JP4848846B2 - 携帯ｘ線分析装置を用いた鋼材の流通チェック方法及びチェック装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材の流通に当たり、出荷され、入庫され、または検査の対象となる鋼材を、携帯Ｘ線分析装置を用いてチェックし、異材の流出や混入を防止したり排除したりするためのチェック方法と、その方法の実施に使用する装置とに関する。

棒鋼、形鋼、帯鋼あるいは鋼線材など、さまざまな形態で製造された鋼材が、出荷されたり、流通のために在庫されたり、加工をする工場に搬入されたりする段階で、また在庫された状態で、検査される。そうした鋼材を管理するために、荷札ないし鋼種ラベル、バーコードラベルを取り付けること、刻印を打つこと、種々の色の塗料を塗って区別することなどの手段が、必要に応じて２種以上組み合せて利用されている。鋼材を受け入れる側の入庫管理についていえば、もっとも重要なのは、そのロットの中に、異材の混入を防止することである。以下、入庫管理を例にとって、発明の説明を進める。

入庫する鋼材が所定の合金組成のものであるかどうかを確認する手段として、古くから行なわれてきたのは火花、すなわち、鋼材にグラインダーを当てて発生する火花を観察することである。この手法は、炭素含有率の判定には有用であるが、官能試験であり熟練を要することと、合金元素の種類や含有量の判定には適しないという難点がある。ある種の薬液を鋼材に接触させて、呈色反応をみるという手法もあるが、適用範囲は限定されている。鋼材に対して非破壊的に適用でき、かつ、多種類の合金元素をその含有量とともに判定できる手段としては、Ｘ線分析装置が有用である。

X線を使用するシステムにおいて、Ｘ線放射装置およびX線検出装置の位置決めを行なう技術と、得られたデータ、代表的には画像データをワイヤレスで伝送する技術が開示された(特許文献１)。化学分析に関しては、近年、携帯可能な蛍光X線分析装置が開発されたので、鋼材を在庫する位置に置いたままで、その合金組成を判別することが可能になった。
特開２００５−９５６２２

携帯型の蛍光Ｘ線分析装置は、Ｆｅのほかに、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｗ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ａｌなどの諸元素を分析対象にすることができ、得られる分析値が、鋼材のレードル値と比較したとき、多くの元素に関して、誤差が±１０％以内と、実用可能な範囲にあることがわかっている。測定は、毎秒測定される強度を元素ごとに積算し平均化するものであって、各元素について純金属の強度を１００％とした相対的な強度を示す「一点検量線モード」と、定量した数値を合計して１００％になるように換算して示す「ＦＰ（ファンダメンタル・パラメータ）法」とがある。

一方、鋼材の鋼種、溶解番号その他のデータを表示するため、バーコードからなる識別ラベルが好んで使用されるようになった。バーコードが一次元のデータ表示手段であるのに対し、二次元でデータを表示し、したがってそれよりはるかに大量のデータを表示することができるカルラコードが登場し、広く使用されつつある。

本発明の目的は、上述の携帯型Ｘ線分析装置の利点を活用し、鋼材の出荷作業、入庫作業、および在庫中の中間検査など、鋼材の流通に当たって、その管理を円滑に実施して、異材の流出や混入の防止を容易にしたチェックの方法および装置を提供することにある。

本発明のチェック方法は、概括的にいえば、鋼材の流通に当たって異材が流通することを防止するためのチェック方法であって、流通対象となる、鋼材を特定する情報を表示した識別ラベルを貼ってある鋼材に対して、特定された鋼材に対応する合金組成に関して与えられた情報と、同一性の判定基準値とをコンピュータに入力しておき、流通の現場において、流通させようとする鋼材に携帯Ｘ線分析装置を当てて合金組成を測定するとともに識別ラベルを読み込み、得られた分析値をコンピュータに送り、合金組成に関して、得られた分析値と与えられた情報との同一性を、上記の判定基準値を利用して判定し、判定結果を、必要な指示とともに流通の現場および（または）関連する部門の表示装置に表示することからなる。

流通のひとつの態様である出荷作業に関していえば、本発明のチェック方法は、製造部門もしくは在庫部門から他社への、または自社の他の部門への鋼材の出荷作業に当たって、異材の流出を防止するために行なうものであり、鋼材を特定する情報が溶解番号であり、特定された鋼材に対応する合金組成に関して与えられた情報が、その溶解番号に対応したレードル値またはミルシート値であって、同一性の判定を、得られた分析値と入力してあるレードル値との間で行なうものである。

流通のいまひとつの態様である入庫作業に関していえば、本発明のチェック方法は、他社の、または自社の他の製造部門もしくは在庫部門からの鋼材の入庫作業に当たって、異材の混入を防止するために行なうものであり、鋼材を特定する情報が鋼種番号であり、特定された鋼材に対応する合金組成に関して与えられた情報が、その鋼種番号に対応した規格値であって、同一性の判定を、得られた分析値と入力してある規格値との間で行なうものである。

本発明のチェック方法を実施して鋼材を出荷するときは、出荷現場において、出荷しようとする鋼材の合金成分が、溶解番号に関連づけられたレードル値と合致しているか否かが直ちに確認できるから、異材を流出させるおそれがない。同様に、本発明のチェック方法を実施して鋼材を入庫するときも、入庫現場において、入庫しようとする鋼材の合金成分が、規格値に合致しているか否かが直ちに確認できるから、異材が混入するおそれがない。もし何らかの理由で異材が含まれていた場合、適宜のアラーム手段を用いて取扱者の注意を促し、また、その異材をどのように処理すべきかを電光掲示板などの表示装置により指示することができるから、迅速で的確な対応が可能になる。在庫中の中間検査においても、同様な利益があることはいうまでもない。

本発明のチェック方法を実施するための装置は、図１にその構成を示すように、携帯Ｘ線分析装置（１）に識別ラベルの読取装置（２）を併設したもの、溶解番号に対応したレードル値および（または）合金組成の規格値を入力したコンピュータ（３）、携帯Ｘ線分析装置および識別ラベル読取装置の出力をコンピュータに送るためのコンバータ（４）、ならびにサーバの判定した結果を掲示する電光掲示板（５）を、基本的な構成要素とする。電光掲示板に代えて、業務担当者の携帯する端末装置、たとえばＰＤＡや携帯電話機を利用することもできる。図示してないが、必要に応じて、チェックの結果を記録する手段や、出荷または入庫の現場以外の事業所に対して、さまざまな問い合わせを行なったり連絡をしたりする手段を、上記の基本的な構成要素に付加することができる。

識別ラベルのデータ表示手段は、従来から多用されているバーコードが使い易いが、カルラコードのような、より多量のデータを取り扱える二次元の表示手段を採用すれば、いっそう有利である。これらのコードは、赤外線読取装置のような光学的読取装置により読み取り、必要により電気信号に変換して伝送する。識別ラベルの読取装置（２）は、携帯Ｘ線分析装置（１）に併設しておき、分析装置による分析を行なうと同時にラベルのコードを読み取るようにすると好都合である。

携帯Ｘ線分析装置（１）の出力を、また識別ラベルの読取装置（２）を併設したときはその出力をあわせてコンピュータ（３）に送るために、コンバータ（４）を用意して、それらの出力を電気信号に変換する。このコンバータは、携帯Ｘ線分析装置に直結した形で配置することもできるし、適宜の位置に置いてケーブルで接続してもよい。コンバータからコンビュータヘの回路は、専用のケーブルを用いてもよいし、公衆回線を通じてもよいし、所望であれば無線で伝送することも可能である。とくに、コンピュータを出荷現場または入庫現場とは隔たった場所に置いて、１個のコンピュータで複数の出荷現場または入庫現場を集中的に管理することもできる。

本発明のチェック方法は、もちろん単独で鋼材の出荷および入庫の管理に適用できるが、場合によっては、火花による炭素含有量の区分や、呈色反応を利用した特定の元素の検出および簡易な定量という、従来から行なわれてきた分析技術をＸ線分析に組み合わせた分析手法として実施することもできる。

アメリカのＮＩＴＯＮ社が製造し、日本国内では（株）リガクが販売している携帯型の蛍光Ｘ線分析装置を使用して、棒鋼の加工工場における入庫管理における異材混入防止システムを、図１のように構築した。このＸ線分析装置は、識別ラベルのバーコードを読み取る赤外線読取装置を併設してある。サーバとしては、工場のプロセスコンピュータを利用した。

まず、このＸ線分析装置の測定に要する時間を確認した。分析対象の鋼材に向けてＸ線を放射し、その蛍光Ｘ線のエネルギー（ｋｅＶ）と強度（ｃｐｓ）とから各種元素の含有率を算出する作業は、数秒でデータが得られるが、時間をかければ誤差が小さくなり、０．４％程度に収束することが確認された。

つぎに、鋼材の表面状態が測定値に与える影響を調べた。圧延し切断したままの棒鋼は、表面が酸化被膜で覆われている、「黒皮」の状態にある。この黒皮の鋼材と、グラインダーで金属面を露出させて「白皮」の状態にしたものとをＸ線分析して、それぞれレードル値と比較したところ、鋼材の表面状態は、分析値に実質的な影響がないことがわかった。

鋼材の表面にニスまたはペンキを塗ったものに関しては、ニスはほとんど分析値に影響がないことが確認されたが、ペンキは、元素によって若干の誤差がでること、具体的には、Ｃｒ、ＦｅおよびＮｉ関しては、レードル値に対して分析値が２〜８％の低い値を示すこと、一方Ｔｉに関しては、レードル値に対して分析値が５〜８％高い値となることが判明した。

Ｘ線分析の対象となる鋼材の表面が曲面である場合、その曲率が分析値にどのような影響を与えるかを、１本の鋼材を機械加工して、直径がそれぞれ１００mm、７０mm、５０mmおよび３５mmとしたものについて、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏについて分析し、レードル値と比較した。これも、実質的な影響はないと見てよいと結論することができた。

Ｘ線分析を実施する作業者が異なった場合、分析結果に差が出るか否かを確認したところ、これも差はないといえることがわかった。以上のように確認したＸ線分析装置の性能を前提に、判定規格の決定を行なった。以下、Ｎｉを例にとって説明する。

まず、判定可能な範囲を定めるため、ゼロから１００％までの種々のＮｉ含有量をもつ材料について、レードル値と携帯Ｘ線分析装置による分析値との相関をしらべ、図２に示すグラフを得た。これから、この分析による誤差が少ないことと、任意の含有量範囲において本発明のチェックが可能であることが確認される。

つぎに、含有量の大小による誤差の様子を見るため、Ｎｉのレードル値に対する誤差すなわち（Ｘ線分析値−レードル値）をプロットして、図３のグラフを得た。この結果から、つぎのことがわかった。
１）Ｎｉの含有量の大小によって、バラツキに変化があること。
２）Ｎｉの含有量が大きくなるにつれて、Ｘ線分析値が高めに出る傾向があること。
３）鋼種によっては、特異点があること。

判定の規格式を得るため、つぎの式を考えた。
判定上限：Ｘ＋（ａＸ^３＋ｂＸ^２＋ｃＸ＋ｄ）＋ｅＸ＋ｆ
判定下限：Ｘ−（ａＸ^３＋ｂＸ^２＋ｃＸ＋ｄ）＋ｅＸ＋ｆ
ここで、Ｘ：レードル値、ａ〜ｆ：元素ごとの判定係数であって、式のカッコ内すなわち「ａＸ^３＋ｂＸ^２＋ｃＸ＋ｄ」はバラツキの幅を設定する項目であり、「ｅＸ＋」は偏差を補正する項目である。

バラツキの幅に関する判定係数すなわちａ〜ｄについて、Ｎｉのレードル値に対してＮｉ含有量ごとのバラツキをプロットし、一次式、二次式および三次式の曲線をえがいて、図４のグラフを得た。Ｎｉ含有量２０〜４０％の範囲でバラツキが大きいことがわかり、それは、共存する元素の影響であると推定された。つぎに、偏差−レードル値）をプロットして得た図３のグラフにより、
ｙ＝０．００９２Ｘ−０．０６３２
の関係があることを知った。

以上のバラツキおよび偏差に関する結果を合成して、図５のグラフを得た。判別精度（％）は、つぎのとおりである。
実測値 理論値
１σ ７９．３ ６７
２σ ９５．９ ９５
３σ ９９．２ ９９
４σ １００ ９９．７

判定係数の例を挙げれば、「Ｍｏ：８％」とするとき、規格幅は０．７４％であるから、８−０．７４＝７．２６％を下限、８＋０．７４＝８．７４％を上限として設け、この範囲「７．２４〜８．７４％」から外れたものは異材と判断することにした。このような規格を、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，ＦｅおよびＺｒの１１種の元素に関し、１００９の鋼種を対象に、１３０００チャージの溶解データについて妥当性を確認し、本発明のチェック方法で使用する判定基準のデータとしてサーバに入力した。

本発明による、異材の流通を防止するための鋼材のチェック方法に使用する装置の構成を示す、概念的な図。 本発明の実施データであって、Ｎｉに関し、鋼材のレードル値と本発明による携帯Ｘ線分析装置を用いて得た分析値との関係をプロットしたグラフ。 本発明の実施データであって、Ｎｉに関し、鋼材のレードル値に対する誤差すなわち（Ｘ線分析値−レードル値）をプロットしたグラフ。 本発明の実施データであって、Ｎｉに関し、バラツキの幅に関する判定係数ａ〜ｄを決定するため、Ｎｉのレードル値に対してＮｉ含有量ごとのバラツキをプロットし、一次式、二次式および三次式の曲線をえがいて得たグラフ。 本発明の実施データであって、Ｎｉに関し、鋼材のレードル値に対する誤差（Ｘ線分析値−レードル値）をプロットし、バラツキおよび偏差に関する結果を合成して得たグラフ。

符号の説明

１ 携帯Ｘ線分析装置
２ 識別ラベルの読取装置
３ コンピュータ
４ 出力をコンピュータに送るためのコンバータ
５ 電光掲示板

Claims (7)

1. 鋼材の流通に当たって異材が流通することを防止するためのチェック方法であって、流通対象となる、鋼材を特定する情報を表示した識別ラベルを貼ってある鋼材に対して、特定された鋼材に対応する合金組成に関して与えられた情報と、同一性の判定基準値とをコンピュータに入力しておき、流通の現場において、流通させようとする鋼材に携帯Ｘ線分析装置を当てて合金組成を測定するとともに識別ラベルを読み込み、得られた分析値をコンピュータに送り、合金組成に関して、得られた分析値と与えられた情報との同一性を、上記の判定基準値を利用して判定し、判定結果を、必要な指示とともに流通の現場および(または)関連する部門の表示装置に表示することからなる異材の流通を防止するチェック方法。
2. 鋼材の流通が、製造部門または在庫部門から他社への、または自社の他の部門への出荷作業であって、チェックが、異材の流出を防止するために行なうものであり、鋼材を特定する情報が溶解番号であり、特定された鋼材に対応する合金組成に関して与えられた情報が、その溶解番号に対応したレードル値またはミルシート値であって、同一性の判定を、得られた分析値と入力してあるレードル値との間で行なう請求項１の異材の流通を防止するチェック方法。
3. 鋼材の流通が、他社の、または自社の他の製造部門または在庫部門からの入庫作業であって、チェックが、異材の混入を防止するために行なうものであり、鋼材を特定する情報が鋼種番号であり、特定された鋼材に対応する合金組成に関して与えられた情報が、その鋼種番号に対応した規格値であって、同一性の判定を、得られた分析値と入力してある規格値との間で行なう請求項１の異材の流通を防止するチェック方法。
4. 識別ラベルがバーコードまたは二次元コードであって、赤外線読取装置により読み取って実施する請求項１ないし３のいずれかの異材の流通を防止するチェック方法。
5. コンピュータを出荷現場または入庫現場とは隔たった場所において実施する請求項１ないし３のいずれかの異材の流通を防止するチェック方法。
6. 判定結果を、必要な指示とともに表示する表示装置が、出荷または入庫の現場または関連する他の部門に設けた電光掲示板、または業務担当者の携帯する端末装置である請求項１ないし３のいずれかの異材の流通を防止するチェック方法。
7. 携帯Ｘ線分析装置（１）に識別ラベルの読取装置（２）を併設したもの、溶解番号に対応したレードル値および（または）合金組成の規格値を入力したコンピュータ（３）、携帯Ｘ線分析装置および識別ラベノレ読取装置の出力をコンピュータに送るためのコンバータ（４）、ならびにコンピュータの判定した結果を掲示する電光掲示板（５）または携帯端末とから構成される、請求項１ないし３のいずれかに記載のチェック方法を実施するための異材の流通を防止するチェック装置。
   

Images