JP4269860B2

JP4269860B2 - 金属帯の非金属介在物欠陥の合否判定装置並びに方法

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Publication number: JP4269860B2
Application number: JP2003321008A
Authority: JP
Inventors: 拓也山崎; 寧男戸村; 英雄久々湊; 誠荒谷; 嘉秀山本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2004157113A

Description

本発明は、鋼板等の帯状の金属帯を搬送しながら、当該金属帯に内在する欠陥を連続的に検出する探傷装置の探傷信号処理に関するものであり、該探傷装置で得られた欠陥情報を有効に活用し、顧客要求に応じた合否判定を行う非金属介在物欠陥の合否判定装置および方法に関する。なお、本発明は金属帯の荷姿がコイルおよびシートのどちらにも適用できる。

従来から、微細な非金属介在物欠陥等の金属帯内部の欠陥を検出し、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。

金属帯内部の非金属介在物をはじめとする欠陥をオンラインで検出する代表的な探傷装置としては、漏洩磁束法による探傷装置と、超音波を利用した探傷装置をあげることができる。

ところで、漏洩磁束法では、金属帯が厚くなると、磁束が表面に漏洩しにくくなり、金属帯の一種である鋼板への適用の場合、板厚が約0.5mm 以上の検査は不可能であるとされている。しかも、漏洩磁束は、鋼板表面からの距離に反比例して急激に減衰するために、鋼板の搬送パスラインの上下変動を±0.1mm 以内に制御する必要があると共に検出部と鋼板表面との隙間を 0.5mm以内に管理する必要があり、搬送中の鋼板への適用、特に搬送速度が速い状態での連続的な探傷への適用は困難である。さらに、ノイズ要因が多いという問題もある。

以下では、対象とする金属帯として鋼板を例示して説明を行う。また、探傷装置としては、漏洩磁束法に比べて鋼板の板厚が厚い場合にも容易に適用が可能な超音波法を適用した例について説明する。ただし、本発明は、金属帯一般に広く適用できるものであり、また、探傷方法を漏洩磁束法等としてもよいことは言うまでもない。

ここで、超音波探傷装置としては、板波ＵＴ（Ultrasonic Testing）法、集束ビームＵＴ法、透過型配置での反射型超音波探傷法（以下、超音波ラインセンサとも称す。）等があげられる。

板波ＵＴ法は、タイヤ型音響プローブ（検出部）を鋼板表面に転がり接触して探傷を行うものであるが、板厚方向での不感帯を有すると共に、接触式であるので、鋼板表面へのタイヤの接触圧を調整する必要がありタイヤがバウンドするなど、鋼板の搬送速度が速いほど不利である。また、タイヤがバーストする心配がある。

この点、集束ビームＵＴ法や超音波ラインセンサは、非接触で検査を行うために、上記のような問題はなく、また、鋼板の搬送の際のパスライン変動による影響も小さく有利である。ここで、集束ビームＵＴ法は、厚板や溶接部の欠陥探傷に使われており理論も確立している。しかし、超音波ラインセンサと比較して、超音波ビームを点状に収束（例えば、１mmφ）させるので、探傷面積に応じた数のプローブ（検出部）が要求され、探傷のための部品点数が多くなると共に探傷効率が悪くなる。また、鋼板表面直下に不感帯ができるという欠点もある。

このようなことから、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、検出部を非接触で且つ透過型配置（鋼板を挟んで送信部及び受信部を配置）とし、反射型探傷を行う超音波ラインセンサを利用したものが好適に適用される（特許文献１等参照）。

ところで、非金属介在物欠陥は、特に、アルミ酸化物の比率が大きいことが問題とされている。アルミ酸化物の比率が大きいと、スラブ凝固時にもその角張った形状がほとんどそのままの形状で残り、また、変形抵抗が大きいことから、熱間圧延でも変形されず、角張った形状のものが鋼板の表層にそのまま残存することがプレス割れ等の原因となるのである。

ここで、超音波ラインセンサの構成や原理は、本発明者らが、特許文献２や特許文献３等で開示したもので、送信部から、一方向に集束した帯状の超音波ビームを送信し、そのビームを鋼板幅方向に配列した複数個の短冊型超音波振動子からなる受信部で受信するものである。すなわち、搬送される鋼板を挟んでラインフォーカス型送信アレイプローブ（送信部）とラインフォーカス型受信アレイプローブ（受信部）とを対向配列（配列の方向は被検材である鋼板の板幅方向）させて配置し、送信アレイプローブから送信された超音波によって生起された内部欠陥からの反射波を送信アレイプローブと対向配置した受信アレイプローブによって受信することにより、被検材の内部欠陥を表裏面直下の不惑帯なしに検出するものである（図３、４参照）。

また、このラインセンサは、１つの検出部で探傷できる範囲が広いので、搬送中の鋼板の欠陥検出に好ましい。なお、超音波探傷装置による探傷は、超音波プローブと鋼板との良好な音響結合を維持するため、つまり検出精度を上げるために、液体中、好適には、水中で行うことが好ましい。

図２に示すように、超音波探傷装置10は、テンションレベラ３と出側ブライドルロール５との間に配設される。テンションレベラ３は、探傷前に鋼板１の板形状を矯正して平坦にするものである。また、超音波探傷装置10前後にあるブライドルロール２、５は、探傷位置において鋼板１に長手方向（搬送方向に一致する。）の引張力を付与して探傷位置の板部分を平坦に矯正する働きを有し、探傷のための形状矯正手段を兼ねるものである。

超音波探傷装置10の水槽20の入側には、第１の搬送ロール11が配置され、その第１の搬送ロール11と水中に全没の第２の搬送ロール12によって鋼板１の搬送路が例えば垂直下方に変更され水槽20内の水中に誘導される。なお、水槽20中の水21には、鋼板１の錆を防止するための防錆剤等が添加されていることがある。

上記水中に浸漬された鋼板１は、水中に全没の第２及び第３の搬送ロール12、13によって水平方向に搬送方向が曲げられ、続いて第３の搬送ロール13及び水面上方に位置する第４の搬送ロール14によって、垂直方向に搬送方向が曲げられて水中、つまり水槽20から出る。続けて、鋼板１は、第４の搬送ロール14によって下流側ブライドルロール５側に誘導される。

また、第２の搬送ロール12と第３の搬送ロール13との間に超音波探傷装置10の検出部である超音波ラインセンサ22が配置されている。この超音波ラインセンサ22の探傷方式は、特許文献２等に記載されている原理に基づくもので、概念図である図３に示すように、それぞれ一次元アレイ型プローブからなる送信部22a と受信部22b が、鋼板１を挟んで当該鋼板１の板厚方向で対向配置されるものである。図３中、符号23a はラインフォーカスした送信超音波ビームを、符号23b は受信超音波ビームを示す。

上記のような構成の超音波ラインセンサ22（22a 、22b ）が、図４に示すように、鋼板１の幅方向に沿って複数個、連続して配置され、配列した送信部22a 及び受信部22b が、コの字状の枠体としたラインセンサ用架台25に支持されている。これによって、少ない検出部で鋼板１の全幅の欠陥検出を可能とできる。ここで、各送信部22a 及び受信部22b をそれぞれ千鳥状に配置しているのは、隣り合う超音波ラインセンサ22間での不要な干渉を避けつつ鋼板１の幅方向全面の検査を可能とするためである。

各超音波ラインセンサ22は探傷信号処理装置24に接続されている。そして、検出信号が所定レベル以上である場合に、欠陥反射波があるとして介在物欠陥検出とするのである。

なお、ここでは図示しないが、図２の更に下流側にマーキング装置を配設し、欠陥信号をトラッキングして鋼板１の該当欠陥位置にマーキングを実施する場合もある。

マーキング装置（ここでは図示せず。）は、上記の探傷信号処理装置24からの欠陥位置情報に基づいて鋼板表面上の欠陥位置に刻印を施し、当該鋼板表面に欠陥位置情報を記録する。

上記の探傷設備を採用することで、搬送速度 300〜1000ｍ／分程度の高速搬送下であっても、全幅連続探傷が可能である。なお、上記では、検出精度を上げるために水浸漬法を採用したが、大気中で探傷してもよい。また、超音波ラインセンサに代えて集束ビームＵＴ法による超音波探傷装置を採用しても良い。
特開2000-210717 号公報特開平7-253414号公報特開平11-83815号公報

ところで、上記の探傷設備において従来から適用されてきた合否判定の基準はあまり明確なものではなく試行錯誤的であり、顧客に不良品を出荷することのないようにするため、非金属介在物でない検出も非金属介在物として判定するようにしていた。そのため、本来良品である鋼板を不良品として判定する傾向があった。

例えば、ツナ缶に使われるＤＲＤ缶（Drawn and Redrawn Can ）用鋼板では、一次冷間圧延および焼鈍後に、20〜30％の圧下率による二次冷間圧延を施し、板厚0.170mm の高強度・極薄缶用鋼板として仕上げる。すなわち、２回圧延、ＤＲ（double cold-reducing）圧延を行い、その高強度・極薄缶用鋼板を用いて２回プレス加工法で仕上げている。この製罐法において、例えば、500kg の鋼板中から１缶（ＤＲＤ缶１缶の重量は、22ｇ程度である。）でも欠陥が検出されると、そのロットはすべてスクラップになるという厳しいものである。なお、ロット重量は約10トン程度であり、ロット単位にスクラップになると経済的および納期的不利益は非常に大きい。

本発明者らは、上記の様々な欠陥の検出についてサンプル採取を行い、検出部断面の顕微鏡観察をはじめとする種々の分析調査を重ねた結果、欠陥として検出された位置には、非金属介在物欠陥以外にも、色々な擬似信号が欠陥として検出されており、あるいはまた、無害な欠陥が検出されていることを明らかにした。

特に、下流工程での再度の圧延処理等により、実際には最終工程で密着してしまって無害となる中心割れ（空孔）や鋼板表面の大きな凹み等は、金属帯の長手方向に一致する圧延方向や金属帯の幅方向に一致する圧延方向90度方向に連続した欠陥信号、すなわち、長手方向に所定長以上、例示的には0.1〜数ｍ連続的に検出される欠陥信号および／または幅方向に所定長以上、例示的には１〜数10mm連続的に検出される欠陥信号となり、無害にもかかわらず、金属帯における欠陥密度（個／ｍ² ）を見かけ上大きくし、結局、不良品となって格下げ・転用処置あるいはスクラップ化につながることになる。そのため、再度のスラブ製造の手配等を特急で進めるなどの納期対応を図る必要に迫られる。また、工程混乱も甚だしくなり、更に、工程進捗を遅らされることになる他の鋼板の納期への影響も大きく、経済的打撃は計り知れない。

本発明は、上記課題の解決を目的とするものであり、微細な非金属介在物欠陥を探傷装置で検出するに際し、顧客に応じた最適の合否判定処理を行うこと、すなわち、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を可能とするものである。

本発明は、金属帯を探傷して該金属帯に内在する非金属介在物欠陥を検出する探傷装置からの探傷信号を入力とし、該探傷信号を処理して合否の判定を行う非金属介在物欠陥の合否判定装置であって、検出される欠陥信号が、前記金属帯の長手方向および／または幅方向に、それぞれ所定長以上連続する場合に、前記処理を当該欠陥信号の消去処理とすることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定装置によって上記課題を解決したのである。

また、本発明は、金属帯を探傷して該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欠陥の合否判定方法であって、検出される欠陥信号が、前記金属帯の長手方向および／または幅方向に、それぞれ所定長以上連続する場合に、前記処理を当該欠陥信号の消去処理とすることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定方法によって上記課題を解決したのである。

また、本発明は、金属帯を探傷して該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欠陥の合否判定方法であって、検出される欠陥信号が、前記金属帯の長手方向および／または幅方向に、それぞれ所定長以上連続する場合に、当該欠陥信号の消去処理を実施してから非金属介在物欠陥の情報として蓄積し、予め登録した、顧客と合意した合否判定基準を該蓄積した非金属介在物欠陥の情報と対比して合否判定を行うことを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定方法によって上記課題を解決したのである。

本発明によって、金属帯の非金属介在物欠陥の検出において従来問題となっていた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せるようになった。さらに、有害な介在物欠陥を含まない高品質の金属帯を提供できるようになった。

図１に従い、本発明の非金属介在物欠陥（以下、非金属介在物を単に介在物ともいう。）の合否判定フローについて説明する。

図１において、まず、超音波ラインセンサに代表される探傷装置からの探傷信号が、当該探傷装置の探傷信号処理装置である介在物判定処理装置に入力されて格納される（110 ）。

介在物判定処理装置では、格納した探傷信号から検出される欠陥信号が金属帯の長手方向に所定長（αｍ）以上連続する信号であるか、および／または、幅方向に所定長（βmm）以上連続する信号であるかの判定を行う（120 ）。ここで、そうであれば、介在物欠陥ではないと判定し、検出した欠陥信号を消去する処理を行う（140 ）。一方、そうでない場合には、介在物欠陥と判定し、以降の処理を行う。

ここで、介在物欠陥と判定した場合は、更に当該欠陥の情報を編集処理して介在物欠陥情報とする（150 ）。具体的には、少なくとも金属帯における当該欠陥の長手方向位置、幅方向位置と、好ましくはさらに、当該欠陥の幅、長さ、厚み、厚さ方向位置、等の情報を編集する。さらに具体的には、対象とする金属帯における介在物欠陥の欠陥密度（個／ｍ² ）を算出することを含んでもよい。

以上の介在物欠陥情報は、顧客データベースに介在物情報として格納（蓄積）する（220 ）。

次に、当該欠陥の合否判定を判定基準（210）と対比して行う（160 ）。その判定基準（210 ）は、顧客データベースに予め登録された、顧客と合意した合否判定基準であって、具体的には非金属介在物欠陥の許容密度（単位：個／ｍ² ）が挙げられ、金属帯の該欠陥密度が該許容密度を超えると不合格と判定する。

非金属介在物欠陥とその長手方向位置および幅方向位置の情報は、金属帯を展開した平面上に、当該非金属介在物欠陥の存在する位置を示したものとして表示することもできるので、顧客へ提供する前記情報を「展開図(情報)」と称する。

合否判定の行われた金属帯は、その合否判定結果に従い、不合格（ＮＧ）の場合は、検出された介在物欠陥が致命的とはならない用途に変更して使用する（170 ）。一方、合格（ＯＫ）の場合は、そのまま、次工程の最終検査ラインに移送する。

最終検査ラインでは、出荷姿がコイルかシートかによってフローを分ける（310 ）。

先に、出荷姿がシートである場合を説明する。まず、既に顧客データベースに蓄積した、当該シートに対応する展開図情報を最終検査ラインに提供する（320 ）。この展開図には、介在物欠陥のシート上の位置が明らかにされており、同時に、その介在物欠陥の大きさ等の詳細情報が紐付けられている。

続いて、当該展開図情報に基づき、シート上の欠陥位置に刻印などの欠陥マーキングを行う（330 ）。そして、引き続きマーク読取装置でその欠陥マークを読み取って（340 ）、欠陥部分をシャー切断するなどして除去する（350 ）。このように、各シート中の介在物欠陥が、顧客Ａの要求するレベルとなるようにして顧客Ａに製品出荷する（410 ）。言うまでも無く、欠陥の除去にあたっては、シートにマーキングせずに展開図情報のみを用いてもよい。ただし、図１中には、展開図情報のみを用いるフローは示していない。上記の方法では、介在物欠陥を除去した製品は介在物密度等の合否判定で合格となっているのみならず、さらに欠陥部分を除去したので、非常に高品質となる。

次に、出荷姿がコイルである場合を説明する。図１では、欠陥除去ラインにマーク読取装置があるか否かで処理フローが異なる（360 ）具体例を示している。ここで説明する例では、顧客Ｂはマーク読取装置を有しており、顧客Ｃは有していないものとする。

マーク読取装置がある顧客Ｂに出荷する場合は、まず、上記のシートの場合と同様に作成したコイルの展開図情報（370 ）に基づき、シートの場合と同様の欠陥マーキングを行い（380 ）、客先に出荷する。

顧客Ｂ側では、コイルを巻き戻して加工処理を行うに際し、はじめにマーク読取装置で欠陥マークを読み取って（510 ）、対応する欠陥部分をシャー切断するなどして除去する（520 ）。なお、この場合、マーク読取装置の不調などのトラブルに備え、顧客Ｂにネットワークを介するなどして展開図情報を併せて提供しておくことを好適とする。

最後に、客先にマーク読取装置がない顧客Ｃの場合は、マーキングしないままコイルを出荷し、一方、ネットワークを介するなどして展開図情報の提供を行う（610 ）。そして、顧客Ｃ側で、その展開図情報に基づいてコイルの欠陥部分をシャー切断するなどして除去を行う（620 ）。なお、この除去は、自動で行うようにしてもよいし、また、オペレータが手動で行ってもよい。

以上のようにすることで、顧客Ｂ、Ｃに対しても、展開図情報に基づく高品質の製品を提供することが可能となるのである。

本発明の非金属介在物欠陥の合否判定方法を熱延鋼板（板厚：2.0mm 、板幅：1000mm、長さ：1000ｍ）の超音波ラインセンサでの探傷に適用した。なお、本発明例では、検出される欠陥信号が熱延鋼板の長手方向に0.15ｍ以上、または、幅方向に30mm以上連続する場合には検出した欠陥信号を消去する処理を適用した。そして、そのような欠陥信号の消去処理を行わない従来例との比較を同一の熱延鋼板に対して行い、両者の介在物欠陥の欠陥密度（個／ｍ²）を対比した。

その結果、本発明例では欠陥密度が0.059 （個／ｍ² ）となり、検出部の分析結果と対比してほとんど過検出がなかったのに対し、従来例では欠陥密度が0.209 （個／ｍ² ）であり、検出部の分析結果と対比すると本発明との差分だけ過検出であった。なお、顧客要求の許容欠陥密度は、0.2 （個／ｍ² ）であった。

そのため、金属帯の品質検査において、従来例では過剰な不合格品が発生するのに対し、本発明例では顧客の要求する品質を満たす合否判定を行うことができた。

本発明の合否判定方法を説明するフロー図である。本発明の合否判定方法を適用する探傷ラインの側面図である。鋼板の非金属介在物を検出する超音波ラインセンサの模式配置図である。本発明の合否判定方法を適用する探傷装置における超音波ラインセンサの配置図である。

符号の説明

１金属帯（鋼板）
２入側ブライドルロール
３テンションレベラ
５出側ブライドルロール
10 超音波探傷装置
11〜14 搬送ロール
20 水槽
21 水
22 超音波ラインセンサ（検出部）
22a 送信部
22b 受信部
23a 送信超音波ビーム
23b 受信超音波ビーム
24 介在物判定処理装置（探傷信号処理装置）
25 ラインセンサ用架台

Claims

金属帯を探傷して該金属帯に内在する非金属介在物欠陥を検出する探傷装置からの探傷信号を入力とし、該探傷信号を処理して合否の判定を行う非金属介在物欠陥の合否判定装置であって、
検出される欠陥信号が、前記金属帯の長手方向および／または幅方向に、それぞれ所定長以上連続する場合に、前記処理を当該欠陥信号の消去処理とすることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定装置。
金属帯を探傷して該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欠陥の合否判定方法であって、
検出される欠陥信号が、前記金属帯の長手方向および／または幅方向に、それぞれ所定長以上連続する場合に、前記処理を当該欠陥信号の消去処理とすることを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定方法。
金属帯を探傷して該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欠陥の合否判定方法であって、
検出される欠陥信号が、前記金属帯の長手方向および／または幅方向に、それぞれ所定長以上連続する場合に、当該欠陥信号の消去処理を実施してから非金属介在物欠陥の情報として蓄積し、
予め登録した、顧客と合意した合否判定基準を該蓄積した非金属介在物欠陥の情報と対比して合否判定を行うことを特徴とする非金属介在物欠陥の合否判定方法。