JP2683720B2 - 金属の純度等級を判定するために使用される試験片を作る方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 a. 産業上の利用分野 本発明は、金属の純度を判定するために使用される試
験片を作る方法に関する。

金属という語は、金属冶金的なプロセスのため好まし
くない不純物を含んでいる鉄系金属と非鉄系金属とこれ
らの金属の合金を意味する。これらの不純物は、おおむ
ね温度により変形可能な非金属相から構成されている。
超音波等適当な表示手段を使用した検査により金属の中
に含まれている量を検知し評価することができる。この
検査は、純度判定のために実施される。本発明は、鉄合
金については連続鋳造法で鋳造される鋼に適用されるこ
とが好ましい。

製品に対する要求条件が高まるにしたがって、純度等
級を判定することが問題となっている。標準化された試
験方法は説得力を失いつつある。生産あるいは使用の
際、製品の不良率が均一度を表わす特性値としてますま
す使用されるようになっているが、この状態は鋼の生産
と冶金開発者にとって満足なものではない。なぜなら、
消費者へのフィードバックがないか、あるいは情報の入
手があまりにも遅いからである。すなわち、製品の各区
画、とくに連鋳材の各区画について合理的に、迅速に、
コスト的に有利に、確実に、底量的にかつ個別的に使用
することができる新しい方法を求める要求が世界的に高
まっている。この目的は、この明細書に説明されている
方法によって達切することができる。

b. 純度等級に関する公知の検査方法 −硫黄化合物の取り出し（バウマン式マーキング法） −鋼と鉄の検査規格書1570号に従った金相学的方法 −鋼と鉄の検査規格書1580に従った段階的に回動される
試験片 −脆性破断試験片 −厚い板材、薄板またはへりの領域の検査に超音波を使
用すること −スライム式抽出方法（残渣分離法） −200cm²の大きさの面積について定量的な金相学的な方
法 これらの検査方法を批判することは、この明細書の目
的の枠を超えることとなる。公知方法は、純度等級の現
在の発展の観点から見れば適切なものではない。適当な
器具の欠如のため、製鋼所で採用された措置が成功した
かあるいは成功しなかったかに関する評価は、多年にわ
たりできなかった。

c. 発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、各製品毎に純度等級を正確に判定す
ることができる超音波検査を実施することが可能な試験
片を製作する方法を提供することである。

d. 課題を解決するための手段 この課題を解決するため、請求項（１）に記載されて
いる特徴を有する方法が本発明に従って提案される。す
なわち、金属の中に存在する不純物を調べるために使用
される試験片を作る方法であって、超音波により不純物
を表示し調査するため、鋳物の製品またはすでに変形加
工された製品から超音波検査に適した試験片の厚さの少
なくとも10倍の厚さを持った試験片素材を切断し、この
際、該試験片素材の厚さの方向が変形加工された製品の
鋳造軸または主変形加工方向に平行な面内にあり、厚さ
の方向に直角な互いに面平行な切断面を備えていること
と、試験片素材をできるだけ高い変形加工温度に加熱
し、厚さ方向に直角に熱間変形加工し、試験片素材が試
験片素材としての所定の厚さになるまで圧縮変形される
こととを特徴とする方法が提案される。

本発明のその他の有利な実施態様については請求項
（２）より（８）までに記載されている。

請求項（２）では、連鋳材の上面と下面を区別するた
めに、試験片素材が、厚さ方向に沿ったマークを少なく
とも１つ備えている。

請求項（３）では、湾曲連続鋳造装置で製造された鋳
造製品の場合、鋳物の上側に不純物が沈澱するので、鋳
物の下側に対応した側にマークが取り付けられる。

請求項（４）では、細長片状の検査用試験片が、マー
キングされた側と反対の位置にある側で試験片素材から
切り取られる。

請求項（５）では、圧延による熱間変形加工が、次の
行程をへて行なわれる。

すなわち、 1. 最初の厚さの約半分になるまで、厚さ方向に直角な
方向にこの方向を保持しながら試験片素材を圧延するこ
と、 2. 圧延面内で90゜試験片素材を回動させること、 3. ２回目の圧延工程を始めるさいの厚さの約1/5にな
るまで、この圧延方向を保持しながら試験片素材を圧延
すること、 4. 試験片の板から細長片状の検査用試験片を切り取る
こと。

請求項（６）では、試験片素材の圧延加工が、厚さ方
向に直角に、鋳物の下側と鋳物の上側を接続する接続線
の方向で行なわれる。

請求項（７）では、変形加工が、1100℃を上回った温
度、とくに、約1350℃の温度で行なわれる。

請求項（８）では、断面形状が円形を呈している製品
から採取された試験片の場合、検査用試験片が主軸の頂
部領域で切り取られる。

要約すると、本発明の本質的な考え方は、所定の領域
に見られる不純物の頻度から、製品とくに連鋳材の材料
自体の純度等級を表示することが可能となるように、所
定の領域に存在する不純物を濃縮することである。

e. 実施例 添付図面第１図より第８図までを参照しながら本発明
を詳細に説明する。

まず、鋼の丸棒材に関する実施例にもとづいて本発明
を説明する。この実施例においては25kgの丸棒材試料素
材の不純物は、すべて比較的小さい超音波検査用の板材
に濃縮される。第１図を見れば判るように、左側の円筒
（直径175mm、長さ120mm）の形をした試料片素材が右側
の（875mmの長軸と350mmの短軸を有し、厚さが120mm
の）“扁平な板材”に圧延される。圧延方向は、丸棒材
の軸に対し直角をなしている。湾曲した連鋳材の下側か
ら上側に向かって展延されるとともに（圧延方向WR I
I）、前記方向に対し直角の向き（WR I）にも広げられ
る。単位体積当りの粒子密度が高い状態は保持されてい
る。連鋳材のきれいな領域とそうでない領域とは、非常
にきれいに分離できる。検査に不要な部分は廃棄され
る。不純物は展延されて広げられているので、超音波検
査を容易に受けることができる。十分な変形が加えられ
ても、試験片の厚さ（板厚さ）は、超音波にとって限界
的な値を下回わってはいけない。

本発明は、湾曲した連鋳材の中にある不純物の存在す
る帯域についての基礎的研究にもとづく。

第２図は、不純物で汚染されている丸い連鋳材の上側
にある不純物の大きさを表わすスペクトルを示す。

一方、同じ連鋳材のきれいな下側が第３図に示されて
いる。鋼中の不純物の変形性に関する本発明者の調査に
もとづけば、本発明の目的を達成するためにはできるだ
け高い圧延温度、たとえば、1350℃が必要である。

第４図は、もともと球状の形状を呈していた不純物が
圧延温度の上昇とともに大幅に展延されていることを示
している。楕円状に圧延された不純物が圧延面に平行に
第５図に示されている。不純物はくずれているが、楕円
形の輪郭は認めることができる。

第６図は、超音波で検査された“扁平な板材の試験
片”の一例を示したものであって、図示の場合、試験片
は１つのクラス系列に配列されている。この実例は実際
のものであって、冶金学的に説明できるものである。バ
ウマン式マーキングではこれらのサンプル間に差違が認
められていないことは、比較例として注目すべきことで
ある。具体的なケースでは、クラス６の試験片は硫黄の
化合物を取り出したもの（S Abzug）であり、しかも白
かった。しかし乳濁化された鋳物のスラグからは硫黄の
化合物を取り出したもの（S Abzug）であることは明ら
かには示されなかった。

検査プログラムは次のように展開された。すなわち、
円形の連鋳材の試験片は、面平行で鋳造方向に130mmの
長さにわたって鋸切断されるかあるいは溶断されたもの
である。連鋳材の上側は、支持ローラーの押圧径路によ
り識別される。しかるのち、下側が約10mmの深さ鋸切断
される。これによって生じたスリットは、圧延のさいの
向きを記録する働らきをする。円形の試験片は、1350℃
の温度に加熱された。圧延方向WR Iについては、次の圧
延パス計画に従って厚さを小さくするように展延され
た:130−120−105−90−85−70−60mm。この結果として
得られた厚さ60mmの楕円形の試験片は90゜回わされて、
さらに次の圧延パスに従って展延された（圧延方向WR I
I）:48−36−18−13mm。どのようにうまく対称的に圧延
加工されたかは、下側のスリットから生じたノッチの位
置にもとづいて判断するとことができた。

楕円形の“扁平な板材”は、鋸切断により分離連鋳材
の上側部分と下側部分に分けられた。連鋳材の上側につ
いては、幅が100mmの細長片が楕円の頂部から切り取ら
れ、また、鋳造材の下側については、圧延の前に上側と
下側が取り違えられていないかどうかを管理することが
できる細長片で十分であった。３個の試験片の細長片が
面平行に研摩され、HIC検査装置上に載せて検査され
た。

湾曲連鋳材鋳造装置の場合、不純物は、基本的には連
鋳材の上側の領域に沈澱した。このことは、水平の連鋳
材の鋳物の場合にも当てはまることである。この現象
は、連鋳材の形状には無関係である。

第７図は、ビレットとブルームとスラブについて不純
物の存在する帯域の位置を概念的に示したものである。
不純物の存在する連鋳材区画を適当に圧延することによ
り、不純物は濃縮されて、それを検知できる適当な検査
用の板を作ることができる。圧延の方向は、鋳造方向と
平行させることができる。しかし、圧延の方向は、鋳造
装置内における連鋳材の向きに関して水平（図中のhori
zontalの方向）。すなわち横向きでもよい。スラブの幅
が狭い側については、圧延の方向は垂直（図中のvertik
alの方向）とすることもできる。しかしこれは従来の圧
延に相等し、最大の効果を見込むことができず、すべて
の場合において従来の縁領域の検査の場合と同様の結果
が見込まれる。

つごうのよい圧延材ブロックは、鋳物製品から鋸切断
により切り出すことができる。この場合、不純物を検知
するためには厚さを1/10に減少させることが必要なこと
はもちろんのことである。そのほか、検査用の板材は、
10mmより薄くてはならない。なぜなら、超音波は、検査
用板材の最初の数ミリメーターの厚さをキャッチするこ
と、すなわち、表面近傍の領域をキャッチすることがで
きないからである。圧延材ブロックの最初の厚さについ
てはなんら原則的な限界はなく、圧延加工装置の可能性
次第である。

丸い連鋳材について、不純物の存在帯域が第８図の上
の部分に示されている。圧延材を平らに置いて、ロール
・ギャップの中で制御しながら案内することができるよ
う、円形の横断面の左右両側の斜線領域で示した区画が
圧延加工の前に鋸切断される。第８図の下の部分に示さ
れている超音波検査の結果の状態は、この種の圧延を使
用することが可能であることを実証するものである。す
なわち、丸い連鋳材の上部に対応する所から沢山の信号
が出て、下部に対応する所からは表面に対応する信号以
外は出ていない。

本発明は、出所が判らない連続鋳造された素材を鋳物
の上側と下側について向きぎめし、材料の純度等級を調
査するためにも利用することができる。素材供給業者
は、湾曲連続鋳造法に従って作られた連鋳材を360mm×4
20mmの形状に作り、この連鋳材を177mmのパイプ用丸材
に圧延することができる。通常行なわれている腐食用円
板と硫黄の化合物の取り出し（S Abzug）では情報をな
にも提供しない。本発明では直径が177mmの丸棒材料
は、外表面の２つの位置で適宜刻み目を入れるととも
に、扁平な板材に圧延加工される。第９図は、超音波の
検査結果を示す。楕円形状の試料から得られた結果を、
楕円から円形へ数学的に逆変換することにより円形材料
の検査の結果に変換することができる（第10図参照）。
かくして、鋳物の上側と鋳物の下側の方向を確定するこ
とができる。向きが判っている別の177mmの円形試験片
を純度について調査することができる。事前変形後の検
査は通常は非常に困難であるが、このやり方によれば、
ブロック鋳物と湾曲連鋳材の鋳物とを後で区別すること
もできる。

第11図は、本発明を連鋳材の鋳物のスラブに適用した
場合を示す。硫黄化合物の取り出し（S Abzug）による
検査では、純度等級が過渡に悪いことを示さなかった。
しかし本発明によると、スラブの上半分について超音波
検査の悪い結果が明瞭に示されている。下半分について
はなんの表示も見られなかった。第８図等と対比すると
分かるように、この分析されたスラブの試験片は、スラ
ブの質の悪い方の半分のものであった。第12図に示され
ているように、別のスラブについて幅の狭い側の領域が
検査された。このスラブの場合、不純物のない層が現わ
れた。図示された両方のスラブの試験片について、円形
材料の標準的な圧延の場合と同様、２倍に広げられると
ともに、さらに５倍に展延された。不純物のない層と不
純物の存在帯域の距離と厚さを正確に調査するため、板
材から鋳物の製品に逆変換しなければならない。しか
し、この場合逆変換は行なわれてはいない。

本発明は、細長いために（加圧下で試験片が折れるた
め）試験片の長さ方向で圧延することができない、たと
えば、直径または辺の長さが100mmを下回わるパイプま
たは板材または形材のような“薄肉の”製品にも適用す
ることができる。

このような製品の場合、次のような方法で実施するこ
とができる。たとえば、 ａ） 複数の板材の試験片を束ねて、機械的に締めくく
ること、 ｂ） 試験片がパイプ状の場合、適当な心金を使用する
こと、 ｃ） 棒材の場合、適当なパイプ状のスリーブを使用す
ること。

この措置により折れることなく変形させることが可能
な検査用構成体を作ることができる。この場合、補助手
段はいっしょに変形し、しかるのち分離される。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験片素材の断面図、第２図は、円形連鋳材の
上側にある不純物の大きさを示すスペクトル線図、第３
図は、第２図と同じ連鋳材の下側にある不純物の大きさ
を示すスペクトル線図、第４図は圧延温度の増加ととも
に不純物が大幅に展延されている状態を示す線図、第５
図は楕円状に圧延された不純物を示す拡大図、第６図は
超音波により検査された試験片の若干例を示す部分拡大
図、第７図はビレットとブルームとスラブについて不純
物の存在帯域の位置を概念的に示した斜視図、第８図の
上の部分は円形の連鋳材の両側の鋸加工で削除する部分
を示し、下の部分はこれについて圧延により不純物の帯
域が濃縮された状態を示した斜視図、第９図は超音波検
査の結果を示す視図、第10図は第９図を楕円から円形材
料に数学的に逆変換した状態を示す斜視図、第11図は本
発明をスラブに適用した状態を示す斜視図、第12図はス
ラブの幅が狭い側が検査された状態を示す斜視図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス‐ユルゲル・ベトマン ドイツ連邦共和国、デー 4130 メルス ２、ヘーエンヴェーク 49 (56)参考文献 特開 昭61−246662（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−55752（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属の中に存在する不純物を調べるために
   使用される試験片を作る方法であって、超音波により不
   純物を表示し調査するため、鋳物の製品またはすでに変
   形加工された製品から超音波検査に適した試験片の厚さ
   の少なくとも10倍の厚さを持った試験片素材を切断し、
   該試験片素材の厚さの方向が変形加工された製品の鋳造
   軸または主変形加工方向に平行な面内にあり、厚さの方
   向に直角な互いに面平行な切断面を備えていることと、
   試験片素材をできるだけ高い変形加工温度に加熱し、厚
   さ方向に直角に熱間変形加工し、試験片素材が試験片素
   材としての所定の厚さになるまで圧縮変形されることと
   を特徴とする方法。
2. 【請求項２】試験片素材が、厚さ方向に沿ったマークを
   少なくとも１つ備えていることを特徴とする請求項
   （１）記載の方法。
3. 【請求項３】湾曲連続鋳造装置で製造された鋳造製品の
   場合、鋳物の下側に対応した側にマークが取り付けられ
   ることを特徴とする請求項（１）または（２）記載の方
   法。
4. 【請求項４】細長片状の検査用試験片が、マーキングさ
   れた側と反対の位置にある側で試験片素材から切り取ら
   れることを特徴とする請求項（１）より（３）までのい
   ずれか１項に記載の方法。
5. 【請求項５】圧延による熱間変形加工が、次の行程を経
   て行なわれることを特徴とする請求項（１）より（４）
   までのいずれか１項記載の方法。 すなわち、 1.最初の厚さの約半分になるまで、厚さ方向に直角な方
   向にこの方向を保持しながら試験片素材を圧延するこ
   と、 2.圧延面内で90゜試験片素材を回動させること、 3.2回目の圧延工程を始めるさいの厚さの約1/5になるま
   で、この圧延方向を保持しながら試験片素材を圧延する
   こと、 4.試験片の板から細長片状の検査用試験片を切り取るこ
   と。
6. 【請求項６】試験片素材の圧延加工が、厚さ方向に直角
   に、鋳物の下側と鋳物の上側を接続する接続線の方向で
   行なわれることを特徴とする請求項（２）記載の方法。
7. 【請求項７】変形加工が、1100℃を上回った温度、とく
   に、約1350℃の温度で行なわれることを特徴とする請求
   項（１）より（３）までのいずれか１項に記載の方法。
8. 【請求項８】断面形状が円形を呈している製品から採取
   された試験片の場合、検査用試験片が主軸の頂部領域で
   切り取られることを特徴とする請求項（５）記載の方
   法。