JP3919267B2 - 鋼材の表面状態の測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼材の表面に光を照射し、その反射光から表面状態を測定する鋼材の表面状態の測定方法に関する。詳しくは、ボイラ等の実機に用いられている鋼材表面の特定酸化物の含有率等を測定する場合に好適な鋼材の表面状態の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ水に水処理薬剤を添加し、ドラム、チューブ等の鋼材の腐食を抑制すると共に、定期的にボイラを開缶し、内部の鋼材表面の腐食状況（例えば酸化物発生状況）を目視観察することが行われている。
【０００３】
この場合のボイラ缶内の鋼材表面の色調は、ボイラ水処理効果判定のための重要な情報の１つであるが、目視では、この色調の表現方法は個人個人に委ねられ、個人差があり、千差万別である。
【０００４】
これまで、色調に関する規格は、ＪＩＳ（ＪＩＳ Ｄ５５００など）により工業製品（自動車用ランプ類）などについて規定があるが、ボイラの水処理効果の判定については規定がない。
【０００５】
なお、鋼材表面に生成した酸化鉄の種類や含有率は、生成物のサンプルを持ち帰り、Ｘ線回折などによる分析を行うことにより測定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、色調を人の感覚的なものとして扱っていたため、同じ色調でも個人個人や時間が経つと同一な人でも異なった表現となり、普遍的な情報とはなり得なかった。また、ボイラ缶内は外部からの光がほとんど入らないため、任意の照明を用いて、鋼材表面の状態を観察することが常である。しかし、この照明の種類によっても色調が違ってみえるという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋼材の表面状態を高精度に評価しうる鋼材の表面状態の測定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の鋼材の表面状態の測定方法は、鋼材の表面に特定の光源からの光のみを照射し、その反射光を分光測色計により測定して該鋼材表面の色相を検出し、該鋼材表面の酸化鉄発生状況を測定する鋼材の表面状態の測定方法であって、予め求めておいた特定酸化鉄の含有率と色相との相関関係から該鋼材表面の酸化鉄中における該特定酸化鉄の含有率を求めることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、色相を精度良く測定するために、被検査鋼材表面に特定の光源からの光のみを照射し、その反射光から色相を測定する。
【００１０】
この場合、外乱光（周囲光）の影響を避けるために、鋼材表面の少なくとも光照射部位を密閉状態とするように囲み、この密閉状態において特定の光源からの光を照射し、この特定の光源からの光の反射光のみを受光する。
【００１１】
この反射光を分光測色計によって受光し、この反射光の色相を求めるのが好ましい。
【００１２】
なお、この色相は、例えばＪＩＳ Ｚ ８７２９で定義されたＬ^* ａ^* ｂ^* 表色系のａ^* 及び／又はｂ^* 値で表わすことができる。もちろん、Ｌ^* をも加味しても良いことは明らかである。
【００１３】
なお、Ｌ^* ａ^* ｂ^* 表色系以外のＬ^* Ｃ^* ｈ表色系、ハンターＬａｂ表色系、マンセル表色系（ＪＩＳ Ｚ ８７２１）、ＸＹＺ（Ｙｘｙ）表色系などの表色系に従っても良い。
【００１４】
本発明において、色相を測定するには後述の図１に示すような分光測色計によるのが好ましいが、例えば、赤の波長域に大きな感度を有するセンサ、緑の波長域に大きな感度を有するセンサ、青の波長域に大きな感度を有するセンサを有し、それぞれの感度を数値化するものでもよいし、複数（例えば４０個）のセンサで、反射光を分光して各波長毎の反射率を測定するものでもよい。
【００１５】
本発明は、ボイラ缶内に生成する酸化鉄を測定対象とするのに好適であるが、それ以外の例えば冷却水系などに生成する酸化鉄などにも適用することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は分光測色計の照明受光光学系を示す断面図であり、積分球３内面にキセノンランプ８等の光源から光が照射され、反射散乱光が試料面開口４から鋼材表面に照射される。その反射光を集光レンズ５，６を介して分光センサ２に入射させ、可視光領域の波長成分に分光させ、各波長の受光強度を検出する。
【００１７】
なお、積分球３に一端が接続された光ファイバ７を介して積分球３内の光が分光センサ１に入射される。これらの分光センサ１，２の検出信号が信号処理装置に入力され、例えばＬ^* 、ａ^* 、ｂ^* 値が演算され、数値化される。なお、この分光測色計及び信号処理装置は既に周知のものであり、市販されている。
【００１８】
ところで、鋼材の腐食により酸化鉄が発生するが、Ｆｅ₃ Ｏ₄ （マグネタイト）とα−Ｆｅ₂ Ｏ₃ （ヘマタイト）では、周知の通り前者が黒色系、後者が茶褐色系と色調が相違するので、鋼材表面の色相から鋼材表面の酸化鉄中のα−Ｆｅ₂ Ｏ₃ 含有率を本発明方法によって高精度に推定できる。そのためには、酸化鉄中のマグネタイトとヘマタイトとの割合が既知のものについて例えばａ^* 値を求めておく。そしてヘマタイト含有率未知の鋼材表面の反射光からａ^* 値を求め、この値からヘマタイト含有率を求める。
【００１９】
【実施例】
実施例１
ボイラ実機のチューブの表面に生成した酸化鉄中のヘマタイト量を本発明方法に従って推定した。次に、この実験手順を説明する。
【００２０】
Ｉ．検量線の作成
▲１▼ 純度９９％、粒径１μｍのＦｅ₃ Ｏ₄ （マグネタイト）とα−Ｆｅ₂ Ｏ₃ （ヘマタイト）を所定の割合で混合したものを数種類調製した。
▲２▼ この混合した標準物質をｎ−ヘキサンの入ったビーカー中で撹拌し、ほぼ均一に混合したところで、ろ紙によりろ過をし、ろ紙上に薄く堆積した酸化鉄の混合物を得た。
▲３▼ この混合物を分光測色計により測定し、ａ^* 値と混合酸化鉄中のヘマタイトの割合との関係について調べた。
▲４▼ 図２に色度（ａ^* 値）と混合酸化鉄中のα−Ｆｅ₂ Ｏ₃ （ヘマタイト）の割合との関係を示した。その結果、ａ^* 値が増すにつれてヘマタイトの含有率も増加し、相関関係があることがわかった。
【００２１】
II 実サンプルのヘマタイト含有率の本発明法による測定（推定）
ボイラー実機を開缶し、複数本のチューブを抜管した。このチューブ表面を図１の分光測色計によって色相分析してａ^* 値を求め、図２の検量線からヘマタイト含有率を求めた。結果を表１に示す。
【００２２】
III 実サンプルのヘマタイト含有率のＸ線回折法による分析値との対照
上記の実機サンプルの表面の酸化鉄はＸ線回折法によって分析し、ヘマタイト含有率を測定した。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１より、本発明により高精度にて鋼材表面の酸化鉄中のヘマタイト含有率を推定できることが認められる。
【００２５】
比較例１
６機のボイラ実機（Ａ〜Ｆ）の缶内をカラー写真機によってストロボ撮影し、この写真を６人の判定者が見て色調を判別した。その結果を表２に示す。
【００２６】
また、上記のＡ〜Ｆのうち５機（Ｂ〜Ｆ）の缶内について、上記と同じ６名の判定者が直接に目視観察し、その色調を判定した。（このときの照明は白色蛍光灯を用いた。）この判定結果を表２に併せて示す。
【００２７】
なお、表２に、上記６機（Ａ〜Ｆ）の缶内を図１の装置で測定したときのＬ^* 、ａ^* 、ｂ^* 値を併せて示す。
【００２８】
【表２】

【００２９】
表２より、目視による色の判定結果は個人差がかなり大きく、精度の良いヘマタイト含有率の推定は無理であることが認められた。
【００３０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、鋼材表面の状態を高精度に測定できる。本発明によると、実機サンプルの鋼材の表面状態を現場にて測定することができる。
【００３１】
なお、本発明によると、鋼材表面の酸化鉄中のヘマタイト含有率（又はマグネタイト含有率）を高精度に推定することもでき、ボイラ水等の水処理の効果を判定することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分光測色計の光学系の断面図である。
【図２】実施例における測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２ 分光センサ
３ 積分球
４ 試料面開口
５，６ 集光レンズ
７ 光ファイバ
８ キセノンランプ

Claims (2)

1. 鋼材の表面に特定の光源からの光のみを照射し、その反射光を分光測色計により測定して該鋼材表面の色相を検出し、該鋼材表面の酸化鉄発生状況を測定する鋼材の表面状態の測定方法であって、
   予め求めておいた特定酸化鉄の含有率と色相との相関関係から該鋼材表面の酸化鉄中における該特定酸化鉄の含有率を求めることを特徴とする鋼材の表面状態の測定方法。
2. 請求項１において、前記鋼材は実機ボイラ缶内の鋼製の部材であり、前記特定酸化鉄の含有率と色相との相関関係が、ヘマタイトの含有率とａ ^＊ 値との相関関係であることを特徴とする鋼材の表面状態の測定方法。

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