DE1473457A1

DE1473457A1 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstoerungsfreien Pruefung von Walzgut aus Stahl auf Oxydeinschluesse,insbesondere im Durchlaufverfahren

Info

Publication number: DE1473457A1
Application number: DE19621473457
Authority: DE
Inventors: Hoeller Dr Phil Paul
Original assignee: Huettenwerk Oberhausen AG
Current assignee: Huettenwerk Oberhausen AG
Priority date: 1962-04-04
Filing date: 1962-04-04
Publication date: 1970-03-26
Also published as: DE1473457C3; DE1473457B2; GB973322A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Walzgut aus Stahl auf Oxydeinschlüsse, insbes. im Durchlaufverfahren Die zerstörungsfreie Prüfung von Walzgut aus Stahl auf innere Fehler, insbes. auf Hohlräume wie Lunker, Poren, Dopplungen und Oxydeinschlüsse, erfolgt üblicherweise mit dem Radiometrie-Verfahren (mittels Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung) bzw. mit dem Ultraschall-Verfahren.
Mit dem Radiometrie-Verfahren gelingt die Ermittlung und Lokalisierung von Hohlräumen, wenn deren Ausdehnung in Durchstrahlungsrichtung mindestens etwa 1 % des durchstrahlten Walzgutes beträgt. Das Radiometrie-Verfahren kann sowohl stationär als auch kontinuierlich angewendet werden (vgl. die Literaturstelle stahl und Eisen", Band 79, 1959, Nr. 22, Seite 1637 bis 1646, und "Technische Mitteilungen", 53. Jahrgang, 1960, Heft 4, Seite 162 bis 168 und Heft 5, Seite 213-216). Bei dem Ultraschall-Verfahren wird der Durchgang des Ultraschalls und die damit gekoppelte Reflektion, die im allgemeinen gemessen wird, schon Von wesentlich kleineren Hohlräumen beeinflußt.
Nachteilig ist sowohl bei dem Radiometrie-Verfahren als auch bei dem Ultraschall-Verfahren, daß bei ermittelten Hohlräumen nicht unterschieden werden kann, ob es sich um Hohlräume ohne Oxydeinschlüsse oder um Hohlräume mit Oxydeinschlüsse handelt. Häufig sind jedoch nur Hohlräume mit Oxydeinschlüsse schädlich, da bei der weiteren Verarbeitung des Walzgutes, z.B. in weiteren folgenden Walzstufen oder beim Schmieden Hohlräume ohne Oxydeinschlüsse, z.B. Poren oder Lunker, verschweißen, während Walzgut, das Hohlräume mit Oxydeinschlüssen aufweist, von geringer Qualität bzw. überhaupt nicht verwendbar ist. Bei dem Radiometrie-Verfahren ist außerdem von Nachteil, daß nur Walzgut bis zu einer bestimmten maximalen Dicke geprüft werden känn, daß z.B. Rohblöcke mit einer Dicke 700 bis 800 mm nicht geprüft werden können, während bei dem Ultraschall-Verfahren als weiterer Nachteil hinzu-kommt, daß zwischen dem Walzgut und der Vorrichtung zur Durchführung des Ultraschall-Verfahrens ein mechanischer Kontakt erforderlich ist, so daß die Prüfung nicht bei hohen Temperaturen des Walzgutes durchgeführt werden kann.
Im übrigen ist das Prinzip der Aktivierungsanalyse allgemein und speziell die Aktivierungsanalyse durch Neutronenbestrahlung und anschließende Messung der entstehenden Gammastrahlung z.B. bei der Sauerstoffanalyse von Stahlproben (vgl. die Literaturstellen "Nucleonics Band 20, März 1962, Seite 54-59, und "Analytical Chemistry"Band 34, Nr. 2, Febr. 1962, Seite 185 bis 187) und bei Mangananalyse in fertigen Werkstücken (vgl. die USA-Patentschriften 3 025 399 und 3 025 400) bekannt. Die Probleme um die zerstörungsfreie Prüfung von Walzgut aus Stahl auf Oxydeinschlüsse sind. durch diese an sich bekannten Maßnahmen nicht beeinflußt worden.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein einfadies Verfahren zur Prüfung von Walzgut auf Fehler, die sich auf die Qualität und die Verwendbarkeit des fertigen Walzproduktes nachteilig auswirken, also zur Prüfung auf Oxydeinschlüsse> anzugeben, daß frühzeitig, d.h. bereits nach der ersten Walzstufe im mehrstufigen Walzprozeß, angewendet werden kann, so daß das mit solchen Fehlern behaftete Walzgut aus dem weiteren Walzprozeß herausgenommen werden kann, weitere Walzstufen also nicht mehr durchläuft; dabei soll das anzugebende Verfahren, der Natur des Walzprozesses entsprechend, insbes. im Durchlaufverfahren anwendbar sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Walzgut aus Stahl auf Oxydeinschlüsse, insbes. im Durchlaufverfahren, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut bereits als Roh-block, spätestens aber als Vorblock oder Vorbramme, für einige (10 bis 30) Sekunden mit schnellen Neutronen in an sich bekannter Weise bestrahlt wird und unmittelbar danach nur die nahezu monoenergetische Gammastrahlung, die beim Zerfall der Stickstoffatome 16N entsteht, registriert wird.
Die Ermittlung und,/oder die Lokalisation der Oxydeinschlüsse kann in üblicher Weise mit fotografischen Platten oder Filmen, Gammadetektoren, z.B. in Form von Fzintillationszählern oder dergl. durchgeführt werden. Die Gammastrahlung wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in verschiedenen Richtungen gemessen wobei aus der Richtungsabhängigkeit ihrer Absorbtion die Lage der Oxydeinschlüsse ermittelt werden kann.
Die schnellen Neutronen, mit denen das zu prüfende Walzgut bestrahlt wird, werden von dem Walzgut praktisch nicht absorbiert, so daß ohne weiteres auch Rohblöcke beliebiger Dicke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft werden können. Gleichwohl ist eine Abschirmung gegen die verwendeten Neutronenstrahlen leicht möglich und erfolgt üblicherweise mit leichten Elementen, wie Parafin, Wasser, hochborlegierten Stählen usw..
Treffen die Neutronen auf Sauerstoffatome, so werden die Sauerstoffatome nach der Reaktion 160 (n,p) 16N in radioaktive Stickstoffatome verwandelt, die unter Emission einer sehr harten Gammastrahlung von etwa 6 MeV wieder zerfallen.
Die entstehende Gammastrahlung hat eine sehr große Reichweite, so daß sie außerhalb des zu prüfenden Walzgutes unschwer gemessen werden kann. Die Halbwertzeit der radioaktiven Stickstoffatome ist mit rund 7 Sekunden so kurz, daß mit hoher örtlicher Auflösung im Durchlaufverfahren geprüft werden kann. Nichtsdestoweniger bleibt nach Beendigung der Prüfung praktisch keine gefährliche Gammastrahlung zurück. Da die höchstmögliche Empfindlichkeit, die etwa lo 7 g Sauerstoff beträgt, bereits nach einigen Halbwertszeiten Bestrahlung erreicht wird, kann mit einigen (10 bis 30) Sekunden gearbeitet werden.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Walzgut aus Stahl auf Oxydeinschlüsse auf einfache Weise sowohl an heißen4 sogar glutheißem als auch an kaltem Walzgut und ohne weiteres auch bereits an Rohblöcken durchgeführt werden kann. Im Gegensatz zu den bekannten Radiometrie- und Ultraschall-Verfahren werden nur Hohlräume mit Oxydeinschlüssen ermittelt, während Hohlräume ohne Oxydeinschlüsse, die in weiteren Walzstufen oder beim Schmieden verschweißen können, nicht angezeigt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung, insbes. auch in vorrichtungsmäßiger Hinsicht, werden im folgenden anhand einer Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Walzgut auf Oxydeinschlüsse.
Die in der Figur schematisch dargestellte Vorrichtung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer Strahlungsquelle, ausgeführt als Neutronengenerator 1 bekannter Bauart, dessen letzte Stufe im Prinzip dargestellt ist. Ein Ionenstrahl 2 fällt auf ein Target 3, im vorliegenden Falle vorwiegend aus Tritium, in dem nahezu ausschließlich schnelle Neutronen entstehen. Der Neutronenstrahl 4 durchdringt das Walzgut, im vorliegenden Fall den Vorblock 5, und trifft dabei auch auf die Oxydeinschlüsse 6. Die Sauerstoffatome der Oxydeinschlüsse 6 werden nach der Reaktion 160 (n,p) 16N in radioaktive Stickstoffatome umgewandelt, die unter Emission harter Gammastrahlen zerfallen. Unterhalb des Vorblocks 5 ist in der schematischen Darstellung als Empfänger ein Szintillationszähler mit Szintillationskristall 7, Photokatode 8 und Sekundärelektronenvervielfacher 9 angebracht. Im Anodenkreis des Sekundärelektronenvervielfachers 9 liegt ein Registriergerät 10. Die über eine bestimmte Zeit integrierte Messung der Gammastrahlen entspricht unmittelbar der Anzahl aktivierter StickSoffatome. Dem Registriergerät 10 ist ein Gammaspektrometer 11 vorgesehaltet, das nur die nahezu monoenergetische Gammastrahlung, die beim Zerfall von 16N entsteht, durchläßt. Damit wird der Untergrund wesentlich herabgesetzt und die Empfindlichkeit erhöht.
Der gesamte Szintillationszähler ist durch eine Abschirmung 12 vor dem direkten Neutronenstrahl 4 geschützt. Die Abmessungen der Abschirmung 12 sind so zu wählen, daß sie gleichzeitig als Neutronenfalle dient und damit eine radioaktive Verseuchung der Umgebung verhindert.
Bei einer stationären Vorrichtung erfolgen Bestrahlung und Messung im allgemeinen nacheinander. Dabei wird einmal eine Störung der Messung durch unmittelbare Neutronenstrahlen ausgeschaltet und zum anderen kann durch alleinige meEwirksame Ausnutzung der dem Zerfallgesetz des Stickstoffatoms N genügenden Gammastrahlung der Untergrund weiter reduziert werden.
Bei einer kontinuierlichen Prüfung wird das vorbeschrSbene zeitliche Nacheinander durch eine örtlich Versetzung von Strahlungsquelle und Empfänger in Bewegungsrichtung des Walzgutes erreicht. Die Abstimmung auf die jeweilige Geschwindigkeit des Walzgutes erfolgt zweckmäßigerweise durch Verschiebung des Empfängers in der Bewegungsrichtung des Walzgutes.
Die dargestellte Anordnung der Strahlungsquelle und des Empiängers ist im Gegensatz zur herkömmlichen Radiographie nicht zwangsläurig. Es ist gerade ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß. die Oxydeinschlüsse 6 Gammastrahlung nach allen Seiten emittieren, so daß der Empfänger auch seitlich oder auf der Einstrahlseite angeordnet werden kann.
Ebenso kann mit mehreren parallel geschalteten Empfängern, die an verschiedenen Seiten des Walzgutes angeordnet sind, eine erhöhte Empfindlichkeit erreicht werden oder durch Vergleich der aus verschiedenen Richtungen empfangenen Gammastrahlung eine Lokalisierung innerhalb des Querschnittes des Walzgutes rfolgen.
In der eingangs erläuterten Weise wird also in der be-8chribenen Anlage das zu untersuohende Walzgut zunächst mit sohnellen Neutronen, für einige (10 bis 30) Sekunden bestrahlt, und dann werden mit an sich bekannten Mitteln die durch die Bestrahlung gebildeten gammastrahlenden Oxydeinschlüsse ermittelt und lokalisiert.
Patentansprtlche:

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur zerstörungafreien Prüfung von Walzgut aus Stahl auf Oxydeinschlüsse, insbes. im Durchlaufverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut bereits als Rohblook, spätestens aber als Vorblock oder Vorbramme, für einige (10 bis 30) Sekunden mit schnellen Neutronen in an sich bekannter Weise bestrahlt wird und unmittelbar danach nur die nahezu monoenergetische Gammastrahlung, die beim Zerfall der Stickstoffatome 16N entsteht, registriert wird.
2. Verfahren nach Ansnruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung undXoder die Lokalisation der Oxydeinschlüsse mlt photographischen Platten oder Filmen, Gammadetektoren, z.B. in Form von Szintillationszählern, oder dergl. durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlung in verschiedenen Richtungen gemessen und aus der Richtungsabhänglgkeit ihrer Asorption die Lage der Oxydeinschlüsse ermittelt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die prüfungsfunktionelle Vereinigung eines für die Bestrahlung von Walzgut eingerichteten Neutronengenerators (1) üblicher Bauart mit einem nachgeschalteten Gammadetektor, z.B. einem Szintillationszähler. L e e r s e i t e