JP5149604B2 - 鋼材の浸炭深さ測定方法および測定装置 - Google Patents
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Description
do=(C0−Cn)/Ko・・・(A)
di=(Ci−Cn)/Ki・・・(B)
工程1:鋼材の第1表面の炭素濃度Coを測定する工程
工程2:鋼材の第2表面から第1表面までの合計炭素量ACtを測定する工程
工程3:下記式に基づいて鋼材の第2表面の浸炭深さdiを求める工程。
di 2=2{ACt−(Co−Cb)2/(2×Ko)+Cb×t}/Ki
但し、上記式中の各記号の意味は下記の通りである。
di:鋼材の第2表面の浸炭深さ(mm)
ACt:測定によって得られた鋼材の第2表面から第1表面までの合計炭素量(g)
Co:測定によって得られた鋼材の第1表面の炭素濃度(質量%)
Cb:母材の炭素濃度(質量%)
Ko:鋼材の第1表面の浸炭に関する定数
Ki:鋼材の第2表面の浸炭に関する定数
t:鋼材の厚さ(mm)
d i 2 =2{A Ct −(C o −C b ) 2 /(2×K o )+C b ×t}/K i
但し、上記式中の各記号の意味は下記の通りである。
d i :鋼材の第2表面の浸炭深さ(mm)
A Ct :測定によって得られた鋼材の第2表面から第1表面までの合計炭素量(g)
C o :測定によって得られた鋼材の第1表面の炭素濃度(質量%)
C b :母材の炭素濃度(質量%)
K o :鋼材の第1表面の浸炭に関する定数
K i :鋼材の第2表面の浸炭に関する定数
t:鋼材の厚さ(mm)
表裏面(以下、各表面を「第1表面」および「第2表面」という。)を有する鋼材の浸炭深さを測定する方法であって、鋼材の第1表面の炭素濃度から第2表面の浸炭深さを測定する方法である。
本発明においては、まず、鋼材の第1表面(外表面)の炭素濃度Coを測定する。この測定方法については特に制限はなく、公知の発光分光分析法、X線を用いた方法、電磁気特性を用いた方法などを用いることができる。例えば、高周波誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法、EPMA、ESCA等などである。また、硬度と炭素濃度とは比例関係があるため、鋼材の第1表面(外表面)の硬度(例えば、ビッカース硬さ)を測定し、鋼材の第1表面(外表面)の炭素濃度を測定してもよい。
合計炭素量を求める方法については、特に制限はない。例えば、電磁気特性を利用した方法のほか、モード変換パルスによる超音波V透過法などを用いることができる。超音波V透過法とは、鋼材の表面と浸炭境界層とからの反射パルスを検出する方法であり、底面に比べ反射率の小さい浸炭境界の反射パルスを検出するため大きな感度増幅が必要となる。感度増幅によるノイズパルスは、厚肉では影響が少ないが、薄肉材(5mm程度)では、反射パルスとノイズパルスの識別に非常な熟練を要し、モード変換パルスにより改善はされているが、鋼材の第2表面(内表面)の浸炭深さ3.1mmを検出できなかった例もある。上記の測定法のうち、電磁気特性を利用した方法を採用するのがよい。以下、電磁気特性を利用した方法について説明する。
鋼材の第1表面(外表面)の炭素濃度Coおよび鋼材の第2表面(内表面)から第1表面(外表面)までの合計炭素量ACtが得られれば、第1表面(外表面)の炭素濃度と浸炭深さとの関係および第2表面(内表面)の炭素濃度と浸炭深さとの関係から第2表面(内表面)の浸炭深さdiを求めることができる。具体的には、以下の方法により、第2表面(内表面)の浸炭深さdiが求められる。
ACA=(Co−Cb)×do/2 ・・・(C)
ACB=Cb×t ・・・(D)
ACC=(Ci−Cb)×di/2 ・・・(E)
ACt=ACA+ACB+ACC ・・・(F)
do=(C0−Cn)/Ko・・・(A)
di=(Ci−Cn)/Ki・・・(B)
ACA=(Co−Cb)2/(2×Ko) ・・・(G)
ACC=di 2×Ki/2 ・・・(H)
di 2=2{ACt−(Co−Cb)2/(2×Ko)+Cb×t}/Ki ・・・(J)
定数KoおよびKiを定めるに際しては、鋼材の厚さ方向の炭素濃度分布を測定する必要がある。鋼管の厚さ方向の炭素濃度分布については、鋼管の軸に垂直な方向の断面について、例えば、高周波誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法、EPMA、ESCA等の方法を用いて測定することもできるが、これでは、極限られた範囲での炭素濃度しか測定できない。より正確に厚さ方向の炭素濃度分布を測定するためには、EPMAその他の方法により脱スケール後の鋼材の第1表面(外表面)の炭素濃度を測定した後、第1表面(外表面)を単位厚さ(必要に応じて設定すれば良いが、典型的には、0.1〜1.0mm程度)削っては炭素濃度測定をすることを繰り返して、厚さ方向の炭素濃度の変化を求めるのが望ましい。
2:励磁コイル
3:検出コイル
4:プローブ
Claims (10)
- 表裏面(以下、各表面を「第1表面」および「第2表面」という。)を有する鋼材の浸炭深さを測定する方法であって、下記の工程を有することを特徴とする浸炭深さ測定方法。
工程1:鋼材の第1表面の炭素濃度Coを測定する工程
工程2:鋼材の第2表面から第1表面までの合計炭素量ACtを測定する工程
工程3:下記式に基づいて鋼材の第2表面の浸炭深さdiを求める工程。
di 2=2{ACt−(Co−Cb)2/(2×Ko)+Cb×t}/Ki
但し、上記式中の各記号の意味は下記の通りである。
di:鋼材の第2表面の浸炭深さ(mm)
ACt:測定によって得られた鋼材の第2表面から第1表面までの合計炭素量(g)
Co:測定によって得られた鋼材の第1表面の炭素濃度(質量%)
Cb:母材の炭素濃度(質量%)
Ko:鋼材の第1表面の浸炭に関する定数
Ki:鋼材の第2表面の浸炭に関する定数
t:鋼材の厚さ(mm) - 第1表面が、直接観察が可能な表面であり、第2表面が、直接観察が困難な表面であることを特徴とする請求項1に記載の浸炭深さ測定方法。
- 工程1において、鋼材の第1表面に水平な交流磁化を与えることにより鋼材の第1表面の炭素濃度Coを測定することを特徴とする請求項1または2に記載の浸炭深さ測定方法。
- 工程2において、鋼材の第1表面に水平な交流磁化を与え、FFT波形解析による第3高調波強度f3から鋼材の肉厚方向の合計炭素量ACtを測定することを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の浸炭深さ測定方法。
- 鋼材が、強磁性体材料からなることを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の浸炭深さ測定方法。
- 強磁性体材料が、9Cr−1Mo鋼であることを特徴とする請求項5に記載の浸炭深さ測定方法。
- 鋼材が鋼管であることを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の浸炭深さ測定方法。
- 表裏面(以下、各表面を「第1表面」および「第2表面」という。)を有する鋼材の浸炭深さを測定する装置であって、鋼材の第1表面の炭素濃度Coを測定する第1表面炭素濃度測定手段と、鋼材の第2表面から第1表面までの合計炭素量ACtを測定する合計炭素濃度測定手段と、下記式に基づいて第2表面の浸炭深さdiを求める演算手段とを有する鋼材の浸炭深さ測定装置。
d i 2 =2{A Ct −(C o −C b ) 2 /(2×K o )+C b ×t}/K i
但し、上記式中の各記号の意味は下記の通りである。
d i :鋼材の第2表面の浸炭深さ(mm)
A Ct :測定によって得られた鋼材の第2表面から第1表面までの合計炭素量(g)
C o :測定によって得られた鋼材の第1表面の炭素濃度(質量%)
C b :母材の炭素濃度(質量%)
K o :鋼材の第1表面の浸炭に関する定数
K i :鋼材の第2表面の浸炭に関する定数
t:鋼材の厚さ(mm)
- 第1表面が、直接観察が可能な表面であり、第2表面が、直接観察が困難な表面であることを特徴とする請求項8に記載の浸炭深さ測定装置。
- 鋼材が鋼管であることを特徴とする請求項8または9に記載の浸炭深さ測定装置。
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