JP2008128863A - 鋼中介在物径の推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼中のＢ系介在物及びＤ系介在物の径の精度のよい推定方法を提供する。
【解決手段】超音波探傷装置により鋼中介在物の径を推定する方法であって、超音波探傷装置により圧鍛比６以上の鋼材中の欠陥の反射波強度及び欠陥信号径を検出するステップと、介在物長辺方向の欠陥信号径が所定の径以上であるか否かを判断するステップと、介在物長辺方向の欠陥信号径が所定の径以上である場合には、欠陥信号径に基づく所定の検量線式から介在物径を求めるステップと、介在物長辺方向の欠陥信号径が所定の径未満である場合には、反射波強度に基づく所定の検量線式から介在物径を求めるステップとを有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、鋼中介在物径を推定する方法に関し、詳しくは、高周波超音波探傷を利用して、精度よく、主にφ20μm以上の鋼中介在物径を推定する方法に関する。

疲労寿命が要求される機械部品鋼、特に転がり軸受用鋼では、鋼中の非金属介在物を極力低減した清浄度の高い鋼であることが重要である。異物混入のないクリーンな環境下で使用される鋼製の転がり軸受の一般的なパフォーマンスを示すL10寿命(転動疲労寿命)には、鋼の清浄度が影響するためである。具体的には、φ20μm以上の介在物が、L10寿命に影響するとの考え方が知られている。介在物の指標としては、鋼製品またはその素材の体積の全部または一部の中における最大介在物の径や個数があり、極力大きな体積中の最大介在物や介在物個数を精度よく予測することで、鋼製品や供給素材の清浄度に関する信頼性を正確に検査・評価でき、また、より一層のL10寿命と清浄度(φ20μｍ以上の介在物)との関係の明確化にも役立つと考えられる。

大体積の清浄度評価方法には高周波超音波探傷法があり、特に、酸化物系介在物の評価の点で有用である。また、球状・塊状介在物のみならず、クラスタ介在物を評価可能な点でも有用である。

従来の高周波超音波探傷法による鋼中介在物評価方法としては、所定の検量線を算出し、この検量線に基づいて、超音波探傷での欠陥信号径から欠陥径を求める推定方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、鋳片または圧延された鋼材の内部に存在する非金属介在物及び気泡を垂直超音波探傷法を用いて検査する方法であり、欠陥部反射波の強度から、非金属介在物または気泡の判別と、欠陥部の検査面への投影面積の円換算直径を判定する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
特許第3712254号公報 特開平9-138222号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は比較的有効であるが、√AREAが約80μm未満の小中径介在物（特に数十ミクロンオーダーの径の介在物）に対して、径の推定精度が劣る。また、特許文献２に記載の方法は、欠陥径の推定を反射波強度のみによっているので、Ｄ系介在物径の推定方法としてはよくても、Ｂ系介在物（特にミリオーダーの長さをもつ大型介在物）の径の推定方法としては不十分である。ここで、Ｂ系介在物とは、圧延・鍛造方向に延伸した酸化物系介在物のことをいい、クラスタ介在物を含むものである。また、Ｄ系介在物とは、圧延・鍛造方向に延伸していない球状・塊状の酸化物系介在物のことをいう。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、高周波超音波探傷法による鋼中介在物評価方法における精度のよいＢ系介在物及びＤ系介在物の径の推定方法を提供するものである。

本発明は、超音波探傷法により鋼中介在物の径を推定する方法であって、超音波探傷装置により圧鍛比６以上の鋼材中の欠陥の反射波強度及び欠陥信号径を検出するステップと、介在物長辺方向の欠陥信号径が所定の径以上であるか否かを判断するステップと、介在物長辺方向の欠陥信号径が所定の径以上である場合には、欠陥信号径に基づく所定の検量線式から介在物径を求めるステップと、介在物長辺方向の欠陥信号径が所定の径未満である場合には、反射波強度に基づく所定の検量線式から介在物径を求めるステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、圧鍛比６以上の鋼材中のＢ系介在物及びＤ系介在物の径を精度よく推定できる高周波超音波探傷による鋼の清浄度検査方法を提供することができる。

本実施形態の鋼中介在物径の推定方法では、所定の介在物径を基準とし、所定の介在物径未満の介在物に対しては反射波強度をパラメータとする検量線式を用い、所定の介在物径以上の介在物に対しては欠陥信号径をパラメータとする検量線式を用いて介在物径を推定するものである。

圧鍛比６以上の鋼材中、特に、高清浄度鋼中の介在物に関して、介在物径（√AREA）が80μｍ未満の小中径介在物については、Ｄ系介在物も多く、欠陥信号径よりも反射波強度（特に深度補正を行った値）の方が精度がよい。したがって、反射波強度をパラメータとする検量線式をあらかじめ作成し、介在物径を推定するものである。なお、圧鍛比とは、鋳片または鋼塊の断面積をp、その鋳片または鋼塊を圧延または鍛造して、あるいは圧延と鍛造の両方をおこなって製造される半製品や製品の断面積をqとして、p／qで与えられる。

一方、介在物径（√AREA）が80μｍ以上の介在物については、Ｂ系介在物が多く認められるようになり、欠陥信号径の方が利便性が高い。したがって、欠陥信号径をパラメータとする検量線式をあらかじめ作成し、介在物径を推定するものである。

本実施形態の鋼中介在物径の推定方法では、超音波探傷により被検体となる金属材料の欠陥を検出する。超音波探傷は、探触子から超音波（以下「ビーム」ということがある）が発せられ、対象物に当たり、その反射波を検出して、反射波強度、グラフとして出力された波形などの反射波形情報、欠陥信号径、に基づいて所望の情報を得るものである。探触子による走査は、検査試料の所定の間隔をおいた複数箇所で超音波の発射、反射波の受信を行う（この間隔のことを「探傷走査ピッチ」または単に「走査ピッチ」という）。本実施形態においては、水浸式のパルス反射法による垂直超音波探傷が好適である。

垂直超音波探傷では、所定の探傷走査ピッチで、検査試料中の欠陥を検出する。探傷走査ピッチは、少なくとも探触子から発せられる超音波ビームの束の焦点位置における直径の１／２以下とする。ビーム束の直径の１／２以下とすれば、相対反射波強度が少なくとも約７０％以上の領域で欠陥の検出を行うことが可能となる。相対反射波強度が７０％ということは、本来その欠陥から得られる最大反射波強度１００％に対し、欠陥位置とビームの中心軸のずれにより７０％の強度の反射波しか得られないことを意味する。探傷走査ピッチは超音波ビームの半径方向（水平方向）の減衰の影響が極力小さくなるように設定するのが好ましく、具体的には、高周波超音波探触子の場合、５〜５０μｍに設定する。

このように垂直超音波探傷を行って、検査試料中に含まれる欠陥の位置、反射波強度、正半波強度、負半波強度、欠陥信号径、の値を測定する。なお、 反射波強度は正半波強度と負半波強度のいずれか大きい方の値として得られる。

欠陥信号径は、所定の大きさ以上の反射波強度が現れている探触子の走査範囲として求められ、具体的には、所定の閾値以上の反射波強度を示した探触子の移動距離を欠陥信号径として検出する。これは、最大反射波強度とは無関係に所定の反射波強度を閾値として設定して、この閾値以上になっている範囲の探触子の移動距離を欠陥信号径とするものである。閾値は超音波探傷の種々の条件により適宜設定することができるが、例えば反射波強度３０％を閾値とすることができる。

本実施形態の圧鍛比６以上の鋼材中の介在物の径の推定方法は、介在物径（√AREA）が80μｍ未満の介在物については、反射波強度をパラメータとする検量線式（１）をあらかじめ作成し、介在物径を推定するものである。

√AREA=ａ×Ｓ×Ｈ＋ｂ（検量線式（１）とする）
ここで、ａ、ｂは定数、Ｓは深度補正係数（（欠陥深度−実焦点深度）の関数として得られる）、Ｈは反射波強度である。

検量線式（１）の導出法について説明する。まず、ポロシティのない鋼試料の超音波探傷を行い、検出介在物群からまず１つの介在物を選抜して、検出介在物の反射波強度Ｈ、深さ座標値(ビーム路程)を取得する。そして、深さ座標値(ビーム路程)の関数として定まる深さ補正値Ｓを求める。次に、該介在物について削り込み(削り込みピッチは数μｍ程度)による実体確認（顕微鏡観察）を行い、介在物の最大径√AREAを計測する。同様の作業を他の介在物に対しても実施する。最大径√AREAが80μｍ未満であった介在物について、複数の介在物のデータをもとに、√AREAとＳ×Ｈとの相関をとり、定数a,bを決定する（図６）。最大径√AREAが80μｍ未満であった介在物であれば、√AREAとＳ×Ｈとの関係（リニア性）も良好となる。

超音波探傷によって反射波強度Ｈの取得にあたっては、現実には以下のような手順で行う。まずφ２０μｍ以上の介在物が検出できる探傷感度Ｄ１[ｄＢ]での超音波探傷を行い、ある欠陥について反射波強度Ｈ１(％)を取得する。Ｈ１(％)≦１００のときＨ＝Ｈ１とする。Ｈ１(％)＞１００％のとき、該欠陥を含む領域を、探傷感度をＤ１よりも６ｄＢさげた探傷感度Ｄ２ [ｄＢ]で再探傷し、反射波強度Ｈ２(％)を取得する。Ｈ２(％)≦１００のときＳ＝Ｈ２×２とする。Ｈ２(％)＞１００のとき、該欠陥を含む領域を、探傷感度をＤ２よりも６ｄＢさげた探傷感度Ｄ３[ｄＢ]でさらに再探傷し、反射波強度Ｈ３を取得する。Ｈ３(％)≦１００のときＨ＝Ｈ３×４とする。探傷感度Ｄ１を、φ２０μｍの介在物が反射波強度３０％で検出できる探傷感度としていれば、通常は３回までの探傷で、ほぼすべての欠陥の反射波強度を特定できる。なお、上記は各探傷感度で欠陥からの反射波強度が３０〜１００％のとき反射波強度の測定精度がよいことを考慮した措置である。

深さ補正値Ｓは深さ座標値の関数であるが、深さ補正値Ｓの計算では、実測定で用いる鋼中焦点深さの条件における深度補正曲線(距離振幅特性曲線)を予め求めておく。これは、各深さに同一形状の人工欠陥を有する試験片を用いて、各深さの欠陥からの反射波強度を測定し、鋼中焦点深さ位置にある人工欠陥での反射波強度の測定結果を１として、各深さの人工欠陥からの相対反射波強度を計算し、欠陥深さと相対反射波強度の関数曲線を生成するものである。

なお、本実施形態では、探傷試料の基本イメージは、肌焼鋼・中炭鋼の焼入材、軸受鋼の焼入(焼戻)材であるが、検量線式を作成したときの試料が肌焼鋼焼入材、測定試料が肌焼鋼焼ならし材、のようにミクロ組織が異なるものである場合には、反射波強度に対する補正項が別途必要となる。

検量線式（１）は、特にP/A=0.30以上0.465未満となる球状または塊状の介在物に、特に有効である。なお、P/Aは、欠陥波の簡易位相情報を表すパラメータであって、Pは欠陥波の正半波強度、Aは正半波強度と負半波強度との和である。また、超音波探傷装置のオシロスコープ（Ａスコープ）に表示される欠陥波形に関して、波形の基準線より上側の部分のエコー高さを正半波強度、下側の部分のエコー高さを負半波強度といい、これらは、探傷結果として収録される部類のデータである。

本実施形態の圧鍛比６以上の鋼材中の介在物の径の推定方法は、√AREAが80μｍを超える介在物については、欠陥信号径をパラメータとする検量線式(２)、(３)をあらかじめ作成し、検量線式(２)により介在物短辺サイズ、検量線式(３)により介在物長辺サイズを求め、介在物径を推定するものである。

da_S＝α×di_S＋β（検量線式（２）とする）
ただし、da_S：介在物短辺サイズ、di_S：介在物短辺方向の欠陥信号径、α、βは定数である。

da_L＝di_L−γ（検量線式（３）とする）
ただし、da_L：介在物長辺サイズ、di_L：介在物長辺方向の欠陥信号径、γは定数である。

欠陥信号径(di_S、di_L)に特に精度が要求される場合は、高周波超音波探傷において、探傷ピッチ３０〜５０μｍの粗探傷により検出した介在物につき、探傷ピッチ５〜１０μｍの精密探傷を行う、という手順をとることもできる。

検量線式（２）の導出にあたっては、ポロシティのない鋼試料の超音波探傷（探傷感度は前記Ｄ１[ｄＢ]と同じ）を行って、検出のあった大型Ｂ系検出介在物群(好ましくは介在物長辺方向の欠陥信号径が約500μｍ以上の介在物の群)からまず１つの大型Ｂ系介在物を選抜し、検出介在物の短辺方向の欠陥信号径を取得する。欠陥信号径を計測する反射波強度の閾値はたとえば３０％とする。次に、該介在物について削り込み（削り込みピッチは数μｍ程度）による実体確認（顕微鏡観察）を行い、介在物短辺サイズの最大値を計測する。同様の作業を他の大型Ｂ系介在物に対しても実施する。複数の大型Ｂ系介在物のデータをもとに、介在物短辺方向の欠陥信号径と介在物短辺サイズとの関係線図(検量線)を求めて、α、βを決定する（図７）。

また検量線式（３）の導出にあたっては、同様に、超音波探傷を行って検出のあった大型Ｂ系検出介在物群からまず１つの大型Ｂ系介在物を選抜して、検出介在物の長辺方向の欠陥信号径を取得する。次に、該介在物について削り込み（削り込みピッチは数μｍ程度）による実体確認（顕微鏡観察）を行い、介在物長辺サイズの最大値を計測する。同様の作業を他の大型Ｂ系介在物に対しても実施する。複数の大型Ｂ系介在物のデータをもとに、介在物長辺方向の欠陥信号径と介在物長辺サイズとの関係線図(検量線)を求めて、γを決定する（図８）。

検量線式（２）、（３）は、√AREAがφ80μｍ以上の介在物の検量線として用いているので、介在物短辺が80μｍ以下であれば、長辺は80μｍ以上となり、実質的にも、検量線式（２）で介在物短辺サイズ、検量線式（３）で介在物長辺サイズを求める方法であれば、圧鍛比６以上の鋼材中の介在物の径の推定方法としては十分である。しかしながら、万一、巨大介在物（介在物短辺サイズが80μｍを超えるもの）が検出された場合には、例外的に、介在物短辺サイズもまた検量線式（３）によればよい。すなわち、この場合、検量線式（２）でなく検量線式（３'）を使用する。

da_S＝di_S−γ（検量線式（３'）とする）
最終的には、√(da _S×da _L)を計算して介在物径（√AREA）とする。

なお、焦点深さに対し狭い範囲内において介在物を検出していくほうが相関係数の高い検量線を得やすい傾向がある。具体的に例を挙げると、鋼中焦点深度±0.3ｍｍの深さの介在物を検出して検量線を作成するよりも、鋼中焦点深度±0.2ｍｍの深さの範囲に絞って介在物を検出し検量線を作成するほうが相関係数の高い検量線を得やすい。

検査試料は、被検金属材料から試験片を切り出して作製したものなどを用いることができる。検査試料の数、大きさは、超音波探傷による走査を行うべき被検金属材料の体積、超音波探傷装置の条件などから適宜定めることができる。好ましい形態としては次のようなものが例示される。検査試料の大きさは、走査面積が10〜10000ｍｍ²程度、深さ方向の検査範囲が0.5〜50ｍｍ程度とすることができる程度の大きさに設定することが好ましい。また、検査試料の数は、データを統計的処理する場合には、上記の大きさの検査試料を30個（または30箇所）以上用いることが好ましい。検査試料の数には特に上限があるわけではないが、処理労力の煩雑さや統計的な精度向上などの観点からすると、60個程度用いれば通常十分である。また、検査試料の圧鍛比は40以上とすることが特に好ましい。連続鋳造材などにおいてポロシティが圧着され、介在物と空孔の誤判定がほぼゼロ化するからである。

本実施形態では超音波探傷により欠陥検出を行うが、超音波探傷を行う装置、探触子は様々な種類が既に市販されており、本実施形態ではこれらのものを適宜用いることができる。本実施形態で用いられる探触子としては、点焦点型探触子であり、焦点におけるビーム径は60〜180μm(好ましくは80〜120μm)、探傷周波数は20MHz以上(好ましくは50MHz以上80MHz以下）であることが好ましい。点焦点型探触子を用いることにより、肌焼鋼・中炭鋼・軸受鋼の焼入（焼入焼戻）材でφ20μｍ以上の介在物検出能を得ることができるからである。

図４には、焦点型探触子による超音波探傷の概略を例示する。図４に示される超音波探傷装置ではマイクロプロセッサを備えたＰＣが備えられており、マイクロプロセッサには演算処理を行うプログラムが組み込まれる。このようなＰＣを超音波探傷装置に設けられることにより、大量のデータ処理を迅速に行うことができる。

図５は、本実施形態の鋼中介在物径の推定方法の処理の流れを示すフローチャートである。

ステップ１０１（図中ではステップをＳと略す）では、水浸超音波探傷を用いて鋼中の任意の欠陥ｉの情報を取得し、ステップ１０２へ進む。なお、欠陥ｉの情報は、欠陥信号径、正半波強度、負半波強度、反射波強度、P/A、欠陥位置のＸ座標値，Ｙ座標値，Ｚ座標値（深さ座標値）などである。

ステップ１０２では、任意の欠陥ｉの長辺方向の欠陥信号径が、380μｍ以上か否かを判定する。ステップ１０２は、本来的には約80μｍ未満の介在物の評価と約80μｍ以上の介在物評価とに分けるものである。つまり、介在物長辺方向の欠陥信号径380μｍとは、検量線式（２）または（３）によって計算される介在物径が80μｍ相当となる欠陥信号径である。

ここで、介在物長辺方向とは、ほぼ楕円形に表示された介在物のＵＴ画像において、最大長さをとれる方向のことをいう。介在物長辺方向は、圧延材の圧延方向とほぼ同じであり、例えば平面探傷（Ｘ−Ｙ走査）で、Ｙ方向の探傷走査方向を圧延材の軸方向としておけば、Ｙ方向の欠陥信号径がほぼ介在物長辺方向の欠陥信号径となる。一方、介在物短辺方向は介在物長辺方向に対して垂直な方向のことをいう。

介在物長辺方向の欠陥信号径が、380μｍ以上である場合には、ステップ１０３へ進み、介在物長辺方向の欠陥信号径が、380μｍ未満である場合には、ステップ１０４へ進む。

ステップ１０３では、検量線式（２）、（３）を用いて欠陥径を算出し、介在物径（√AREA）を推定する。具体的には、介在物短辺方向の欠陥信号径が380μｍ未満（介在物短辺サイズが約80μｍ相当未満）の介在物短辺サイズについては検量線式（２）を用いて計算を行い、介在物長辺方向の欠陥信号径が380μｍ以上（介在物長辺サイズが約80μｍ相当以上）の介在物長辺サイズについては検量線式（３）を用いて計算を行い、算出された介在物短辺サイズと介在物長辺サイズに基づいて、介在物の径（√AREA）を推定する。

ステップ１０４では、検量線式（１）で介在物の径を推定する。なお、P/Aが0.30未満、あるいはP/Aが0.60以上は、非介在物波形として、評価から除外するものとする。

以上、説明した本実施形態の鋼の清浄度検査方法によれば、圧鍛比６以上の鋼材中のＢ系介在物及びＤ系介在物の径を精度よく推定できる高周波超音波探傷による鋼の清浄度検査方法を提供することができる。

また、本実施形態の鋼中介在物径の推定方法により求められた介在物径についてのデータに基づいて清浄度の評価を行うことができる。本実施形態では介在物の数、位置、径などを得ることができ、例えばこれらのデータに基づいて粒度分布をヒストグラムとして表して清浄度の評価を行うことができる。また、得られた実測データから例えば極値統計法などの統計的手法を用いて、被検対象金属材料中の最大介在物径を推定したデータを得ることもできる。

以下、本発明の鋼中介在物径の推定方法について実施例を示し、より詳細に説明する。ただし、本発明の鋼中介在物径の推定方法は以下の実施例に限定されるものではない。

＜検査試料の作製＞
図１に記載したように、介在物についての探傷用として、ＳＵＪ２φ65圧延材（圧鍛比＝56）より試験片を切り出し、粗加工で10ｍｍ厚のプレートを作製し、焼入焼戻を行い、上下面の仕上加工（仕上厚さ9ｍｍ）を行って、65ｍｍ×120ｍｍ×9ｍｍの試験片Ａ〜Ｄを作製した。以下この試験片Ａ〜Ｄを「介在物用試験片Ａ〜Ｄ」ともいう。また、探傷範囲を図２、図３に示す。本実施例においては、探傷体積を、50ｍｍ×100ｍｍ×0.5ｍｍ(探傷体積20g)としている。

試料Ａは、50MHzUTによる√AREAが20μｍ以上の介在物の検出が、探傷体積20g中に１個（Ｄ系）であった試料である。試料Ｂは、数十μｍオーダーの小中径介在物の検出が比較的多数あった試料、試料Ｃは、Ｄ系、Ｂ系介在物の検出が多数あった試料、試料Ｄは、Ｄ系、Ｂ系介在物の検出が比較的多数あった試料である。

＜超音波探傷の基本条件設定＞
超音波探傷には、焦点型高周波探触子（探傷周波数50MHz）を備えた超音波探傷装置を用い、水浸式のパルス反射法による超音波探傷を行った。超音波探傷試験の条件を、表１に示す。なお、超音波探傷によって検出されるエコーのうち、P/A＜0.30、P/A≧0.6のエコーは、空孔または異常波として扱う。

＜検量線式（１）の作成＞
次に、検量線式（１）：√AREA=ａ×Ｓ×Ｈ＋ｂの各係数、定数を決定する。ＳＣＭ４２０のφ65圧延材ベースの焼入材、あるいはＳＵＪ２のφ65圧延材ベースの焼入焼戻材などによる介在物用試験片について、表1に示した条件での超音波探傷試験(ただし探傷走査ピッチは20μｍ)により反射波強度30％以上かつ欠陥信号径380μｍ未満で検出された介在物（好ましくはP/A＝0.30以上0.465未満の介在物）の深さと反射波強度Ｈ（％）とを精密に測定する。あらかじめ作成しておいた深度補正曲線にしたがい、深さに関する補正係数Ｓを求める。検出介在物の最大介在物径√AREA（μｍ）を試料の削り込み〜顕微鏡観察により確認する。サイズの異なる複数の介在物について同様の作業を行い、√AREAとＳ×Ｈとの一次の相関をとり、a,bを決定する（図６）。

以上のような各介在物に関する超音波探傷の結果と顕微鏡観察の結果とから検量線式（１）を求めたところ、ａ＝0.18、ｂ＝14.9が得られ、図６に示す次のような式が得られた。

√AREA=0.18×Ｓ×Ｈ＋14.9・・・（検量線式（１））
ただし、Ｓ＝1／（35.1×Ｘ⁴−9.7×Ｘ²＋1）［ Ｘ＝介在物深さ（ｍｍ）−実焦点深さ（ｍｍ）、-0.25≦Ｘ≦0.25］

＜検量線式（２）の作成＞
ＳＣＭ４２０のφ65圧延材ベースの焼入材、あるいはＳＵＪ２のφ65圧延材ベースの焼入焼戻材などによる介在物用試験片について、表1に示した条件での超音波探傷試験(ただし探傷走査ピッチは10μｍ)により反射波強度30％以上で検出されたＢ系介在物の介在物短辺方向（≒鋼材径方向）の介在物信号径di_S（μｍ）を求める。検出介在物の最大短辺サイズda_S（μｍ）を試料の削り込み〜顕微鏡観察により確認する。サイズの異なる複数の介在物について同様の作業を行い、da_Sとdi_Sとの一次の相関をとり、係数α、βを決定する。

以上のような各介在物に関する超音波探傷の結果と顕微鏡観察の結果とから検量線式（２）を求めたところ、α＝0.2、β＝9.5が得られ、図７に示す次のような式が得られた。

da_S＝0.2×di_S＋9.5・・・（検量線式（２））

＜検量線式（３）の作成＞
ＳＣＭ４２０のφ65圧延材ベースの焼入材、あるいはＳＵＪ２のφ65圧延材ベースの焼入焼戻材などによる介在物用試験片について、表1に示した条件での超音波探傷試験(ただし探傷走査ピッチは10μｍ)により反射波強度30％以上かつ欠陥信号径380μｍ以上(好ましくは500μｍ以上)で検出されたＢ系介在物の鋼材軸方向（≒介在物長辺方向）の介在物信号径di_L（μｍ）を求める。検出介在物の最大長辺サイズda_L（μｍ）を試料の削り込み〜顕微鏡観察により確認する。サイズの異なる複数の介在物について同様の作業を行い、da_Lとdi_Lとの相関をとり、係数γを決定する。

以上のような各介在物に関する超音波探傷の結果と顕微鏡観察の結果とから検量線式（３）を求めたところ、γの値は300が得られ、図８に示す次のような式が得られた。
da_L≒di_L−300・・・（検量線式（３））

＜検査試料の超音波探傷と試料中の最大介在物径の評価＞
上記＜検査試料の作製＞のようにして用意された試験片Ａ〜Ｄに対して、それぞれ表１に示した条件の超音波探傷試験(ただし探傷走査ピッチは20μｍ)を行い、検出した個々の鋼中介在物径を、図５のフローに従って計算した（実施例）。また、比較例１、２として、実施例の検量線式の組み合わせ以外の検量線式の組み合わせを設定した。

＜実施例＞
√AREAが20μｍ以上80μｍ相当未満の介在物の径の推定には、検量線式（１）を用い、√AREAが80μｍ相当以上介在物の径の推定には検量線式（２）、（３）を用いたものを実施例とした。

＜比較例１＞
√AREAが20μｍ以上80μｍ相当未満の介在物の径の推定には、検量線式（１）を用い、√AREAが80μｍ相当以上の介在物の径の推定には検量線式（１）を用いたものを比較例１とした。

＜比較例２＞
√AREAが20μｍ以上φ80μｍ相当未満の介在物の径の推定には、検量線式（２）、（３）を用い、√AREAが80μｍ相当以上介在物の径の推定には検量線式（２）、（３）を用いたものを比較例２とした。

得られた介在物径の推定値に基づく探傷体積中の最大介在物を求めた結果を、表２に示す。なお、本方法の応用としては極値統計処理を併用して、所定の重量［例えば部品重量］中の予測最大介在物径を求めてもよい。また、検出個数で評価することも可能である。

本実施例及び比較例の鋼中介在物径の推定方法による介在物径の推定結果（表中の、「探傷体積3×10⁶ m³ (探傷重量20g)中の最大介在物の√AREA［μｍ］」）と、超音波探傷により検出された介在物を試験片を削りこんで現出させ、その最大径を実測した結果（表中の、「左記最大介在物の削りこみで確認した√AREA［μｍ］」）と、を表２に示す。

表２からわかるように、実施例の推定方法によれば試料Ａ〜Ｄについて精度のよい介在物径の推定がなされている。

一方、比較例１の推定方法によれば、試料Ｃ、Ｄについて、大きな誤差が生じている。また、比較例２の推定方法によれば、試料Ｂについて大きな誤差が生じている。よって、本発明の鋼中介在物径の推定方法の妥当性が証明された。

本実施例の介在物用試験片の形状を示す図である。 本実施例の高周波超音波探傷による探傷範囲を示す斜視図である。 本実施例の高周波超音波探傷による探傷範囲を示す断面図である。 本実施形態の焦点型探触子による超音波探傷の概略を例示する図である。 本実施形態の鋼中介在物径の推定方法の処理の流れを示すフローチャートである。 本実施例の鋼中介在物径の推定方法の検量線式（１）を示す図である。 本実施例の鋼中介在物径の推定方法の検量線式（２）を示す図である。 本実施例の鋼中介在物径の推定方法の検量線式（３）を示す図である。

Claims (6)

1. 超音波探傷装置により鋼中介在物の径を推定する方法であって、
   前記超音波探傷装置により圧鍛比６以上の検査試料中の欠陥の反射波強度及び欠陥信号径を検出するステップと、
   介在物長辺方向の前記欠陥信号径が所定の径以上であるか否かを判断するステップと、
   前記介在物長辺方向の欠陥信号径が前記所定の径以上である場合には、欠陥信号径に基づく所定の検量線式から介在物径を求めるステップと、
   前記介在物長辺方向の欠陥信号径が前記所定の径未満である場合には、反射波強度に基づく所定の検量線式から介在物径を求めるステップと、
   を有することを特徴とする鋼中介在物径の推定方法。
2. 前記反射波強度に基づく所定の検量線式は、検量線式（１）であることを特徴とする請求項１に記載の鋼中介在物径の推定方法。
   
   検量線式（１）：√AREA=ａ×Ｓ×Ｈ＋ｂ
   （Ｈは反射波強度、a,bは定数、Ｓは深度補正係数（（欠陥深度−実焦点深度）の関数として得られる）である）
   
3. 前記欠陥信号径に基づく所定の検量線式として、
   介在物短辺方向の欠陥信号径が前記所定の径未満の介在物短辺サイズについては検量線式（２）を用い、介在物長辺方向の欠陥信号径が前記所定の径以上の介在物長辺サイズについては検量線式（３）を用いる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼中介在物径の推定方法。
   
   検量線式（２）：da_S＝α×di_S＋β
   （da_Sは介在物短辺サイズ、di_Sは介在物短辺方向の欠陥信号径、α、βは定数である）
   検量線式（３）：da_L＝di_L−γ
   （da_Lは介在物長辺サイズ、di_Lは介在物長辺方向の欠陥信号径、γは定数である）
   
4. 前記介在物長辺方向の欠陥信号径の前記所定の径は、
   前記欠陥信号径に基づく所定の検量線式から計算される介在物径が80μｍ相当となる欠陥信号径であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の鋼中介在物径の推定方法。
5. 前記検査試料の圧鍛比は40以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の鋼中介在物径の推定方法。
6. 前記超音波探傷装置の超音波探触子は点焦点型探触子であり、焦点におけるビーム径は60〜180μmであり、探傷周波数は20MHz以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の鋼中介在物径の推定方法。

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