JP4362194B2 - 金属材料中の介在物検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料中の介在物検出方法に関し、詳しくは、超音波探傷による、迅速で信頼性の高い介在物検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近の冶金技術の向上から、鋼などの金属材料の清浄度が大幅に改善され、20ミクロンを越える中型〜大型の鋼材中非金属介在物は一段と少なくなり、かつ、大きさも小さくなっている(なお、本明細書では「非金属介在物」のことを単に「介在物」という場合がある)。このような中で、偶発的に、あるいはきわめて低い確率で発生する中型〜大型介在物(以下「中大型介在物」という)の検出は、非常に困難になっている。中大型介在物で多く見られるのは、径がおよそ20〜200μm程度のものである。
【0003】
しかし、酸化物系介在物(例えばAl2O3、MgO・Al2O3、CaO・Al2O3+MgO・Al2O3など)および窒化物系介在物などの非金属介在物は、例えば軸受鋼や機械構造用炭素鋼などの鋼材において疲労破壊の原因となりやすく、依然として問題となっている。
【0004】
ところで、現在、金属材料の介在物を見る検査方法としては、被分析対象金属材料から試験片を採取して光学顕微鏡により試験片の表面を検査する等の方法が一般的である。鋼材を例に取ると、従来標準的な鋼中の介在物評価方法として採用されてきた「JIS G 0555 鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法」、「AMTS E45 Standard Practice for Determining the Inclusion Content of Steel」、「DIN50602」、「ISO4967」などの顕微鏡による方法は、検査試料の被検面積が、例えば100〜200mm2/個と小さいために、中大型介在物の検出精度が低いという問題点があった。これまで大きな体積を検査することが要望されてきたが、適切な方法はなかった。
【0005】
また、他の方法として、金属材料から酸溶解により介在物を抽出しその介在物の粒径を顕微鏡で評価する方法やEB溶解法により金属材料を溶解し浮上した介在物を顕微鏡により観察する方法が提案されている(特開平9−125199号、特開平9−125200号)。しかし、酸溶解法は介在物が酸に溶解したり、介在物まで溶解して介在物が小径化する場合がある。さらに、酸溶解に時間がかかるなど、処理の迅速性に劣り、製品の量産工程に対応することも困難であった。また、EB溶解法は、検査試料となる数g程度の小片を溶解し、浮上した介在物を顕微鏡により観察する方法であるが、介在物が融解、凝集したりする場合があり、これに対する対応策が見いだされていない。
【0006】
故に、これらの金属介在物評価方法は、金属材料、特に鋼材など大体積について検査する必要がある金属材料については清浄度評価方法として十分満足のいくものではないことが指摘されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、最近の冶金技術の向上に対応し、鋼などの金属材料の清浄度の大幅な改善に対応した、迅速で精度の高い金属材料中介在物の検出方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
材料の非破壊検査方法としては超音波探傷による測定がある。本発明者は、超音波探傷を用いて、金属材料の清浄度評価を行うことについて研究を重ねたが、単に金属材料について超音波探傷を行っただけではデータの精度の点で必ずしも十分ではなかった。そこで、本発明者はさらに研究を重ね、以下の手段を採用した。すなわち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
(1)超音波探傷により金属材料中の非金属介在物を検出する方法であって、基準感度校正用標準試験片に対して超音波探傷を行い、探触子を備える超音波探傷装置の基準感度を決定する一次感度校正と、一次感度校正の後、感度校正量を求めるための標準試験片Aからの反射波強度と、標準試験片Aと同形状の被検対象金属材料による試験片Bからの反射波強度とから感度校正量を求めて、感度校正を行う二次感度校正と、を含む感度校正を行い、所定の探傷走査ピッチで金属材料中の非金属介在物の少なくとも位置および数を検出する粗探傷を行った後、前記粗探傷よりも探傷走査ピッチを狭くして前記粗探傷により検出された非金属介在物の大きさを検出する精密探傷を行うことを特徴とする、金属材料中の介在物検出方法。
(2)金属材料中の非金属介在物の位置、数を検出すると共に非金属介在物からの反射波形情報を検出する粗探傷を行った後、前記反射波形情報に基づき異常波形を生じている対象を除外して、前記精密探傷を行う、前記(1)に記載の金属材料中の介在物検出方法。
(3)焦点型高周波探触子を備えた超音波探傷装置により、超音波探傷を行う、前記(1)または(2)に記載の金属材料中の介在物検出方法。
(4)粗探傷を行うときの探傷走査ピッチを、精密探傷の場合よりも大きくかつ焦点位置における探触子からのビーム束の直径の1/2以下とし、精密探傷を行うときの探傷走査ピッチを粗探傷のときよりも小さくして、超音波探傷を行う前記(1)から(3)のいずれかに記載の金属材料中の介在物検出方法。
(5)粗探傷における探傷走査ピッチを30〜150μmとする、前記(1)から(4)のいずれかに記載の金属材料中の介在物検出方法。
(6)精密探傷における探傷走査ピッチを5〜10μmとする、前記(1)から(5)のいずれかに記載の金属材料中の介在物検出方法。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の金属材料中の介在物の検出方法は、粗探傷と精密探傷の2通りの超音波探傷を行って、金属材料中に含まれる介在物を検出するものであり、超音波探傷により得られたデータに基づいて被分析対象の金属材料の清浄度を評価することができる。粗探傷は、少なくとも介在物の位置および数を検出するために行い、粗探傷により検出された介在物について精密探傷を行い、精密探傷によって主に介在物の大きさを検出(測定)する。
【0010】
本発明の介在物検出方法では、超音波探傷により被検体となる金属材料の検査試料中の介在物を検出する。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、その反射波強度および反射波形情報(グラフとして出力された波形、正半波強度、負半波強度など)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)。
【0011】
本発明の方法においては、探傷走査ピッチを精密探傷に比較して広くとる粗探傷と、粗探傷よりも探傷走査ピッチを狭くする精密探傷とを行う。
【0012】
粗探傷では、所定の探傷走査ピッチで検査試料中の介在物の少なくとも位置および数を検出する。粗探傷における探傷走査ピッチは、検査試料の大きさ、予想される非金属介在物の大きさなどから任意に設定することができるが、少なくとも精密探傷の場合よりも大きく設定し、好ましくは焦点位置における探触子からのビーム束の直径の1/2以下とする。ビーム束の直径の1/2以下とすれば、粗探傷であっても、反射波強度が約70%以上の領域で介在物の検出を行うことができる。反射波強度が70%ということは、本来その介在物から得られる最大反射波強度100%に対し、ビームのずれにより70%の強度の反射波しか得られないことを意味する。粗探傷における好ましい探傷走査ピッチは、より具体的には30〜150μmであり、特に好ましくは30〜50μmに設定する。
【0013】
このように粗探傷を行って、検査試料中に含まれる介在物の位置、数が検出される。粗探傷を行うことにより、迅速に大体積の検査試料について検出対象である介在物の位置、数を特定することができる。なお、粗探傷の段階で、検査試料中の介在物径(介在物の粒径)のおおまかな値を測定しておいてもよい。
【0014】
粗探傷を行った後、検出された介在物の大きさを精度よく検出するために精密探傷を行う。精密探傷は、探傷走査ピッチを粗探傷の場合よりも狭く設定して行い、好ましくは探傷走査ピッチを超音波ビームの半径方向(水平方向)の減衰の影響を最小になるように設定する。減衰の影響が最小限になるような探傷走査ピッチは、検出した1つの介在物の真上(反射波強度が最大となる位置を「真上」とし、この位置を原点とする)に探触子を移動し(真上の位置が原点、反射波強度100%)、この探触子を前後左右に動かして求めることができる。検査対象となる金属材料や探触子の種類にもよるが、具体的には、精密探傷における探傷走査ピッチとして好ましくは、5〜10μmである。
【0015】
超音波ビームをあてて得られる介在物からの反射波強度は、その介在物から受信し得る最大の反射波強度であることが精度の向上の点で望ましい。しかし、探傷走査ピッチが大きすぎると、介在物に超音波ビームが当たっても、本来その介在物から得られるべき最大の反射波強度よりも小さな値しか得られない場合がある。探触子から発せられる超音波ビームはビームの束であるので幅をもっているが、ビームの中心部と外周部とでは強度に差がある。また、ビーム束が介在物の中心に当たった場合と、周辺部に当たった場合とでは反射波強度に差が生じる。本来得られるべき最大の反射波強度は、超音波ビーム束の中心が介在物の真上(介在物の中心)に当たったときに得られると考えられ、この最大値を的確に検出することが超音波探傷により精度よく介在物の大きさを検出することにつながる。すなわち、あらかじめ粗探傷により検出された介在物について探傷ピッチを狭めた精密探傷を行うことにより、精度よく介在物の大きさの検出を行うことができる。
【0016】
図3および図6は、半径方向(水平方向)の位置の違いにより、反射波強度がどのように異なるかを示したものである。図6について見ると、介在物からの最大反射波強度(反射波強度100%)の位置「0.0」から探触子の中心が15μmずれると反射波強度が6%減衰してしまうことがわかる。
【0017】
介在物からの反射波強度は、その介在物からの受信し得る最大の反射波強度が得られることが望ましいことは上記でも説明したとおりである。超音波ビームの焦点深度が介在物の深度からずれている場合にも、反射波強度がその介在物から本来得られるべき最大値より低下してしまう。したがって、精密探傷で得られた反射波強度は、深度補正(軸方向の減衰補正)を行うことが好ましい。図4に、軸方向の減衰補正曲線(深度補正曲線)の例を示す。深度補正は次の深度補正式(1)に従って行うことができる。
【0018】
<深度補正式>
A=B/f=B/(1+ad+bd2) ・・・・・(1)
ただし、A:補正反射波強度(%)
B:反射波強度(実測値)
f:補正係数
a,b:係数
d:欠陥深度と焦点深度とのずれ
(|d|<e、e=定数)
以上の深度補正は距離振幅補償(Distance Amplitude Correction)に準じて行うことができる。
【0019】
上記「欠陥」とは、介在物、あるいは空洞など介在物以外に反射波を生じさせる原因となるもののことをいう。
【0020】
介在物の大きさは、例えばその介在物の粒径(その介在物の最大径、本明細書では「介在物径」という場合がある)として表すことができる。具体的には、例えば、あらかじめ介在物の粒径と反射波強度との検量線を作成しておいて、超音波探傷により得られた反射波強度から介在物の粒径を算出することができる。検量線は、例えば、超音波探傷を行って介在物からの反射波強度を求めておき、この超音波探傷を行った検査試料の探傷領域部を切り出し、これを酸溶解して介在物を取り出しSEM観察により介在物径を求めることにより作成することができる。
【0021】
検量線は、一般式として以下の式(2)で表される。検量線の具体例を図5に示す。図5に示される直線は式(2-1)として表される。
【0022】
<検量線の一般式>
Y=PX+Q ・・・・・(2)
ただし、Y:介在物径
X:補正後反射波強度
<図5に示される検量線式>
Y=0.34X+11.85 ・・・・・(2-1)
ただし、Y:介在物径(μm)
X:補正後反射波強度(%)
【0023】
本発明の介在物検出方法では、上記のように粗探傷において少なくとも検査試料中の介在物の位置、数を検出するが、より好ましい実施形態として、さらに詳細な反射波形情報を粗探傷により検出し、得られた反射波の受信信号のうちから異常波形(異常信号)を生じている対象は介在物からの反射波ではないものとして精密探傷を行う対象から除外する形態が挙げられる。反射波形情報とは、反射波を受信して得られる情報のことであり、具体的には反射波強度、反射波形情報(グラフとして出力された波形、正半波強度、負半波強度など)などの情報である。正半波強度とは、基準線より上にでている反射波形の強度であり、負半波強度とは、基準線より下にでている反射波形の強度である。
【0024】
検査試料中には、空洞が生じている場合があり、このような空洞からも反射波が生じる。また、外部から飛び込み乱反射波を反射波信号として探触子が受信してしまう場合もある。このような検出目的としている介在物以外のものから生じる反射波信号を除外することにより、粗探傷の後に続くの精密探傷で余計な対象物について検出を行わずにすむので、検出操作をより迅速に行うことができる。
【0025】
上記のような異常信号は、反射波の波形により空洞などによる異常信号か、検出目的の介在物からの信号かを区別することができる。波形そのものをグラフ化して検出しその形状をみて識別することができ、また、波形を知る指標となる正半波強度または負半波強度を検出して、数値として判別することもできる。
【0026】
金属材料はその金属材料の熱処理などの状態、あるいは材料の特性などにより反射波強度に無視できない影響が生じる場合がある。例えば鋼は熱処理の状態により影響がでやすい。そこで、超音波探傷装置が受信する反射波を反射波強度として変換する際の感度をあらかじめ校正しておくことが好ましい。
【0027】
すなわち、基準感度校正用標準試験片(「標準試験片S」と略称する)に対して超音波探傷を行い、探触子を備える超音波探傷装置の基準感度を決定する一次感度校正と、一次感度校正の後、感度校正量を求めるための標準試験片Aからの反射波強度と、前記標準試験片Aと同形状の試験片Bからの反射波強度とから感度校正量を求めて、感度校正を行う二次感度校正と、を含む感度校正を前記粗探傷を行う前にあらかじめ行うことが好ましい。
【0028】
この標準試験片Sに対して超音波探傷を行い、超音波探傷装置の基準感度を設定する。標準試験片Sとしては、例えば、FBH(Flat Bottom Hole,1/16inch(0.4mm))を有する試験片が挙げられ、具体的にはASTM E127に規定される標準試験片B−020などが例示される。一次補正は、標準試験片Sからの反射波強度を装置に記憶させて行うことができる。
【0029】
一次感度校正に続いて二次感度校正を行う。二次感度校正では、標準試験片Aと被検対象金属材料から標準試験片Aと同形状の試験片(試験片B)を用意し、試験片Bの反射波強度を標準試験片Aに基づいて感度校正量Yを求めて校正する。
【0030】
標準試験片Aは、焦点深度位置に人工欠陥または板底面がある試験片であり、図8にその例を示す。標準試験片Aに用いられる材料としては、感度が高いことから焼入焼戻処理を施した鋼が好適である。
【0031】
感度校正は、焦点深度にある人工欠陥または板底面を使用して(図8)、標準試験片Aでの測定感度と等価な、試験片Bでの測定感度を決定する。感度校正量は標準試験片Aでの反射波強度と試験片Bでの反射波強度との差として求められる。あるいは、次の感度校正式(3)により感度校正量Yを決定する。
【0032】
<感度校正式>
Y=20×log(Y1/Y2) ・・・・・(3)
ただし、
Y:感度校正量(dB)
Y1:試験片Bにおける、人工欠陥からの反射波強度、または底面波強度
Y2:標準試験片Aにおける、人工欠陥からの反射波強度、または底面波強度
Y1として人工欠陥からの反射波強度を用いる場合にはY2も同一感度での人工欠陥からの反射波強度を用い、Y1として底面波強度を用いる場合にはY2も同一感度での底面波強度を用いる。
【0033】
標準試験片Aに対する反射波強度を100%とした設定した場合の、熱処理等の異なる4種の試験片Bに対する反射波強度の低下を示したのが図9である。図9は試験片としてSUJ2を用い、4種の異なる処理方法を施した試験片ごとに走査を行った結果を示したものである。「QT」は焼入焼戻処理したもの、「N」は焼きならし処理したもの、「A」焼きなまし処理したもの、「LA」は鍛伸処理したままのものである。図9中に示されるB1エコーとは、探触子から発射された超音波が欠陥または板底面にあたって生じる最初のエコーのことである。図9に示されるように、鍛伸しただけの試験片ではおよそ55〜65%程度にまで低下することが認められる。したがって、これらの反射波強度を、標準試験片Aと等価となるように、すなわち100%として検出されるように校正することが望ましい。この場合、感度校正量は、標準試験片Aでの反射波強度と試験片Bでの反射波強度との差をデシベル(dB)に換算した量として求めることができる。図9から明らかなように、熱処理の違いにより、標準試験片Aとの反射波強度の差は異なる傾向にあるので、上記の一次・二次感度校正は、熱処理などの処理の違う材料ごとに行われることが好ましい。
【0034】
上記した一次感度校正および二次感度校正を行うことにより、被検対象金属材料の材料特性による測定精度の低下を抑制することができる。
【0035】
検査試料は、被検金属材料から例えば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、検査深さが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、データの統計的処理の観点からすると、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、鋼などの金属材料においては、一般的に鋳造のままではミクロの空洞が無数にあり、超音波探傷により走査すると無数の乱反射、ノイズが発生し検査が困難となる場合がある。そこで、検査試料をあらかじめ圧延しておくことにより空洞部分が圧着され、乱反射などによる弊害を抑制することができる。
【0036】
本発明の介在物検出では超音波探傷を行うが、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、本発明ではこれらのものを用いることができる。好ましい探触子としては、焦点型高周波探触子などが挙げられる。フラット型探触子の検出能は1/2波長といわれているが、焦点型探触子では1/4波長であり、焦点型探触子は本発明の介在物検出方法が好適に用いられる10〜200μm程度の介在物の検出により好適である。探触子周波数は20〜125MHz程度が好ましい。
【0037】
図2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2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図1に示すフローチャートに沿った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。
【0038】
前記粗探傷および精密探傷の結果得られた介在物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。粗探傷、精密探傷により得られるデータとは、介在物の数、位置、大きさなどであり、例えばこれらのデータに基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。
【0039】
これらの清浄度の評価は、例えば、あらかじめ所定性状を備えている金属材料について本発明の方法によりデータを得ておいて、このデータと別の検査試料のデータを比較したり、また望まれる性状データと検査試料のデータとを比較することにより行うことができる。
【0040】
本発明の介在物検出方法は、Mg合金、Al合金、Ti合金、Cr合金、Fe合金(鋼を含む)、Co合金、Ni合金、Cu合金、Zn合金、Ag合金、Au合金、などの各種金属材料に広く適用することができ、好適にされるものとしてはFe合金、Ni合金などが挙げられる。より具体的には、好適なものとして、気泡を抑えたり、介在物のもととなる酸素の含有量を下げるため脱酸することを意図してアルミを添加したアルミキルド鋼などの鋼種、合金が挙げられ、さらに具体的にはAl≧0.005wt%含有の高清浄度アルミキルド鋼などにも好適に適用することができる。
【0041】
【実施例】
以下、本発明の介在物検出方法について実施例を示しより詳細に説明する。ただし、本発明の介在物検出方法は以下の実施例に限定されるものではない。
【0042】
<検査試料の作製>
連続鋳造法により製造した高炭素クロム軸受鋼の丸棒状鋼片を被検対象金属として用いた。この丸棒状鋼片を角65に鍛伸し、T断面試験片を切り出した。各試験片をフライス加工して厚さ10mmに加工し、さらに平面研磨して検査試料とした。
【0043】
<超音波探傷の基本的条件設定>
超音波探傷には、焦点型高周波探触子(50MHz)を備えた超音波探傷装置を用いた。焦点位置は1.5mm、ゲートは1.0〜2.0mmに設定した。
【0044】
表1に探傷条件とその検出能を示す。
【0045】
【表1】
【0046】
<一次感度校正>
ASTM E127に規定されるB−020標準試験片の、φ0.4mm、深さ0.76mmの平底穴(φ0.4FBH)について超音波探傷を行い位置を特定し、そのφ0.4FBHに超音波ビームの焦点を合わせたときに得られる最大反射波強度を100%となるように超音波探傷装置を設定した。このように設定することにより反射波強度のリニアー性を最大にすることができると考えられる。
【0047】
<二次感度校正>
標準試験片Aと被検対象金属材料から標準試験片と同形状の試験片(試験片B)を用意し、焦点を欠陥(試験片の底面)に合わせた状態で、試験片Bの欠陥(試験片の底面)の反射波強度を標準試験片Aの欠陥(試験片の底面)の反射波強度に一致させる感度校正量Yを求め、超音波探傷装置に設定した。感度校正量Yは、焦点深度にある板底面を使用して、標準試験片Aでの反射波の測定感度と、試験片Bでの測定感度とが同じになるようにする校正量として求められる。具体的には、高炭素クロム軸受鋼の焼入焼戻材(ベース)と鍛伸角材(被検対象金属材料)とから厚さ1.5mmの板を作製底面に焦点を合わせて、鍛伸丸材での底面波強度が焼入焼戻材での底面強度と等しくなるように測定感度を校正した。
【0048】
<検量線の作成>
連続鋳造法により製造し高炭素クロム軸受鋼の丸棒状鋼片から、上記<検査試料の作製>で説明した方法と同様にして、フライス加工で厚さ10mmの試験片としたものを、焼入焼戻し、平面研磨して試験片を作製した。
【0049】
各試験片について粗探傷、精密探傷を行い、介在物からの反射波強度を求めた。さらに、酸溶解法により介在物径を求めた。すなわち、この超音波探傷を行った試験片の探傷領域部を切り出し、これらを酸溶解して介在物を取り出しSEM観察により介在物径を求めた。
【0050】
超音波探傷による反射波強度と、酸溶解法による介在物径をそれぞれ大きいものから小さいものの順にならべて、超音波探傷による反射波強度と、酸溶解法により測定された介在物径とを対応させて、検量線を作成した。検量線を図5に示す。図5に示される直線は式(2-1)として表される。
Y=0.34X+11.85 ・・・・・(2-1)
ただし、Y:介在物径(μm)
X:補正後反射波強度(%)
相関係数r=0.96
<検査試料の超音波探傷>
上記<検査試料の作製>で説明した方法と同様にして、焼入焼戻材の試験片を30個作製した。
【0051】
検査試料である30個の各試験片について、探傷面積65×65mm、探傷走査ピッチ0.03mmで粗探傷を行った。粗探傷により得られた反射波の信号から、反射波の強度として正半波強度(P)、負半波強度(N)および波形を記録し、介在物の位置と数を特定した。粗探傷により得られたデータを表2に示す。
【0052】
【表2】
MURAI値から表面エコーや空洞などに起因すると判断される異常値を示したものを識別した(欠陥No12)。
MURAI値=P/(P+N) ・・・・・(4)
空洞からの反射波についてのMURAI値は0.6〜0.7との報告があり、また表面エコーからの飛び込みでは0.7以上となる場合があるため、MURAI値が0.6以上を異常値と判断した。
【0053】
粗探傷により位置が特定された各試験片の各介在物について精密探傷を行った。精密探傷は探傷面積1×1mm、探傷走査ピッチを0.005mmとして行った。
【0054】
下記深度補正式(1-1)により、精密探傷で得られた反射波強度を補正した。
f≒1−6×d2(探触子:50MHz時) ・・・・・(1-1)
ただし、f:補正係数
d:欠陥深度と焦点深度のずれ(mm)(|d|≦0.3)
あらかじめ求めておいた反射波強度と介在物径との関係を示す検量線(図5)により、補正後反射波強度から介在物径を算出した。精密探傷の結果を表3に示す。
【0055】
【表3】
なお、粗探傷の結果により欠陥No12は異常値を示していることが識別できたが、本実施例では確認のため欠陥No12についても精密探傷を行った。その結果、精密探傷を行った場合にも異常値を示すことが確認された。したがって、粗探傷で異常値を示したものは、精密探傷の対象から除外することができることが明らかになった。
【0056】
<実験例>
超音波探傷による探傷走査ピッチを変化させて、反射波強度(%)のばらつきを調べた。反射波強度(%)とは、検出目的の介在物からの最大反射波に対して、実測の反射波強度がどの程度減衰してしまっているかを示すものである。
【0057】
1つの介在物波形を含む小範囲を種々の走査ピッチで探傷し、反射波強度を記録した。最小ピッチ(0.005mm)での最大反射波強度を100%とした。同様の調査を複数の介在物に対して行った。
【0058】
結果を図10に示す。図10に示されるとおり、走査ピッチが大きくなるほど反射波強度(%)のばらつきが大きくなることがわかる。すなわち、走査ピッチを大きくすると、検出目的の介在物から本来得られる最大反射波強度を受信できない場合が多くなり、精度が低下することがわかる。
【0059】
【発明の効果】
本発明によれば、金属材料中の中大型の介在物を短時間で検査し、迅速に金属材料中の介在物を検出することができる。本発明の方法は、鋼などの金属材料の量産工程にも対応し得る迅速な方法であって精度の信頼性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】粗探傷、精密探傷の操作手順を示すフローチャートを示す図である。
【図2】焦点型探触子による超音波探傷の概略を模式的に示す図である。
【図3】ビーム径の説明を示す図である。
【図4】深度補正曲線を示す図である。
【図5】反射波強度と介在物径の検量線を示す図である。
【図6】半径方向の減衰と探傷走査ピッチの関係を示す図である。
【図7】深度補正曲線作成用試験片の例を示す図である。
【図8】感度校正用試験片の例を示す図である。(A)は欠陥波用試験片、(B)は底面波用試験片である。
【図9】同一熱処理条件下における2種の試験片による欠陥波、底面波の強度の比較を示す図である。
【図10】探傷走査ピッチによる反射波強度の変化を示す図である。
Claims (6)
- 超音波探傷により金属材料中の非金属介在物を検出する方法であって、基準感度校正用標準試験片に対して超音波探傷を行い、探触子を備える超音波探傷装置の基準感度を決定する一次感度校正と、一次感度校正の後、感度校正量を求めるための標準試験片Aからの反射波強度と、前記標準試験片Aと同形状の被検対象金属材料による試験片Bからの反射波強度とから感度校正量を求めて、感度校正を行う二次感度校正と、を含む感度校正を行い、所定の探傷走査ピッチで金属材料中の非金属介在物の少なくとも位置および数を検出する粗探傷を行った後、前記粗探傷よりも探傷走査ピッチを狭くして前記粗探傷により検出された非金属介在物の大きさを検出する精密探傷を行うことを特徴とする、金属材料中の介在物検出方法。
- 金属材料中の非金属介在物の位置、数を検出すると共に非金属介在物からの反射波形情報を検出する粗探傷を行った後、前記反射波形情報に基づき異常波形を生じている対象を除外して、前記精密探傷を行う、請求項1に記載の金属材料中の介在物検出方法。
- 焦点型高周波探触子を備えた超音波探傷装置により、超音波探傷を行う、請求項1または2に記載の金属材料中の介在物検出方法。
- 粗探傷を行うときの探傷走査ピッチを、精密探傷の場合よりも大きくかつ焦点位置における探触子からのビーム束の直径の1/2以下とし、精密探傷を行うときの探傷走査ピッチを粗探傷のときよりも小さくして、超音波探傷を行う請求項1から3のいずれかに記載の金属材料中の介在物検出方法。
- 粗探傷における探傷走査ピッチを30〜150μmとする、請求項1から4のいずれかに記載の金属材料中の介在物検出方法。
- 精密探傷における探傷走査ピッチを5〜10μmとする、請求項1から5のいずれかに記載の金属材料中の介在物検出方法。
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