JP5633404B2 - Metal structure measurement method and metal structure measurement apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を用いて鋼材内部の微細構造を計測する金属組織計測方法および金属組織計測装置に関するものである。 The present invention relates to a metal structure measuring method and a metal structure measuring apparatus for measuring a fine structure inside a steel material using ultrasonic waves.
金属材料の結晶粒径や微細析出物などの微細構造は、引張強さなどの材質特性に影響を与えるため、従来から微細構造の評価技術が求められている。一方、たとえば顕微鏡観察により微細構造を評価することはできるが、試験片の切り出しや観察面の研磨などに多くの労力を要することから、非破壊による微細構造の評価技術が強く望まれている。そのような背景から、特許文献1には、超音波を用いて非破壊により結晶粒径を計測する方法が提案されている。
Since microstructures such as crystal grain size and fine precipitates of metal materials affect material properties such as tensile strength, a microstructure evaluation technique has been conventionally demanded. On the other hand, for example, the microstructure can be evaluated by microscopic observation. However, since much labor is required for cutting out the test piece and polishing the observation surface, a non-destructive microstructure evaluation technique is strongly desired. Against such a background,
ところで、金属材料の材質特性に影響を与える要因は、結晶粒径のみならず、結晶粒の内部や結晶粒界に存在する結晶粒より小さい微細析出物などの微細粒の微細構造があげられる。しかしながら、特許文献1に記載されている技術によれば、結晶粒径しか計測することができない。このため、被測定材内部の微細構造を計測可能な技術の提供が期待されていた。
By the way, the factors affecting the material properties of the metal material include not only the crystal grain size but also the fine structure of fine grains such as fine precipitates smaller than the crystal grains existing in the crystal grains or in the crystal grain boundaries. However, according to the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、超音波を用いて非破壊により鋼材内部の微細構造を計測可能な金属組織計測方法および金属組織計測装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the metal structure measuring method and metal structure measuring apparatus which can measure the fine structure inside steel materials by nondestructive using an ultrasonic wave.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる金属組織計測方法は、超音波プローブから被測定材としての金属に対して超音波を送信し、内部からの後方散乱波を計測することにより被測定材内の結晶粒とは異なる微細粒、または微細構造および結晶粒を計測する金属組織計測方法であって、送信する前記超音波の被測定部での中心波長が、前記結晶粒の平均粒径の5倍以下であり、かつ、微細粒の平均粒径の5倍以上である超音波を用いて後方散乱波を計測する計測ステップと、計測した前記後方散乱波から結晶粒による後方散乱波成分を取り除き、微細粒による後方散乱波成分を抽出する抽出ステップと、抽出した前記微細粒による後方散乱波成分から、微細粒の体積密度、数密度、及び平均粒径のうちの少なくとも一つを求める評価ステップと、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a metallographic measurement method according to the present invention transmits ultrasonic waves from an ultrasonic probe to a metal as a material to be measured, and generates backscattered waves from the inside. It is a metallographic measurement method for measuring fine grains different from crystal grains in a material to be measured, or fine structure and crystal grains by measuring, and the center wavelength at the measurement target part of the ultrasonic wave to be transmitted is A measurement step of measuring a backscattered wave using an ultrasonic wave that is 5 times or less the average grain size of crystal grains and 5 or more times the average grain size of fine grains; and a crystal from the measured backscattered wave From the extraction step of removing the backscattered wave component due to the particles and extracting the backscattered wave component due to the fine particles, and from the backscattered wave component due to the extracted fine particles, the volume density, number density, and average particle size of the fine particles At least one of Characterized in that it comprises a, an evaluation step of obtaining a.
また、本発明にかかる金属組織計測方法は、上記の発明において、前記抽出ステップは、計測した前記後方散乱波を周波数解析し、周波数に依存しない結晶粒による後方散乱波成分を取り除くことによって、周波数に依存する微細粒による後方散乱波成分を抽出するステップを含むことを特徴とする。 Further, in the metallographic structure measurement method according to the present invention, in the above invention, the extraction step performs a frequency analysis on the measured backscattered wave, and removes a backscattered wave component due to a crystal grain independent of the frequency, thereby reducing the frequency. The method includes a step of extracting a backscattered wave component due to fine particles depending on.
また、本発明にかかる金属組織計測方法は、上記の発明において、前記抽出ステップは、被測定部での中心波長が前記結晶粒の平均粒径の5倍以上である超音波を送信し、結晶粒の平均粒径を測定することにより、結晶粒による後方散乱波成分を特定するステップを含むことを特徴とする。 In the metal structure measurement method according to the present invention as set forth in the invention described above, the extraction step transmits an ultrasonic wave having a center wavelength at a measured portion that is 5 times or more the average particle diameter of the crystal grains, The method includes the step of specifying a backscattered wave component due to the crystal grains by measuring the average grain size of the grains.
また、本発明にかかる金属組織計測装置は、超音波プローブから被測定材としての金属に対して超音波を送信し、内部からの後方散乱波を計測することにより被測定材内の結晶粒とは異なる微細粒、または微細構造および結晶粒を計測する金属組織計測装置であって、送信する前記超音波の被測定部での中心波長が、前記結晶粒の平均粒径の5倍以下であり、かつ、微細粒の平均粒径の5倍以上である超音波を用いて後方散乱波を計測する計測手段と、計測した前記後方散乱波から結晶粒による後方散乱波成分を取り除き、微細粒による後方散乱波成分を抽出する抽出手段と、抽出した前記微細粒による後方散乱波成分から、微細粒の体積密度、数密度、及び平均粒径のうちの少なくとも一つを求める評価手段と、を備えることを特徴とする。 In addition, the metallographic structure measurement apparatus according to the present invention transmits ultrasonic waves from an ultrasonic probe to a metal as a material to be measured, and measures a backscattered wave from the inside to measure the crystal grains in the material to be measured. Is a metallographic measurement device that measures different fine grains, or fine structures and crystal grains, and the center wavelength of the ultrasonic wave to be measured is 5 times or less the average grain size of the crystal grains And measuring means for measuring backscattered waves using ultrasonic waves that are 5 times or more the average particle diameter of the fine grains, and removing backscattered wave components due to crystal grains from the measured backscattered waves, Extraction means for extracting a backscattered wave component, and evaluation means for obtaining at least one of volume density, number density, and average particle diameter of the fine particles from the extracted backscattered wave component of the fine particles. It is characterized by
本発明によれば、超音波を用いて鋼材内部の微細構造を非破壊で計測することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fine structure inside steel materials can be measured nondestructively using an ultrasonic wave.
以下に、図面を参照して、本発明に係る金属組織計測方法および金属組織計測装置の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a metallographic measurement method and a metallographic measurement apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明の実施の形態に係る金属組織計測装置の構成を模式的に示したブロック図である。図1に示すように、この金属組織計測装置10は、超音波プローブ1と、超音波送信部2と、超音波受信部3と、散乱波成分抽出部4と、評価値算出部5と、図示しない制御部とを有する。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a metallographic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
超音波プローブ1は、超音波送信部2と超音波受信部3とを有する。超音波送信部2は、被測定材としての金属の微細構造を非破壊により計測するための超音波を超音波プローブ1から送信する。また、超音波受信部3は、この送信した超音波の被測定部からの後方散乱波(計測信号)を超音波プローブ1にて受信する。なお、超音波送信部2と超音波受信部3とは、同一の超音波プローブ1に取り付けてもよいし、別体の超音波プローブ1に取り付けてもよい。また、超音波プローブ1は、単一振動子で実現してもよいし、アレイ型振動子で実現してもよい。
The
散乱波成分抽出部4は、計測信号から微細粒による後方散乱波成分を抽出する。また、評価値算出部5は、抽出された微細粒による後方散乱波成分から微細粒の評価値を算出する。制御部は、処理プログラム等を記憶したメモリおよび処理プログラムを実行するCPU等を用いて実現され、金属組織計測装置10の各構成部を制御する。
The scattered wave
ここで、図2に示したフローチャートを参照して、金属組織計測装置10による金属組織計測処理手順について説明する。図2に示すフローチャートは、オペレータにより被測定部に対する金属組織計測指示入力があったタイミングで開始され、金属組織計測処理はステップS1の処理に進む。
Here, with reference to the flowchart shown in FIG. 2, the metal structure measurement processing procedure by the metal
ステップS1の処理では、超音波送信部2は、被測定部に超音波を照射するとともに、制御部は、送信超音波の被測定部における波長λや強度A0などの送信信号の情報を取得する。これによりステップS1の処理は完了し、金属組織計測処理はステップS2の処理に進む。
In the process of step S1, the
なお、本発明においては、結晶粒径(結晶粒の直径)をD、微細粒径(微細粒の直径)をdとする場合に、計測に使用する超音波の被測定部における波長λが以下の式を満たすように、送信超音波の波長を決定する。 In the present invention, when the crystal grain size (diameter of crystal grains) is D and the fine grain size (diameter of fine grains) is d, the wavelength λ in the measurement target portion of the ultrasonic wave used for measurement is as follows. The wavelength of the transmission ultrasonic wave is determined so as to satisfy the following equation.
ただし、上記の式(1)は通常の場合に満たされるため、式(2)を満たすことを条件とすればよい。 However, since the above equation (1) is satisfied in a normal case, it is sufficient to satisfy the equation (2).
ここで、λは、被測定部における超音波の波長であって、超音波の送信時の波長とは異なり、音速の違いや被測定部までの路程での減衰の周波数依存性などの要因により変化する。また、計測には広帯域超音波を使用しているために様々な波長の超音波が合成されており、その中心波長をλとする。被測定部にて受信された後に周波数解析を行なうことにより波長ごとの超音波が分離できる場合には、分離された波長がλに相当する。 Here, λ is the wavelength of the ultrasonic wave at the part to be measured, which is different from the wavelength at the time of transmission of the ultrasonic wave, due to factors such as the difference in sound speed and the frequency dependence of attenuation along the path to the part to be measured. Change. In addition, since broadband ultrasonic waves are used for measurement, ultrasonic waves of various wavelengths are synthesized, and the center wavelength is assumed to be λ. In the case where the ultrasonic wave for each wavelength can be separated by performing frequency analysis after being received by the measured part, the separated wavelength corresponds to λ.
超音波の送信方向について、図1に示すように、被測定材の表面に対して所定の角度で傾けるとよい。このように傾けることにより、被測定材の表面からの反射を受信する度合いを減らすことができる。また、被測定部内で横波が発生するが、横波は縦波より波長が短く、上記の式(2)を容易に満たすことができる。ただし、被測定材の表面に対して垂直に超音波を送信する方法も本発明に適用可能である。 The ultrasonic transmission direction may be inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the material to be measured, as shown in FIG. By tilting in this way, the degree of reception of reflection from the surface of the material to be measured can be reduced. Further, although a transverse wave is generated in the measurement target part, the transverse wave has a shorter wavelength than the longitudinal wave, and can easily satisfy the above formula (2). However, a method of transmitting ultrasonic waves perpendicular to the surface of the material to be measured is also applicable to the present invention.
また、ここでは超音波ビームを集束させることにより、被測定材の特定の領域(被測定部)にのみ超音波が強く照射されるようにしている。被測定材の微細構造が領域により異なる場合にも、本発明により特定の領域の微細構造を測定できる。ただし、超音波ビームを集束させない方法も本発明に適用可能である。 Further, here, the ultrasonic beam is focused so that only a specific region (measurement portion) of the material to be measured is strongly irradiated with the ultrasonic wave. Even when the microstructure of the material to be measured varies from region to region, the microstructure of a specific region can be measured by the present invention. However, a method that does not focus the ultrasonic beam is also applicable to the present invention.
ステップS2の処理では、超音波受信部3は、この送信した超音波の被測定部からの後方散乱波(計測信号)を超音波プローブ1にて受信して、計測信号の周波数や強度などの情報を取得する。これによりステップS2の処理は完了し、金属組織計測処理はステップS3の処理に進む。
In the process of step S2, the
ここで、後方散乱波は、微小な反射体からの反射波が重なったものであり、個々の反射体からの反射を考慮することで特定できる。下記文献1によれば、超音波送信部2の振動子から球体反射体の距離をx、球体反射体の半径をr、反射体に照射された超音波の強度をA0とすると、後方散乱波の反射強度Aは、以下の式を満たすことが知られている。
Here, the backscattered wave is a superposition of the reflected waves from the minute reflectors, and can be specified by considering the reflections from the individual reflectors. According to the following
[文献1]超音波探傷試験2001年版、(社)日本非破壊検査協会 [Reference 1] Ultrasonic flaw test 2001 edition, Japan Nondestructive Inspection Association
また、一般に、音速をcとすると、周波数fは波長λとの間に以下の式が成立する。
本発明においては、上記の式(3),(4)に基づいて、ステップS1において、計測に使用する超音波の被測定部における波長λを、式(1),(2)を満たすように決定した。 In the present invention, based on the above formulas (3) and (4), in step S1, the wavelength λ at the measurement target portion of the ultrasonic wave used for measurement is set to satisfy the formulas (1) and (2). Were determined.
そうすると、結晶粒からの後方散乱波の強度A1および微細粒からの後方散乱波の強度A2は、以下の式で表すことができる。 Then, the intensity A 1 of the back scattered wave from the crystal grains and the intensity A 2 of the back scattered wave from the fine grains can be expressed by the following equations.
また、この場合に後方散乱波として計測される波動の強度Atotalは、A1とA2の和で表され、以下の式を満たす。
ステップS3の処理では、散乱波成分抽出部4が、計測信号の情報と上記の式(6)〜(8)に基づいて、後方散乱波の微細粒による後方散乱波成分を抽出する処理を行なう。上記の式(8)からわかるように、後方散乱波の結晶粒による後方散乱波成分は周波数fに依存せず、後方散乱波の微細粒による後方散乱波成分は周波数fに依存する。したがって、後方散乱波の微細粒による後方散乱波成分を抽出する処理は、すなわち、周波数fに依存する成分を抽出する処理に他ならない。ステップS3の後方散乱波から微細粒による後方散乱波成分を抽出する処理は、以下に例示するように様々に実現可能である。
In the process of step S3, the scattered wave
(例1)
図3は、ステップS3の後方散乱波から微細粒による後方散乱波成分を抽出する処理を詳述した例1のフローチャートである。ステップS311の処理では、上記のステップS1で取得した送信信号の情報に基づいて、周波数解析を行って周波数fごとの強度A0を取得する処理を行なう。次いで、ステップS312の処理では、ステップS2で取得した後方散乱波の情報に基づいて、周波数解析を行って周波数fごとの強度Atotalを取得する処理を行なう。次に、ステップS313の処理では、ステップS311およびステップS312の結果に基づいて、周波数fごとの散乱係数(Atotal/A0)を取得する処理を行なう。そして、ステップS314の処理では、式(8)に基づいて、C2を算出する処理を行なう。これにより、ステップS3の微細粒による後方散乱波成分を抽出する処理は完了し、金属組織計測処理はステップS4の処理に移行する。
(Example 1)
FIG. 3 is a flowchart of Example 1 detailing the process of extracting the backscattered wave component due to the fine particles from the backscattered wave in step S3. In the process of step S311, based on the information of the transmission signal acquired in the step S1, the process of acquiring the intensity A 0 of each frequency f by performing frequency analysis. Next, in the process of step S312, based on the information of the backscattered wave acquired in step S2, the frequency analysis is performed to acquire the intensity A total for each frequency f. Next, in the process of step S313, based on the result of step S311 and step S312, the performed processing for obtaining scattering coefficient for each frequency f (A total / A 0) . Then, in the processing in step S314, the based on the equation (8), it performs a process of calculating a C 2. Thereby, the process which extracts the backscattered wave component by the fine grain of step S3 is completed, and a metal structure measurement process transfers to the process of step S4.
なお、ステップS313の処理で取得した、周波数fごとの散乱係数(Atotal/A0)に基づいて、式(8)によりC1を算出することも可能である。これにより、結晶粒による後方散乱波成分が抽出される。 In addition, based on the scattering coefficient (A total / A 0 ) for each frequency f acquired in the process of step S313, it is also possible to calculate C 1 using equation (8). Thereby, the backscattered wave component by a crystal grain is extracted.
(例2)
図4は、ステップS3の後方散乱波から微細粒による後方散乱波成分を抽出する処理を詳述した例2のフローチャートである。ステップS321の処理では、結晶粒径Dを計測する処理を行なう。たとえば、特許文献1に記載の方法を適用して結晶粒径Dを計測する。次いで、ステップS322の処理では、ステップS321で計測した結晶粒径Dに基づいてC1を算出する処理を行なう。次に、ステップS323の処理では、ステップS1で取得した送信信号の強度A0と、ステップS322で算出したC1に基づいて、式(6)よりA1を取得し、ステップS2で取得した後方散乱波の強度AtotalからA1を減算することにより、微細粒による後方散乱波の強度A2を取得する処理を行なう。このステップS323の処理においては、周波数解析はとくに行なう必要はない。その後、ステップS324の処理では、式(7)に基づいて、C2を算出する処理を行なう。これにより、ステップS3の微細粒による後方散乱波成分を抽出する処理は完了し、金属組織計測処理はステップS4の処理に移行する。
(Example 2)
FIG. 4 is a flowchart of Example 2 detailing the process of extracting the backscattered wave component due to the fine particles from the backscattered wave in step S3. In the process of step S321, a process of measuring the crystal grain size D is performed. For example, the crystal grain size D is measured by applying the method described in
なお、結晶粒径Dの計測時の超音波波長λ’は、以下の式を満たすように決定することが望ましい。一般に結晶粒による散乱の影響は微細粒による散乱の影響より大きいことに加え、この場合には、結晶粒による後方散乱波と微細粒による後方散乱波の双方とも周波数に依存するため(式(4)参照)、全周波数領域において微細粒による散乱の影響を小さくすることができるため、結晶粒の測定には好都合である。 The ultrasonic wavelength λ ′ at the time of measuring the crystal grain size D is desirably determined so as to satisfy the following formula. In general, the influence of scattering by crystal grains is larger than the influence of scattering by fine grains, and in this case, both the back scattered waves by crystal grains and the back scattered waves by fine grains depend on the frequency (formula (4) Since the influence of scattering by fine grains can be reduced in the entire frequency range, it is convenient for measurement of crystal grains.
(例3)
図5は、ステップS3の後方散乱波から微細粒による後方散乱波成分を抽出する処理を詳述した例3のフローチャートである。この例3は、結晶粒径Dによる後方散乱波への影響が予測できる場合に適用される。たとえば、製造条件などにより予測できる場合や、測定対象の結晶粒径がほぼ一定で測定が不要な場合などがこれに相当し、C1あるいは結晶粒からの後方散乱波の強度A1を取得可能である。
(Example 3)
FIG. 5 is a flowchart of Example 3 detailing the process of extracting the backscattered wave component due to the fine particles from the backscattered wave in step S3. This example 3 is applied when the influence of the crystal grain size D on the backscattered wave can be predicted. For example, this can be predicted when manufacturing conditions can be used, or when the crystal grain size of the measurement target is almost constant and measurement is not necessary, and C 1 or the intensity A 1 of the backscattered wave from the crystal grain can be obtained. It is.
そこで、ステップS331の処理では、結晶粒からの後方散乱波の強度A1を取得する処理を行なう。次に、ステップS332の処理では、ステップS1で取得した送信信号の強度A0と、ステップS331で取得したA1に基づいて、ステップS2で取得した後方散乱波の強度AtotalからA1を減算することにより、微細粒による後方散乱波の強度A2を取得する処理を行なう。その後、ステップS333の処理では、式(7)に基づいて、C2を算出する処理を行なう。これにより、ステップS3の微細粒による後方散乱波成分を抽出する処理は完了し、金属組織計測処理はステップS4の処理に移行する。 Therefore, in the processing in step S331, it performs a process of acquiring the intensity A 1 of the backscattered waves from the crystal grains. Next, in the process of step S332, subtracts the intensity A 0 of the obtained transmission signal on the basis of the A 1 obtained in step S331, the A 1 from the intensity A total of backscattered waves acquired in step S2 in step S1 by performs a process of acquiring the intensity a 2 of the backscattered wave by fine grains. Then, in the processing in step S333, based on the equation (7), it performs a process of calculating a C 2. Thereby, the process which extracts the backscattered wave component by the fine grain of step S3 is completed, and a metal structure measurement process transfers to the process of step S4.
ステップS4の処理では、評価値算出部5が、抽出された微細粒による後方散乱波成分の係数C2に基づいて、微細粒の評価値を算出する処理を行なう。評価値として、たとえば、単位体積あたりの微細粒の数(数密度)や、単位体積あたりに占める微細粒の体積(体積密度)や、微細粒の粒径などを算出する。
In the process of step S4, the evaluation
ここで、数密度がNである複数の微細粒からの後方散乱波の強度A2は、各微細粒からの後方散乱波の強度a2に依存する。複数の微細粒からの後方散乱波の位相が揃う場合には、A2はa2のN倍であることが知られている。また、複数の微細粒からの後方散乱波の位相が揃わない場合には、A2はa2の√N倍であることが知られている。 Here, the intensity A 2 of the backscattered waves from a plurality of fine particle number density is N, it depends on the intensity a 2 of backscattered waves from each fine particle. It is known that A 2 is N times a 2 when the phases of backscattered waves from a plurality of fine grains are aligned. Further, it is known that A 2 is √N times a 2 when the phases of backscattered waves from a plurality of fine grains are not aligned.
そこで、各微細粒からの後方散乱波の強度a2は式(4)に従うことから、数密度N、体積密度Vである複数の微細粒からの後方散乱波の強度A2は、位相が揃うと仮定できる場合には、以下の式で表される。
一方、位相が揃わないと仮定すると、A2は以下の式で表すことができる。
上記の式(11)によれば、ステップS3で得られた微細粒による後方散乱波成分の係数C2に基づいて、微細粒の体積密度Vを評価することができる。また、上記の式(12)によれば、ステップS3で得られたC2に基づいて、微細粒の数密度Nを評価することができる。さらに、上記の式(13)によれば、微細粒成分の添加量などから微細粒の体積密度Vがわかっている場合に、微細粒の粒径(微細粒の半径)rが得られる。 According to the above equation (11), can be based on the coefficient C 2 of the backscattered wave component according to the obtained fine particle in the step S3, evaluates the fine particle volume density V. Further, according to the above equation (12), based on C 2 obtained in step S3, it is possible to evaluate the number density N of fine grains. Further, according to the above formula (13), when the volume density V of the fine particles is known from the addition amount of the fine particle components, the fine particle size (fine particle radius) r is obtained.
以上により、ステップS4の処理が完了すると、制御部は、適宜にステップS4における評価結果をディスプレイなどに出力させ(ステップS5)、一連の金属組織計測処理は完了する。 As described above, when the process in step S4 is completed, the control unit appropriately outputs the evaluation result in step S4 to a display or the like (step S5), and the series of metal structure measurement processes is completed.
(実施例)
つぎに、上述した実施の形態に対応する実施例について説明する。図6に示す構成の2次元モデルにより、金属組織計測処理のシミュレーションを行なった。図6に示すように、超音波プローブ1として、超音波ビームを集束させる一探触子を用い、被測定材としての鋼の内部に、被測定部として、結晶粒を想定した直径λの球体1個の内部に、微細粒を想定した直径0.1λの球体を配置した2次元モデルについて、シミュレーションを実施した。結晶粒での反射率は10%、微細粒での反射率は100%とし、微細粒の配置条件をかえた以下の4つのケースについて、市販品の超音波伝搬FEMシミュレーションソフトを用いてシミュレーションを実施した。すなわち、ケース1では微細粒を4つ配置、ケース2では微細粒を2つ配置、ケース3では結晶粒のみで微細粒は配置なし、ケース4は結晶粒自体を配置なしとした。
(Example)
Next, examples corresponding to the above-described embodiment will be described. A metal structure measurement process was simulated using a two-dimensional model having the configuration shown in FIG. As shown in FIG. 6, a single probe for focusing an ultrasonic beam is used as the
図7は、シミュレーションに用いた送信信号の波形を示す。また図8はケース1についてシミュレーションを行った結果に得られた計測信号の波形を示す。なお、ケース1の測定信号からケース4の測定信号を減算することにより、被測定材の表面での反射成分を除く後方散乱波を取得した。
FIG. 7 shows the waveform of the transmission signal used in the simulation. FIG. 8 shows the waveform of the measurement signal obtained as a result of simulation for
つぎに、送信信号と後方散乱波について周波数解析を行い、ケース1について周波数ごとの散乱係数A0/Atotalを算出した。ケース2、ケース3についても、同様にして散乱係数を算出した。図9は、ケース1〜3について算出した周波数ごとの散乱係数を示す。図9によれば、微細粒がないケース3について、微細粒が配置されたケース1、ケース2とは周波数依存性が異なることがわかる。
Next, frequency analysis was performed on the transmission signal and the backscattered wave, and the scattering coefficient A 0 / A total for each frequency was calculated for
ここで、散乱係数α(f)は、上記の式(8)より以下の式を満たすことがわかる。
この式(14)と図9とを対照させることにより、評価値として、係数C2を得ることができる。 By a contrasting and 9 this equation (14), it can be as the evaluation value to obtain the coefficient C 2.
図10は、本実施例により得られた評価値(係数C2)の結果を示す。また、比較例として、評価値として後方散乱波の振幅(強度Atotal)を抽出した結果を示す。比較例によれば、ケース3の微細粒が配置されない場合にも、無視できない評価値が得られてしまう。これは、結晶粒による散乱も評価してしまうためである。これに対し、本実施例によれば、結晶粒による散乱の影響を受けることなく、微細粒の評価をできることがわかる。
FIG. 10 shows the result of the evaluation value (coefficient C 2 ) obtained by this example. As a comparative example, the result of extracting the amplitude (intensity A total ) of the backscattered wave as an evaluation value is shown. According to the comparative example, even when the fine particles of
なお、上記の実施例では、散乱係数の計測値と式(14)と対比させることにより評価値を得たが、微細粒の評価のしかたはこれに限らない。たとえば、式(14)によれば、低周波数ではf2が小さくC2の影響が小さいことから、低周波数でC1を求めて結晶粒を評価し、その後、高周波数でC2を求めて微細粒を評価するようにしてもよい。 In the above embodiment, the evaluation value is obtained by comparing the measured value of the scattering coefficient with the equation (14). However, the method of evaluating the fine particles is not limited to this. For example, according to equation (14), since f 2 is small and the influence of C 2 is small at a low frequency, C 1 is obtained at a low frequency to evaluate a crystal grain, and then C 2 is obtained at a high frequency. You may make it evaluate a fine grain.
以上説明したように、本発明によれば、超音波を用いて非破壊により鋼材内部の微細構造を計測することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to measure the fine structure inside the steel material by using ultrasonic waves in a nondestructive manner.
1 超音波プローブ
2 超音波送信部
3 超音波受信部
4 散乱波成分抽出部
5 評価値算出部
10 金属組織計測装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
送信する前記超音波の被測定部での中心波長が、前記結晶粒の平均粒径の5倍以下であり、かつ、微細粒の平均粒径の5倍以上である超音波を用いて後方散乱波を計測する計測ステップと、
計測した前記後方散乱波から結晶粒による後方散乱波成分を取り除き、微細粒による後方散乱波成分を抽出する抽出ステップと、
抽出した前記微細粒による後方散乱波成分から、微細粒の体積密度、数密度、及び平均粒径のうちの少なくとも一つを求める評価ステップと、
を含むことを特徴とする金属組織計測方法。 By transmitting ultrasonic waves from the ultrasonic probe to the metal as the material to be measured and measuring the backscattered waves from the inside, fine grains different from the crystal grains in the material to be measured, or fine structures and crystal grains A metal structure measurement method for measuring,
Backscattering using ultrasonic waves in which the center wavelength of the ultrasonic wave to be transmitted is 5 times or less the average particle size of the crystal grains and 5 times or more the average particle size of the fine grains A measurement step to measure the wave;
An extraction step of removing a backscattered wave component due to crystal grains from the measured backscattered wave, and extracting a backscattered wave component due to fine grains;
From the backscattered wave component by the extracted fine particles, an evaluation step for obtaining at least one of volume density, number density, and average particle size of the fine particles;
A metallographic structure measuring method comprising:
送信する前記超音波の被測定部での中心波長が、前記結晶粒の平均粒径の5倍以下であり、かつ、微細粒の平均粒径の5倍以上である超音波を用いて後方散乱波を計測する計測手段と、
計測した前記後方散乱波から結晶粒による後方散乱波成分を取り除き、微細粒による後方散乱波成分を抽出する抽出手段と、
抽出した前記微細粒による後方散乱波成分から、微細粒の体積密度、数密度、及び平均粒径のうちの少なくとも一つを求める評価手段と、
を備えることを特徴とする金属組織計測装置。 By transmitting ultrasonic waves from the ultrasonic probe to the metal as the material to be measured and measuring the backscattered waves from the inside, fine grains different from the crystal grains in the material to be measured, or fine structures and crystal grains A metallographic measurement device for measuring,
Backscattering using ultrasonic waves in which the center wavelength of the ultrasonic wave to be transmitted is 5 times or less the average particle size of the crystal grains and 5 times or more the average particle size of the fine grains A measuring means for measuring waves;
An extraction means for removing a backscattered wave component due to crystal grains from the measured backscattered wave, and extracting a backscattered wave component due to fine grains;
From the backscattered wave component by the extracted fine particles, evaluation means for obtaining at least one of volume density, number density, and average particle size of the fine particles;
A metallographic structure measuring device comprising:
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