JP2009031094A - 非金属介在物欠陥の合否判定方法および合否判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属帯の板厚方向における介在物の位置を考慮した判定も行うことで、過剰な不合格品の発生を防止し、かつ顧客の要求品質を満たす出荷判定が可能な非金属介在物欠陥の合否判定方法および合否判定装置を提供する。
【解決手段】超音波探傷により検出された、金属帯に内在する非金属介在物の位置、大きさ及び個数の情報に基づいて合否判定を行う非金属介在物欠陥の合否判定方法であって、金属帯の板厚方向の位置により、欠陥としてカウントする非金属介在物の大きさ、および／または、合否判定の基準とする非金属介在物の個数が、異なる判定基準に基づいて合否判定が行われることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属帯、特に高加工用途に用いられる鋼帯において、製品加工時に割れの原因となる非金属介在物欠陥の合否判定方法および合否判定装置に関する。

高加工用途、特にＤＲＤ（Draw and ReDrawn）缶などに用いられる鋼帯は、鋼帯中に非金属介在物が存在すると、製品加工（製缶）時に、それが原因となって割れが発生する場合がある。そのため、従来から、鋼帯内部における非金属介在物による欠陥を検出し、合否判定を行って、不良製品を顧客へ出荷しないようにすることが行われている。

鋼帯中の介在物に関する品質評価方法としては、例えば、特許文献１に、薄鋼板製品の評価方法が記載されている。ここでは、薄鋼板製品中の介在物を評価して、製品における非金属介在物起因の欠陥の発生を予測する方法であって、あらかじめ鋼種毎に明確にした介在物最大粒径と製品品質との対応関係を元に、少量のサンプルの介在物粒径測定結果から極値統計により簡便に鋼材中に含まれる介在物の最大粒径を推定し、この推定値と、前述の介在物最大粒径と製品品質との対応関係とによって製品欠陥検出頻度を予測するものである。そして、当該製品板の製品欠陥検出頻度を予測することで、当該製品板の出荷予定を介在物による品質欠陥の発生しない用途に変更する。これで、顧客での介在物トラブルの発生を防止することができるというものである。

また、鋼帯内部における非金属介在物を測定する装置として、超音波を利用した超音波探傷装置が知られている。超音波探傷装置としては、いくつかの方式が知られているが、鋼板内部の微細な欠陥（非金属介在物）を検出する超音波探傷装置としては、リニアアレイ型プローブの送信部と受信部を、鋼板を挟んで対向配置し、鋼板中を伝播する透過波と欠陥波を検出し、それを処理することで欠陥の検出を行う方式の装置が好適に使用できる。

例えば、特許文献２には、その実施形態の一例として、上記のような構成の超音波探傷装置を用いた金属帯の非金属介在物欠陥の合否判定装置並びに方法が記載されている。ここでは、金属帯を探傷し、この金属帯に内在する非金属介在物欠陥を検出してなる探傷信号を処理して合否の判定を行う非金属介在物の合否判定装置であって、前記探傷信号が、前記金属帯の長手方向及び／または幅方向にそれぞれ所定長以上連続する場合に、前記処理を、当該探傷信号を消去するという処理として行うものである。これにより、過剰な不合格品の発生を是正し、かつ、顧客の要求品質を満たす高品質の金属帯の提供が可能としている。
特開平１０−１７０５０２号公報 特開２００４−１５７１１３号公報

上記特許文献１に記載の薄鋼板製品の評価方法は、評価対象の薄鋼板製品における少量のサンプルの介在物粒径測定結果から製品における非金属介在物起因の欠陥の発生を予測する方法である。そのため、鋼板の板厚方向における介在物の位置を考慮した欠陥発生を予測することはできない。その結果、介在物の存在する位置によっては欠陥とならないものも欠陥として判断してしまい、過剰な不合格品を発生させてしまう場合もある。

また、上記特許文献２に記載されている金属帯の非金属介在物欠陥の合否判定装置並びに方法は、探傷信号が金属帯の長手方向、および／ または、幅方向に所定長以上連続する信号である場合は介在物欠陥ではないと判定して、過剰な不合格品の発生を是正するようにしている。しかし、上記特許文献１の場合と同様に、金属帯の板厚方向における介在物の位置を考慮した判定は行っていない。そのため、やはり、介在物の存在する位置によっては欠陥とならないものも欠陥として判断してしまい、過剰な不合格品を発生させてしまう場合もある。

そこで、本発明は、金属帯の板厚方向における介在物の位置を考慮した判定も行うことで、過剰な不合格品の発生を防止し、かつ顧客の要求品質を満たす出荷判定が可能な非金属介在物欠陥の合否判定方法および合否判定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有する。
［１］超音波探傷により検出された、金属帯に内在する非金属介在物の位置、大きさ及び個数の情報に基づいて合否判定を行う非金属介在物欠陥の合否判定方法であって、
金属帯の板厚方向の位置により、欠陥としてカウントする非金属介在物の大きさ、および／または、合否判定の基準とする非金属介在物の個数が、異なる判定基準に基づいて合否判定が行われることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定方法。
［２］上記［１］において、金属帯の板厚方向で、中心部に行くに従って、欠陥としてカウントする非金属介在物の大きさを大きくし、および／または、合否判定の基準とする非金属介在物の個数を多くするように判定基準が調整されることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定方法。
［３］超音波探傷により検出された、金属帯に内在する非金属介在物の位置、大きさ及び個数の情報に基づいて合否判定を行う判定部を備えた非金属介在物欠陥の合否判定装置であって、
前記判定部において、金属帯の板厚方向の位置により、欠陥としてカウントする非金属介在物の大きさ、および／または、合否判定の基準とする非金属介在物の個数が異なる判定基準に基づいて合否判定が行われることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定装置。
［４］上記［３］において、金属帯の板厚方向で、中心部に行くに従って、欠陥としてカウントする非金属介在物の大きさを大きくし、および／または、合否判定の基準とする非金属介在物の個数を多くするように判定基準が調整されることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定装置。

本発明によれば、金属帯の板厚方向における介在物の位置を考慮した判定を行うことで、過剰な不合格品の発生を防止し、かつ顧客の要求品質を満たす出荷判定が可能な非金属介在物欠陥の合否判定方法および合否判定装置が提供される。また、これにより、不合格品の発生による再製造の防止およびオーダの発注から製品の納入までのリードタイムの短縮が可能という効果も有する。

鋼帯中における非金属介在物（以下、単に「介在物」とも記す。）を超音波により検出する方法の一例を以下に説明する。

図１は、本発明に用いる超音波センサの模式図である。図１に示すように、本発明に用いる超音波センサは、リニアアレイ型プローブの送信部１と受信部２とを、鋼帯３を挟んで対向に配置される。そして、送信部１から送信された超音波ビームは、鋼帯中を伝播する透過波、介在物により反射された反射波となって受信部２により受信される。この受信された透過波および反射波の信号を処理することで、鋼帯中における介在物の位置および大きさを検出する。

本発明においては、図１に示す超音波センサの送信部１および受信部２を鋼帯３の幅方向に沿って複数個、連続して配置して鋼帯３の全幅の介在物検出を可能としている。なお、前記複数個連続して配置される超音波センサの送信部１および受信部２は、それぞれ隣接するセンサとの不要な干渉を避けるために千鳥状に配置することが好ましい。超音波センサをこのように配置することで、鋼帯３の全長・全幅に対して介在物の測定が可能となる。

図２は、鋼帯中における介在物の位置を算出する方法の一例を説明するための説明図である。図２において、（ａ）は、送信部１から送信された超音波ビーム１１が鋼帯３中を進行する様子を模式的に示したもので、透過波Ｔ１，Ｔ２と反射波Ｆ１，Ｆ２の進行経路を示した図、（ｂ）は、透過波Ｔ１，Ｔ２および反射波Ｆ１，Ｆ２の受信部２での受信波形の一例を示した図である。ここで、透過波Ｔ１は、鋼帯３に入射した信号がそのまま通過した場合、透過波Ｔ２は、鋼帯３に入射した信号が鋼帯３の下面および上面で反射して通過した場合、反射波Ｆ１は、鋼帯３に入射した信号が介在物４の上面および鋼帯３の上面で反射して通過した場合、反射波Ｆ２は、鋼帯３に入射した信号が鋼帯３の下面および介在物４の下面で反射して通過した場合を示している。

図２に示す場合において、介在物４の鋼帯３板厚方向の位置である欠陥深さは、下式（１）により算出できる。
欠陥深さ＝（ｔＴ−ｔＦ）／ｔＴ×１００ ・・・（１）
ここで、ｔＴは、透過波Ｔ１と透過波Ｔ２との受信時間差、ｔＦは、透過波Ｔ１と反射波Ｆ２との受信時間差を表す。

なお、図１に示す形式の超音波センサを用いた場合、原理的に鋼帯の表裏面を区別することができない。そのため、上式（１）により算出される欠陥深さとしては、鋼帯３の板厚方向中央部から表裏面までの距離として検出される。ここでは、鋼帯３の板厚方向中央部の位置を０％、表裏面の位置を５０％として、介在物の位置を相対位置として表示する（以下、同様）。

また、介在物４の大きさは、前記反射波Ｆ１，Ｆ２の信号の強度から算出することができる。ここでは、信号の波形の見易さから、反射波Ｆ２の強度から算出することが好ましい。介在物４の大きさと反射波Ｆ２の強度との関係は、介在物４が大きくなれば反射波Ｆ２の強度も大きくなるという関係を有する。なお、介在物４の大きさと反射波Ｆ２の強度との定量的な対応関係は、当該超音波センサを用いて予め実験等により、求めておくことが好ましい。

上述の方法により、鋼帯３中における介在物４の板厚方向の位置および大きさを、鋼帯３の前幅および全長で測定することが可能となる。

以下、上述の超音波センサを用いて、鋼帯の前幅および全長で介在物の板厚方向の位置および大きさを測定した結果を示す。

図３に、上記超音波センサを用いて、鋼帯中の介在物の板厚方向における分布を測定した結果を示す。図３に示すように、板厚方向中央部から表裏面に向けて２５〜３５％程度のところに介在物が多く発生していることがわかる。

また、図４に、製缶時に、割れが発生した缶における割れの原因となった介在物の板厚方向の位置を測定した結果を示す。図４において、横軸は割れが発生した缶の数を表している。図４に示すように、板厚方向中央部から表裏面に向けて２０％以下程度の中心部付近には割れの原因となった介在物がほとんど存在していないことがわかる。図３に示すように、中心部付近にも介在物はある程度は存在していることより、図４の結果は、鋼帯の中央部付近の介在物の存在は、製缶時の割れにはあまり影響を与えないことを示している。

また、図５に、製缶時に、割れが発生した缶における割れの原因となった介在物の板厚方向の位置と、その割れの原因となった介在物の大きさ（ｍｍ^３）を測定した結果を示す。図５に示すように、板厚方向中央部から表裏面に向けて２０％以下程度の中心部付近で、介在物の大きさが０．００１ｍｍ^３以下程度の微小のものは製缶時に割れを発生させないことがわかる。

以上より、製缶時に割れの原因となる介在物（欠陥）は、鋼帯の板厚方向の位置によりその大きさが異なることがわかる。

つまり、鋼帯中の介在物の合否判定を行う際に、欠陥としてカウントする介在物は、板厚方向の位置によりその大きさや合否判定の基準となる個数を変えることが合理的であり、それが過剰な不合格品の発生や欠陥の見落としを防止することにつながる。

そこで本発明においては、鋼帯の板厚方向の位置により、欠陥としてカウントする介在物の大きさ、および／または、合否判定の基準とする介在物の個数が、異なる判定基準に基づいて合否判定を行うものとする。

ここで、前記判定基準としては、鋼帯の板厚方向で、中心部に行くに従って、欠陥としてカウントする介在物の大きさを大きくし、および／または、合否判定の基準とする介在物の個数を多くするように調整する。

図６に、鋼帯中の介在物の板厚方向の位置と、その介在物の大きさ（ｍｍ^３）を測定した結果を示す。図６において、黒丸は製缶時に割れの原因となった介在物を表し、白丸は割れの原因とならなかった介在物を表している。

図６の結果より、例えば、下表１に示すような判定基準（図中点線で表示）により合否判定を行う。

本発明に係る非金属介在物欠陥の合否判定装置は、上述の超音波センサからの信号を判定部に取り込む。この判定部では、取り込んだ信号を解析し、鋼帯中における介在物の板厚方向の位置と、その介在物の大きさ（ｍｍ^３）を測定する。そして、鋼帯の全幅および全長における測定結果から、鋼帯中の介在物の分布を求め、例えば、上記表１の基準に基づき鋼帯毎の合否判定を行う。なお、前記判定部は、コンピュータ等により構成することができる。

表１に示す例では、板厚方向中央部から表裏面に向けて２０％以下の距離にある大きさ０．００１ｍｍ^３以上の介在物の数が所定の値、例えば、Ａ個／ｍ^２以上であった場合、板厚方向中央部から表裏面に向けて２０％超３５％以下の距離にある大きさ０．０００６ｍｍ^３以上の介在物の数が０．５Ａ個／ｍ^２以上であった場合、または、板厚方向中央部から表裏面に向けて３５％超５０％以下の距離にある大きさ０．００００１ｍｍ^３以上の介在物の数が０．２５Ａ個／ｍ^２以上であった場合には、この鋼帯は不合格品と判定される。

上記により不合格品と判定された鋼帯は、例えば、製品としての出荷を一時保留する等の措置が行われる。

ここで、合否判定の基準は、上記表１に示したものに限定されるものではなく、要求される製品品質や製品の種類等により適宜修正することが好ましい。判定基準としては、製缶時に割れの原因となり易い鋼帯の表層部付近の介在物に関しては判定基準を従来よりも厳しくし、製缶時に割れの原因となりにくい鋼帯の中央部付近の介在物に関しては判定基準を従来よりも緩くすることが好ましい。これにより、過剰な不合格品の発生を防止し、かつ顧客の要求品質を満たす出荷判定が可能となる。

本発明例として、上記表１に示す判定基準により、熱延鋼帯（板厚２．０ｍｍ、板幅１０００ｍｍ、長さ１０００ｍ、ｎ＝１）の合否判定を行った。

その結果、欠陥としてカウントされた介在物の数は、全体を平均した密度として０．８９Ａ個／ｍ^２であった。

それに対して、鋼帯の板厚方向に対して同一の基準である、欠陥としてカウントする介在物の大きさを５×１０^−５ｍｍ^３以上、合否判定の基準とする介在物の個数をＡ個／ｍ^２として合否判定（Ａ個／ｍ^２以上の場合は不合格）を行った比較例においては、欠陥としてカウントされた介在物の数は、全体を平均した密度として１．０４Ａ個／ｍ^２であった。

なお、比較例の条件で１年間製造した製品についての客先からのクレーム件数を１．００とした場合、本発明の条件に従って１年間製造した製品についての客先からのクレーム件数は０．１２に減少した。また、不合格品の発生による再製造も、比較例の条件で１年間製造した場合の回数を１．０とした場合、本発明の条件に従って１年間製造した場合の回数は０．８に減少した。

上記のように、本発明例においては、客先で問題となる欠陥に関しては充分な対応をすることで客先での問題発生を防止でき、かつ、欠陥とならない介在物を欠陥としてカウントすることが少なくなるため、過剰な不合格品の発生を防止できる。これによって、顧客の要求品質を満たす出荷判定を効率的に行うことが可能となった。

また、不合格品の発生による再製造の防止およびオーダの発注から製品の納入までのリードタイムの短縮が可能となった。

本発明に用いる超音波センサの模式図である。 本発明に係る鋼帯中における介在物の位置を算出する方法の一例を説明するための説明図である。 本発明に用いる超音波センサを用いて、鋼帯中の介在物の板厚方向における分布を測定した結果を示す図である。 製缶時に、割れが発生した缶における割れの原因となった介在物の板厚方向の位置を測定した結果を示す図である。 製缶時に、割れが発生した缶における割れの原因となった介在物の板厚方向の位置と、その割れの原因となった介在物の大きさ（ｍｍ^３）を測定した結果を示す図である。 鋼帯中の介在物の板厚方向の位置と、その介在物の大きさ（ｍｍ^３）を測定した結果を示す図である。

符号の説明

１ 送信部
２ 受信部
３ 鋼帯

Claims (4)

1. 超音波探傷により検出された、金属帯に内在する非金属介在物の位置、大きさ及び個数の情報に基づいて合否判定を行う非金属介在物欠陥の合否判定方法であって、
   金属帯の板厚方向の位置により、欠陥としてカウントする非金属介在物の大きさ、および／または、合否判定の基準とする非金属介在物の個数が、異なる判定基準に基づいて合否判定が行われることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定方法。
2. 金属帯の板厚方向で、中心部に行くに従って、欠陥としてカウントする非金属介在物の大きさを大きくし、および／または、合否判定の基準とする非金属介在物の個数を多くするように判定基準が調整されることを特徴とする請求項１に記載の非金属介在物欠陥の合否判定方法。
3. 超音波探傷により検出された、金属帯に内在する非金属介在物の位置、大きさ及び個数の情報に基づいて合否判定を行う判定部を備えた非金属介在物欠陥の合否判定装置であって、
   前記判定部において、金属帯の板厚方向の位置により、欠陥としてカウントする非金属介在物の大きさ、および／または、合否判定の基準とする非金属介在物の個数が異なる判定基準に基づいて合否判定が行われることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定装置。
4. 金属帯の板厚方向で、中心部に行くに従って、欠陥としてカウントする非金属介在物の大きさを大きくし、および／または、合否判定の基準とする非金属介在物の個数を多くするように判定基準が調整されることを特徴とする請求項３に記載の非金属介在物欠陥の合否判定装置。