JP2004069681A - Flaw inspection method and device for metal product, and flaw elimination method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製品の製造過程において生成する表面疵を検出し、疵の発生箇所を迅速に特定する疵検査方法および装置と、疵の発生箇所における製造条件を調整して疵の発生の抑制を図る疵消去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属製品の製造過程において、例えば、鋳造工程で、溶鋼中に混入した耐火物、溶鋼表面に浮上した介在物、または、鋳造パウダーが鋳片表面に付着したり、または、鋳片内部に巻き込まれたり、あるいは、鋳造後の加工工程で、スケールが剥離しないで、金属表層に食い込んだりして、金属製品、特に、薄く延伸される金属薄板製品の表層には、上記現象に起因する疵が発生する。
【０００３】
このような疵が、金属薄板製品の外観を損ね商品価値を低めるのは勿論、金属薄板製品にめっきを施す場合、めっきされないか、または、めっき不充分の箇所となったりする。それ故、金属薄板表層に残る疵（スリバー疵等）は、製品として出荷する前、または、次の工程に供する前、できるだけ除去する必要があることは勿論のこと、さらに、近年、このような疵が皆無の金属薄板製品が求められている。
【０００４】
従来、金属薄板の表層に残る疵は、疵を含む金属表層部を機械的に研削する方法や、化学薬品を用いて消去する方法（酸洗浄法）により、除去されていた。
【０００５】
しかし、製造過程において発生し、金属製品の表層に残存する疵は、種類、形態が様々であり、機械的に研削して除去するにしろ、化学的に消去して除去するにしろ、これら除去のため、疵の全てを検出することは難しい。
【０００６】
そこで、本出願人は、金属板、特に、鋼板の表層に存在する疵の検出に対しては、簡略な構成により全種類の疵を検出することが可能で、しかも、設置場所の制約等を受けない疵検査装置を提供する必要があるとの観点から、特許文献１において、鋼板の幅方向に対して水平方向に所定の角度をもって配設され鋼板全幅を照明する光源と、鋼板の表面の略全幅を視野にするとともに、該視野の中心からの仰角が上記光源の配置に応じて設定されたカメラとを具備する鋼板の疵検査装置を提案した。
【０００７】
この疵検査装置は、鋼板の幅方向に照明を行なう光源を、鋼板のライン方向に直交させずに斜めに配置したことにより、ライン方向に延びる線状疵に対して、明確な陰影を形成して、該線状疵を検出するとともに、凹凸疵、色調疵など全ての種類の疵も精度良く検出できる。
【０００８】
このように、上記疵検査装置の疵の検出・判別方法は、検出能力も判別精度も高いものであるが、この検出・判別方法では、疵の発生箇所を特定するための基礎情報、例えば、疵の構成元素や組成に係る情報を得ることができない。
【０００９】
また、疵の検出・判別後、疵の存在箇所を機械的に切除したり、あるいは、化学的に除去するにしても、これら切除、除去には自ずと限界がある。
【００１０】
しかし、前述したように、近年、表面疵が皆無の金属製品、特に、金属薄板製品が強く求められている。
【特許文献１】
特開２０００−１２１５７４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記要求に応えるべく、金属製品の製造過程において金属表層に発生し、製造後も金属表層に残存する疵の組成および／または形態を正確に把握し、疵の発生箇所を特定する疵検査方法および装置を提供し、さらに、金属製品の表層から表面疵を早期に消去する方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、金属などの導体中に含有される介在物などの不導体物質に電圧を印加すると、金属と不導体の境界領域に分極が生じて、その部分を狙い選択的に放電が起き（介在物ヘの選択的放電現象）、この発光スペクトルを測定、解析することにより、介在物の存在個数、直径、含有量、または、平均直径を所定の式に従って求めることができることを、特開平４−２３８２５０号公報で既に開示した。
【００１３】
このように、選択的放電に係る発光スペクトルを解析することにより、介在物の態様・形態に係る情報を得ることができるが、本発明者は、金属製品の表層に現出した介在物に選択的放電を続行すると、介在物が微細拡散、蒸発し、ついには、金属表層において、介在物が消失することを見出していたので、この知見に基づき、発光スペクトルを解析すれば、介在物の組成を解明できるのではないかとの発想に至り、発光スペクトルと介在物の組成との関係について調査した。
【００１４】
その結果、本発明者は、選択的放電現象における発光スペクトルを解析すれば、介在物の組成をほぼ特定できることを見出した。
【００１５】
同様に、表面疵の原因となるスケールや、鋳造過程で用いるパウダーの組成についても、ほぼ特定できることを見出した。
【００１６】
本発明は、上記知見に基づくものであり、その要旨は、以下のとおりである。
【００１７】
（１）金属製品の製造過程で生成する表面疵を検査する方法において、
（ａ）金属製品の表層と電極の間に電場を印加して、該表層上の表面疵と電極の間に、選択的にスパーク放電を発生させ、
（ｂ）上記放電による発光スペクトルを解析して、表面疵の組成および／または形態を特定する、
ことを特徴とする金属製品の疵検査方法。
【００１８】
（２）金属製品の製造過程で生成する表面疵を検査する方法において、
（ａ）金属製品の表層と電極の間に電場を印加して、該表層上の表面疵と電極の間に、選択的にスパーク放電を発生させ、
（ｂ）上記放電による発光スペクトルを解析して、表面疵の組成および／または形態を特定し、
（ｃ）上記組成および／または形態に基づいて、表面疵の原因物質および／または発生箇所を特定する、
ことを特徴とする金属製品の疵検査方法。
【００１９】
（３）前記電極を、金属製品の幅方向に、複数個配置することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の金属製品の疵検査方法。
【００２０】
（４）前記電極を、金属製品の移動方向に、多段階に複数個配置することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の金属製品の疵検査方法。
【００２１】
（５）前記金属製品が、圧延で製造される金属薄板であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の金属製品の疵検査方法。
【００２２】
（６）前記表面疵が、介在物、鋳造過程で用いるパウダー、および、スケールのいずれか１種または２種以上に起因するものであることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の金属製品の疵検査方法。
【００２３】
（７）金属製品の製造過程で生成する表面疵を消去する方法において、
（ａ）金属製品の表層と電極の間に電場を印加して、該表層上の表面疵と電極の間に、選択的にスパーク放電を発生させ、
（ｂ）上記放電による発光スペクトルを解析して、表面疵の組成および／または形態を特定し、
（ｃ）上記組成および／または形態に応じて、表面疵を、機械的および／または化学的に除去する、
ことを特徴とする金属製品の疵消去方法。
【００２４】
（８）金属製品の製造過程で生成する表面疵を消去する方法において、
（ａ）金属製品の表層と電極の間に電場を印加して、該表層上の表面疵と電極の間に、選択的にスパーク放電を発生させ、
（ｂ）上記放電による発光スペクトルを解析して、表面疵の組成および／または形態を特定し、
（ｃ）上記組成および／または形態に基づいて、表面疵の原因物質および／または生成箇所を特定し、
（ｄ）上記原因物質および／または生成箇所に係る工程条件を調整して、表面疵の発生を抑制する、
ことを特徴とする金属製品の疵消去方法。
【００２５】
（９）前記電極を、金属製品の幅方向に、複数個配置することを特徴とする前記（７）または（８）に記載の金属製品の疵消去方法。
【００２６】
（１０）前記電極を、金属製品の移動方向に、多段階に複数個配置することを特徴とする前記（７）〜（９）のいずれかに記載の金属製品の疵消去方法。
【００２７】
（１１）前記金属製品が、圧延で製造される金属薄板であることを特徴とする前記（７）〜（１０）のいずれかに記載の金属製品の疵消去方法。
【００２８】
（１２）前記表面疵が、介在物、鋳造過程で用いるパウダー、および、スケールのいずれか１種または２種以上に起因するものであることを特徴とする前記（７）〜（１１）のいずれかに記載の金属製品の疵消去方法。
【００２９】
（１３）金属製品の表面疵を検査する疵検査装置において、
（ａ）（１）金属製品表層の表面疵との間に、選択的にスパーク放電を発生させる電極を有する放電装置を含む発光部と、
（２）電極近傍に配置した分光装置からの発光スペクトル信号を解析して、表面疵の組成および／または形態を特定するスペクトル解析演算処理装置を含む情報処理部、
を一体化した放電発光解析装置、および、
（ｂ）金属製品表層と電極の間に不活性ガス雰囲気を形成する不活性ガス供給装置、
を備えることを特徴とする金属製品の疵検査装置。
【００３０】
（１４）金属製品の表面疵を検査する疵検査装置において、
（ａ）（１）金属製品表層の表面疵との間に、選択的にスパーク放電を発生させる電極を有する放電装置を含む発光部と、
（２）電極近傍に配置した分光装置からの発光スペクトル信号を解析して、表面疵の組成および／または形態を特定するスペクトル解析演算装置を含む情報処理部、
を一体化したスペクトル解析演算処理装置、
（ｂ）上記スペクトル解析演算処理装置からの表面疵の組成および／または形態に係る情報をさらに演算処理し、表面疵の原因物質および／または生成箇所を特定する物質・箇所特定演算処理装置、および、
（ｃ）金属製品表層と電極の間に不活性ガス雰囲気を形成する不活性ガス供給装置、
を備えることを特徴とする金属製品の疵検査装置。
【００３１】
（１５）前記スペクトル解析演算処理装置が、金属の幅方向に複数個配置されていることを特徴とする前記（１３）または（１４）に記載の金属製品の疵検査装置。
【００３２】
（１６）前記スペクトル解析演算処理装置が、金属の移動方向に、多段階に複数個配置されていることを特徴とする前記（１３）〜（１５）のいずれかに記載の金属製品の疵検査装置。
【００３３】
（１７）前記金属製品が、圧延で製造される金属薄板であることを特徴とする前記（１３）〜（１６）のいずれかに記載の金属製品の疵検査装置。
【００３４】
（１８）前記表面疵が、介在物、鋳造過程で用いるパウダー、および、スケールのいずれか１種または２種以上に起因するものであることを特徴とする前記（１３）〜（１７）のいずれかに記載の金属製品の疵検査方法。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明について詳細に説明する。本発明の疵検査方法（本発明検査方法）は、本発明者が見出した知見に基づき、
（ａ）金属製品の表層と電極の間に電場を印加して、該表層上の表面疵と電極の間に、選択的にスパーク放電を発生させ、
（ｂ）上記放電による発光スペクトルを解析して、表面疵の組成および／または形態を特定する、
ことを第１の基本思想とし、さらに、この基本思想に加え、
（ｃ）上記組成および／または形態に基づいて、表面疵の原因物質および／または発生箇所を特定する、
ことを第２の基本思想とする。
【００３６】
まず、本発明者が、既に見出していた知見、即ち、介在物と電極との間に生じる選択的放電を継続すると、介在物が選択的に消去される現象について、図１に基づいて説明する。
【００３７】
図１（ａ）に示すように、金属２の金属表層１に、不溶性元素を含む介在物４が存在する時、金属表層１と電極３の間に電場を印加すると、不導体である介在物４はコンデンサーとして作用して、金属２と介在物４の境界に分極が発生する（図中「ｅ」で示す。）。
【００３８】
図１（ａ）に示す状態において、電場をさらに印加すると、試料と電極間に絶縁破壊が発生し、電子雪崩現象で細い糸状の放電チャンネルが形成される。この急激な通電でＡｒが、Ａｒ＋イオンやＡｒ＊メタステーブルイオンへと励起される。次に、試料表面の電界不均一部に陰極点が形成され爆発が起きる。
この時、上述した介在物と母材地鉄との境界部は典型的な電界不均一部であるため、介在物は自らが帯電爆発して崩壊する。
この時、崩壊した介在物の一部は、微細化して母材の地鉄中に分散するとともに、一部は、ベーパージェット流として陽極電極側に噴出し、Ａｒ＋，Ａｒ＊イオンなど活性種と衝突しプラズマ光を形成する。
このようにして、図１（ｂ）に示すように、金属表層上の介在物と電極との間に選択的放電６が発生する。
【００３９】
放電は、不活性雰囲気中で、例えば、大気圧下で不活性ガスを電極に吹き付けて発生させる。なお、不活性ガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン等を用い得るが、コスト的にアルゴンが好ましい。また、用途に応じては、一部、酸素等を混入してもよい。一部、酸素等を混入すると、放電で発生する表層炭化物を消去することができる。
【００４０】
この選択的放電の放電光を測定、解析することにより、金属表層に存在する介在物の組成および／または形態を特定することができる。
【００４１】
次に、表面疵の組成および／または形態に基づいて、表面疵の発生箇所を特定できる理由について説明する。
【００４２】
表面疵は、例えば、鋳造工程では、溶鋼中に混入した耐火物、溶鋼表面に浮上した介在物、または、鋳造パウダーが鋳片表面に付着したり、または、鋳片内部に巻き込まれたりして発生する。
【００４３】
耐火物は、ＭｇＯを主成分とするものであるから、スペクトル解析の結果、金属表層に残る表面疵の主成分がＭｇであることが判明すれば、その表面疵は、耐火物に起因するものであって、表面疵としての発生箇所は、溶鋼の鋳造過程であると特定でき、さらに、原因となる耐火物自体の混入は、鋳造前の工程であると推定できる。
【００４４】
また、溶鋼表面に浮上した介在物は、Ａｌ、Ｔｉおよび／またはＳｉの酸化物からなるものであるから、スペクトル解析でこれらの元素を検出すれば、金属表層に残る介在物は、溶鋼の鋳造過程で発生したものであると解明することができる。
【００４５】
また、鋳造工程で用いるパウダーに、トレーサーとして極微量の特異元素（例えば、Ｚｒ等）を混入しておけば、表面疵がパウダーに起因するものか否か、即ち、溶鋼の鋳造過程で発生したものか否かを判別することができる。
【００４６】
表面疵が、鋳造後の加工工程で、スケールが剥離しないで、金属表層に食い込んだものであれば、スケールの主成分であるＦｅＯ起因のスペクトルを検知することにより、表面疵の発生箇所が熱間加工工程であることを解明することができる。
【００４７】
表１に、表面疵の発生箇所と主な成分元素との典型的な関係を示す。複数の元素を検知する場合も当然にあるが、そのような場合、スペクトルの強度比を参考にすれば原因物質を特定することができる。
【００４８】
【表１】
なお、表１中、記号◎及び〇は、
比強度＝分析個所元素の発光強度／基準元素の発光強度
とし、目安として、◎：比強度＞３、〇：比強度＞１．５ と設定したものである。
【００５０】
本発明検査方法は、圧延で製造され、表層に介在物、パウダー、スケール等に起因する疵が発生し易い金属薄板、金属厚板、棒鋼、線材等に対し特に有効なものであるが、基本的には、電極と介在物、パウダー、およびスケールとの間に選択的放電が生じれば、その効果が得られるから、本発明でいう金属製品は、特定の材質や組成の金属製品や、特定の形態の金属製品に限定されない。
【００５１】
そして、本発明の疵消去方法（本発明消去方法）においては、本発明検査方法で得る表面疵の組成および／または形態に係る情報に基づいて、表面疵を機械的および／または化学的に除去するか、もしくは、同じく本発明検査方法で得る表面疵の原因物質および／または生成箇所に係る情報に基づいて、原因物質および／または生成箇所に係る条件を調整して、表面疵の発生を抑制する。
【００５２】
なお、本発明検査方法および本発明消去方法において、電極を、金属製品の幅方向に、複数個配置するか、もしくは、金属製品の移動方向に、多段階に複数個配置すると、疵検査の精度が向上し、疵の消去において効果的である。
【００５３】
本発明検査方法は、
（ａ）（１）金属製品表層の表面疵との間に、選択的にスパーク放電を発生させる電極を有する放電装置を含む発光部と、
（２）電極近傍に配置した分光装置からの発光スペクトル信号を解析して、表面疵の組成および／または形態を特定するスペクトル解析演算処理装置を含む情報処理部、
を一体化した放電発光解析装置、
（ｂ）上記演算処理装置からの表面疵の組成および／または形態に係る情報をさらに演算処理し、表面疵の原因物質および／または生成箇所を特定する物質・箇所特定演算処理装置、および、
（ｃ）金属製品表層と電極の間に不活性ガス雰囲気を形成する不活性ガス供給装置、
を備える疵検査装置（本発明検査装置）により実施する。
【００５４】
ここで、図２に、放電発光解析装置の一態様を示す。図２において、発光部１０に備えた放電装置９により、金属表層１と電極３の間に電圧を印加し、選択的放電６を生じせしめる。この選択的放電６で生じた光を、集光レンズ１１で集光し、分光装置１２に送り、分光装置１２で分光し、電気信号に変換した後、その電気信号を、信号配線１３を介して、発光部１０と一体化して設けた情報処理部１５に備えたスペクトル解析演算処理装置１４ａへ送り演算処理し、さらに、スペクトル解析演算処理装置１４ｂで演算処理し、表面疵の組成および／または形態を特定する。
【００５５】
本発明検査装置は、発光部１０と情報処理部１５を一体化した放電発光解析装置と、金属製品表層と電極の間に不活性ガス雰囲気を形成する不活性ガス供給装置を備えるものであり、本発明検査装置一つでも、本発明検査方法を実施できるが、金属製品に幅がある場合、放電発光解析装置（電極）を、金属製品の幅方向に複数個配置すると、幅方向での疵発生位置を特定できるとともに、表面疵の組成および／または形態の特定をより迅速に効果的に行なうことができる。
【００５６】
また、金属製品が一方向に移動するような場合、該移動方向に、放電発光解析装置（電極）を、多段階に複数個配置すると、金属製品の移動中に、金属表層上の表面疵の組成および／または形態をより精度よく特定することができる。
【００５７】
本発明検査装置においては、物質・箇所特定演算処理装置が、スペクトル解析演算処理装置からの表面疵の組成および／または形態に係る情報を受けて演算処理し、表面疵の原因物質および／または生成箇所を特定する。この物質・箇所特定演算処理装置は、放電発光解析装置と一体化してもよいし、別体として設けてもよい。
【００５８】
図３に、本発明検査装置の一態様を模式的に示す。図３において、放電発光解析装置１６が、金属製品の幅方向に複数個、移動方向１９には１段階に配置され、そして、信号配線１３により、別体の物質・箇所特定演算処理装置１７に結合されている。本発明検査装置によれば、金属製品をロール１８に巻き取る間に、介在物４の組成および／または形態を特定し、表面疵の原因物質および／または発生箇所を特定することができる。
【００５９】
また、ここでは開示していないが、パウダー、および、スケールに起因する表面疵についても、上記介在物の場合と同様に、その原因物質および／または発生箇所を特定することができる。
【００６０】
なお、本発明方法は、前述したように、圧延で製造され、表層に介在物に起因する疵が発生し易い金属薄板、金属厚板、棒鋼、線材等に対し特に有効であるが、基本的には、電極と介在物、パウダー、および、スケールとの間に選択的な放電が生じれば、その効果が得られるから、本発明でいう金属製品は、特定の材質や組成の金属製品や、特定の形態の金属製品に限定されない。
【００６１】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明は、実施例で用いた諸条件に限定されるものではない。
【００６２】
（実施例１）
表層に介在物が存在する鋼板を用いて、電圧：３００Ｖ、周波数：３３３Ｈｚ、放電形態：スパーク、雰囲気ガス：アルゴンの条件で、本発明検査方法を実施し、鋼板上に存在する介在物の組成および形態、さらに、原因物質および発生箇所を特定した。表２に、疵の発光強度の一例を示す。
【００６３】
ここで、検出強度として用いる記号（◎、〇）は、
比強度＝分析個所元素の発光強度／基準元素の発光強度
を用い、目安として、◎：比強度＞３、〇：比強度＞１．５ と設定したものである。
【００６４】
この時、基準元素の発光強度は、あらかじめ、金属製品毎に、正常な表層部における発光強度を測定し登録したものを用いる。
【００６５】
この実施例においては、表２に示すように、特に、Ｚｒが特異的に検出されているが、このことから、疵は、鋳造過程で用いるパウダーに起因するスリバー疵であると特定することができる。
【００６６】
【表２】
（実施例２）
表２に示す結果に基づいて、原因物質および発生箇所に係る条件を調整して、溶鋼を鋳造し、圧延した。
【００６８】
解析結果より、これまで使用していたパウダーＡは、溶鋼に巻込まれ易い性質のものであることが判明したので、パウダーＡを、組成を変更したパウダーＢに替えて、溶鋼を鋳造した。その結果を表３に示す。
【００６９】
表３から、パウダーＡをパウダーＢに替えることにより、パウダー起因の疵の発生率を、５．５％から３．４％に低減できたことが解かる。
【００７０】
【表３】
【発明の効果】
本発明によれば、金属表層上の疵の発生原因および発生箇所を迅速に特定して、金属製品の製造過程における疵対策を、疵検査から短時間で迅速に採れるので、不良製品の発生を最小限に食い止めることができる。
【００７２】
したがって、本発明によれば、平滑で、清浄な表面を有する金属製品のより幅広い利用を促進するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が基とする知見を模式的に示す図である。（ａ）は、金属表層と電極の間に電場を印加し、金属と介在物の境界に分極が発生した状態を示す図であり、（ｂ）は、介在物と電極との間に選択的放電が生じた状態を示し、また、（ｃ）は、介在物中の元素が金属中に微細拡散するとともに、原子化またはイオン化して蒸発する状態を示す図である。
【図２】本発明検査装置で用いる放電発光解析装置の態様を模式的に示す図である。
【図３】金属製品の幅方向に、放電発光解析装置を複数個、移動方向には１段階に配置し、物質・箇所特定演算処理装置を別体として設けた本発明検査装置の態様を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…金属表層
２…金属
３…電極
４…介在物
５…金属中に固溶している元素
６…選択的放電
７…介在物が分解微細化して金属中に拡散・固溶した元素
８…イオン化または原子化した元素
９…放電装置
１０…発光部
１１…集光レンズ
１２…分光装置
１３…信号配線
１４ａ、１４ｂ…演算処理装置
１５…情報処理部
１６…放電発光解析装置
１７…物質・箇所特定演算処理装置
１８…ロール
１９…移動方向[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention detects a surface flaw generated in the manufacturing process of a metal product, and a flaw inspection method and apparatus for quickly specifying a flaw generation location, and adjusting production conditions at the flaw generation location to suppress flaw generation. The present invention relates to a method for eliminating flaws.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of metal products, for example, in the casting process, refractories mixed in the molten steel, inclusions floating on the surface of the molten steel, or casting powder adheres to the slab surface, or is caught in the slab Or, in the processing step after casting, the scale does not peel off and cuts into the metal surface layer, so that the surface layer of the metal product, especially a thinly stretched metal sheet product, has a flaw caused by the above phenomenon. I do.
[0003]
Such flaws not only impair the appearance of the sheet metal product and lower its commercial value, but when plating the sheet metal product, the plating is not plated or is insufficiently plated. Therefore, the flaws (sliver flaws, etc.) remaining on the surface of the metal sheet need to be removed as much as possible before shipping as a product or before being subjected to the next step. There is a demand for a sheet metal product having no flaws.
[0004]
Conventionally, flaws remaining on the surface layer of a thin metal plate have been removed by a method of mechanically grinding a metal surface layer containing the flaws or a method of erasing with a chemical (acid cleaning method).
[0005]
However, flaws that occur in the manufacturing process and remain on the surface layer of a metal product are various in type and form, and are removed regardless of whether they are mechanically ground or removed by chemical erasure. Therefore, it is difficult to detect all the flaws.
[0006]
Therefore, the present applicant can detect all types of flaws with a simple configuration for the detection of flaws existing on the surface layer of a metal plate, particularly a steel sheet, and furthermore, restrict the installation location and the like. From the viewpoint that it is necessary to provide a flaw inspection device that does not receive the light, in
[0007]
This flaw inspection device forms a clear shadow for a linear flaw extending in the line direction by arranging the light source that illuminates in the width direction of the steel sheet diagonally, not perpendicular to the line direction of the steel sheet. In addition to detecting the linear flaws, all kinds of flaws such as unevenness flaws and color tone flaws can be detected with high accuracy.
[0008]
As described above, the flaw detection / detection method of the flaw inspection apparatus has high detection capability and high determination accuracy. In this detection / determination method, basic information for specifying the location where the flaw occurs, for example, Information on the constituent elements and composition of the flaw cannot be obtained.
[0009]
Further, even if the flaws are mechanically removed or chemically removed after the detection and discrimination of the flaws, there is naturally a limit to these removal and removal.
[0010]
However, as described above, in recent years, there has been a strong demand for metal products having no surface flaws, especially metal sheet products.
[Patent Document 1]
JP 2000-121574 A
[Problems to be solved by the invention]
In order to meet the above demand, the present invention accurately grasps the composition and / or morphology of a flaw generated on a metal surface layer during the manufacturing process of a metal product and remains on the metal surface layer even after the manufacturing, and specifies a location where the flaw occurs. It is another object of the present invention to provide a method and an apparatus for inspecting flaws, and to provide a method for erasing surface flaws from a surface layer of a metal product at an early stage.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention has found that when a voltage is applied to a nonconductor material such as an inclusion contained in a conductor such as a metal, polarization occurs in a boundary region between the metal and the nonconductor, and a discharge occurs selectively at that portion. (Selective discharge phenomenon to inclusions) It is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-150572 that the number, diameter, content, or average diameter of inclusions can be determined according to a predetermined formula by measuring and analyzing the emission spectrum. It has already been disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-238250.
[0013]
As described above, by analyzing the emission spectrum related to the selective discharge, it is possible to obtain information on the aspect and form of the inclusion. However, the present inventor has selected the inclusion appearing on the surface layer of the metal product. It was found that if the periodic discharge continued, the inclusions were finely diffused and evaporated, and finally, the inclusions disappeared in the metal surface layer. Based on this finding, if the emission spectrum was analyzed, the composition of the inclusions was determined. The authors came up with the idea that this could be clarified, and investigated the relationship between the emission spectrum and the composition of inclusions.
[0014]
As a result, the present inventors have found that the composition of inclusions can be almost specified by analyzing the emission spectrum in the selective discharge phenomenon.
[0015]
Similarly, it has been found that the scale that causes surface flaws and the composition of the powder used in the casting process can be almost specified.
[0016]
The present invention is based on the above findings, and the gist is as follows.
[0017]
(1) In a method of inspecting a surface flaw generated in a manufacturing process of a metal product,
(A) applying an electric field between a surface layer of a metal product and an electrode to selectively generate a spark discharge between a surface flaw on the surface layer and the electrode;
(B) analyzing the emission spectrum of the discharge to identify the composition and / or morphology of the surface flaw;
A flaw inspection method for a metal product, characterized in that:
[0018]
(2) In a method of inspecting a surface flaw generated in a manufacturing process of a metal product,
(A) applying an electric field between a surface layer of a metal product and an electrode to selectively generate a spark discharge between a surface flaw on the surface layer and the electrode;
(B) analyzing the emission spectrum of the discharge to identify the composition and / or morphology of the surface flaw;
(C) Based on the composition and / or form, specify the causative substance of the surface flaw and / or the place of occurrence.
A flaw inspection method for a metal product, characterized in that:
[0019]
(3) The metal product flaw inspection method according to (1) or (2), wherein a plurality of the electrodes are arranged in a width direction of the metal product.
[0020]
(4) The flaw inspection method for a metal product according to any one of (1) to (3), wherein a plurality of the electrodes are arranged in multiple stages in a moving direction of the metal product.
[0021]
(5) The metal product flaw inspection method according to any one of (1) to (4), wherein the metal product is a thin metal plate manufactured by rolling.
[0022]
(6) The above-mentioned (1) to (5), wherein the surface flaw is caused by one or more of inclusions, powder used in the casting process, and scale. A method for inspecting flaws of a metal product as described in Crab.
[0023]
(7) In a method of eliminating surface flaws generated in a manufacturing process of a metal product,
(A) applying an electric field between a surface layer of a metal product and an electrode to selectively generate a spark discharge between a surface flaw on the surface layer and the electrode;
(B) analyzing the emission spectrum of the discharge to identify the composition and / or morphology of the surface flaw;
(C) mechanically and / or chemically removing surface flaws depending on the composition and / or form;
A method for eliminating flaws on a metal product, characterized in that:
[0024]
(8) In a method of eliminating surface flaws generated in a manufacturing process of a metal product,
(A) applying an electric field between a surface layer of a metal product and an electrode to selectively generate a spark discharge between a surface flaw on the surface layer and the electrode;
(B) analyzing the emission spectrum of the discharge to identify the composition and / or morphology of the surface flaw;
(C) Based on the composition and / or form, specify a causative substance and / or a site where a surface flaw is generated,
(D) suppressing the occurrence of surface flaws by adjusting the process conditions relating to the causative substance and / or the generation location;
A method for eliminating flaws on a metal product, characterized in that:
[0025]
(9) The method according to (7) or (8), wherein a plurality of the electrodes are arranged in a width direction of the metal product.
[0026]
(10) The metal product flaw erasing method according to any one of (7) to (9), wherein a plurality of the electrodes are arranged in multiple stages in a moving direction of the metal product.
[0027]
(11) The method for eliminating flaws on a metal product according to any one of (7) to (10), wherein the metal product is a thin metal plate manufactured by rolling.
[0028]
(12) Any of the above (7) to (11), wherein the surface flaw is caused by any one or more of inclusions, powder used in a casting process, and scale. The method for eliminating flaws of a metal product according to the above item.
[0029]
(13) In a flaw inspection device for inspecting a surface flaw of a metal product,
(A) (1) a light emitting portion including a discharge device having an electrode for selectively generating a spark discharge between a surface flaw of a metal product surface layer;
(2) an information processing unit including a spectrum analysis arithmetic processing unit for analyzing an emission spectrum signal from a spectroscopic device arranged near the electrode to specify the composition and / or form of a surface flaw;
A discharge emission analyzer that integrates
(B) an inert gas supply device for forming an inert gas atmosphere between the metal product surface layer and the electrode;
A flaw inspection device for a metal product, comprising:
[0030]
(14) In a flaw inspection device for inspecting a surface flaw of a metal product,
(A) (1) a light emitting portion including a discharge device having an electrode for selectively generating a spark discharge between a surface flaw of a metal product surface layer;
(2) an information processing unit including a spectrum analysis operation device for analyzing the emission spectrum signal from the spectroscopic device arranged near the electrode and specifying the composition and / or form of the surface flaw;
, A spectrum analysis arithmetic processing unit,
(B) a material / location specifying processor for further processing information on the composition and / or morphology of surface flaws from the spectrum analysis / calculation processor to specify a causative substance and / or a generation location of the surface flaw; and ,
(C) an inert gas supply device for forming an inert gas atmosphere between the metal product surface layer and the electrode;
A flaw inspection device for a metal product, comprising:
[0031]
(15) The metal product flaw inspection device according to (13) or (14), wherein a plurality of the spectrum analysis operation processing devices are arranged in a metal width direction.
[0032]
(16) The flaw inspection of a metal product according to any one of (13) to (15), wherein a plurality of the spectrum analysis operation processing devices are arranged in multiple stages in a moving direction of the metal. apparatus.
[0033]
(17) The metal product flaw inspection apparatus according to any one of (13) to (16), wherein the metal product is a metal sheet manufactured by rolling.
[0034]
(18) Any of the above (13) to (17), wherein the surface flaw is caused by one or more of inclusions, powder used in the casting process, and scale. A method for inspecting flaws of a metal product as described in Crab.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention will be described in detail. The flaw inspection method of the present invention (the present invention inspection method) is based on the findings found by the inventor,
(A) applying an electric field between a surface layer of a metal product and an electrode to selectively generate a spark discharge between a surface flaw on the surface layer and the electrode;
(B) analyzing the emission spectrum of the discharge to identify the composition and / or morphology of the surface flaw;
This is the first basic philosophy, and in addition to this basic philosophy,
(C) Based on the composition and / or form, specify the causative substance of the surface flaw and / or the place of occurrence.
This is the second basic idea.
[0036]
First, based on FIG. 1, a description will be given of a finding that the present inventor has already found, that is, a phenomenon in which inclusions are selectively erased when a selective discharge generated between an inclusion and an electrode is continued. .
[0037]
As shown in FIG. 1 (a), when an inclusion 4 containing an insoluble element is present in the
[0038]
In the state shown in FIG. 1A, when an electric field is further applied, dielectric breakdown occurs between the sample and the electrode, and a thin thread-like discharge channel is formed by an avalanche phenomenon. This rapid energization excites Ar into Ar + ions and Ar * metastable ions. Next, a cathodic spot is formed in the non-uniform electric field on the sample surface, and an explosion occurs.
At this time, since the boundary between the above-described inclusion and the base metal is a typical non-uniform electric field, the inclusion itself is charged and explodes and collapses.
At this time, some of the collapsed inclusions are refined and dispersed in the base metal, and some are ejected to the anode electrode side as a vapor jet stream, and active species such as Ar + , Ar * ions, etc. Collides with and forms plasma light.
In this manner, as shown in FIG. 1B, a
[0039]
The discharge is generated by blowing an inert gas to the electrode in an inert atmosphere, for example, under atmospheric pressure. Note that, as the inert gas, for example, helium, neon, or the like can be used, but argon is preferable in terms of cost. Further, oxygen or the like may be partially mixed depending on the application. If oxygen or the like is mixed in part, the surface carbide generated by the discharge can be eliminated.
[0040]
By measuring and analyzing the discharge light of this selective discharge, the composition and / or morphology of the inclusions present in the metal surface layer can be specified.
[0041]
Next, the reason why the location where the surface flaw occurs can be specified based on the composition and / or form of the surface flaw will be described.
[0042]
Surface flaws, for example, in the casting process, refractories mixed in the molten steel, inclusions floating on the surface of the molten steel, or cast powder adheres to the slab surface, or is caught in the slab appear.
[0043]
Since the refractory is mainly composed of MgO, if the spectrum analysis reveals that the main component of the surface flaws remaining on the metal surface layer is Mg, the surface flaw is caused by the refractory. Therefore, the location where the surface flaw is generated can be specified to be in the process of casting molten steel, and furthermore, the incorporation of the refractory itself causing the process can be presumed to be a process before casting.
[0044]
Further, since the inclusions floating on the surface of the molten steel are composed of oxides of Al, Ti and / or Si, if these elements are detected by spectrum analysis, the inclusions remaining on the metal surface layer are cast by the molten steel. It can be elucidated that it occurred during the process.
[0045]
Also, if a trace amount of a specific element (for example, Zr) is mixed into the powder used in the casting process as a tracer, it is determined whether the surface flaw is caused by the powder, that is, the surface flaw is generated during the casting process of the molten steel. Can be determined.
[0046]
If the surface flaws are cut into the metal surface layer without exfoliation of the scale in the processing step after casting, by detecting the spectrum attributable to FeO, which is the main component of the scale, the location where the surface flaws are generated becomes hot. It can be clarified that this is a cold working process.
[0047]
Table 1 shows a typical relationship between the locations where surface flaws occur and the main component elements. Naturally, a plurality of elements may be detected. In such a case, the causative substance can be specified by referring to the intensity ratio of the spectrum.
[0048]
[Table 1]
In Table 1, symbols ◎ and Δ indicate
Specific intensity = Emission intensity of element to be analyzed / Emission intensity of reference element, and as reference, ◎: specific intensity> 3, Δ: specific intensity> 1.5.
[0050]
The inspection method of the present invention is particularly effective for a thin metal plate, a thick metal plate, a steel bar, a wire rod, and the like, which are manufactured by rolling and are liable to generate a flaw caused by inclusions, powder, scale, and the like on the surface layer. Specifically, if a selective discharge occurs between the electrode and the inclusions, the powder, and the scale, the effect is obtained, so the metal product in the present invention is a metal product of a specific material or composition, It is not limited to a particular form of metal product.
[0051]
In the flaw erasing method of the present invention (the erasing method of the present invention), the surface flaw is mechanically and / or chemically removed based on information on the composition and / or form of the surface flaw obtained by the inspection method of the present invention. Or, based on the information on the causative substance and / or the generation location of the surface flaw obtained by the inspection method of the present invention, adjust the condition of the causative substance and / or the generation location to suppress the generation of the surface flaw. I do.
[0052]
In the inspection method and the erasing method of the present invention, if a plurality of electrodes are arranged in the width direction of the metal product or a plurality of electrodes are arranged in multiple stages in the moving direction of the metal product, the accuracy of the flaw inspection is improved. And is effective in eliminating flaws.
[0053]
The inspection method of the present invention
(A) (1) a light emitting portion including a discharge device having an electrode for selectively generating a spark discharge between a surface flaw of a metal product surface layer;
(2) an information processing unit including a spectrum analysis arithmetic processing unit for analyzing an emission spectrum signal from a spectroscopic device arranged near the electrode to specify the composition and / or form of a surface flaw;
Integrated discharge emission analyzer,
(B) a material / location specifying processing device for further processing the information on the composition and / or form of the surface flaw from the processing device to specify a causative substance and / or a generation location of the surface flaw; and
(C) an inert gas supply device for forming an inert gas atmosphere between the metal product surface layer and the electrode;
The inspection is carried out by a flaw inspection device (the inspection device of the present invention) provided with:
[0054]
Here, FIG. 2 shows one embodiment of the discharge light emission analysis device. In FIG. 2, a voltage is applied between the
[0055]
The inspection device of the present invention includes a discharge light emission analysis device in which the
[0056]
Further, in the case where the metal product moves in one direction, if a plurality of discharge emission analysis devices (electrodes) are arranged in multiple stages in the moving direction, during the movement of the metal product, the surface flaws on the metal surface layer may be removed. The composition and / or morphology can be specified with higher accuracy.
[0057]
In the inspection apparatus of the present invention, the substance / location identification processing device receives information on the composition and / or morphology of the surface flaw from the spectrum analysis calculation processing apparatus, performs a calculation process, and causes the material and / or generation of the surface flaw. Identify the location. This substance / location identification processing device may be integrated with the discharge emission analysis device or may be provided separately.
[0058]
FIG. 3 schematically shows one embodiment of the inspection apparatus of the present invention. In FIG. 3, a plurality of discharge light
[0059]
Further, although not disclosed here, it is possible to specify the causative substance and / or the location of the surface flaw caused by the powder and the scale similarly to the case of the inclusion.
[0060]
As described above, the method of the present invention is particularly effective for a thin metal plate, a thick metal plate, a steel bar, a wire rod, and the like, which are manufactured by rolling and are liable to generate flaws due to inclusions on the surface layer, as described above. In, the electrode and inclusions, powder, and, if a selective discharge occurs between the scale, since the effect is obtained, the metal product in the present invention, a metal material of a specific material and composition, However, the present invention is not limited to a specific form of metal product.
[0061]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the conditions used in the examples.
[0062]
(Example 1)
The inspection method of the present invention was carried out using a steel sheet having an inclusion in the surface layer under the conditions of voltage: 300 V, frequency: 333 Hz, discharge form: spark, atmosphere gas: argon, and the composition of the inclusion existing on the steel sheet And the form, the causative substance and the place of occurrence were identified. Table 2 shows an example of the light emission intensity of the flaw.
[0063]
Here, the symbols (◎, Δ) used as the detection intensity are:
Specific intensity = Emission intensity of element to be analyzed / Emission intensity of reference element, and as reference, ◎: specific intensity> 3, Δ: specific intensity> 1.5.
[0064]
At this time, the emission intensity of the reference element is obtained by previously measuring and registering the emission intensity of the normal surface layer for each metal product.
[0065]
In this example, as shown in Table 2, in particular, Zr was specifically detected. From this, it can be specified that the flaw is a sliver flaw caused by the powder used in the casting process. it can.
[0066]
[Table 2]
(Example 2)
Based on the results shown in Table 2, the conditions relating to the causative substance and the location of occurrence were adjusted, and molten steel was cast and rolled.
[0068]
From the analysis results, it was found that the powder A used so far had a property of being easily entrained in the molten steel. Therefore, the powder A was replaced with the powder B having a changed composition, and the molten steel was cast. Table 3 shows the results.
[0069]
From Table 3, it can be seen that by replacing Powder A with Powder B, the incidence of flaws caused by powder could be reduced from 5.5% to 3.4%.
[0070]
[Table 3]
【The invention's effect】
According to the present invention, the cause and location of the flaw on the metal surface layer are quickly identified, and measures for flaws in the manufacturing process of the metal product can be quickly taken from the flaw inspection in a short time. Can be kept to a minimum.
[0072]
Therefore, according to the present invention, it is possible to promote a wider use of a metal product having a smooth and clean surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the knowledge based on the present invention. (A) is a diagram showing a state in which an electric field is applied between a metal surface layer and an electrode, and polarization occurs at a boundary between the metal and the inclusion, and (b) is a diagram showing a state in which a polarization is selectively generated between the inclusion and the electrode. FIG. 3C is a diagram illustrating a state in which a discharge has occurred, and FIG. 4C illustrates a state in which an element in an inclusion is finely diffused into a metal, and is atomized or ionized and evaporated.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an embodiment of a discharge light emission analyzer used in the inspection device of the present invention.
FIG. 3 schematically illustrates an embodiment of the inspection apparatus of the present invention in which a plurality of discharge emission analysis devices are arranged in a width direction of a metal product, and one stage is arranged in a movement direction, and a substance / location identification processing device is provided separately. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (18)
（ａ）金属製品の表層と電極の間に電場を印加して、該表層上の表面疵と電極の間に、選択的にスパーク放電を発生させ、
（ｂ）上記放電による発光スペクトルを解析して、表面疵の組成および／または形態を特定する、
ことを特徴とする金属製品の疵検査方法。In the method of inspecting surface flaws generated in the manufacturing process of metal products,
(A) applying an electric field between a surface layer of a metal product and an electrode to selectively generate a spark discharge between a surface flaw on the surface layer and the electrode;
(B) analyzing the emission spectrum of the discharge to identify the composition and / or morphology of the surface flaw;
A flaw inspection method for a metal product, characterized in that:
（ａ）金属製品の表層と電極の間に電場を印加して、該表層上の表面疵と電極の間に、選択的にスパーク放電を発生させ、
（ｂ）上記放電による発光スペクトルを解析して、表面疵の組成および／または形態を特定し、
（ｃ）上記組成および／または形態に基づいて、表面疵の原因物質および／または発生箇所を特定する、
ことを特徴とする金属製品の疵検査方法。In the method of inspecting surface flaws generated in the manufacturing process of metal products,
(A) applying an electric field between a surface layer of a metal product and an electrode to selectively generate a spark discharge between a surface flaw on the surface layer and the electrode;
(B) analyzing the emission spectrum of the discharge to identify the composition and / or morphology of the surface flaw;
(C) Based on the composition and / or form, specify the causative substance of the surface flaw and / or the place of occurrence.
A flaw inspection method for a metal product, characterized in that:
（ａ）金属製品の表層と電極の間に電場を印加して、該表層上の表面疵と電極の間に、選択的にスパーク放電を発生させ、
（ｂ）上記放電による発光スペクトルを解析して、表面疵の組成および／または形態を特定し、
（ｃ）上記組成および／または形態に応じて、表面疵を、機械的および／または化学的に除去する、
ことを特徴とする金属製品の疵消去方法。In a method of eliminating surface flaws generated in the manufacturing process of metal products,
(A) applying an electric field between a surface layer of a metal product and an electrode to selectively generate a spark discharge between a surface flaw on the surface layer and the electrode;
(B) analyzing the emission spectrum of the discharge to identify the composition and / or morphology of the surface flaw;
(C) mechanically and / or chemically removing surface flaws depending on the composition and / or form;
A method for eliminating flaws on a metal product, characterized in that:
（ａ）金属製品の表層と電極の間に電場を印加して、該表層上の表面疵と電極の間に、選択的にスパーク放電を発生させ、
（ｂ）上記放電による発光スペクトルを解析して、表面疵の組成および／または形態を特定し、
（ｃ）上記組成および／または形態に基づいて、表面疵の原因物質および／または生成箇所を特定し、
（ｄ）上記原因物質および／または生成箇所に係る工程条件を調整して、表面疵の発生を抑制する、
ことを特徴とする金属製品の疵消去方法。In a method of eliminating surface flaws generated in the manufacturing process of metal products,
(A) applying an electric field between a surface layer of a metal product and an electrode to selectively generate a spark discharge between a surface flaw on the surface layer and the electrode;
(B) analyzing the emission spectrum of the discharge to identify the composition and / or morphology of the surface flaw;
(C) Based on the composition and / or form, specify a causative substance and / or a site where a surface flaw is generated,
(D) suppressing the occurrence of surface flaws by adjusting the process conditions relating to the causative substance and / or the generation location;
A method for eliminating flaws on a metal product, characterized in that:
（ａ）（１）金属製品表層の表面疵との間に、選択的にスパーク放電を発生させる電極を有する放電装置を含む発光部と、
（２）電極近傍に配置した分光装置からの発光スペクトル信号を解析して、表面疵の組成および／または形態を特定するスペクトル解析演算処理装置を含む情報処理部、
を一体化した放電発光解析装置、および、
（ｂ）金属製品表層と電極の間に不活性ガス雰囲気を形成する不活性ガス供給装置、
を備えることを特徴とする金属製品の疵検査装置。In a flaw inspection device that inspects surface flaws of metal products,
(A) (1) a light emitting portion including a discharge device having an electrode for selectively generating a spark discharge between a surface flaw of a metal product surface layer;
(2) an information processing unit including a spectrum analysis arithmetic processing unit for analyzing an emission spectrum signal from a spectroscopic device arranged near the electrode to specify the composition and / or form of a surface flaw;
A discharge emission analyzer that integrates
(B) an inert gas supply device for forming an inert gas atmosphere between the metal product surface layer and the electrode;
A flaw inspection device for a metal product, comprising:
（ａ）（１）金属製品表層の表面疵との間に、選択的にスパーク放電を発生させる電極を有する放電装置を含む発光部と、
（２）電極近傍に配置した分光装置からの発光スペクトル信号を解析して、表面疵の組成および／または形態を特定するスペクトル解析演算装置を含む情報処理部、
を一体化したスペクトル解析演算処理装置、
（ｂ）上記スペクトル解析演算処理装置からの表面疵の組成および／または形態に係る情報をさらに演算処理し、表面疵の原因物質および／または生成箇所を特定する物質・箇所特定演算処理装置、および、
（ｃ）金属製品表層と電極の間に不活性ガス雰囲気を形成する不活性ガス供給装置、
を備えることを特徴とする金属製品の疵検査装置。In a flaw inspection device that inspects surface flaws of metal products,
(A) (1) a light emitting portion including a discharge device having an electrode for selectively generating a spark discharge between a surface flaw of a metal product surface layer;
(2) an information processing unit including a spectrum analysis operation device for analyzing the emission spectrum signal from the spectroscopic device arranged near the electrode and specifying the composition and / or form of the surface flaw;
, A spectrum analysis arithmetic processing unit,
(B) a substance / location specifying processor for further processing the information on the composition and / or morphology of the surface flaw from the spectrum analysis / calculation processor to specify a causative substance and / or a generation location of the surface flaw; and ,
(C) an inert gas supply device for forming an inert gas atmosphere between the metal product surface layer and the electrode;
A flaw inspection device for a metal product, comprising:
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|---|---|---|---|---|
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| JP2017049025A (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 富士重工業株式会社 | Explosive spark evaluating system, and explosive spark evaluating method |
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2003
- 2003-06-05 JP JP2003161020A patent/JP2004069681A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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