(57)【要約】本発明による方法においては、金属成形部品の熱的な材料特性が、金属成形部品の熱的な材料特性を記述するモデルから決定され、その際少なくとも１つの熱力学的なパラメータ（ｐ）が少なくとも１つのベース関数（ｈｉ）および少なくとも１つの重み付け係数（ｇｉ）からの線形結合として形成され、ベース関数（ｈｉ）が熱的な材料特性を記述し、重み付け係数（ｇｉ）が少なくとも１つの熱力学的なパラメータ（ｐ）への合金要素の影響を考慮に入れる。本発明による方法はわずかな時間で熱的な材料特性の十分に正確な決定を可能にする。
2004507762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属成形部品の熱的な材料特性を記述するモデルから金属成形部品の熱的な材料特性を決定するための方法において、
−少なくとも１つの熱力学的なパラメータ（ｐ）が少なくとも１つのベース関数（ｈｉ）および少なくとも１つの重み付け係数（ｇｉ）からの線形結合として関係式
【数１】
2004507762.tif 000009
または
【数２】
2004507762.tif 000010
により形成され、
−ベース関数（ｈｉ）が熱的な材料特性を記述し、
−重み付け係数（ｇｉ）が少なくとも１つの熱力学的なパラメータ（ｐ）への合金要素の影響を考慮に入れる
ことを特徴とする金属成形部品の熱的材料特性の決定方法。
【請求項２】
少なくとも１つのベース関数により記述される熱的な材料特性が、温度及び（又は）エンタルピー及び（又は）熱容量及び（又は）熱伝導度であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つのベース関数に対して長方形ブロックが選ばれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのベース関数に対してのこぎり歯が選ばれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つのベース関数に対してＢスプライン、好ましくは４次のＢスプライン、が選ばれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つのベース関数に対してガウス関数（ガウスベル）が選ばれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの重み付け係数（ｇｉ）がニューラルネットの出力量であり、このニューラルネットに少なくとも１つの合金要素及び（又は）少なくとも１つのそれから導き出される量ならびに少なくとも１つのネット重み（ｗｉ）が入力量として供給されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの重み付け係数（ｇｉ）が、少なくとも１つの合金要素の質量成分及び（又は）それから導き出される量ならびに少なくとも１つの回帰係数（ｗｉｉ）からの少なくとも１つの線形結合から求められることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの重み付け係数（ｇｉ）が、少なくとも１つの合金要素の質量成分及び（又は）それから導き出される量ならびに非線形の関数（Ｆｉ）の少なくとも１つの自由パラメータ（ｗｉ）からの少なくとも１つの線形結合から形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は金属成形部品の熱的な材料特性を決定するための方法に関する。
【０００２】
たとえば熱間圧延された鋼帯の冷却のような特定の工業技術上のプロセスにおいて、金属成形部品の熱的な材料特性をできるだけ正確に決定することが必要であり、また望ましい。熱間圧延された鋼帯の冷却の際には、熱間圧延ラインの冷却区間を通過する間に圧延された鋼帯の組織特性が調整され、その際組織特性の調整は先ず供給される熱量により行われる。必要な熱量を計算するためにはフーリエの熱伝導式をベースとする冷却区間モデルが使用される。このモデルにより冷却過程の間に鋼帯内の温度分布を計算することができる。
【０００３】
モデル化の際の困難は、熱的な材料特性が添加される合金要素に比較的強く関係することである。たとえば５００℃における熱伝導度は１％のクロムの添加により約半分の値に低下する。
【０００４】
熱的な材料特性と添加される合金要素との比較的強い関係に基づいて、後者が比較的正確に決定されなければならない。これは従来は熱力学的な平衡状態での測定により行われる。化学関係に対する具体的な評価はたとえば，温度の関数である材料の熱伝導度を折れ線により記述することにより行われ得る。その際それに所属の支持個所の座標は材料のなかに含まれている合金要素に関係付けられる。各設備で直接に決定されるこれらの関係は表としてまとめられる。その際最も簡単な場合には合金要素の和が用いられる。自由なパラメータは測定を手がかりにしての補整計算により求められる。
【０００５】
この説明された方法では十分に正確な値を得るのに非常に時間がかかる。
【０００６】
本発明の課題は、わずかな時間で、熱的な材料特性の十分に正確な決定を可能にする方法を提供することである。
【０００７】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴により解決される。本発明の有利な構成はそれぞれ請求項２以下にあげられている。
【０００８】
本発明による方法では、金属成形部品の熱的な材料特性を記述するモデルから金属成形部品の熱的な材料特性が決定され、その際
−少なくとも１つの熱力学的なパラメータｐが少なくとも１つのベース関数ｈｉおよび少なくとも１つの重み付け係数ｇｉからの線形結合として関係式
【数３】
2004507762.tif 000003
または
【数４】
2004507762.tif 000004
により形成され、
−ベース関数ｈｉが熱的な材料特性を記述し、
−重み付け係数ｇｉが少なくとも１つの熱力学的なパラメータｐへの合金要素の影響を考慮に入れる。
【０００９】
請求項１による方法は物理的なモデルと、材料モデルを表すためのデータにより支援された方法との組み合わせであり、その際熱的な材料特性は本発明により少なくとも１つのベース関数ｈｉおよび少なくとも１つの重み付け係数ｇｉからの少なくとも１つの線形結合により表される。それによって本発明による方法では合金要素との記述困難な関係に対する具体的な評価を必要としない。さらに合金要素の考慮を非常に細分化して行うことができる。それにより測定データが十分な数の場合には非常に正確な材料モデルが得られる。
【００１０】
熱力学的なパラメータｐにより定義され、少なくとも１つのベース関数により記述され得る熱的な材料特性は、たとえばエンタルピー、熱容量および熱伝導度である。
【００１１】
本発明においては、ベース関数として、選択的にまたは組み合わせて、たとえば長方形ブロック、のこぎり歯、Ｂスプライン、好ましくは４次Ｂスプライン、またはガウスベル曲線が使用され得る（請求項３ないし６）。
【００１２】
線形結合が専ら長方形ブロックから成っているならば（請求項３）、熱力学的なパラメータｐに対してステップ関数が生ずる。
【００１３】
専らのこぎり歯（１次Ｂスプライン、請求項４）の線形結合の際には、熱力学的なパラメータｐに対して折れ線が得られる。
【００１４】
専ら４次Ｂスプラインが線形結合を形成するために利用されると（請求項５）、熱力学的なパラメータｐに対して立方スプラインが得られる。
【００１５】
本発明による方法の有利な構成では重み付け係数ｇｉがニューラルネットにおいて、添加される合金要素の質量成分および（または）それから導き出される量から決定される（請求項７）。
【００１６】
ニューラルネットを訓練するため、それぞれ特定の熱間圧延された鋼帯に対して表面温度および速度の測定ならびに冷却のために必要とされる水量の指示を含んでいる予め定められた数のデータセットが利用される。この場合各鋼帯は、必ずしもそうである必要はないが、合金要素のさまざまな濃度を有し得る。
【００１７】
データセットは少なくとも近似的な純鉄に対する測定を含んでいる。データセットのこれらの部分からモデルが求められ、現実に適合される。純鉄に対する熱力学的なパラメータは知られており、従って現実へのモデルの適合は熱伝達に対してのみ実行される。続いて、合金化された鋼に対する測定をも含んでいるすべてのデータセットが考察される。このデータセットから、先に現実に適合されたモデルからの可能な偏差が決定される。この偏差は材料のなかに存在している合金成分に基づいてのみ、また冷却過程（水量および水温）に基づかずに、明らかにされなければならない。測定への計算の適合はネット重みｗｉの変更により行われる。ネット重みｗｉの変更は重み付け係数ｇｉの変更に通ずる。測定への計算の適合は、すべての成形部品（たとえば鋼帯）に対して計算が十分に良好に測定と合致するまで行われる。
【００１８】
ニューラルネットにおける重み付け係数ｇｉの決定に選択的に、重み付け係数ｇｉは少なくとも１つの合金要素の質量成分および（または）それから導き出される量ならびに少なくとも１つの回帰係数からの線形結合により求められ得る（請求項８）。
【００１９】
以下に本発明の他の有利な実施の形態を図面に示されている２つの実施例により詳細に説明する。
【００２０】
本発明による方法では、金属成形部品の熱的な材料特性を記述するモデルから金属成形部品の熱的な材料特性が決定され、その際
−少なくとも１つの熱力学的なパラメータｐが少なくとも１つのベース関数ｈｉおよび少なくとも１つの重み付け係数ｇｉからの線形結合として関係式
【数５】
2004507762.tif 000005
または
【数６】
2004507762.tif 000006
により形成され、
−ベース関数ｈｉが熱的な材料特性を記述し、
−重み付け係数ｇｉが少なくとも１つの熱力学的なパラメータｐへの合金要素の影響を考慮に入れる。
【００２１】
図１に示されている実施例では熱間圧延された鋼帯の熱的な材料特性が決定される。すべての５つのベース関数ｈ１ないしｈ５は図示されている実施例では４次Ｂスプラインである。成形部品の熱的な材料特性を記述する熱力学的なパラメータｐに対して、それによって多角形第３グレードから成るスプラインが得られる。
【００２２】
熱力学的なパラメータｐにより記述される材料特性においては、図１に示されている実施例ではエンタルピーｅに関係してオーステナイトからフェライトへの変換度が問題になる。しかし本発明の範囲内でたとえば熱的な材料特性を熱容量および（または）熱伝導度により記述することも可能である。
【００２３】
図１による実施例では、重み付け係数ｇ１ないしｇ５はニューラルネット１０において鋼に添加される合金要素（Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｔｉ、…）の質量成分およびネット重みｗｉから決定される。ネット重みｗｉはニューラルネット１０の訓練（最適化とも呼ばれる）により得られ、及び（又は）図１には示されていないデータメモリからニューラルネット１０に供給される。
【００２４】
鋼に添加される合金要素はデータセットとしてデータメモリ１１から利用に供される。ニューラルネット１０を訓練するため、これらのデータセットの予め定め得る数が利用される。これらのデータセットは特定の熱間圧延鋼帯に対する合金成分とならんで表面温度の測定および冷却のために必要とされる水量に関する指示をも含んでいる。その際各鋼帯は異なる濃度の合金要素をも有し得る。
【００２５】
４次Ｂスプラインとして利用されるベース関数ｈ１ないしｈ５の各々は、乗算器１ないし５においてそれぞれ重み付け係数ｇ１ないしｇ５ならびに（−１）を乗算され、加算器７に与えられる。加算器７に、図示されている実施例では、さらに合金に無関係な定数ｃに対して値ｃ＝１が与えられる。それによって加算器７の出力端にｐ（ｅ）に対して値
【数７】
2004507762.tif 000007
が生ずる。
【００２６】
エンタルピーｅに関係してのオーステナイトからフェライト（またはパーライト）への変換度としてのｐ（ｅ）により、関数ブロック１２において求められた下記のエンタルピーｅと温度Ｔとの間の関数関係が生ずる。
ｆＴ（ｅ）＝ｐ（ｅ）・λ１（ｅ）＋［１−ｐ（ｅ）］・ｆ２（ｅ）
【００２７】
熱伝導度λおよびエンタルピーｅに対して次いで同じく関数ブロック１２において求められた下記の関数関係が生ずる。
ｆλ（ｅ）＝ｐ（ｅ）・λ１（ｅ）＋［１−ｐ（ｅ）］・λ２（ｅ）
【００２８】
すべての重み付け係数ｇｉ＝０であれば、すなわち鋼に合金要素が添加されていないならば、ｐ（ｅ）≡１になる、すなわち純粋なフェライト又はパーライトが存在している。
【００２９】
エンタルピーｅと温度Ｔとの間の関数関係に対してそれによって関係式
ｆＴ（ｅ）＝ｆ１（ｅ）
が得られる。
【００３０】
熱伝導性λとエンタルピーｅとの間の関数関係に対しては次いで関係式
ｆλ（ｅ）＝λ１（ｅ）
が生ずる。
【００３１】
それに対してｐ（ｅ）≡０に対しては、すなわち純粋なオーステナイトに対しては、下記の関係式が得られる。
ｆＴ（ｅ）＝ｆ２（ｅ）
ｆλ（ｅ）＝λ２（ｅ）
【００３２】
しかしｐ（ｅ）を残留オーステナイト成分として定義し、また（図１による実施例のおけるように）オーステナイトからフェライトへの変換度として定義しない場合には、関係式
【数８】
2004507762.tif 000008
に対してｃ＝０を選ぶべきである。
【００３３】
ｐ（ｅ）≡０に対してはその際に純粋なフェライトまたはパーライトが存在しており、それに対してｐ（ｅ） ≡１に対しては純粋なオーステナイトが存在している。
【００３４】
ｆＴ（ｅ）およびｆλ（ｅ）に対する関数関係の際にはインデックス１および２を交換すべきである。
【００３５】
ニューラルネット１０における重み付け係数ｇｉの決定に選択的に、この重み付け係数ｇｉは合金要素Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｔｉの質量成分およびそれぞれ回帰係数ｗ１ｉないしｗ６ｉからの線形結合によっても求められ得る。図２によれば、６つの線形結合がそれぞれ乗算器２１ないし２６において求められ、加算器２７に与えられ、この加算器がそれらから重み付け係数ｇｉを求める。
【００３６】
この重み付け係数ｇｉは図１中に示されている仕方で関数ブロック１２においてその後の処理をされる。
【００３７】
ニューラルネット１０（図１）における重み付け係数ｇｉの決定または線形結合（図２）に代えて、この重み付け係数ｇｉは合金要素Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｔｉの質量成分および少なくとも１つの自由なパラメータｗｊｉ からも非線形の関数により形成され得る。図３によれば６つの合金要素ならびに自由なパラメータｗｊｉが複数の変数の非線形の関数Ｆｉに与えられる。非線形の関数Ｆｉの結果は重み付け係数ｇｉである。
【００３８】
選択的に合金要素が付加および（または）除去され得る。たとえば組み合わせＣ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｖも使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法の第１の実施例のブロック図。
【図２】重み付け係数を求めるための、図１による方法に代る実施例の原理図。
【図３】重み付け係数を求めるための、図１および図２による方法に代る実施例の原理図。
【符号の説明】
１〜５　乗算器
７　加算器
１０　ニューラルネット
１１　データメモリ
１２　関数ブロック
２１〜２６　乗算器
２７　加算器
ｐ　熱力学的なパラメータ
ｈ１〜ｈ５　ベース関数
ｇ１〜ｇ５　重み付け係数
ｗ１ｊ〜ｗ６ｊ　回帰係数
ｃ　定数
ｅ　エンタルピー
Ｔ　温度
λ　熱伝導度
Ｆｉ　非線形の関数
【国際公開パンフレット】
2004507762.tif 000011
2004507762.tif 000012
2004507762.tif 000013
2004507762.tif 000014
2004507762.tif 000015
2004507762.tif 000016
2004507762.tif 000017
2004507762.tif 000018
2004507762.tif 000019
2004507762.tif 000020
2004507762.tif 000021
2004507762.tif 000022
2004507762.tif 000023
2004507762.tif 000024
2004507762.tif 000025
【国際調査報告】
2004507762.tif 000026
2004507762.tif 000027
2004507762.tif 000028
2004507762.tif 000029
2004507762.tif 000030
2004507762.tif 000031