CN107533034A - 钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置 - Google Patents

钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钢材的洁净度评价方法，包括：夹杂物检测尺寸设定步骤，对试图通过超声波探伤检测出的钢材中的夹杂物在与钢材的轧制方向垂直的宽度方向上的最小的长度（d3）进行设定；超声波探伤步骤，使用形成点聚焦超声波束的超声波探针（10），通过水浸探伤法对钢材发送或从钢材接收超声波束，同时以使扫描面与轧制方向平行的方式在钢材上进行二维扫描；一维化处理步骤，获取与进行了二维扫描的面对应的超声波反射信号电平的二维分布，并对二维分布进行一维化处理；以及评价步骤，求取在进行了一维化的超声波反射信号电平中，相当于长度（d3）的信号电平以上的区域在轧制方向上的长度的总和，来进行评价。

Description

钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置
技术领域
本发明涉及一种钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置，特别是涉及一种需要高疲劳特性的高洁净度钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置。
背景技术
已知为了实现钢材加工制品的高疲劳特性，需要减少会成为破损原因的非金属夹杂物(以下称为夹杂物)，为此一直以来都在对作为材料的钢材内部的夹杂物进行检测评价。例如在专利文献1中记载有下述方法：通过使用超声波探伤法对夹杂物进行评价，来进行钢材的洁净度评价。这里，在专利文献1中，作为夹杂物的评价方法，对反射波强度在一定程度以上的夹杂物的个数进行评价。
专利文献1：日本特开2006-64569号公报
发明内容
然而，专利文献1所提出的评价方法存在有时无法充分获得疲劳特性的评价精度的问题。即，根据专利文献1所提出的评价方法，检测出的夹杂物的个数越多，则钢材的表面或表面附近(以下称为钢材表面)有夹杂物实际存在的概率越高，而疲劳特性越低。但是，这样的夹杂物的个数的多少与钢材表面有夹杂物实际存在的概率并不一定对应，该评价方法不能可靠地对钢材的洁净度进行评价。
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种能够可靠地对钢材的洁净度进行评价的钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置。
为解决上述问题并实现发明目的，本发明涉及的钢材的洁净度评价方法，通过超声波探伤来评价对铸造的钢坯进行轧制而形成的钢材的洁净度，包括：夹杂物检测尺寸设定步骤，对试图通过上述超声波探伤检测出的上述钢材中的夹杂物在与上述钢材的轧制方向垂直的宽度方向上的最小的长度d3进行设定；超声波探伤步骤，使用形成点聚焦超声波束的超声波探针，通过水浸探伤法对上述钢材发送或从上述钢材接收超声波束，同时以使扫描面与轧制方向平行的方式在上述钢材上进行二维扫描；一维化处理步骤，获取与进行了上述二维扫描的面对应的超声波反射信号电平的二维分布，并对上述二维分布进行一维化处理；以及评价步骤，求取在进行了上述一维化的超声波反射信号电平中，相当于上述长度d3的信号电平以上的区域在上述轧制方向上的长度的总和，来进行评价。
此外，本发明涉及的钢材的洁净度评价方法，在上述超声波探伤步骤之前，还包括：超声波探针设定步骤，设上述钢坯在与轧制方向垂直的方向上的截面积为S0、上述钢材在与上述轧制方向垂直的方向上的截面积为S1时，将在上述超声波探伤步骤中使用的上述超声波探针的超声波束的射束直径d2设定成，当满足下面的式(1)时满足下面的式(2)，而当不满足下面的式(1)时则满足下面的式(3)：
d3·(S0/S1)3/2＞d2…(1)
此外，本发明涉及的钢材的洁净度评价方法，在上述夹杂物检测尺寸设定步骤将上述长度d3设定在20μm以下。
为解决上述问题并实现发明目的，本发明涉及的钢材的洁净度评价装置，通过超声波探伤来评价对铸造的钢坯进行轧制而形成的钢材的洁净度，其中：使用形成点聚焦超声波束的超声波探针，通过水浸探伤法对上述钢材发送或从上述钢材接收超声波束，同时以使扫描面与轧制方向平行的方式在上述钢材上进行二维扫描；获取与进行了上述二维扫描的面对应的超声波反射信号电平的二维分布，并对上述二维分布进行一维化处理；以及求取在进行了上述一维化的超声波反射信号电平中，相当于长度d3的信号电平以上的区域在上述轧制方向上的长度的总和，来进行评价，上述长度d3是试图通过上述超声波探伤检测出的上述钢材中的夹杂物在与上述钢材的轧制方向垂直的宽度方向上的最小的长度。
根据本发明，由于是以夹杂物在延伸方向上的长度的总和为基准来对洁净度进行评价，所以与钢材的表面或表面附近有夹杂物实际存在的概率能够良好地对应，能够可靠地对钢材的洁净度进行评价。
附图说明
图1是示意性地表示铸造的钢坯被轧制成圆钢(钢材)的情形的图。
图2是示意性地表示通过水浸探伤法来进行的超声波探伤中所使用的点聚焦超声波探针的图。
图3A是示意性地表示夹杂物与射束聚焦部之间的关系的图，且是表示夹杂物的长度超过射束直径的情况的图。
图3B是示意性地表示夹杂物与射束聚焦部之间的关系的图，且是表示夹杂物的长度为射束直径以下的情况的图。
图4A是示意性地表示钢材内有一个夹杂物存在的情况的图。
图4B是示意性地表示钢材内有两个夹杂物存在的情况的图。
图5是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法的内容的流程图。
图6是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法中的评价条件设定步骤的内容的流程图。
图7是表示对于射束直径不同的四种点聚焦超声波探针，在与实际的超声波探伤同等的条件下对反射信号(超声波反射信号)和噪声电平进行比较所得到的结果的表。
图8是示意性地表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法中的探伤间距的图。
图9是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法中的被检物评价步骤的内容的流程图。
图10是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法中的被检物的切取方法的一个示例的图。
图11是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法中、探伤面为平面时的探伤方法的一个示例的图。
图12是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法中、探伤面为曲面时的探伤方法的一个示例的图。
图13是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法中、超声波反射信号电平的二维图及其一维数据的一个示例的图。
图14是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法中、检测出的夹杂物的长度的总和评价的一个示例的图。
图15A是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法的实施例中、评价钢材1中所含夹杂物的图。
图15B是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法的实施例中、评价钢材2中所含夹杂物的图。
图16A是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法的实施例中、对评价钢材1进行二维扫描后的二维图及其一维数据的图。
图16B是表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法的实施例中、对评价钢材2进行二维扫描后的二维图及其一维数据的图。
图17是分别表示本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法的实施例中、通过本发明涉及的方法而得到的评价结果以及通过现有技术涉及的方法而得到的评价结果的表。
符号说明
1 洁净度评价装置
10 点聚焦超声波探针
20 控制部
具体实施方式
下面，参照附图对本发明涉及的钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置进行说明。不过，本发明不限于下述实施方式。此外，下述实施方式中的构成要素包含本领域技术人员能够置换且容易想到的构成要素或实质上相同的构成要素。
本实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法是通过利用了水浸探伤法(以下称为水浸法)的超声波探伤来评价对铸造的钢坯进行轧制而形成的钢材的洁净度的方法。这里，下面首先对作为本发明的背景的技术进行说明，然后对本发明的具体内容进行说明。
通常，作为钢材的制造工艺，首先铸造钢坯，之后通过轧制工艺使该钢坯延伸来制造钢材(例如参照参考文献1)。另外，轧制工艺有时会进行多次，而且其间有时会进行热处理或表面处理。
参考文献1：日本特开2009-285698号公报
在这些制造工艺中，推定夹杂物是在铸造时混入钢坯中的。而且此时，假设夹杂物如图1左图所示为大致球形。此外，假定这样铸造时混入的夹杂物如图1右图所示经过轧制工艺而被延伸。在该情况下，如图1所示，轧制后的钢材(例如圆钢)中的夹杂物的形状、即夹杂物在轧制方向(延伸方向)上的长度(长轴)L、以及在与该轧制方向垂直的宽度方向上的长度(短轴)d1，在设铸造时钢坯在与轧制方向垂直的方向上的截面积为S0、轧制后的圆钢在与轧制方向垂直的方向上的截面积为S1、铸造时夹杂物的直径为d0时，分别如下面的式(4)和式(5)所示。另外，上述“轧制方向”是钢坯被轧制的方向，是指与钢材的长度方向平行的方向。
L＝d0·(S0/S1)…(4)
d1＝d0·(S1/S0)1/2…(5)
这里，在上面的式(4)和式(5)中，关于夹杂物在轧制方向上的长度L(以下称为夹杂物的长度L)，假定其与轧制比S0/S1成比例地延伸，而关于夹杂物在与轧制方向垂直的宽度方向上的长度d1(以下称为夹杂物的宽度d1)，假定其在与宽度方向垂直的截面中为圆形。此外，在上面的式(4)和式(5)中，假定夹杂物的体积在轧制前后不变。
在对这样轧制而制造的钢材进行超声波探伤时，考虑到夹杂物的可检测性和探伤效率，一般通过例如使用如上述专利文献1中所记载的聚焦式探针的水浸法来进行。图2中，表示出此时所使用的点聚焦超声波探针(以下称为超声波探针)10、以及通过该超声波探针10形成的点聚焦超声波束(以下称为超声波束)。
图2中所示的射束聚焦部(焦点、聚焦区域)中的来自夹杂物的超声波反射信号(以下称为反射信号)被认为与射束聚焦部的射束截面积S2和超声波束内所含夹杂物的截面积S3之比S3/S2大致成正比。图3A和图3B是假设在超声波束的射束聚焦部处有夹杂物存在时的截面图，且是示意性地表示与轧制方向平行地将钢材中有夹杂物存在的区域截断并从上方观察该截断面的情形的图。另外，这里，假设使超声波束与钢材的轧制方向垂直地入射。像这样超声波束与轧制方向垂直地入射的话，由于射束聚焦部处的夹杂物的截面积增大，所以有利于检测出微小的夹杂物。
此时，如图3A所示，在夹杂物的长度L超过射束直径d2时(L＞d2)，无论如何照射超声波束，夹杂物的一部分都会超出超声波束的范围。在该情况下，存在下述问题：由于来自钢材的反射信号只对应在超声波束内的截面积，所以无法确定整个夹杂物的截面积。另外，上述“射束直径”是指超声波束在射束聚焦部处的直径。
另一方面，如图3B所示，如果利用使夹杂物的长度L在射束直径d2以下(L≦d2)那样的超声波束，则能够将整个夹杂物置于超声波束内。不过，在该情况下，存在下述问题：由于射束截面积S2增大而使得射束截面积S2和夹杂物的截面积S3之比S3/S2减小，因此来自钢材的反射信号的强度减弱，导致夹杂物的可检测性降低。
另外，如图3A所示，在减小射束直径d2时，虽然无法确定整个夹杂物的截面积，但是只要超声波束内的夹杂物的截面积在一定值以上(夹杂物的截面积相对于射束聚焦部的截面积在一定值以上)，就能够检测出夹杂物。不过，在该情况下，评价夹杂物时也存在以下问题。
例如，在对作为钢材的圆钢进行截断、加工来作为机械部件等使用时，若机械部件的表面或表面附近有夹杂物存在，则会成为断裂的原因，寿命特性变差。这里，在考虑截断图4A和图4B所示圆钢的情况下，若随机选择截断面的位置，则表面有夹杂物存在的概率(或截断时夹杂物外露的概率)为：圆钢所含夹杂物的长度的总和÷圆钢的长度。因此，如图4A所示，仅含有一个夹杂物(长度L’1)的圆钢(长度l)的表面有夹杂物存在的概率为“L’1/l”。此外，如图4B所示，共计含有两个夹杂物(长度L’2、L’3)的圆钢(长度l)的表面有夹杂物存在的概率为“(L’2+L’3)/l”。因此，无论夹杂物有几个，各夹杂物的长度的总和(以下称为总长)越长，上述概率就越高。
另一方面，上述专利文献1中提出的现有的评价方法仅评价检测出的夹杂物的个数，夹杂物的个数越多，则钢材表面有夹杂物存在的概率越高，而疲劳特性越低。因此，专利文献1的评价方法存在夹杂物评价的结果与对疲劳特性的评价不能恰当地对应的问题。为此，本发明的发明人为了解决这样的问题，提出了能够更可靠地对钢材的洁净度进行评价的钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置。下面，对本发明的内容进行说明。
用于进行本发明的实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法的装置的基本结构与上述图2所示的相同。即，洁净度评价装置1具备超声波探针10和控制部20。另外，图2中仅图示出与本发明相关的结构，省略其他结构的图示。
超声波探针10形成超声波束，通过水浸法进行超声波探伤。此外，控制部20控制超声波探针10，并且处理由超声波探针10获取的反射信号。具体而言，该控制部20使由CPU、磁盘装置、存储装置、输入装置、输出装置、通信装置等构成的通用计算机作为执行本实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法的下述各步骤的单元而发挥功能。
本实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法如图5所示，执行评价条件设定步骤(步骤S1)和被检物评价步骤(步骤S2)。其中，在评价条件设定步骤中如图6所示，按照顺序依次进行夹杂物检测尺寸设定步骤(步骤S11)、超声波探针设定步骤(步骤S12)、检测阈值设定步骤(步骤S13)、探伤间距设定步骤(步骤S14)。
首先，在夹杂物检测尺寸设定步骤中，设定夹杂物检测尺寸。这里，夹杂物检测尺寸是指试图通过超声波探伤检测出的钢材中最小(下限)的夹杂物的尺寸。更具体而言，是指要检测出的最小的夹杂物的、在与轧制方向垂直的宽度方向上的最小的长度。以下，该夹杂物检测尺寸用d3表示。
在该步骤中，如图1所示，假设钢材中的夹杂物通过轧制而被延伸，设定与该延伸后的夹杂物的宽度d1对应的夹杂物检测尺寸d3。而后，在后续阶段的超声波探伤步骤(参照图9)中，检测d1＞d3的夹杂物。另外，对于夹杂物检测尺寸d3，由于它的值越小则能够检测出的夹杂物越小，所以优选设为尽可能小的值。例如在下面的参照文献2中揭示了20μm以下的缺陷会成为疲劳裂纹的起点，因此在该步骤中，优选将夹杂物检测尺寸d3设定在20μm以下。
参考文献2：藤松威史等，「高炭素クロム軸受鋼の転がり疲れにおける内部欠陥からのき裂発生挙動」，『鉄と鋼』，一般社団法人日本鉄鋼協会，2008年，Vol.94，No.1，p13－20(“高碳素铬轴承钢的滚动接触疲劳中内部缺陷的龟裂纹发生机理特性”，《铁与钢》，一般社团法人日本钢铁协会)
接着，在超声波探针设定步骤中，对超声波探伤中所使用的超声波探针10进行设定。在该步骤中，对铸造时混入的夹杂物由轧制而导致的延伸加以考虑，来决定利用超声波束的超声波探伤的条件。以下，对用于决定超声波探伤的条件的数学式进行说明。
首先，设超声波探针10的振子直径为D、水中焦距为F、水中超声波声速为C、超声波频率为f时，超声波探针10的射束直径d2可以由下面的式(6)表示。
另外，即使在超声波束入射到钢材中的情况下，该超声波束的射束直径d2也基本上不会变化。此时，射束聚焦部的射束截面积S2可以由下面的式(7)表示。
另一方面，对于夹杂物，根据上面的式(4)和式(5)，使用夹杂物的宽度d1和轧制比S0/S1，夹杂物的长度L可以由下面的式(8)表示。
此时，在夹杂物位于超声波束截面的中央时(参照图3A和图3B)的超声波束内所含夹杂物的截面积S3，可以由下面的式(9)和式(10)表示。另外，在下面的式(9)和式(10)中，当L＞d2时，将在超声波束内的夹杂物的截面作为长方形近似，而当L≦d2时，将在超声波束内的夹杂物的截面作为椭圆近似。
L＞d2时，S3＝d1·d2…(9)
L≤d2时，
接着，考虑超声波束的射束截面积S2和该超声波束内所含夹杂物的截面积S3之比S3/S2。若使用从超声波束整体反射超声波时的反射信号A0，则超声波探伤时从夹杂物得到的反射信号A1可以由下面的式(11)表示。另外，在下面的式(11)中，假定反射信号A1、A0的每单位面积的反射率相等。
AI＝A0·(S3/S2)…(11)
这里，在超声波探伤中，只要能够检测出与在上述夹杂物检测尺寸设定步骤中所设定的夹杂物检测尺寸d3以上的夹杂物对应的反射信号A1即可，因此，设超声波探伤中的噪声电平为An、用于检测的裕量值(SN比)为α时，反射信号A1为下面的式(12)所示的值。
A1≥α·An…(12)
综上，根据上面的式(8)至式(12)，为了检测出d1≧d3的夹杂物而要求超声波束的射束直径d2满足的条件为下面的式(13)和式(14)所示。
d3·(S0/S1)3/2＞d2时，
d3·(S0/S1)3/2≤d2时，
这里，进一步考虑上面的式(13)和式(14)中的噪声电平An。发明人对于超声波束的射束直径d2不同的四种超声波探针10，如图7所示，以与实际的超声波探伤同等的条件对反射信号A0与噪声电平An进行了比较。由图7所示各“SN比的倒数”可知，无论射束直径d2是多少，只要An≈0.01·A0即可。若考虑这一点，则上面的式(13)和式(14)成为下面的式(15)和式(16)。
d3·(S0/S1)3/2＞d2时，
d3·(S0/S1)3/2≤d2时，
而且，裕量值α至少需要为α≧2。在该情况下，上面的式(15)和式(16)成为下面的式(17)和式(18)。
d3·(S0/S1)3/2＞d2时，
d3·(S0/S1)3/2≤d2时，
此外，裕量值α优选为α≧5。在该情况下，上面的式(17)和式(18)成为下面的式(19)和式(20)。
d3·(S0/S1)3/2＞d2时，
d3·(S0/S1)3/2≤d2时，
在上述基础上，在该步骤中，将在下面要说明的超声波探伤步骤所使用的超声波探针10的超声波束的射束直径d2设定成满足上面的式(17)或式(18)(优选为满足上面的式(19)或式(20))。换言之，将射束直径d2设定成，当满足下面的式(1)时满足下面的式(2)，而当不满足下面的式(1)时则满足下面的式(3)。
d3·(S0/S1)3/2＞d2…(1)
接着，在检测阈值设定步骤中，设定夹杂物的检测阈值Ath。这里，只要能够检测出相当于夹杂物检测尺寸d3的夹杂物的反射信号A1即可，因此根据上面的式(8)至式(11)，将检测阈值Ath设定成满足下面的式(21)和式(22)。
d3·(S0/S1)3/2＞d2时，
d3·(S0/S1)3/2≤d2时，
接着，在探伤间距设定步骤中，决定探伤间距p。探伤间距p只要基于超声波束的射束直径d2设定成不会产生探伤遗漏即可。例如在考虑到图8所示的测量点时，探伤间距p设定成满足下面的式(23)。
在本实施方式涉及的钢材的洁净度评价方法中，在如上所述执行评价条件设定步骤(图5的步骤S1、图6的步骤S11至S14)之后，执行被检物评价步骤(图5的步骤S2)。如图9所示，在被检物评价步骤中，按照顺序依次进行被检物制备步骤(步骤S21)、超声波探伤步骤(步骤S22)、一维化处理步骤(步骤S23)、评价步骤(步骤S24)。
首先，在被检物制备步骤中，制备超声波探伤的被检物。在该步骤中，具体而言，例如对钢材(圆钢)进行切取、表面平滑化加工、用于使晶粒细化的热处理等。此外，在切取钢材时，如图10所示，使探伤面与轧制方向平行。此外，为了之后能够效率良好地进行水浸二维探伤，如图10所示，优选以使探伤面为平面的方式切取被检物。
接着，在超声波探伤步骤中，实施超声波探伤。在该步骤中，为了高精度且高效地通过点聚焦的超声波探针10进行探伤，使用水浸法。而且，在该步骤中，使用在超声波探针设定步骤中设定的超声波探针10，按照在探伤间距设定步骤中设定的探伤间距p来发送或接收超声波束，同时按照各位置分别对反射信号A1进行检测，由此生成反射信号电平(反射信号强度)的二维图(map)(二维分布)。
另外，上述二维图是以能够确定钢材的轧制方向的方式生成的。此外，作为该步骤中的超声波探伤的具体方法，当探伤面为平面时，如图11所示，优选使用例如如参考文献3所记载的C扫描探伤法。
参考文献3：日本特开2008-261889号公报
此外，在探伤面为曲面时，例如如图12所示，优选结合轴向上的旋转和在与轴向平行的方向上的移动来进行二维扫描。
这样，在该步骤中，使用形成超声波束的超声波探针10通过水浸法对作为被检物的钢材发送或从其接收超声波束，同时以使扫描面与轧制方向平行的方式在钢材上进行二维扫描。
接着，在一维化处理步骤中，对反射信号电平的二维图进行轧制方向一维化处理。在该步骤中，获得与在上述超声波探伤步骤中进行了二维扫描的面对应的反射信号电平的二维图，并对该二维图进行一维化处理。在该步骤中，具体如图13所示，在二维图上所指定的区域内，对于与作为被检物的钢材的轧制方向垂直的方向，进行最大值提取等的聚合，由此对数据进行一维化。
最后，在评价步骤中，对从被检物检测出的夹杂物进行总长评价。在该步骤中，求取在上述一维化处理步骤中被一维化了的反射信号电平中，相当于夹杂物检测尺寸d3的信号电平(检测阈值Ath)以上的区域在轧制方向上的总长，来进行评价。即，在该步骤中，具体如图14所示，对于一维化后的反射信号电平，对在上述检测阈值设定步骤中设定的夹杂物的检测阈值Ath以上的点数进行计数，与在轧制方向上的数据间距(data pitch)进行乘法运算，由此算出夹杂物的总长。而后，在该步骤中，夹杂物的总长越长，则评价为钢材表面有夹杂物存在的概率越高。
另外，在上述图13和图14所示的一维化处理步骤和评价步骤中，根据从钢材整体得到的反射信号电平的二维图，指定(抽出)反射信号电平特别大的区域来进行一维化处理和总长评价。不过，也可以不进行这样的区域指定，而对较广的范围一并进行一维化处理和总长评价。前者的优点在于能够得到各区域的总长值，而后者的优点在于可以减少指定区域的工作。
根据上面说明的本发明涉及的钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置1，由于是以夹杂物在延伸方向上的总长为基准对洁净度进行评价，所以与钢材表面有夹杂物实际存在的概率能够良好地对应，能够可靠地对钢材的洁净度进行评价。
实施例
下面，通过实施例对本发明进行更为具体的说明。在本实施例中，利用本发明涉及的方法和现有技术(专利文献1)涉及的方法，对以轧制比S0/S1＝10轧制的圆钢的洁净度进行了评价，并比较了该评价的结果。
在本发明涉及的方法中，设夹杂物检测尺寸d3＝10μm，作为超声波探针，使用上述图7中的No.2所记载的射束直径d2＝0.20mm的探针。此外，设裕量值α＝5，设定探伤间距p＝0.1mm。由此，如下所示，满足超声波探针设定步骤中的上面的式(19)的条件。
d3·(S0/S1)3/2＝0.32mm＞d2＝0.20mm
在本实施例中的超声波探伤步骤中，在对20mm×10mm的区域进行了探伤的情况下，对如图15A和图15B所示分布有夹杂物的两种评价钢材进行探伤的数值实验。另外，这里假定夹杂物由于轧制而形成为如上面的式(4)和式(5)所示的形状。
在图16A和图16B中，示出如上所述执行超声波探伤步骤然后经过一维化处理步骤和评价步骤，对夹杂物总长进行评价而得到的结果。这里，在反射信号电平的二维图中，反射信号为上面的式(11)中所示电平。此外，设噪声电平An≈0.01·A0，设检测阈值Ath如下所示。
接着，在图17中，示出通过本发明涉及的方法而得到的评价结果、以及通过现有技术涉及的方法而得到的评价结果。在评价钢材1和评价钢材2中，如上述图4A和图4B所示，钢材表面有夹杂物存在的概率较大的是评价钢材1。在本发明涉及的方法中评价为，夹杂物的总长较长的评价钢材1的表面有夹杂物存在的概率比评价钢材2的高，因此与实际的概率能够良好地对应。另一方面，在现有技术涉及的方法中评价为，夹杂物的个数较多的评价钢材2的表面有夹杂物存在的概率比评价钢材1的高，因此得到与实际的外露概率不对应的结果。
以上通过用于实施发明的方式以及实施例，对本发明涉及的钢材的洁净度评价方法及洁净度评价装置进行了更加具体的说明，但本发明的要旨并不限于上述记载内容，而应当基于权利要求书的记载来对其进行范围较广的解释。此外，基于上述记载进行各种变更、改变等之后的内容当然也包含在本发明的要旨之内。
本发明能够可靠地对评价钢材的洁净度进行评价，因此能够适用于以高洁净度钢材的制造工艺为中心的广泛领域。

Claims (4)

1.一种钢材的洁净度评价方法，通过超声波探伤来评价对铸造的钢坯进行轧制而形成的钢材的洁净度，其特征在于，包括：
夹杂物检测尺寸设定步骤，对试图通过所述超声波探伤检测出的所述钢材中的夹杂物在与所述钢材的轧制方向垂直的宽度方向上的最小的长度d3进行设定；
超声波探伤步骤，使用形成点聚焦超声波束的超声波探针，通过水浸探伤法对所述钢材发送或从所述钢材接收超声波束，同时以使扫描面与轧制方向平行的方式在所述钢材上进行二维扫描；
一维化处理步骤，获取与进行了所述二维扫描的面对应的超声波反射信号电平的二维分布，并对所述二维分布进行一维化处理；以及
评价步骤，求取在进行了所述一维化的超声波反射信号电平中，相当于所述长度d3的信号电平以上的区域在所述轧制方向上的长度的总和，来进行评价。
2.根据权利要求1所述的钢材的洁净度评价方法，其特征在于：
在所述超声波探伤步骤之前，还包括：
超声波探针设定步骤，设所述钢坯在与轧制方向垂直的方向上的截面积为S0、所述钢材在与所述轧制方向垂直的方向上的截面积为S1时，将在所述超声波探伤步骤中使用的所述超声波探针的超声波束的射束直径d2设定成，当满足下面的式（1）时满足下面的式（2），而当不满足下面的式（1）时则满足下面的式（3）：
说明: \\fit.sakai-pat.local\html8$\JP2016061874\20160413,P1AP101__,S,,int\JPOXMLDOC01-appb-M000014.GIF。
3.根据权利要求1或2所述的钢材的洁净度评价方法，其特征在于：
在所述夹杂物检测尺寸设定步骤将所述长度d3设定在20μm以下。
4.一种钢材的洁净度评价装置，通过超声波探伤来评价对铸造的钢坯进行轧制而形成的钢材的洁净度，其特征在于：
使用形成点聚焦超声波束的超声波探针，通过水浸探伤法对所述钢材发送或从所述钢材接收超声波束，同时以使扫描面与轧制方向平行的方式在所述钢材上进行二维扫描；
获取与进行了所述二维扫描的面对应的超声波反射信号电平的二维分布，并对所述二维分布进行一维化处理；以及
求取在进行了所述一维化的超声波反射信号电平中，相当于长度d3的信号电平以上的区域在所述轧制方向上的长度的总和，来进行评价，所述长度d3是试图通过所述超声波探伤检测出的所述钢材中的夹杂物在与所述钢材的轧制方向垂直的宽度方向上的最小的长度。
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