り返すことによって再圧延開始時の金属組
織状態２６（粒状晶分率、柱状晶分率、粒状オーステナ
イト粒径、柱状オーステナイト粒径及び固溶・析出状態
（固溶量、析出量、析出物粒径））を算出するものであ
る。

【００６３】次に、図５は熱間加工モデル２７の処理の
詳細を示すフローチャートである。この処理は各パス毎
の圧延条件３２（入側板厚、出側板厚、パス間時間、ロ
ール径、ロール回転速度など）から圧延温度モデル２８
により算出される温度時間情報（Ｂ）２９と圧延による
板厚方向の歪・歪速度分布を算出する歪分布モデル３０
の演算結果である歪・歪速度情報３１及び鋳造組織モデ
ル２０の演算結果である鋳造後の金属組織状態２６及び
オーステナイト中析出モデル３５の演算結果である固溶
・析出状態３７を入力条件として行われる。

【００６４】周知のように鋼板の圧延工程においては複
数の圧延パスを施す場合が多い。このような場合、各パ
ス間において、オーステナイトには加工−回復−再結晶
という金属組織の変化が生じる。１パスの加工によりオ
ーステナイトは偏平すると共に内部には多数の転位が導
入され、転位密度の高い状態となる。回復は加工により
導入された転位が消滅していく現象であり、再結晶は加
工により偏平したオーステナイトの粒界から転位の非常
に少ない新しいオーステナイト粒が生成することをい
う。

【００６５】このような転位密度やオーステナイト粒
径、オーステナイト粒界面積の変化は各圧延パス毎に生
じており、図６に示すよう圧延パス間で著しく変化す
る。従って、このような変化を各パス毎に計算する必要
がある。

【００６６】そこで、各パス間及び最終パス終了後の冷
却中のオーステナイト粒径、オーステナイト粒界面積、
オーステナイト中の転位密度は以下のように計算する。

【００６７】まず、計算に必要な初期値の設定として、
板内ｍ点の位置に対する温度、歪・歪速度などの入力条
件を設定する（ステップ２７１）。そして、この各々の
点について、オーステナイトの圧延後の偏平を考慮する
ために前記の歪・歪速度情報３１に従って、オーステナ
イト粒の単位体積当りの粒界面積（オーステナイト粒界
面積）及び圧延により導入された転位密度を算出する
（ステップ２７２）。次に、圧延後の転位の回復及び再
結晶を計算するが、圧延の圧下量が大きい場合、圧延パ
ス中にロールバイト中で瞬時的に再結晶が生じる場合が
ある。これを動的再結晶と呼び、圧延のパス間に生じる
静的再結晶と区別する。そこで、このような場合に対応
するために、圧延条件（温度、歪量、歪速度）から動的
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、動的再結晶による転位密度の減少および動的再結晶
後の粒径を計算する（ステップ２７３）。

【００６８】次に、圧延パスの後、次の圧延パスまでの
間に生じる転位の回復及び静的再結晶を計算する。ま
ず、動的再結晶が生じないか完了していない場合には、
その後、静的再結晶が生じる可能性があるので圧延パス
後に静的再結晶が生じるまでの時間（静的再結晶の潜伏
期）を計算し、この潜伏期以内の時間では回復のみを計
算し、潜伏期以降では静的再結晶の進行（再結晶率、再
結晶粒径、転位密度）を計算する（ステップ２７４）。

【００６９】また、圧延中に動的再結晶が完了している
場合、もしくは圧延後に静的再結晶が完了してしまって
から後は、再結晶粒同志の食い合いによるオーステナイ
ト粒の成長のみを計算する（ステップ２７５）。

【００７０】なお、これらの現象はいずれもオーステナ
イト中の固溶・析出状態３７の影響を受けるので、本法
においては、加工による転位密度の増加の仕方、動的再
結晶挙動、加工後の回復・再結晶挙動及び粒成長を固溶
原子の種類と量などの固溶・析出状態の関数として定式
化することにより、これらの影響を考慮している。ま
た、本発明者らの研究によればオーステナイトの熱間加
工後の再結晶挙動は柱状晶と粒状晶では明確な差がみら
れ、それぞれを異なる式により算出されるべきことが明
らかとなっており、鋳造組織モデルにより柱状晶、等軸
晶の分率及び各々の粒径を求め、それぞれに対し、熱間
加工後の再結晶挙動を定式化することにより、精度の高
い再結晶挙動の計算か可能となった。

【００７１】以上の計算により、次パスの直前のオース
テナイト粒径、オーステナイト粒界面積及び転位密度が
算出される（ステップ２７６）。

【００７２】次に、ステップ２７６で算出されたオース
テナイト粒界面積、転位密度を初期値とし、次パスに対
しても同様の計算を行い、最終パスまで繰り返し計算す
ることによって最終的なオーステナイトの金属組織状態
（板内ｍ点におけるオーステナイト粒径、オーステナイ
ト粒界面積、転位密度）を得る（ステップ２７７）。図
７は、オーステナイト中析出モデル３５の処理の詳細を
示すフローチャートである。

【００７３】本モデルは圧延のパス間及び圧延終了後の
冷却中にオーステナイト中で進行するＮｂ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂなどの炭窒化の析出を鋳造組織モデル
２０の演算結果である金属組織状態２６のうち固溶・析
出状態（固溶量、析出量、析出物粒径）を初期状態とし
て、成分条件３６、熱間加工モデル２７の演算結果であ
る金属組織状態（オーステナイト粒径、オーステナイト
粒界面積、転位密度）及び圧延温度モデルの演算結果で
ある温度・時間情報（Ｂ）２９を基に計算し、その固溶
量、析出量のオーステナイト及び析出物粒径を算出する
ことを目的としている。

【００７４】オーステナイト中析出モデルの計算におい
ては、まず成分条件３６より、熱力学的な計算によって
鋼の状態図を計算し、平衡状態における固溶・析出状態
を算出する（ステップ１１９）。つぎに、板内のｍ点に
ついて、ステップ１１９で求めた平衡状態及び熱間加工
モデル２７の演算結果である金属組織状態３３、圧延温
度モデル２８の演算結果である温度・時間情報（Ｂ）２
９を基に冷却過程を分割した微小時間内に生じる各析出
物の核生成を計算する（ステップ１２０）。

【００７５】次に、板内のｍ点について、既に核生成し
ている各析出物についてステップ１２０と同一の微小時
間内に生じる粒成長を算出する（ステップ１２１）。次
に、板内のｍ点について、現在計算している時刻までに
生成した各析出物の粒数及び粒径から析出量、固溶量及
び析出物粒径を平均粒径として算出する（ステップ１２
２）。

【００７６】以上の計算を冷却過程において連続する微
小時間について繰り返すことで圧延のパス間及び圧延終
了後の冷却中のオーステナイトにおける固溶・析出状態
３７を算出することができる。

【００７７】図８は、変態モデル３８の処理の詳細を示
すフローチャートである。

【００７８】鋼の変態挙動は変態前のオーステナイト状
態（オーステナイト粒径、オーステナイト粒界面積（オ
ーステナイトの単位体積当りの粒界面積）、転位密度、
元素の固溶・析出状態（固溶量、析出量、析出物粒
径））、冷却速度の影響を受ける。

【００７９】本モデルはこれらをオーステナイトの金属
組織状態３３（オーステナイト粒径、オーステナイト粒
界面積、転位密度）、固溶・析出状態３７、温度・時間
情報（Ｃ）４０として入力し、変態の進行及び粒界フェ
ライト（オーステナイト粒界に核生成したフェライ
ト）、粒内フェライト（オーステナイト粒内に核生成し
たフェライト）、パーライト、ベイナイト、マルテンサ
イト及び残留オーステナイトの各組織分率、各組織の硬
度さらにはフェライトについては形状の観点から、粒状
のものについては粒状フェライトとして、その分率及び
粒径を算出し、これよりやや低温の特定の温度以下で生
成する針状のフェライトについては、その分率を計算す
るものである。

【００８０】この計算方法は以下の通りである。

【００８１】まず当該成分における状態図を熱力学的な
計算により算出し（ステップ３８１）各組織が熱力学的
に生成可能な条件（温度、成分領域９を求める。次に、
冷却過程においてオーステナイトより生成可能な各組織
への変態量を計算する。この計算では冷却過程における
任意の微小時間内の変態量の増分を計算し、これを冷却
過程で繰り返し、変態終了まで続けることによって、最
終的な各組織分率を求めるのであるが、フェライトにつ
いては、まずオーステナイト粒界及びオーステナイト粒
内での核生成数を計算する（ステップ３８２）。次に、
生成した粒界、粒内フェライトの成長を計算し、微小時
間内の粒界、粒内フェライト分率の増分を和して、フェ
ライトの増分を算出する（ステップ３８３）。次に、生
成したフェライトが粒状か針状かを、生成した温度から
判断し、粒状である場合には、ステップ３８２、３８３
で算出したフェライトの変態率の増分を粒状フェライト
の増分とし、針状である場合には、針状フェライトの生
成数を粒状フェライト数の増分とする（ステップ３８
４）。また、生成したフェライトが粒状である場合に
は、フェライトの生成数を粒状フェライト数の増分とす
る（ステップ３８４）。パーライトやベイナイト、マル
テンサイトについても同様に冷却過程での微小時間内に
生じる増分を算出する（ステップ３８３）。以上の微小
時間についての計算を冷却過程で続けて行うのである
が、最終的な各組織分率及び粒状フェライトの生成数を
求めるために、微小時間ごとの変態量の増分及び粒状フ
ェライト生成数の増分を前回の結果に加算し、粒状フェ
ライト数、粒状フェライト、針状フェライト、パーライ
ト、ベイナイト、マルテンサイトの各組織分率とこれら
の組織の残部として残留オーステナイト分率を算出する
（ステップ３８５）。

【００８２】次に、ステップ３８５で求めた粒状フェラ
イトの粒数と分率から、粒状フェライトの粒径をその平
均粒径として求める（ステップ３８６）。次に、冷却過
程の微小時間内の変態進行に伴う発熱量及び比熱の変化
を冷却温度モデル３９にフィードバックするために、ス
テップ３８４で得られた変態量に応じた発熱量及び比熱
の変化を算出する（ステップ３８７）。

【００８３】以上の計算を板内のｍ点について計算し、
変態が終了するまでこれを継続する（ステップ３８
８）。

【００８４】変態終了後には、ステップ３８３の計算結
果を基に粒状フェライト、針状フェライト、パーライ
ト、ベイナイト、マルテンサイトの各々が生成した平均
温度を（以下、平均生成温度と略記）を算出し、さらに
これを基に各組織の硬度を算出する（ステップ３８
９）。

【００８５】ここで各組織の硬度を算出するのは本発明
が対象とするような多くの金属組織からなる混合組織の
鋼では、その強度などの材質が各組織の各々の硬度に依
存するからである。また、各組織の硬度をその平均生成
温度から算出するのは、変態に伴い導入される転位が金
属組織を強化し、導入される転位の量は変態温度が低い
ほど多く、組織の硬度が高くなり、その硬度が平均生成
温度で旨く評価されるという事実に基づくものである。
このような各組織の硬度によって材質を算出する方法に
ついては後述の組織−材質モデル４４で説明する。

【００８６】なお、以上の計算において、フェライトを
形状の観点から、粒状、針状に分離しておくのは粒状や
針状といったフェライト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
を目的としたものである。

【００８７】図９は、フェライト中析出モデル１０４の
処理の詳細を示すフローチャートである。

【００８８】本モデルは変態後の冷却中及び焼き戻しの
家庭において、フェライト中で進行する、Ｆｅ（セメン
タイト）、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂなどの炭窒
化の析出を計算し、その固溶量あるいは析出量及び析出
物粒径を算出することを目的とする。

【００８９】本モデルは圧延・冷却組織計算部１０９と
熱処理組織計算部１０７の両者で用いられるが、圧延・
冷却組織計算部１０９で用いる場合と熱処理組織計算部
１０７で用いる場合で、両者はモデルの入出力がやや異
なるのみで、モデルの機能は変わらない。

【００９０】そこで、ここでは圧延・冷却組織計算部１
０９で用いられる場合を例に説明する。なお、この入出
力の相違点は、入力では圧延・冷却組織計算部１０９で
用いる場合には温度・時間情報と初期条件となる固溶・
析出状態を各々冷却温度モデル３９とオーステナイト中
析出モデル３５から得るが、熱処理系計算部１０７では
熱処理温度モデル１１２と圧延・冷却組織計算部１０９
のフェライト中析出モデル１０４から得るという点が異
なり、一方、出力では本モデルの演算結果が圧延・冷却
系計算部１０９で用いる場合には熱処理系計算部１０７
のフェライト中析出モデル１０４へ出力され、熱処理系
計算部１０７で用いる場合には組織−材質計算部１０８
へ出力されるという点である。

【００９１】フェライト中析出モデルの計算過程は、ま
ず成分条件３６より、熱力学的な計算によって鋼の状態
図を計算し、平衡状態における固溶量、析出量を算出す
る（ステップ１２４）。

【００９２】次に、板内のｍ点について、ステップ１２
４で求めた平衡状態及び変態モデル３８の演算結果であ
る金属組織状態４３及び冷却温度モデル３９の演算結果
である温度・時間情報（Ｃ）４０を基に冷却過程を分割
した微小時間内に生じる各析出物の核生成を計算する
（ステップ１２５）。次に、板内のｍ点について、既に
核生成している各析出物についてステップ１２５と同一
の微小時間内に生じる粒成長を算出する（ステップ１２
６）。次に、板内のｍ点について、現在計算している時
刻までに生成した各析出物の粒数及び粒径から析出量、
固溶量及び析出物粒径を平均粒径として算出する（ステ
ップ１２７）。

【００９３】以上の計算を連続する冷却過程において繰
り返すことで変態後の冷却過程におけるフェライト中の
固溶・析出状態１０５を算出することができる。

【００９４】図１０は、回復モデル５０１の処理の詳細
を示すフローチャートである。

【００９５】本モデルは焼き戻し工程中に生じる金属組
織中の転位の回復に基づく、各組織の硬度の減少（軟
化）を温度、固溶・析出状態及び初期硬度の関数として
定式化したもので、これを用いて焼き戻し中の各組織の
硬度の減少（軟化）を算出するために設けられている。

【００９６】本モデルの処理は、まず、熱処理組織計算
部１０７のフェライト中析出モデル１０４によるフェラ
イト中の固溶・析出状態１０５（固溶量、析出量、析出
物粒径）を基に固溶原子と析出物による転位の移動に対
する抑制力を算出する（ステップ１１１）。次に、焼き
戻し前の各組織の硬度及び熱処理温度モデル１１２の算
出結果である温度・時間情報（Ｄ）に基づき、回復の駆
動力を算出しステップ１１１の結果と合わせて、計算に
用いる微小時間内の転位の回復に基づく硬度の減少（軟
化）を算出する（ステップ２２２）。次に、焼き戻しが
終了したか否かの判断を行い（ステップ３３３）、焼き
戻しが終了するまでの上記の処理を行う。但し、固溶原
子や析出物は転位の回復を阻害するので、焼き戻し中に
変化する元素の固溶・析出状態をフェライト中析出モデ
ル１０４で計算し、逐次入力しなければならない。

【００９７】以上の処理で焼き戻しに伴う、各組織の硬
度変化５０２を算出することができる。

【００９８】図１１は、組織−材質モデル４４の処理の
詳細を示すフローチャートである。ここでは成分条件３
６、熱処理組織計算部１０７のフェライト中析出モデル
１０４の演算結果である固溶・析出状態１０５及び同じ
く熱処理組織計算部１０７の変態モデル３８の演算結果
である金属組織状態４７と回復モデル５０１の演算結果
である焼き戻し後の各組織の硬度変化５０２から導いた
焼き戻し後の金属組織状態４６の各入力条件に基づい
て、鋼板１の材質を表す降伏強さ、引張強さ、靭性（被
面遷移温度ｖＴｒｓ）及び均一伸びなどの材質を算出す
ることが目的である。

【００９９】降伏強さの算出においては、まずフェライ
ト中析出モデル１０４の演算結果である析出物状態１０
５及び成分情報３６に基づいて鋼の析出強化量及び固溶
強化量を算出する（ステップ４４１）。

【０１００】次に、熱処理組織計算部の演算結果である
焼き戻し後の金属組織状態（フェライト粒径、各組織分
率、各組織の硬度）４６に基づいてフェライトの細粒化
による強化やパーライト、ベイナイトによる強化、変態
時に導入される転位による強化などの主に組織状態に起
因する強化を算出し、これをステップ４４１の結果に加
味して降伏強さを算出する（ステップ４４２）。

【０１０１】つづいて、引張強さを算出するが、これは
降伏強さの算出の場合と同様の手続きにより求める（ス
テップ４４３）。但し、引張強さの算出に用いる式は降
伏強さを算出する式とはやや異なる。これは各因子の寄
与が降伏強さの場合とは異なるからである。さらに靭性
（ｖＴｒｓ）や均一伸びを各組織分率、各組織の硬度、
粒状フェライト粒径、固溶・析出状態より算出する（ス
テップ４４４）。最後に板内のｍ点についての材質を平
均し、平均的な材質を求める（ステップ４４５）。

【０１０２】以上の処理が終了すると鋼板の材質予測を
行うことができる。この結果は、フロッピーディスク等
の記憶媒体に保存されると共に、プリンタによって打ち
出される。 〔試験例〕図１２〜図１８は本発明による試験例結果を
示すものである。ここでは、直接圧延を行った後に、圧
延・冷却を施し、焼き戻しを行って製造した１６種の製
造例について、実測した金属組織状態及び材質と本発明
法による計算予測の結果との比較を示している。

【０１０３】図１２は製造例に用いた鋼板の化学成分を
示す。また、図１３は製造例に用いた各鋼の鋼種、製造
条件を記載してある。

【０１０４】図１４は各製造例の各組織分率、粒状フェ
ライト粒径及び降伏強さ、引張り強さ、靭性（ｖＴｒ
ｓ）の実測値と計算値の比較である。図１３、図１４中
の製造例１から１５はいずれも本発明を用いた適用例で
ある。これらによると、本法の適用例においてはいずれ
も金属組織状態、材質ともに計算値は実測値と良い一致
を示す。

【０１０５】図１５、図１６及び図１７は各鋼の降伏強
さ（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、靭性（ｖＴｒｓ）の各
々の実測値と計算値の比較をまとめて示したものであ
る。これによって、本法の適用例は極めて高い精度で鋼
材の材質を予測することができることがわかる。

【０１０６】このように、本法により信頼性の高い材質
に予測が可能になることにより、客先が要求する材質に
応じて製品の成分や製造条件を算出したり、完成品に対
する材質保証を行うことが可能である。

【０１０７】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明によれ
ば、連続鋳造もしくは鋼塊法により鋳造された鋳片をＡ
ｒ３点以下に冷却することなく、引き続いて圧延・冷却
を施し、その後に焼き戻し処理を行って製造される鋼材
に対して、鋼の成分製造条件の実績値あるいは想定値よ
り材質を予測する方法において、成分条件及び製造条件
に基づいて、鋼板の温度変化を算出すると共に鋳造時の
オーステナイトの等軸晶分率、柱状晶分率、等軸及び柱
状オーステナイトの粒径、炭窒化物形成元素の固溶・析
出状態などの金属組織状態を算出し、さらに圧延、冷却
焼き戻しの各工程における金属組織変化及び固溶・析出
状態の変化を計算し、最終的な金属組織状態（粒状フェ
ライト粒径、各組織分率、各組織の硬度）及び固溶・析
出状態（固溶量、析出量、析出物粒径）を求め、この算
出結果に基づいて鋼材の材質を推定することができる。

【０１０８】また、要求される材質仕様を確実に実現し
得る製造条件を設定することができ、材質設計の効率的
な自動化が可能となる。さらに、これを材質保証に適用
すれば従来のような完成品に対する破壊検査、測定を不
要にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】本発明による鋼板の材質予測方法を示すフロー
チャートである。

【図３】本発明による鋼板の材質予測方法を示すフロー
チャートである。

【図４】鋳造組織モデルの詳細処理を示すフローチャー
トである。

【図５】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。

【図６】圧延中及び圧延パス間に生じるオーステナイト
粒界面積の変化とオーステナイト中の転位密度の変化を
示す模式図である

【図７】オーステナイト中析出モデルの詳細を示すフロ
ーチャートである。

【図８】変態モデルの詳細処理を示すフローチャートで
ある。

【図９】フェライト中析出モデルの詳細処理を示すフロ
ーチャートである。

【図１０】回復モデルの詳細処理を示すフローチャート
である。

【図１１】組織−材質モデルの詳細処理を示すフローチ
ャートである。

【図１２】１５種の製造例に用いた鋼の成分を示す表で
ある。

【図１３】１５種の製造例の鋼種、製造条件を示す表で
ある。

【図１４】１５種の製造例の各組織分率、粒状フェライ
ト粒径及び機械的特性の実測値と計算値の比較を示す表
である。

【図１５】一貫シミュレーションを行った場合の降伏強
さ（ＹＳ）の実測値と予測値の比較結果を示す説明図で
ある。

【図１６】一貫シミュレーションを行った場合の引張強
さ（ＴＳ）の実測値と予測値の比較結果を示す説明図で
ある。

【図１７】一貫シミュレーションを行った場合の靭性
（ｖＴｒｓ）の実測値と予測値の比較結果を示す説明図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 義之 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 藤田 崇史 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造もしくは鋼塊法により鋳造され
   た鋳片をＡｒ３点以下に冷却することなく、引続いて圧
   延・冷却を施し、その後に焼き戻し処理をおこなって製
   造される鋼材に対して、鋼の成分、製造条件の実績値あ
   るいは想定値より材質を予測する方法において、成分条
   件及び製造条件に基づいて、鋼板の温度変化を算出する
   と共に鋳造時のオーステナイトの等軸晶分率、柱状晶分
   率、等軸及び柱状オーステナイトの粒径、炭窒化物形成
   元素の固溶・析出状態などの金属組織状態を算出し、さ
   らに圧延、冷却、焼き戻しの各工程における金属組織変
   化及び炭窒化物形成元素の固溶・析出状態の変化を計算
   し、粒状フェライト粒径、各組織分率、各組織の硬度を
   含む最終的な金属組織状態及び炭窒化物形成元素に関す
   る固溶量、析出量、析出物粒径からなる固溶・析出状態
   を求め、この算出結果に基づいて鋼材の材質を推定する
   ことを特徴とする鋼板の材質予測方法。