JP5085013B2

JP5085013B2 - 鋼の信頼性評価方法

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Publication number: JP5085013B2
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Inventors: 海広佐藤; 実佐樹長尾; 和彦平岡; 一郎高須; 泰和雲丹亀
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Description

本発明は、鋼の信頼性評価方法に関し、特に、顕微鏡法により観察された介在物の径を統計処理し、鋼内部の最大介在物を予測する極値統計法と、探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法とを用いることにより、数〜数百μmの介在物の検査を可能とした鋼の信頼性評価方法に関するものである。

軸受の信頼性向上に対して、転動疲労寿命の改善は重要な課題である。寿命特性に対しては、非金属介在物レベルが大きく影響していることがよく知られている。転動疲労寿命は、要求される信頼性に応じて２種類に分けられる。一つは、一般的な軸受のパフォーマンスとして知られるL₁₀寿命である。もう一つは、アクシデンタルに発生する短寿命であり、使用中の軸受が計算寿命未満で早期破損する寿命のことをいう。両者は、破損発生頻度において大きな差があるため、各々の寿命を決定づけた介在物の発生頻度も大きく異なっていると考えられる。したがって、どのタイプの寿命に対する指標としての介在物評価であるかによって、検査体積を適切に選定する必要がある。

各寿命を決定づける介在物としては、前者のL₁₀寿命に対しては高々約100μm以下（主として数〜数十μm）の小中径介在物、後者の短寿命については約100μm以上の大型介在物が考えられている。そこで、両者の介在物をともに評価し、高信頼性鋼を規定できるシステムの構築が望まれる。

鋼の清浄度評価方法としては、鋼中の非金属介在物の評価方法であるJIS G0555やASTM E45等で規定された研磨した試料を顕微鏡を用いて直接観察する顕微鏡法や、希HNO_３等を用いて鉄マトリックスを分解し、鋼中の介在物を抽出しその抽出した介在物を観察する酸溶解法が用いられてきた。

また、鋼中の介在物を検出するために多用されている一般的方法として、超音波探傷法があり、特許文献１には、最大剪断応力位置の２倍の深さまでにおける最大介在物径を200μｍ以下とするパワーローラ軸受の転動体が示されている。

特許文献２には、鋼材を酸溶解して検出される20μｍ以上の大きさである酸化物系介在物が鋼材100ｇ当たり40個以下であることを特徴とする高清浄度鋼が開示されている。

特許文献３には、√AREAが100μｍ超の介在物を1.0×10^５ｍｍ^３当たり２個以下に保証した定歪鋼が示されている。

特許文献４には、検出精度を向上させるために、６以上の圧鍛比で圧鍛処理し、かつ焼ならしまたは焼なまし処理を施して試験片を作製し、周波数5〜25MHzとした焦点型探触子を用いた水浸超音波探傷により鋼中の介在物を検出する方法が示されている。
特開２００４−１４４２８９号公報特開２００１−３４２５１２号公報特開２００３−２４７０４６号公報特開２００４−９３２２７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、最大介在物径200μｍ以下の介在物が対象だが、素材ベースでの大型介在物評価が付加されていない。

また、特許文献２の方法では素材の介在物に関する規定があるが、大型介在物評価はクラスタ−状のＢ系介在物の検出ができない酸溶解法などの抽出法での評価に依るところとなり信頼性が低い。

特許文献３及び４の方法では、大型介在物の評価が可能であるものの、逆に小中径の介在物の評価が困難である。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、鋼材の疲労寿命等に影響を及ぼしうる各種介在物の全介在物寸法に関するトータルの信頼性を判定可能な鋼の信頼性評価方法を提供しようとするものである。

本願請求項１に記載の発明は、危険体積に対応する重量が略１ｇの軸受鋼の転動疲労寿命に関する信頼性評価方法であって、鋼の定格疲労寿命である鋼のＬ₁₀寿命の評価のために、最大介在物径が略100μm以下の介在物については、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用して評価を行い、定格疲労寿命である鋼のＬ₁₀寿命以下で生じる鋼の偶発的な短寿命の評価のために、最大介在物径が略100μm以上の介在物については、探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法にて評価を行い、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用したＬ₁₀寿命の評価結果に、探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法による短寿命の評価結果を適用して、鋼の疲労寿命のトータルの信頼性評価を行い、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用した評価は、酸化物、硫化物、窒化物のそれぞれの介在物について評価を行い、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用した評価は、前記軸受鋼の危険体積と同じ体積に相当する、検査基準面積が80mm²以上、予測面積が30000mm²の条件で、極値統計法により最大介在物径を予測し、該予測された最大介在物径が50μm以下の場合に合格と判定し、探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法による評価は、介在物径が100μmの介在物が所定の反射波強度で検出できるような感度で探傷を行い、所定の反射波強度以上の介在物個数が、前記軸受鋼の危険体積と比較してｋｇ単位の大体積の評価となる評価総重量10kg換算で10個以下である場合に合格と判定し、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用したＬ₁₀寿命の評価結果と、探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法による短寿命の評価結果とが、共に合格判定である場合には、高信頼性鋼と判定することを特徴とする鋼の信頼性評価方法である。

最大介在物径が略100μm以下の介在物については、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用して評価を行い、最大介在物径が略100μm以上の介在物については、探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法にて評価を行い、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用した評価結果と、探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法の評価結果と、に基づいて鋼の信頼性評価を行うことにより、鋼材の疲労寿命等に影響を及ぼしうる各種介在物の全介在物寸法に関するトータルの信頼性を判定できる。これにより、高信頼性鋼を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態である鋼の信頼性評価方法について、図を参照して詳細に説明をする。

図１は、各種介在物評価方法を、評価体積と評価対象となる介在物の大きさからみた概略位置づけを示す図である。

本図では、平面上の評価である顕微鏡観察法や地疵試験の評価体積は、被検面に観察される介在物の厚み（ここでは簡便のため10μmとする）を被検面に乗じて換算した。また、大きさの異なる３種類の軸受について、転動面下の危険体積を次式で推定し、重量に換算して同図に示した。

（危険体積）＝（ヘルツ接触における転動体とレース内輪との接触面積）×（最大せん断応力の90％応力がかかる深さ）
ここで、軸受１個の危険体積は汎用玉軸受では約1ｇ、鉄道用軸受では約100ｇ、圧延機用大型軸受では約10ｋｇのオーダまで、１万倍の差がある。

したがって、単に介在物の大きさの幅を広げるのみではなく、大型介在物では評価体積が大きい評価法であることが必要である。また、危険体積が1gの部品でも数が累積すれば、kgオーダーとなるので、その意味でも大体積検査が必要である。

以下に、被体積順に、各種介在物評価方法の特徴を述べる。

（１）顕微鏡観察法
顕微鏡観察法には、JISやASTM−E45に基づく方法や、極値統計法を用いて評価体積を拡大する方法がある。極値統計解析による評価体積は、条件にもよるが、約1ｇであり、汎用玉軸受の危険体積と同じ体積を評価していることになる。

（２）トータル酸素分析
トータル酸素分析による方法は、長年使用され、比較的簡易で有用な清浄度評価手段である。今日でも品質比較などにおいて有用とされている。しかしながらL₁₀との相関があるが直接的ではなく、また介在物の大きさ情報が得られないという欠点がある。

（３）地疵試験
大型介在物に対して、実用上評価面積が小さく検出能不足である。

（４）高周波（50MHz）超音波探傷試験
顕微鏡法の代替となるものの、介在物の大きさ形状情報が不足している。

（５）超音波疲労破壊試験
超音波の範疇に入る高い周波数で疲労試験を行い、破面に出現した破壊起点介在物を直接確認する方法である。疲労試験は時間がかかることが多いが、ここでは20KHz運転で、10⁷回程度の試験では10分で完了することになる。被検体積は試験片1本40mm³程度と見積もっており、20本試験をすれば被検体積6ｇ、極値統計により10倍の体積を推定すれば60ｇの評価体積となる。しかしながら、軸荷重試験による素材横断面での評価となるという問題がある。実際の軸受の危険体積にメタフローは加工プロセスによって様々な方向性を持つため、鋼材の清浄度評価には長手方向の評価が必要で、この点で検鏡極値統計に劣る。

（６）スライム抽出、酸溶解抽出
介在物粒径分布を直接測定できるが、時間がかかるという短所がある。大体積試験で評価したいクラスター状のB系介在物を正当に評価できない欠点がある。

（７）5〜25MHzUT
鋼材の信頼性評価に有効であるものの、実寿命の評価が困難という短所がある。しかしながら、出現頻度の低い大型介在物の検出には被検体積を稼げるという特徴がある。

本発明者らは、上記各種介在物評価方法の各種組み合わせを評価した結果、検鏡介在物の極値統計法と5〜25MHzUT（好ましくは15MHzUT）とを組み合わせることにより、数〜数百μmの介在物の評価が最も適切に行うことが可能となることを見いだした。

検鏡結果に極値統計解析を適用する方法は、広範囲のミクロ介在物サイズ全部をカバーでき、評価体積は、条件にもよるが、汎用玉軸受の危険体積と同じ約1ｇに達する。転動疲労寿命はミクロ介在物の最大径に支配されており、大きさ約100μm以下の大型ミクロ介在物の評価には、極値統計法が有効である。また、存在確率が低いために検鏡極値でカバーできない約100μｍ以上の大型介在物の評価にはｋｇ単位の大体積試験が必須であり、検出能と被検体積を考慮して周波数5〜25MHz（好ましくは15MHz）クラスの超音波探傷法が有効である。両者を組合せることで、軸受鋼の性能と信頼性を清浄度の観点から適切に評価することが出来る。そして、全介在物寸法に関するトータルの信頼性を判定することが可能となり、製鋼操業の評価では、２方法の組み合わせで、原因系の絞り込みが容易となる。

本実施形態の鋼の信頼性評価方法は、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用して検鏡介在物(酸化物・硫化物・窒化物)の評価を行い、探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法にて大型介在物の評価を行うことを特徴としている。

図２は、本実施形態の鋼の信頼性評価方法の極値統計法における予測された最大介在物径と転動疲労寿命との関係を示す図である。図２のL₁₀寿命は、次の試験条件によるものである。鋼種はSUJ2であり、試験片は鋼材長手方向に対し垂直に作成したΦ６０×Φ２０×ｔ５．８ｍｍの円盤であり、硬さは６２ＨＲＣであり、試験機はスラスト型転動疲労試験機を使用する。

転動疲労寿命と極値統計による酸化物系介在物の最大介在物の面積の平方根（以下、最大介在物径、又は、√AREAmaxともいう）または硫化物系介在物の√AREAmaxまたは窒化物系介在物の√AREAmaxのうちの最大値とL₁₀寿命との関係は図２のように示される。

L₁₀寿命は、各試験片の３種の介在物において、最大介在物径との相関が見られた。すなわち、L₁₀寿命は介在物の種類によらず、最大介在物径で支配されていることを示している。そして、酸化物・硫化物・窒化物に関する√AREAmaxの評価は、約100μm以下の小中型介在物分布(予測最大介在物)に関する信頼性を与えるものである。

本実施形態における極値統計法について説明すると、極値統計法とは、ある母集団から複数個の試験片を採取し、個々の試験片に存在する最大介在物の大きさ（面積の平方根）を顕微鏡法にて測定し、それを極値確率紙にプロットすることにより、母集団あるいは任意の体積（面積）中に存在する最大の介在物の大きさ（すなわち√AREAmax）を予測するものであり、他の介在物評価方法と同様に量産材の介在物評価に用いられており、特に今回の提供試材においては、１視野の面積（検査基準面積：Soとする）を、例えば10mm×10mmとし、面積Soが重複しないように複数箇所確保して各供試材につき３０視野ごとに介在物の測定を行い、予測面積Sを30000ｍｍ²として、極値統計法により最大介在物の大きさ√AREAmaxを予測する。また、L₁₀寿命は10%の試験片が破損するまでの(定格)寿命のことをいう。√AREAmaxとL₁₀寿命との関係は実験的なものである。

ここで、検査基準面積Soが80mm²以上、予測面積Sが30000mm²の条件で、極値統計法により予測された最大介在物径が50μm以下の場合に高信頼性鋼と判定することが好ましい。図２に示すように、L₁₀寿命で1×10⁶サイクルが、ほぼ確実に確保されるからである。また、L₁₀寿命で1×10⁶サイクルの場合には、他鋼種・他条件でも長寿命を実現できるからである。

さらに、検査基準面積Soが80mm²以上、予測面積Sが30000mm²の条件で、極値統計法により予測された最大介在物径が30μm以下の場合に高信頼性鋼と判定することが好ましい。図２に示すように、L₁₀寿命で1×10⁷サイクルが、ほぼ確実に確保されるからである。また、L₁₀寿命で1×10⁷サイクルの場合には、他鋼種・他条件でもさらなる長寿命を実現できるからである。

また、検査基準面積S₀を400mm²以上とすることで、予測最大介在物径の値の安定を図ることができる。

また、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用した評価は、酸化物、硫化物、窒化物のそれぞれの介在物について評価を行うものとする。これは、酸化物の粒径分布・硫化物の粒径分布・窒化物の粒径分布はそれぞれ異なるものあり、そもそも別々に評価するべきものであるからである。また、超高清浄度操業材では、酸化物・硫化物・窒化物それぞれの予測最大介在物径が近い値となり、従来のような酸化物のみの評価では、L₁₀寿命などに関する信頼性が十分とは言えなくなってきていることに対応するものである。

図３は、本実施形態の鋼の信頼性評価方法における探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷装置（以下、5〜25MHzUTとする）による反射波強度と√AREAmaxとの関係を示す図である。5〜25MHzUTによる介在物の検出は100μｍ級またはそれ以上の大型介在物の出現頻度に関する信頼性を与えるものである。

本実施形態の鋼の信頼性評価方法における超音波探傷法について、(1)試験片の作製、 (2)超音波探傷、(3)評価、に区分して説明をする。

(1)試験片の作製
図４は、本実施形態の試験片を示す斜視図であり、図５は、図４に示す試験片の断面図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。

まず、図４に示す通り、ポロシティを圧着して介在物の検出精度を高めるために、６以上の所定の圧鍛比の円柱状のビレットを得、その後に図５に示す所定の幅（Ｂ）の短円柱に切断し、実線で示す所定の高さ（Ｈ）のブロックを切り出し、このブロックを順次フライス加工（粗加工）、焼ならしまたは焼なまし、研磨（仕上加工）をして所定の寸法に仕上げて試験片２０を作製する。

２１は中心部ポロシティの存在範囲２２、外周部２５、試験片表面の不感帯２４、および端部２３を除外した評価範囲であり、この部位に存在する大型介在物を検出し、評価を行う。

(2)超音波探傷
図６は本発明の実施の形態に係る水浸超音波探傷装置の概念図である。１０は公知の水浸超音波探傷装置であり、焦点型探触子１１、超音波探傷ユニット１２、走査ユニット１３、マイクロプロセッサを備えたＰＣ（パーソナルコンピュータ）１４、映像化ユニット１５から構成されている。

探傷周波数を5〜25MHzとし、標準試験片（STB-A22 Standard Test Block JIS Z2345）等を使用して感度校正を行い、所定の人工欠陥(φ1.5平底孔)からの最大反射波強度が所定の値（80％程度）となるように超音波探傷装置の基準感度を設定し、所定量の増感（20ｄＢ程度）行い探傷感度とする。

試験片２０を水槽にセットした後、ＰＣ１４に測定感度、焦点位置（試験片表面下）、検出範囲２６を入力し、探触子１１を所定の走査ピッチで走査し、介在物の数、位置、大きさ等のデータを取得する。

(3)評価
√AREA（介在物径）が100μm超となる大型介在物の個数が、評価総重量（評価範囲の総重量×試験片数、以下同じ。）10kg当たり、所定の数以下であるものを検査合格品とする。

上述の通り、本発明の実施により、鋼中の大型の介在物を検出・評価し、鋼中の介在物のうち、突発的な転動疲労寿命の低下に継がる√AREAが100μm超の大型介在物が存在しないか、または極めて少ないことを保証した高信頼性鋼を提供することができる。

本実施の形態において、探傷周波数を5〜25MHzとしたが、これは5MHz以下では本発明の目的とする大型介在物に対する検出能が不十分となり、25MHz以上では鋼中における超音波の減衰のため実質的な探傷体積を大きくとれないからである。

また、水浸超音波探傷としたのは、直接接触法に較べて探触子の走査時の音響結合状態が安定し、試験片の表面の影響が少なく、安定した探傷が可能で、自動測定が容易であるからである。また焦点型（ポイントフォーカス型）の探触子としたのはフラット型、ラインフォーカス型の探触子よりも検出能が優れているからである。

また、焦点位置におけるビーム径は大きいほど探傷ピッチを大きくすることができ、迅速な測定が可能となるが介在物の検出能が低下するので、焦点位置で直径0.5〜3.0ｍｍのビーム径の探触子が好ましく、深さ方向には反射波強度-6ｄＢ（より好ましくは-3ｄＢ）の焦点域（検出範囲）を活用した探傷方法とすることにより良好な検出能を確保することができる。

また、試験片の評価範囲は試験片の外寸（＝ビレットの直径、以下同じ）Ｄの90％から中心部ポロシティーの存在範囲までとする。中心部には介在物が検出し易い傾向にあり、中心部ポロシティーの存在範囲は鋼種、製造条件によって異なるので、評価範囲を中心部ポロシティーの存在範囲の限界まで広げて、介在物分布の実体に近づけるのが好ましい。本実施の形態に係る鋼の場合は中心部ポロシティーの存在範囲は試験片の中心部を含む外寸Ｄの40％の内側である。なお、ポロシティ存在範囲の40%という数値は、SUJ2のビレット(圧鍛被8.5)をイメージした値であって、鋼種により適宜変更されうる数値である。例えば、SCM420（圧鍛被8.5）の場合には、ポロシティ存在範囲は20％となり、S53C（圧鍛被8.5）の場合には、ポロシティ存在範囲は30％となる。

また、本実施の形態においては、評価総重量は10kgとしたが10kgに限定されるものではなく、検査の迅速性と評価の信頼性の兼合いから評価総重量をkｇオーダとすればよい。

また、試験片はフライス加工の後に、焼ならしまたは焼なましを行い、微細かつ均質な組織とし、機械的性質を改善した試験片とするのが好ましい。さらに平面研磨を行い、超音波の伝達損失をより少ない試験片とするのが好ましい。

5〜25MHzUT処理に関しては、√AREAが100μmの介在物が所定の反射波強度で検出できるような感度で探傷をおこない、所定の反射波強度以上の介在物個数が10個以下（10kg換算）で高信頼性鋼と判定するものとする。なお、感度校正に関しては、φ100mmの介在物が、超音波ビームの鋼中焦点にある場合に、所定の反射波強度で検出できる感度とすることが好ましい。また、感度校正に関しては、φ100mmの介在物(自然欠陥)を検出するのは実際には困難であるので、介在物を模擬した人工欠陥あるいは図３のようなプロット(検量線)から間接的に証明できればよい。

大型のクラスタ介在物・塊状介在物などの介在物分布に従う大型介在物の出現頻度がkgオーダーの探傷によって直接的に規定されるので、kgオーダーまたはそれ以下の重量の実部品の設計に関して、供給素材の信頼性がきわめて高いものとなる。

ここで、好ましくは介在物個数が2個以下（評価総重量10kg換算）とし、さらに好ましくは介在物個数が0個（評価総重量10kg換算）とするのがよい。これは、発明者らの評価の結果、大型介在物が上記の値以下の場合に実部品の転動面における大型介在物の出現頻度が小さくなり、アクシデンタルな短寿命の発生頻度が小さくなることが判明したからである。

また、好ましくは、鋼中焦点での超音波ビーム径0.5〜3.0mm、好ましくは、0.5〜1.5mmの焦点型探触子を使用し、探触子の水中焦点距離70〜180mm、好ましくは、120〜180mmとし、試験片の中心部のポロシティ存在範囲を除外して超音波探傷評価を行うとともに、評価総重量を1〜10kg、好ましくは、5〜10kgとするのがよい。

ビーム径は小さすぎると作業性が悪くなり、大きすぎると測定精度が悪くなる。15MHzUTのビーム径は、実測で1mmであるが、計算上のビーム径を考慮した場合に、3.0mmまでは含めておくことが好ましい。また、15MHzUTの場合、水中焦点距離は150mm程度のものを使用し、鋼中焦点深さを20mmくらいとしたとき、検出能がよくなるため、70〜180mmの範囲とした。評価総重量は、検査効率と大体積検査とのかねあいを考慮し1〜10kgとした。

次に、本発明の実施形態による鋼の信頼性評価方法について、実施例を示し、より詳細に説明する。ただし、本発明の鋼の信頼性評価方法は、以下の実施例に限定されるものではない。

図８は、本実施例の鋼の信頼性評価方法の試験片作成から信頼性評価までの工程を示す図である。

垂直連鋳材（SUJ2、［0］≦10ppm）のφ167ビレットよりＬ面観察用試料を作成し、検鏡用試料と15MHzUT用試料に分割する。検鏡用試料についてはφ65に鍛伸する。検鏡用試料の中心部よりＬ面観察用試料を作成し、L面中心部が検鏡面になるように試料採取(15mm×100mm×10mmのプレートＴ_１〜Ｔ_６の6個を作製)する。そして、各プレートの15mm×100mmの面に、重複しない10mm×10mmの視野をＳ_０ｎ（Ｓ₀₁〜Ｓ₀₃₀）として各プレートＴ_１〜Ｔ_６に5箇所ずつ設定し、Ｓ₀₁〜Ｓ₀₃₀の計30箇所で検鏡介在物測定をする。また、15MHzUT用試料からは、15MHzUT試験片（Ｌ面測定）を作成し、超音波探傷を行う。

図７は、本実施例の鋼の信頼性評価方法のフローを示す図である。

ステップ１０１（図中においては、ステップをSと略す。以下同じ。）では、検査基準面積Ｓ_０＝100mm^２、Ｓ_０ｎの数ｎ＝30、予測面積Ｓ＝30000mm^２の条件で、極値統計法により√AREAmaxを求め、判定を行う。なお、本実施例の判定基準は、√AREAmax≦50μmとする。

ステップ１０２で、15MHzUTにより15MHzUT試験片1〜10kgについて検査を行う。√AREAが100mmの介在物が検出できる反射波強度以上の検出介在物の個数をカウントする。そして、10kg換算個数で判定する。例えば、反射波強度80％以上の介在物個数が0個、又は30％以上の介在物個数が２個以下などの基準にて判定を行う。

また、15MHzUTの判定閾値によってランク付けする方法も可能である。例えば、極値合格で、15MHZUT検出個数(10kg換算個数)が0個の場合は「高信頼性鋼Ａ」とし、0〜2個の場合は「高信頼性鋼Ｂ」とし、2〜10個の場合は「高信頼性鋼C」とし、10個以上の場合は「NOT高信頼性鋼」とする。

なお、本実施例においては、所定の反射波強度以上の介在物個数≦10個（10kg換算）のものを高信頼性鋼と評価する。

なお、極値(√AREAmax)の閾値もユーザーの要求にあわせ、当然に変更可能である。

表１は、本実施例の鋼の信頼性評価方法により評価を行った結果を示す表である。

本実施例においては、√AREA＞50μｍの試料は不良、√AREA≦50μｍでも15MHzUT介在物個数＞10個なら不良、２条件すべて満たしていない試料は不良とした。このように、大きさ約100μm以下の大型ミクロ介在物と約100μｍ以上の大型介在物との評価を適切に行うことが出来る。そして、全介在物寸法に関するトータルの信頼性を判定することが可能となる。

各種介在物評価方法を、評価体積と評価対象となる介在物の大きさからみた概略位置づけを示す図である。本実施形態の鋼の信頼性評価方法の極値統計法における予測された最大介在物径と転動疲労寿命との関係を示す図である。本実施形態の鋼の信頼性評価方法における5〜25MHzUTによる反射波強度と√AREAmaxとの関係を示す図である。本実施形態の試験片を示す斜視図である。図４に示す試験片の断面図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。本実施形態の水浸超音波探傷装置の概念図である。本実施例の鋼の信頼性評価方法のフローを示す図である。本実施例の鋼の信頼性評価方法の試験片作成から信頼性評価までの工程を示す図である。

符号の説明

１０・・・超音波探傷装置
１１・・・焦点型探触子
１２・・・超音波探傷ユニット
１３・・・走査ユニット
１４・・・ＰＣ
１５・・・映像化ユニット
２０・・・試験片
２１・・・評価範囲
２２・・・中心部ポロシティー存在範囲
２３・・・端部
２４・・・不感帯
２５・・・外周部
２６・・・検出範囲
Ｂ・・・試験片の幅寸法
Ｄ・・・試験片の外寸(ビレットの直径)
ＷＰ・・・水距離
ＭＰ・・・焦点深度
Ｆ_１・・・焦点（試験片中）
Ｆ_２・・・焦点（水中）

Claims

危険体積に対応する重量が略１ｇの軸受鋼の転動疲労寿命に関する信頼性評価方法であって、
鋼の定格疲労寿命である鋼のＬ₁₀寿命の評価のために、最大介在物径が略100μm以下の介在物については、顕微鏡観察結果に極値統計法を適用して評価を行い、
前記定格疲労寿命である鋼のＬ₁₀寿命以下で生じる鋼の偶発的な短寿命の評価のために、最大介在物径が略100μm以上の介在物については、探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法にて評価を行い、
前記顕微鏡観察結果に極値統計法を適用したＬ₁₀寿命の評価結果に、前記探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法による短寿命の評価結果を適用して、鋼の疲労寿命のトータルの信頼性評価を行い、
前記顕微鏡観察結果に極値統計法を適用した評価は、
酸化物、硫化物、窒化物のそれぞれの介在物について評価を行い、
前記顕微鏡観察結果に極値統計法を適用した評価は、
前記軸受鋼の危険体積と同じ体積に相当する、検査基準面積が80mm²以上、予測面積が30000mm²の条件で、極値統計法により最大介在物径を予測し、該予測された最大介在物径が50μm以下の場合に合格と判定し、
前記探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法による評価は、
介在物径が100μmの介在物が所定の反射波強度で検出できるような感度で探傷を行い、
前記所定の反射波強度以上の介在物個数が、前記軸受鋼の危険体積と比較してｋｇ単位の大体積の評価となる評価総重量10kg換算で10個以下である場合に合格と判定し、
前記顕微鏡観察結果に極値統計法を適用したＬ₁₀寿命の評価結果と、前記探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法による短寿命の評価結果とが、共に合格判定である場合には、高信頼性鋼と判定することを特徴とする鋼の信頼性評価方法。
前記顕微鏡観察結果に極値統計法を適用した評価は、
検査基準面積が80mm²以上、予測面積が30000mm²の条件で、極値統計法により最大介在物径を予測し、該予測された最大介在物径が30μm以下の場合に合格と判定することを特徴とする請求項１に記載の鋼の信頼性評価方法。
前記探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法による評価は、
介在物径が100μmの介在物が所定の反射波強度で検出できるような感度で探傷を行い、
前記所定の反射波強度以上の介在物個数が、評価総重量10kg換算で2個以下である場合に合格と判定することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の信頼性評価方法。
前記探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法による評価は、
介在物径が100μmの介在物が所定の反射波強度で検出できるような感度で探傷を行い、
前記所定の反射波強度以上の介在物個数が、評価総重量10kg換算で0個である場合に合格と判定することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の信頼性評価方法。
前記探傷周波数を5〜25MHzとした超音波探傷法による評価は、
鋼中焦点での超音波ビーム径0.5〜3.0mmの焦点型探触子を使用し、
前記焦点型探触子の水中焦点距離を70〜180mmとし、
試験片の中心部のポロシティ存在範囲を評価範囲から除外し、
評価総重量を1〜10kgとする
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の鋼の信頼性評価方法。