(57)【要約】  【課題】  従来の顕微鏡による観察や超音波探傷試験等によるソーキング条件決定上の問題点を改善する    【解決手段】  連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続加熱する加熱設備によって加熱し、圧延機に供給して鋼片を製造する工程において、鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ連続加熱炉のソーキング指数が０.０２０乃至０.０６０である加熱条件とする。  【選択図】  図３
2005213578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続加熱する加熱設備によって加熱し、圧延機に供給して鋼片を製造する工程において、鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ連続加熱炉のソーキング指数が０.０２０乃至０.０６０である加熱条件としたことを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の製造方法。
ここに、ソーキング指数λは
λ＝∫Ｄｃ×Ｓｄｔ―――（１）
で与えられる。
ただし、
Ｄｃ＝Ｄ０・ｅｘｐ（-Ｑ/ＲＴ）―――（２）
Ｄｃ:炭素の拡散係数
Ｄ０：定数（０.１５  ｃｍ２/ｓ）
Ｑ：鋳片内の炭素の拡散の活性化エネルギー（３２Ｋｃａｌ/ｍｏｌ）
Ｒ：燃焼ガスのガス定数（０.００１９８６ Ｋｃａｌ/ｍｏｌ・Ｋ ）
Ｔ：鋳片の内部温度（℃）
Ｓ：在炉時間（ｓ）    
【請求項２】
連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続加熱する加熱設備によって加熱し、圧延機に供給して鋼片を製造する工程において、鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ連続加熱炉のソーキング指数が０.０２０乃至０.０６０℃である加熱条件として製造されたことを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼。
ここに、ソーキング指数λとは
λ＝∫Ｄｃ×Ｓｄｔ―――（１）
で与えられる。
ただし、
Ｄｃ＝Ｄ０・ｅｘｐ（-Ｑ/ＲＴ）―――（２）
Ｄｃ:炭素の拡散係数
Ｄ０：定数（０.１５  ｃｍ２/ｓ）
Ｑ：鋳片内の炭素の拡散の活性化エネルギー（３２Ｋｃａｌ/ｍｏｌ）
Ｒ：燃焼ガスのガス定数（０.００１９８６ Ｋｃａｌ/ｍｏｌ・Ｋ ）
Ｔ：鋳片の内部温度（℃）
Ｓ：在炉時間（ｓ）        
【請求項３】
上記加熱設備が加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉から構成され、該加熱設備の加熱条件が、上記加熱炉、均熱炉、調整炉のうちのいずれか最も高温となる炉における鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、該加熱炉、均熱炉、調整炉のソーキング指数がそれぞれ０.００４乃至０.０３０、０.０１０乃至０.０５０、０.００４乃至０．０１６であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ３基の炉のソーキング指数の集計値が０.０２０乃至０.０６０であることを特徴とする請求項１に記載の高炭素鋼または軸受鋼の製造方法。
【請求項４】
上記加熱設備が加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉から構成され、該加熱設備の加熱条件が、上記加熱炉、均熱炉、調整炉のうちのいずれか最も高温となる炉における鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、該加熱炉、均熱炉、調整炉のソーキング指数がそれぞれ０.００４乃至０.０３０、０.０１０乃至０.０５０、０.００４乃至０．０１６であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ３基の炉のソーキング指数の集計値が０.０２０乃至０.０６０であることを特徴とする請求項２に記載の高炭素鋼または軸受鋼。
【請求項５】
上記高炭素鋼が継目無鋼管用のビレットであることを特徴とする請求項１または３に記載の鋼炭素鋼の製造方法
【請求項６】
上記高炭素鋼が継目無鋼管用のビレットであることを特徴とする請求項２または４に記載の高炭素鋼。
【請求項７】
連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続加熱し、続いて圧延機に供給して鋼片を製造する工程に設置される加熱設備であって、加熱部、均熱部、調整部を有する連続加熱炉からなり、加熱条件が鋳片の中心部温度の最高値を１１６０乃至１２５０℃とし、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度を１２４０℃以下とし、表面温度を中心部温度より高く、かつ連続加熱炉のソーキング指数を０.０２０乃至０.０６０として運転されることを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の加熱設備。
ここに、ソーキング指数λとは
λ＝∫Ｄｃ×Ｓｄｔ―――（１）
で与えられる。
ただし、
Ｄｃ＝Ｄ０・ｅｘｐ（-Ｑ/ＲＴ）―――（２）
Ｄｃ:炭素の拡散係数
Ｄ０：定数（０.１５  ｃｍ２/ｓ）
Ｑ：鋳片内の炭素の拡散の活性化エネルギー（３２Ｋｃａｌ/ｍｏｌ）
Ｒ：燃焼ガスのガス定数（０.００１９８６ Ｋｃａｌ/ｍｏｌ・Ｋ ）
Ｔ：鋳片の内部温度（℃）
Ｓ：在炉時間（ｓ）        
【請求項８】
上記加熱設備が加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉から構成され、該加熱設備の加熱条件が、上記加熱炉、均熱炉、調整炉のうちのいずれか最も高温となる炉における鋳片の中心内部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、該加熱炉、均熱炉、調整炉のソーキング指数がそれぞれ０.００４乃至０.０３０、０.０１０乃至０.０５０、０.００４乃至０．０１６であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ３基の炉のソーキング指数の集計値が０.０２０乃至０.０６０であることを特徴とする請求項７に記載の高炭素鋼または軸受鋼の加熱設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソ-キング指数を活用して製造した高炭素鋼、軸受鋼及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続鋳造炉、または加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉からなる加熱設備によって加熱し圧延機に供給して鋼片を製造するときの加熱条件は、圧延機による圧延時の鋼片内部のミクロポロシティや大きな一次炭化物の発生がなく、また鋼片表面にキズが発生しないように、鋳片の在炉時間、炉内の雰囲気温度が設定されている。
【０００３】
下記特許文献１には、高炭素鋼や軸受鋼の製造方法に関する従来技術として、連続鋳造設備１から送られる鋳片を加熱し、分塊圧延機６に供給して目的寸法に圧下したビレットを製造する工程において、鋳片を加熱する加熱炉２、均熱炉３、調整炉４の３基の炉のうち、まず加熱炉２で高温加熱によるソーキング処理をし、次いで均熱炉３の雰囲気温度Ｔｋを、加熱炉２の雰囲気温度より低い温度で、ビレットの内部にミクロポロシティの発生しない温度になるまで保持し、次いで調整炉４の雰囲気温度Ｔｔを均熱炉３の雰囲気温度Ｔｋより高い温度とし、分塊圧延時にビレットの表面キズの発生しない表面温度になるまで保持した後、調整炉４から鋳片を分塊圧延工程へ送り、分塊圧延機５で圧延する方法が示されている。
【特許文献１】特開平１１−２９０９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、上記の加熱炉、均熱炉、調整炉におけるソーキング処理が不充分の場合、即ち鋼片中の炭素の拡散が不充分な場合には、その炭素が大きな一次炭化物として鋼片中に残り、その鋼片を使用した製品には重大な欠陥が生じる。
【０００５】
そのため、鋼片中の炭素を十分拡散させる必要があるが、ソーキング処理が過多の場合には、不必要に長い在炉時間となり生産性の低下を招くため、ソーキング処理に関する適切な評価指標が必要である。
【０００６】
しかしながら、従来は、ソーキング処理に対する適切な評価指標がなく、経験的に決めたヒートパターンを踏襲していた。
【０００７】
例えば、連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を加熱炉、均熱炉、調整炉からなる加熱設備によって加熱し圧延機に供給して鋼片を製造する工程において、製鋼、鋳造、分塊圧延時間の長短の変更に伴って、雰囲気温度や在炉時間を変更せざるを得ない場合、ヒートパターンを決定するのに多くの工数と費用を要し、また安全のため雰囲気温度は高めに、在炉時間は長めに設定せざるを得ないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、鋼塊または鋳片の中心部温度、在炉時間、C（炭素）拡散係数等から計算されるソーキング指数なる評価指数を案出し、高炭素鋼や軸受鋼の大きさ・形状等に対する適正なソーキング指数をデータベース化し、これを活用して、適切な雰囲気温度と在炉時間を決定する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するための第１の発明は、連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続加熱する加熱設備によって加熱し、圧延機に供給して鋼片を製造する工程において、鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ連続加熱炉のソーキング指数が０.０２０乃至０.０６０である加熱条件としたことを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の製造方法である。
【００１０】
ここに、ソーキング指数λは
λ＝∫Ｄｃ×Ｓｄｔ―――（１）
で与えられる。
【００１１】
ただし、
Ｄｃ＝Ｄ０・ｅｘｐ（-Ｑ/ＲＴ）―――（２）
Ｄｃ:炭素の拡散係数
Ｄ０：定数（０.１５  ｃｍ２/ｓ）
Ｑ：鋳片内の炭素の拡散の活性化エネルギー（３２Ｋｃａｌ/ｍｏｌ）
Ｒ：燃焼ガスのガス定数（０.００１９８６ Ｋｃａｌ/ｍｏｌ・Ｋ ）
Ｔ：鋳片の内部温度（℃）
Ｓ：在炉時間（ｓ）
【００１２】
第２の発明は、連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続加熱する加熱設備によって加熱し、圧延機に供給して鋼片を製造する工程において、鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ連続加熱炉のソーキング指数が０.０２０乃至０.０６０℃である加熱条件として製造されたことを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼である。
【００１３】
ここに、ソーキング指数λとは
λ＝∫Ｄｃ×Ｓｄｔ―――（１）
で与えられる。
【００１４】
ただし、
Ｄｃ＝Ｄ０・ｅｘｐ（-Ｑ/ＲＴ）―――（２）
Ｄｃ:炭素の拡散係数
Ｄ０：定数（０.１５  ｃｍ２/ｓ）
Ｑ：鋳片内の炭素の拡散の活性化エネルギー（３２Ｋｃａｌ/ｍｏｌ）
Ｒ：燃焼ガスのガス定数（０.００１９８６ Ｋｃａｌ/ｍｏｌ・Ｋ ）
Ｔ：鋳片の内部温度（℃）
Ｓ：在炉時間（ｓ）  
【００１５】
第３の発明は、第１の発明において、上記加熱設備が加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉から構成され、該加熱設備の加熱条件が、上記加熱炉、均熱炉、調整炉のうちのいずれか最も高温となる炉における鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、該加熱炉、均熱炉、調整炉のソーキング指数がそれぞれ０.００４乃至０.０３０、０.０１０乃至０.０５０、０.００４乃至０．０１６であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ３基の炉のソーキング指数の集計値が０.０２０乃至０.０６０であることを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の製造方法である。  
【００１６】
第４の発明は、第２の発明において、上記加熱設備が加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉から構成され、該加熱設備の加熱条件が、上記加熱炉、均熱炉、調整炉のうちのいずれか最も高温となる炉における鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、該加熱炉、均熱炉、調整炉のソーキング指数がそれぞれ０.００４乃至０.０３０、０.０１０乃至０.０５０、０.００４乃至０．０１６であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ３基の炉のソーキング指数の集計値が０.０２０乃至０.０６０であることを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼である。
【００１７】
第５の発明は、第１または第３の発明において、上記高炭素鋼が継目無鋼管用のビレットであることを特徴とする高炭素鋼の製造方法である。
【００１８】
第６の発明は、第２または第４の発明において、上記高炭素鋼が継目無鋼管用のビレットであることを特徴とする高炭素鋼である。
【００１９】
第７の発明は、連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続加熱し、続いて圧延機に供給して鋼片を製造する工程に設置される加熱設備であって、加熱部、均熱部、調整部を有する連続加熱炉からなり、加熱条件が鋳片の中心部温度の最高値を１１６０乃至１２５０℃とし、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度を１２４０℃以下とし、表面温度を中心部温度より高く、かつ連続加熱炉のソーキング指数を０.０２０乃至０.０６０として運転されることを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の加熱設備である。
【００２０】
ここに、ソーキング指数λは
λ＝∫Ｄｃ×Ｓｄｔ―――（１）
で与えられる。
【００２１】
ただし、
Ｄｃ＝Ｄ０・ｅｘｐ（-Ｑ/ＲＴ）―――（２）
Ｄｃ:炭素の拡散係数
Ｄ０：定数（０.１５  ｃｍ２/ｓ）
Ｑ：鋳片内の炭素の拡散の活性化エネルギー（３２Ｋｃａｌ/ｍｏｌ）
Ｒ：燃焼ガスのガス定数（０.００１９８６ Ｋｃａｌ/ｍｏｌ・Ｋ ）
Ｔ：鋳片の内部温度（℃）
Ｓ：在炉時間（ｓ）  
【００２２】
第８の発明は、第７の発明において、上記加熱設備が加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉から構成され、該加熱設備の加熱条件が、上記加熱炉、均熱炉、調整炉のうちのいずれか最も高温となる炉における鋳片の中心内部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、該加熱炉、均熱炉、調整炉のソーキング指数がそれぞれ０.００４乃至０.０３０、０.０１０乃至０.０５０、０.００４乃至０．０１６であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ３基の炉のソーキング指数の集計値が０.０２０乃至０.０６０であることを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の加熱設備である。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明は、連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続加熱する加熱設備によって加熱し、圧延機に供給して鋼片を製造する工程において、鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ連続加熱炉のソーキング指数が０.０２０乃至０.０６０である加熱条件としたことを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の製造方法であり、第２の発明は第１の発明による製造方法により製造した高炭素鋼または軸受鋼であるから、その鋼片中心部のミクロポロシティ、大きな一次炭化物、および圧延時の表面のキズの発生がなく、また各炉の在炉時間を鋳造時間に同期した加熱条件の設定が容易となり加熱設備の運転費用の低減が図れ、品質の高い高炭素鋼または軸受鋼を得ることができる。
【００２４】
第３の発明は、第１の発明において、上記加熱設備が加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉から構成され、該加熱設備の加熱条件が、上記加熱炉、均熱炉、調整炉のうちのいずれか最も高温となる炉における鋳片の中心部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、該加熱炉、均熱炉、調整炉のソーキング指数がそれぞれ０.００４乃至０.０３０、０.０１０乃至０.０５０、０.００４乃至０．０１６であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ３基の炉のソーキング指数の集計値が０.０２０乃至０.０６０であることを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の製造方法であり、第４の発明は、第３の製造方法により製造した高炭素鋼または軸受鋼であるから、その鋼片中心部のミクロポロシティ、大きな一次炭化物、および圧延時の表面のキズの発生がなく、また加熱設備が、加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉に分離されているために、連続加熱炉を使用している第１、２の発明の場合に比較し、各炉の在炉時間を鋳造時間に同期した加熱条件の設定がより一層容易となり加熱設備の運転費用の低減が図れ、品質の高い高炭素鋼または軸受鋼の製造方法または鋼自体を得ることができる。
【００２５】
第５の発明は、第１または第３の発明において、上記高炭素鋼が、継目無鋼管用のビレットである製造方法であり、第６の発明は、第２または第４の発明において、上記高炭素鋼が、継目無鋼管用のビレットである高炭素鋼であるから、その鋼片中心部のミクロポロシティ、大きな一次炭化物、および圧延時の表面のキズの発生がなく、各炉の在炉時間を鋳造時間に適合させることが容易となり、加熱設備の運転費用の低減が図れ、品質の高い継目無鋼管用のビレットの製造方法またはビレット自体を得ることができる。
【００２６】
第７の発明は、連続鋳造機から送られる高炭素鋼または軸受鋼用鋳片を連続加熱し、続いて圧延機に供給して鋼片を製造する工程に設置される加熱設備であって、加熱部、均熱部、調整部を有する連続加熱炉からなり、加熱条件が鋳片の中心部温度の最高値１１６０乃至１２５０℃とし、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度を１２４０℃以下とし、表面温度を中心部温度より高く、かつ連続加熱炉のソーキング指数を０.０２０乃至０.０６０として運転されることを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の加熱設備であるから、その鋼片中心部のミクロポロシティ、大きな一次炭化物、および圧延時の表面のキズの発生がなく、また各炉の在炉時間を鋳造時間に適合した加熱条件の設定が容易となり、加熱設備の運転費用の低減が図れ、品質の高い高炭素鋼または軸受鋼を得ることができる加熱設備を得ることができる。
【００２７】
第８の発明は、第７の発明において、上記加熱設備が加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉から構成され、該加熱設備の加熱条件が、上記加熱炉、均熱炉、調整炉のうちのいずれか最も高温となる炉における鋳片の中心内部温度の最高値が１１６０乃至１２５０℃であり、該加熱炉、均熱炉、調整炉のソーキング指数がそれぞれ０.００４乃至０.０３０、０.０１０乃至０.０５０、０.００４乃至０．０１６であり、また上記圧延機に搬入時の鋳片の中心部温度が１２４０℃以下で、表面温度が中心部温度より高く、かつ３基の炉のソーキング指数の集計値が０.０２０乃至０.０６０であることを特徴とする高炭素鋼または軸受鋼の加熱設備であるから、その鋼片中心部のミクロポロシティ、大きな一次炭化物、および圧延時の表面のキズの発生がなく、また加熱設備が、加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉に分離されているために、連続加熱炉を使用している第１、２の発明の場合に比較し、各炉の在炉時間を鋳造時間に同期した加熱条件の設定がより一層容易となり加熱設備の運転費用の低減が図れ、品質の高い高炭素鋼または軸受鋼とする加熱設備を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は本実施の形態に係る連続鋳造設備、連続加熱炉、圧延機で構成される高炭素鋼や軸受鋼の製造工程の説明図である。
【００２９】
以下図１に示された工程図に基づいて本実施の形態について説明する。
【００３０】
連続鋳造炉においては、まず加熱鋼片の中心部のミクロポロシティや、圧延機で圧延する際の鋼片の表面キズの発生を防止する加熱条件を適用することが前提となり、次に鋼片内部の大きな一次炭化物の発生を防止し、また連続加熱炉の在炉時間を鋳造時間と同期するように設定する必要もある。
【００３１】
そこで、本実施の形態においては、第１に連続鋳造炉における鋳片の中心部温度の最高値を１１６０乃至１２５０℃とした。
【００３２】
この最高値の下限を１１６０℃としたのは、これより低くすると在炉時間が長くなり連続鋳造炉の運転効率が低下し無駄が発生するからである。
【００３３】
また、鋳造時間と在炉時間とを同期させるために、長い在炉時間とする場合でも、この下限値で十分対応できるからである。
【００３４】
また、最高値の上限を１２５０℃としたのは、これより高くすると、ミクロポロシティの発生を防止するために、圧延時の鋼片の中心温度が所定値以下という条件を満たすように、雰囲気温度を下げた状態での在炉時間が不必要に長くなるためである。
【００３５】
次に、鋳片を圧延機に搬入するときの鋳片の中心部温度を１２４０℃以下としかつ鋳片の表面温度を中心部温度より高くなるようにした。
【００３６】
鋳片の中心部温度が１２４０℃以上になると鋼片の中心部にミクロポロシティが発生するため１２４０℃以下に保持する必要があり、また鋳片の表面温度を中心部温度より高くして、圧延時の表面キズの発生を防止するためである。
【００３７】
最後に、ソーキング指数の基準値を０.０２０乃至０.０６０とした。
【００３８】
ソーキング指数は、
λ＝∫Ｄｃ×Ｓｄｔ―――（１）
で与えられる。
【００３９】
ただし、
Ｄｃ＝Ｄ０・ｅｘｐ（-Ｑ/ＲＴ）―――（２）
Ｄｃ:炭素の拡散係数
Ｄ０：定数（０.１５  ｃｍ２/ｓ）
Ｑ：鋳片内の炭素の拡散の活性化エネルギー（３２Ｋｃａｌ/ｍｏｌ）
Ｒ：燃焼ガスのガス定数（０.００１９８６ Ｋｃａｌ/ｍｏｌ・Ｋ ）
Ｔ：鋳片の内部温度（℃）
Ｓ：在炉時間（ｓ）    
式（２）は公知のアレニウスの式である。
【００４０】
式（１）によると、ソーキング指数λは在炉時間Ｓと炭素の拡散係数Ｄｃの関数であるが、鋳片の種類、加熱燃焼ガスが所定のものであるから、式（２）中のＤ０、Ｑ、Ｒが既知であり、従ってＤｃが既知であるから、ソーキング指数λを指定すれば、鋳片の内部温度Ｔに対して、在炉時間Ｓを算出することができ、逆に在炉時間Ｓと鋳片の内部温度Ｔを指定すれば、ソーキング指数λを算出することができる。
【００４１】
ソーキング指数が基準値より小さいと鋼片の内部に大きな一次炭化物が発生し、反対に基準値より大きいと既に炭素分子の拡散は飽和状態に近づいており、それ以上拡散されることなく、在炉時間が長くなって、加熱設備の運転費用が嵩み無駄が生じることになる。
【００４２】
一方、鋳造時間と在炉時間とを同期をさせるために長い在炉時間を設定することが必要な場合もある。
【００４３】
本実施の形態においては、これらの条件をすべて加味して上記ソーキング指数の基準値を設定した。
【００４４】
その結果、上記のソーキング指数の基準値内で連続加熱炉を運転すれば、鋼片内部のミクロポロシティや圧延時に鋼片の表面キズの発生が防止されることは勿論のこと、大きな一次炭化物の発生が防止される。
【００４５】
なお、鋳造時間と在炉時間とを同期させるために在炉時間を長くしなければならないという制約のない場合には、ソーキング指数の基準値の下限で連続鋳造炉を運転するのが、加熱設備の運転効率を高め、運転費用を低減する上で好ましい。
【００４６】
図２は本発明の実施の形態に係る連続鋳造設備、加熱炉、均熱炉および調整炉、圧延機による高炭素鋼や軸受鋼の製造工程の説明図であり、図３は本発明の実施の形態に係るソーキング指数を活用した加熱設備の加熱条件を決定するための考え方と手順について説明するブロック図である。
【００４７】
以下発明の内容の理解を一層容易にするために、本発明に係る加熱設備を加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉で構成された場合について図２、図３を参照しながら説明する。
【００４８】
図２において、連続鋳造設備１で製造された鋳片は加熱炉２、均熱炉３、調整炉４の各炉で所定時間、所定の雰囲気温度で加熱され、最後に圧延機で圧延され、高炭素鋼、軸受鋼、継目無鋼管等に加工される。
【００４９】
本実施の形態においては、各炉の雰囲気温度の検討範囲として、加熱炉の値ＴＡを１２００乃至１３５０℃に、均熱炉は鋳片の中心温度を下げて鋼片中心部のミクロポロシティの発生を防止するように、その値ＴＫを１１５０乃至１２５０℃に、調整炉は圧延時の鋼片の表面温度を高めて表面キズの発生を防止するため、その値Ｔｔを１２００乃至１３００℃とし、また各炉の在炉時間の検討範囲として、加熱炉の値ＳＡと、均熱炉の値ＳＫを同じく１〜６時間、調整炉の値Ｓｔを０.５〜２時間として、各炉の検討条件の範囲を狭くして、ソーキング指数の基準化を容易にした。
【００５０】
その上で、各炉のソーキング指数λを上記の式（１）により求め続いてその集計値を計算し、各炉のソーキング指数とソーキング指数の集計値の両方についてその基準値をデータベース化した。
【００５１】
データベース化したソーキング指数の基準値は加熱炉の値λＡｏが０.００４乃至０.０３０、均熱炉の値λｋｏが０.０１０乃至０.０５０、調整炉の値が０.００４乃至０.０１６であり、これらの集計値λｏは０.０２０乃至０.０６０である。
【００５２】
各炉のソーキング指数の基準値に下限と上限を定めたのは各炉の最適の運転条件を容易に求められるようにするためである。
【００５３】
次に、図３に示されたブロック図に基づき各炉の在炉時間と雰囲気温度を求める考え方と手順について説明する。
【００５４】
ブロック図の工程１a〜１ｃ、工程２a〜２ｃに従って各炉の在炉時間（ＳＡ、ＳＫ、Ｓｔ）、雰囲気温度（ＴＡ、ＴＫ、Ｔｔ）として、上記の検討範囲の下限を指定し、次に工程３a〜３ｃにおいて、上記式（１）により各炉のソーキング指数λＡ、λＫ、λｔを計算し、各炉のソーキング指数が基準値内になければ、もとに帰って雰囲気温度を所定量増減して計算を繰返し、基準内にあれば、工程４で前工程で計算したソーキング指数を集計し、工程５でその集計値λと、データベース化されたソーキング指数の基準値λ０との差Δλを計算する。
【００５５】
そして、Δλが所定値以下（ほぼ０）ならば計算を終了し、Δλ＞０のとき、即ちソーキング指数の集計値λが基準値より大きいときは、ソーキング処理が過多であるから、加熱炉、均熱炉、調整炉の雰囲気温度ＴＡ、ＴＫ、Ｔｔの１つまたは２つまたはすべてをそれぞれ所定量減少させ、Δλ＜０のときはソーキング処理が不足しているので、ＴＡ、ＴＫ、Ｔｔの１つまたは２つまたはすべてをそれぞれ所定量増加させて、工程２a〜２ｃに帰って再度計算を繰返し、Δλが所定値以下（ほぼ０）になったときに計算を終了する。
【００５６】
なお、最初の在炉時間の指定は、鋳造時間と在炉時間との同期の必要な場合は鋳造時間と各炉の在炉時間の集計値が等しくなるように各炉の在炉時間を最初に指定することにより上記計算時間を短縮することができる。
【００５７】
次に、ブロック図に基づいて求められた各炉の在炉時間と雰囲気温度について、圧延機における圧延前のＣＡＥで求めた雰囲気温度に対する鋳片の内部温度Ｔｏが１２４０℃以下で、表面温度Ｔｕが内部温度Ｔｏより高いこと、
即ち、        Ｔｏ＜１２４０℃
Ｔｏ＜Ｔｕ                    ―――（３）
の条件を満足するか否かを確認する。そしてこの条件式(３)を満たす場合には、上記ブロック図に基づいて得られた各炉の在炉時間と雰囲気温度が各炉の求める実際の在炉時間と雰囲気温度となる。
【００５８】
上記の第１段階の計算で、上記の条件を満足する値が得られないときは、工程1ａ〜１ｃの工程の在炉時間を所定の範囲で変えて、再度ブロック図に基づいて順次計算して、上記の条件を満足する各炉の在炉時間と雰囲気温度を求める。
【００５９】
各炉の在炉時間と雰囲気温度を変えて、ブロック図に基づいて繰返し計算することによって、各炉の複数の在炉時間と雰囲気温度が求められることになるが、その中から鋳造時間と在炉時間の集計値とが同期する各炉の加熱条件を選定することにより、在炉時間と雰囲気温度が各炉の求める実際の在炉時間と雰囲気温度となる。
【００６０】
なお、圧延前の鋳片の表面温度は中心部温度より高いことを条件とした（式（３））が、中心部温度が１２４０℃より十分に低い場合には、表面温度が１２４０℃以上になるように、調整炉の加熱条件を設定することにより、表面キズ指数の評価を向上させることができる。
【００６１】
また、最初に説明した連続加熱炉の場合には、加熱炉、均熱炉、調整炉の３基の炉を使用する場合に比較して、加熱効率向上の観点から、燃焼ガスが炉内の加熱部、均熱部、調整部のゾーンを跨いで流れるため、雰囲気温度の制御が制約されることに配慮する必要がある。
【実施例１】
【００６２】
以下図２、図３に基づいて、本発明の実施例について説明する。
【００６３】
本実施例においては、高炭素鋼または軸受鋼用の鋳片は断面の大きさを縦４９０ｍｍ×横３９０ｍｍとし、連続鋳造炉で鋳込まれた後１次冷却、２次冷却および放冷して凝固させ、長さ４ｍにガス切断して、加熱炉に装入前の表面温度を７４０℃（ＣＡＥ計算値および実測値）、内部温度を１１００℃（ＣＡＥ計算値）とし、圧延後の断面の大きさが直径１６７ｍｍの丸棒鋼とした。
【００６４】
各炉の雰囲気温度の検討範囲として、加熱炉の値ＴＡを１２００乃至１３５０℃に、均熱炉の値ＴＫを１１５０乃至１２５０℃に、調整炉の値Ｔｔを１２００乃至１３００℃とし、また各炉の在炉時間の検討範囲として、加熱炉の値ＳＡと、均熱炉の値ＳＫを同じく１〜６時間、調整炉の値Ｓｔを０.５〜２時間とし、繰返し計算の時間間隔をすべて１分毎とした。
【００６５】
ここで、雰囲気温度とは各炉の抽出側近くの温度としている。装入側近くの温度は装入する鋳片の温度の影響を受けて、測定値が大きく変動するためである。
【００６６】
そして、図３に示すブロック図に基いて、各炉の在炉時間と雰囲気温度を求めた。
【００６７】
表１は、本実施例で求めた各炉の雰囲気温度、在炉時間、ソーキング指数、鋳片の中心部の温度等を、表２は表１に記載の条件で実機を運転して得られた鋼片内部の大きな一次炭化物指数、ミクロポロシテイの評価指標となる中心超音波反射強度指数、圧延時の鋼片の表面キズ指数等を一欄表にしたものである。
【００６８】
表1中の各炉の鋳片の中心部温度とは、各炉から鋳片が搬出されるときのその中心部の温度をＣＡＥによって計算したものである。
【００６９】
表２中の大きな一次炭化物指数とは、鋼片中心部から切出したミクロ調査試験片４００ｍｍ２、１００個を調査して、その発生個数で評価したものであり、指数５は大きな一次炭化物が０個、指数４は１個、指数３は２個、指数２は３個、指数１は４個以上発生した場合であり、指数４以上が検査合格である。
【００７０】
また、中心超音波反射強度は、Ｒ−ＵＳＴ（回転式超音波探傷試験）による超音波反射強度（中心エコー高さ（ＩＢ））で評価したものであり、指数５はＩＢ≦１０、指数４は１０＜ＩＢ≦１３、指数３は１３＜ＩＢ≦１５、指数２は１５＜ＩＢ≦１７、指数１は１７＜ＩＢであり、指数３以上が検査合格であり、指数３以上なら圧延工程における圧延条件で、ミクロポロシティを原因とする継目無鋼管の内面キズの防止が可能である。
【００７１】
また、表面キズは所定寸法に圧延された鋼片の磁気探傷試験による目視検査で評価したものであり、圧延機で直径１６７ｍｍに圧延し、ホットソーで長さ５０００〜８０００ｍｍに切断した鋼片を１本毎目視検査し、この鋼片にキズが確認されるとキズ位置をマーキングし、キズ取り工程に掛けられる。
【００７２】
キズの評価は検査した鋼片の本数に対するキズ取り工程に掛けられた鋼片の本数（＝キズ取り率（Ｙ））で評価したものであり、指数５はＹ≦０.２０、指数４は０.２０＜Ｙ≦０.４０、指数３は０.４０＜Ｙ≦０.６０、指数２は０.６０＜Ｙ≦０.８０、指数１は０.８０＜Ｙであり、指数４以上が検査合格である。
【００７３】
実施例１はソーキング指数を基準値の下限（０.０２０）近くの０.０２２としたものであるが、大きな炭化物指数は４と合格の評価となっている。
【００７４】
なお、圧延前の鋳片の中心部温度が１２４０℃と許容値の上限なので、中心超音波反射強度指数が３と合格レベルの限界にあり、表面温度は１２５３℃と、表面温度が中心部温度より高く、表面キズ指数は５と高い評価となっている。
【００７５】
実施例２はソーキング指数を基準値の上限（０.０６０）近くの０.０５８としたものであるが、大きな炭化物指数は５と評価が高い。
【００７６】
なお、圧延前の鋳片の中心部温度が１２３８℃と許容値の上限近くにあるが、中心超音波反射強度指数が４と合格点であり、表面温度は１２４６℃と、表面温度が中心部温度より高くなっているので、表面キズ指数は５と高い評価となっている。
【００７７】
実施例３は炉の雰囲気温度を抑えて、在炉時間を長くしたものであるが、ソーキング指数を基準値の上限（０.０６０）近くの０.０５５としたもので、大きな炭化物指数は５と評価が高い。
【００７８】
なお、圧延前の鋳片の中心部温度は１２２０℃であり、中心超音波反射強度指数が５と評価が高く、表面温度は１２３８℃と、表面温度が中心部温度より高くなっているので、表面キズ指数は３の合格の評価となっているが、表面温度の絶対値は高くないので、合格点の下限にある。
【００７９】
実施例４は炉の雰囲気温度を高めに設定して、在炉時間を短かくしたものであり、ソーキング指数が基準値の下限（０.０２０）近くの０.０２５であり、大きな炭化物指数は４なっている。
【００８０】
なお、圧延前の鋳片の中心部温度が１２３４℃であり、中心超音波反射強度指数が４の評価、表面温度は１２４８℃と、表面温度が中心部温度より高くなっているので、表面キズ指数は４の評価となっている。
【００８１】
実施例５は実施例１に対して各炉の雰囲気温度を低く設定し、在炉時間を長くし、ソーキング指数の集計値を大きくしたものであり、大きな一次炭化物の指数、中心超音波反射強度指数はいずれも実施例１に比較して１点良くなっている。表面キズは圧延前の表面温度が実施例１の１２５３℃に対して、１２３９℃と低目なので、その指数が１点低い。
【００８２】
比較例１はソーキング指数の集計値が基準値の下限（０.０２０）より小さい０.０１８であるため、大きな一次炭化物指数が３と不合格となっている。
【００８３】
比較例２はソーキングの集計値が基準値の上限（０.０６０）より大きい０.０６４であので、大きな一次炭化物指数が５となっているが、圧延前の中心部温度は１２４６℃と高く、中心超音波反射強度指数は２の不合格である。
【００８４】
比較例３はソーキングの集計値が０.０４６と基準値内にあるので、大きな一次炭化物指数が５となっているが、圧延前の中心部温度は１２４３℃と高く、中心超音波反射強度指数は２の不合格である。
【００８５】
比較例４はソーキング指数の集計値が０.０４３と基準値内にあるので、大きな一次炭化物指数が５となっているが、圧延前の表面温度は中心温度より低く、１２１８℃であるため表面キズ指数は１と不合格である。
【００８６】
なお、実施例６はソーキング指数の集計値が、実施例５の０.０３１に対して、０.０４９で、大きな一次炭化物指数が実施例５の４に対して、５であり、また
比較例２乃至４のソーキング指数と大きな一次炭化物指数との関係を参照すると、大きな一次炭化物の指数を良くするにはソーキング指数の集計値は０.０４０以上にすればよいことが分かる。
【表１】
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【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施の形態に係る連続鋳造設備、連続鋳造炉、圧延機で構成される高炭素鋼や軸受鋼の製造工程の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る連続鋳造設備、加熱炉、均熱炉および調整炉、圧延機による高炭素鋼や軸受鋼の製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るソーキング指数を活用した加熱設備の加熱条件を決定するための考え方と手順を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００８８】
１・・・連続鋳造機
２・・・加熱炉
３・・・均熱炉
４・・・調整炉      
５・・・圧延機
ＴＡ・・・雰囲気温度（加熱炉）
ＴＫ・・・雰囲気温度（均熱炉）
Ｔｔ・・・雰囲気温度（調整炉）
Ｔｏ・・・圧延前鋼片温度（中心部）      
Ｔｕ・・・圧延前鋼片温度（表面）
Ｔｃ・・・圧延時鋼片温度（中心部）
ＳＡ・・・在炉時間（加熱炉）
ＳＫ・・・在炉時間（均熱炉）
Ｓｔ・・・在炉時間（調整炉）
λＡ・・・ソーキング指数（加熱炉）
λＫ・・・ソーキング指数（均熱炉）
λｔ・・・ソーキング指数（調整炉）
λ・・・ソーキング指数（集計値）
λｏ・・・ソーキング指数（基準値、データベース）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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