JP6728524B2 - 鋼材の中心偏析評価方法 - Google Patents
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Description
本発明は、鋼材の品質指標である中心偏析を評価する方法に関するものであり、特に、連続鋳造されるスラブに対してスラブ段階で耐ＨＩＣ性の判定などに好適に用いることが可能な鋼材の中心偏析評価方法である。
例えば、天然ガスには腐食性の高い硫化水素が含まれており、天然ガスの輸送管には硫化水素環境に対する耐食性を向上させた鋼材(耐サワー鋼と呼ぶこともある)が用いられている。硫化水素の雰囲気下では、硫化水素の水素が鋼中に浸入し、鋼中に存在する介在物(中心偏析など）の周辺で水素ガスが発生し、内圧により水素誘起割れ(ＨＩＣ)が発生する。それゆえ、耐サワー鋼においては、中心偏析の発生を抑制するのが好ましい。
鋼材の中心偏析を評価する技術としては、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１は、偏析エッチプリント法により鋼材の断面組織を転写したものを画像処理し、ビデオを見ながら画像を最適輝度に調整し、有害偏析粒のみを選択し、その信号を２値化により鮮明化し、その後、面積率及び／又は平均偏析粒径を求め、求めた値と予め鋼種毎に設定しておいた面積率及び／又は平均偏析粒径とを比較し、偏析を推定する鋼材の偏析検出方法を開示する。ここで、エッチプリント法とは「ピクリン酸系腐食液で鋼材断面をエッチングしたあと、インクを塗布して軽く研磨し表面のインクを拭き取る。その後、腐食部に残ったインクをセロハン紙等に転写することで、断面の偏析状態を可視化する方法（転写法）」である。
特許文献１は、偏析エッチプリント法により鋼材の断面組織を転写したものを画像処理し、ビデオを見ながら画像を最適輝度に調整し、有害偏析粒のみを選択し、その信号を２値化により鮮明化し、その後、面積率及び／又は平均偏析粒径を求め、求めた値と予め鋼種毎に設定しておいた面積率及び／又は平均偏析粒径とを比較し、偏析を推定する鋼材の偏析検出方法を開示する。ここで、エッチプリント法とは「ピクリン酸系腐食液で鋼材断面をエッチングしたあと、インクを塗布して軽く研磨し表面のインクを拭き取る。その後、腐食部に残ったインクをセロハン紙等に転写することで、断面の偏析状態を可視化する方法（転写法）」である。
ところで、前述した耐サワー鋼などにおいては、中心偏析の発生を抑制するのが好ましく、特に、スラブ断面中心に幅方向のライン状に発生する中心偏析のみを評価対象とすることが望ましい。
しかしながら、特許文献１に開示された鋼材の中心偏析を評価する技術を用いた場合、中心偏析と中心付近以外に発生したミクロ偏析は、エッチプリント画像において同程度の輝度であるため、従来技術のように一義的に設定した輝度閾値による２値化では、中心偏析のみだけでなくミクロ偏析についても抽出され過検出が多く発生する虞が大である。
しかしながら、特許文献１に開示された鋼材の中心偏析を評価する技術を用いた場合、中心偏析と中心付近以外に発生したミクロ偏析は、エッチプリント画像において同程度の輝度であるため、従来技術のように一義的に設定した輝度閾値による２値化では、中心偏析のみだけでなくミクロ偏析についても抽出され過検出が多く発生する虞が大である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、エッチプリント画像の２値化により得られる偏析領域から、ミクロ偏析を除外し高精度に中心偏析を検出できる評価方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のスラブでの耐ＨＩＣ性の判定方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明にかかる鋼材の中心偏析評価方法は、連続鋳造機で鋳造された鋼材を、当該鋼材の鋳造方向に垂直な方向に切断するとともに、前記切断面から凝固組織の転写像を作成し、前記転写像における低輝度領域に対して、２値化処理及びラベリング処理することで、中心偏析が存在する領域である偏析領域を抽出すると共に、当該偏析領域の特徴量を求め、前記偏析領域の特徴量があらかじめ設定した閾値以下あるいは以上の領域を、偏析を検出する検出対象から除外するものであって、前記偏析領域の特徴量として、各検出領域の座標から求まる中心偏析ラインからの距離、及び各検出領域の高さの２指標を採用し、前記２指標が、所定の閾値以上乃至は所定の閾値以下の領域を除外することを特徴とする。
即ち、本発明にかかる鋼材の中心偏析評価方法は、連続鋳造機で鋳造された鋼材を、当該鋼材の鋳造方向に垂直な方向に切断するとともに、前記切断面から凝固組織の転写像を作成し、前記転写像における低輝度領域に対して、２値化処理及びラベリング処理することで、中心偏析が存在する領域である偏析領域を抽出すると共に、当該偏析領域の特徴量を求め、前記偏析領域の特徴量があらかじめ設定した閾値以下あるいは以上の領域を、偏析を検出する検出対象から除外するものであって、前記偏析領域の特徴量として、各検出領域の座標から求まる中心偏析ラインからの距離、及び各検出領域の高さの２指標を採用し、前記２指標が、所定の閾値以上乃至は所定の閾値以下の領域を除外することを特徴とする。
本発明の技術によれば、エッチプリント画像（転写画像）の２値化により得られる偏析領域から、ミクロ偏析を除外し高精度に中心偏析を検出することが可能となる。
以下、本発明にかかる「鋼材の中心偏析評価方法」の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
本発明は、硫化水素が存在している環境（サワー環境）下で使用される耐サワー鋼向けのスラブ１（鋼材、鋼片）を連続鋳造する際に、鋳造されたスラブ１が水素誘起割れに対する十分な耐性（耐ＨＩＣ性）を備えているかどうかを、スラブ１の段階で判断する技術に好適であって、特に、スラブの断面の転写画像（エッチプリント画像）を画像処理することで、各偏析領域の特徴量を求め、その特徴量があらかじめ設定した閾値以下あるいは以上の領域を検出対象から除外し、中心偏析Ａを確実に抽出する技術（画像処理技術）に関するものである。
本発明は、硫化水素が存在している環境（サワー環境）下で使用される耐サワー鋼向けのスラブ１（鋼材、鋼片）を連続鋳造する際に、鋳造されたスラブ１が水素誘起割れに対する十分な耐性（耐ＨＩＣ性）を備えているかどうかを、スラブ１の段階で判断する技術に好適であって、特に、スラブの断面の転写画像（エッチプリント画像）を画像処理することで、各偏析領域の特徴量を求め、その特徴量があらかじめ設定した閾値以下あるいは以上の領域を検出対象から除外し、中心偏析Ａを確実に抽出する技術（画像処理技術）に関するものである。
本発明の技術に関し、まずは本発明の背景について述べる。
腐食性の高い硫化水素が含まれる天然ガスの輸送管に使用される鋼材(以下、耐サワー鋼と呼ぶ)には、硫化水素雰囲気の環境でも使用に耐える特性が求められる。すなわち、硫化水素が存在する雰囲気下では、硫化水素中の水素は鋼中に浸入し、浸入した水素が介在物(例えば、MnS、NbC、NbNなど)の周辺に集積し、介在物を起点に水素誘起割れ(Hydrogen Induced Cracking、以降の明細書では単にHICという)が発生する。
腐食性の高い硫化水素が含まれる天然ガスの輸送管に使用される鋼材(以下、耐サワー鋼と呼ぶ)には、硫化水素雰囲気の環境でも使用に耐える特性が求められる。すなわち、硫化水素が存在する雰囲気下では、硫化水素中の水素は鋼中に浸入し、浸入した水素が介在物(例えば、MnS、NbC、NbNなど)の周辺に集積し、介在物を起点に水素誘起割れ(Hydrogen Induced Cracking、以降の明細書では単にHICという)が発生する。
例えば、連続鋳造されるスラブ１の場合であれば、このようなHICの生成サイトである介在物はスラブ１の中心に多く、耐サワー鋼の耐HIC性を評価する為には介在物の生成サイトである「中心偏析Ａ」の発生状態を把握しておく必要があることが知られている。
従来から、スラブの内部品質（スラブの内部の中心偏析状態）から耐HIC性を評価する方法が提案されており、耐HIC性を満足するために必要な中心偏析Ａの基準が示されている。例えば、濃度マッピング分析を利用してＭｎ偏析度で基準を示す方法が提案されている。しかし、濃度マッピング分析を行う場合には鏡面研磨が必要であり、耐HIC性を満足する偏析粒の偏析度を調査するためには、鏡面研磨後にマッピングを実施する必要がある。つまり、この方法には、鏡面研磨の分だけ評価に時間を要するなどして不便である。また、偏析粒のサイズや個数密度から耐HIC性を評価する方法なども提案されている。
従来から、スラブの内部品質（スラブの内部の中心偏析状態）から耐HIC性を評価する方法が提案されており、耐HIC性を満足するために必要な中心偏析Ａの基準が示されている。例えば、濃度マッピング分析を利用してＭｎ偏析度で基準を示す方法が提案されている。しかし、濃度マッピング分析を行う場合には鏡面研磨が必要であり、耐HIC性を満足する偏析粒の偏析度を調査するためには、鏡面研磨後にマッピングを実施する必要がある。つまり、この方法には、鏡面研磨の分だけ評価に時間を要するなどして不便である。また、偏析粒のサイズや個数密度から耐HIC性を評価する方法なども提案されている。
いずれにせよ、スラブの内部品質から耐HIC性を評価する方法においては、検査員が目視による確認を行うことが多く、属人性を排除することが大きな問題となっていた。
属人性を排除するためには、画像処理の手法を用いることが考えられるが、当業者常法の手法のみを用いると、例えば、HICに大きく関与する中心偏析Ａと、それ以外の偏析（例えば、スラブの周縁部に存在する偏析Ｂ）とをうまく分離できず、正確な耐HIC性の評価ができないことがあった。
属人性を排除するためには、画像処理の手法を用いることが考えられるが、当業者常法の手法のみを用いると、例えば、HICに大きく関与する中心偏析Ａと、それ以外の偏析（例えば、スラブの周縁部に存在する偏析Ｂ）とをうまく分離できず、正確な耐HIC性の評価ができないことがあった。
本発明は、上記の問題を解決する画像処理技術に関するものであり、以下に、その詳細を説明する。
本発明の鋼材の中心偏析評価手法は、スラブ断面に対するエッチプリント画像の低輝度領域を２値化処理・ラベリング処理することで抽出した各偏析領域の特徴量を求め、その特徴量があらかじめ設定した閾値以下あるいは以上の領域を検出対象から除外することを特徴とする。
本発明の鋼材の中心偏析評価手法は、スラブ断面に対するエッチプリント画像の低輝度領域を２値化処理・ラベリング処理することで抽出した各偏析領域の特徴量を求め、その特徴量があらかじめ設定した閾値以下あるいは以上の領域を検出対象から除外することを特徴とする。
ここで、エッチプリント法とは「ピクリン酸系腐食液で鋼材断面をエッチングしたあと、インクを塗布して軽く研磨し表面のインクを拭き取る。その後、腐食部に残ったインクをセロハン紙等に転写することで、断面の偏析状態を可視化する方法」である。
この方法を用いることで、過検出の主原因であるミクロ偏析Ｂに特有の特徴量をもつ領域を検出領域から除外することができ、過検出を低減することが可能となる。
この方法を用いることで、過検出の主原因であるミクロ偏析Ｂに特有の特徴量をもつ領域を検出領域から除外することができ、過検出を低減することが可能となる。
また、上記の方法で抽出した特徴量を、各検出領域の座標から求まる中心偏析ラインからの距離とし、閾値以上の領域を除外するようにしている。
こうすることで、ミクロ偏析Ｂ（中心偏析ラインから離れた位置に偏析する）を除外することができ、過検出を低減できるようになる。
さらに、抽出した特徴量を、各検出領域の高さとし、閾値以下の領域を除外するとよい。
こうすることで、ミクロ偏析Ｂ（中心偏析ラインから離れた位置に偏析する）を除外することができ、過検出を低減できるようになる。
さらに、抽出した特徴量を、各検出領域の高さとし、閾値以下の領域を除外するとよい。
ミクロ偏析Ｂはデントライト構造間に偏析する性質上、ミクロ偏析Ｂ領域の高さは一定値以下になることが多い。そこで、検出領域からミクロ偏析Ｂを除外し過検出を低減することができる。検出領域の高さ以外にもアスペクト比（H/W）でも同様の効果が得られるようになる。
また、抽出した特徴量を、各検出領域の中心偏析ラインからの距離および検出領域の高さの２指標とするとよい。
また、抽出した特徴量を、各検出領域の中心偏析ラインからの距離および検出領域の高さの２指標とするとよい。
このようにすることで、中心偏析ラインからの距離と検出領域高さの２指標の条件をともに満たす領域を除外することで、未検出を増加させることなく、より効率的に過検出を低減することができる。
本発明の鋼材の中心偏析評価方法は、耐サワー鋼のみならず、C=0.5%の金型用鋼や通常のC=0.20％前後の厚板用の鋼なども含めて、ドリルサンプルのC偏析調査に対する簡易評価方法として使用できるものである。
本発明の鋼材の中心偏析評価方法は、耐サワー鋼のみならず、C=0.5%の金型用鋼や通常のC=0.20％前後の厚板用の鋼なども含めて、ドリルサンプルのC偏析調査に対する簡易評価方法として使用できるものである。
図１に示すフローチャートを基に、本発明の具体的な方法の詳細を以下、説明する。
まず、連続鋳造されたスラブなどの鋼材に対して、例えば、その両端部を、鋼材の鋳造方向に垂直な方向に切断し、切断面の転写画像を得るようにする。具体的には、スラブの断面に対して、ピクリン酸系腐食液で鋼材断面をエッチングし、その後、インクを塗布して軽く研磨し表面のインクを拭き取る。そした、腐食部に残ったインクをセロハン紙等に転写することで、断面の偏析状態を可視化する（エッチプリント画像）。
まず、連続鋳造されたスラブなどの鋼材に対して、例えば、その両端部を、鋼材の鋳造方向に垂直な方向に切断し、切断面の転写画像を得るようにする。具体的には、スラブの断面に対して、ピクリン酸系腐食液で鋼材断面をエッチングし、その後、インクを塗布して軽く研磨し表面のインクを拭き取る。そした、腐食部に残ったインクをセロハン紙等に転写することで、断面の偏析状態を可視化する（エッチプリント画像）。
次に、図１のＳ１に示すように、得られたエッチプリント画像を、例えばスキャナー等を用いてスキャニングし、画像データ化する。データとされた画像の一例が、図２である。
Ｓ２において、エッチプリント画像（スキャン後の画像）に対して、画像の高さ方向（スラブ短辺に沿った方向）における中心偏析Ａの位置（Yc）を算出する。
Ｓ２において、エッチプリント画像（スキャン後の画像）に対して、画像の高さ方向（スラブ短辺に沿った方向）における中心偏析Ａの位置（Yc）を算出する。
例えば、まず画像の高さ方向のグレイ値の投影波形を求める。その最小グレイ値に対応する高さ位置を求めることで、幅方向にライン状に分布している中心偏析Ａの高さ位置（Yc）が特定できる。
次に、Ｓ３において、中心偏析Ａが抽出できる程度の輝度を閾値として、エッチプリント画像を２値化する。２値化の閾値は、例えば３σ法を活用することで、自動で偏析領域を抽出することが可能である。ただし、このとき中心偏析Ａとミクロ偏析Ｂ（耐HICの判定に関与しない偏析）は同程度の輝度レベルであるため、上記のように一義的な閾値で２値化したとき、抽出された領域には中心偏析Ａだけでなくほかにミクロ偏析Ｂも多く含んでおり、過検出な状態となる。
次に、Ｓ３において、中心偏析Ａが抽出できる程度の輝度を閾値として、エッチプリント画像を２値化する。２値化の閾値は、例えば３σ法を活用することで、自動で偏析領域を抽出することが可能である。ただし、このとき中心偏析Ａとミクロ偏析Ｂ（耐HICの判定に関与しない偏析）は同程度の輝度レベルであるため、上記のように一義的な閾値で２値化したとき、抽出された領域には中心偏析Ａだけでなくほかにミクロ偏析Ｂも多く含んでおり、過検出な状態となる。
Ｓ４において、前述したＳ３で抽出した２値化領域を、各偏析領域ごとにラベリング処理を行う。
その後、Ｓ５〜Ｓ８の処理を行う。
具体的には、中心偏析ラインからの距離による領域制限ということで、各領域に対する高さ座標（Y）を算出し、中心偏析ラインの高さ座標（Yc）との距離[d（Y-Yc）]を算出する。
その後、Ｓ５〜Ｓ８の処理を行う。
具体的には、中心偏析ラインからの距離による領域制限ということで、各領域に対する高さ座標（Y）を算出し、中心偏析ラインの高さ座標（Yc）との距離[d（Y-Yc）]を算出する。
d（Y-Yc）があらかじめ指定する閾値（Td1）以下の領域のみに制限することで、ミクロ偏析Ｂを抑制し検出精度を向上させることが可能となる。
図３は、Ｓ４で検出された全ての領域について、中心偏析ラインからの距離の分布を示す。
図４は、Ｓ４で検出された全ての領域のうち、中心偏析ラインからの距離が閾値（Td1）以上の領域を除外した場合の、過検出点の低減率および未検出点の増加率を示す。例えば、未検出率を5％以内に抑えつつ過検出を抑制したい場合には、図４のグラフから、閾値（Td1）を2.7程度に設定することが望ましいことがわかる。その場合、過検出点を40％抑制することが可能である。
図３は、Ｓ４で検出された全ての領域について、中心偏析ラインからの距離の分布を示す。
図４は、Ｓ４で検出された全ての領域のうち、中心偏析ラインからの距離が閾値（Td1）以上の領域を除外した場合の、過検出点の低減率および未検出点の増加率を示す。例えば、未検出率を5％以内に抑えつつ過検出を抑制したい場合には、図４のグラフから、閾値（Td1）を2.7程度に設定することが望ましいことがわかる。その場合、過検出点を40％抑制することが可能である。
その後、さらに高さによる領域制限を行う。すなわち、各領域の高さを算出する。領域の高さとは例えば、Ｓ４で検出された各領域についての外接矩形の高さを測定することで求まる。
ミクロ偏析Ｂはデントライト樹間に析出するという性質上、偏析の厚みが中心偏析Ａに比べ小さくなる特性がある。この特性に着目し、領域の高さがあらかじめ指定する一定値（Th1）以上の領域のみに制限することで、ミクロ偏析Ｂの検出を抑制し検出精度を向上させることが可能となる。
ミクロ偏析Ｂはデントライト樹間に析出するという性質上、偏析の厚みが中心偏析Ａに比べ小さくなる特性がある。この特性に着目し、領域の高さがあらかじめ指定する一定値（Th1）以上の領域のみに制限することで、ミクロ偏析Ｂの検出を抑制し検出精度を向上させることが可能となる。
図５は、Ｓ４で検出された全ての領域について、領域の高さの分布を示す。図６は、Ｓ４で検出された全ての領域のうち、領域の高さが閾値（Th1）以下の領域を除外した場合の、過検出点の低減率および未検出点の増加率を示す。
例えば、未検出率を5％以内に抑えつつ過検出を抑制したい場合には、図６のグラフから閾値（Th1）を0.55程度に設定することが望ましいことがわかる。その場合、過検出点を40％抑制することが可能である。また、領域の高さに替わって各領域のアスペクト比（H/W）に閾値を設け、その閾値以上の領域のみに制限することで同等の効果が得られる。
例えば、未検出率を5％以内に抑えつつ過検出を抑制したい場合には、図６のグラフから閾値（Th1）を0.55程度に設定することが望ましいことがわかる。その場合、過検出点を40％抑制することが可能である。また、領域の高さに替わって各領域のアスペクト比（H/W）に閾値を設け、その閾値以上の領域のみに制限することで同等の効果が得られる。
ただし、上述したように、中心偏析Ａとの距離あるいは領域の高さによって制限する場合、その閾値を小さくすると除外できるミクロ偏析Ｂの数は多くなるが、本来抽出するべき中心偏析Ａについても除外対象になり未検出が増加する。
そこで、２指標（中心偏析ラインからの距離の閾値（Td2）および領域の高さの閾値（Th2））により検出領域を制限することで、未検出の増加を抑制しより多くの過検出を低減することが可能となる。具体的には、Ｓ４で検出された全ての領域のうち、Td2以上かつTh2以下の領域を除外することで、多くの過検出点を抑制し検出精度を向上させることが可能となる。
そこで、２指標（中心偏析ラインからの距離の閾値（Td2）および領域の高さの閾値（Th2））により検出領域を制限することで、未検出の増加を抑制しより多くの過検出を低減することが可能となる。具体的には、Ｓ４で検出された全ての領域のうち、Td2以上かつTh2以下の領域を除外することで、多くの過検出点を抑制し検出精度を向上させることが可能となる。
図７は、Ｓ４で検出された全ての領域のうち、中心偏析Ａからの距離が閾値（Td2）以上かつ領域の高さが閾値（Th2）以下の領域を除外した場合の、過検出点の低減率および未検出点の増加率を示す。例えば、未検出率を5％以内に抑えつつ過検出を抑制したい場合には、閾値（Td2）を1.6、閾値（Th2）を1.0程度に設定することが望ましく、その場合、過検出点を50％抑制することが可能であり、効果的な結果が得られる。
図８は、Ｓ４で検出された各領域の中心偏析Ａからの距離と領域の高さをプロットしたグラフであり、これまで例示した各閾値で制限される領域を示したものである。
以上述べたように、連続鋳造機で鋳造された鋼材を、当該鋼材の鋳造方向に垂直な方向に切断するとともに、切断面から凝固組織の転写像を作成し、転写像における低輝度領域に対して、２値化処理及びラベリング処理することで、中心偏析Ａが存在する領域である偏析領域を抽出すると共に、当該偏析領域の特徴量を求め、偏析領域の特徴量があらかじ
め設定した閾値以下あるいは以上の領域を、偏析を検出する検出対象から除外することで、エッチプリント画像の２値化により得られる偏析領域から、ミクロ偏析Ｂを除外し高精度に中心偏析Ａを検出できるようになる。
以上述べたように、連続鋳造機で鋳造された鋼材を、当該鋼材の鋳造方向に垂直な方向に切断するとともに、切断面から凝固組織の転写像を作成し、転写像における低輝度領域に対して、２値化処理及びラベリング処理することで、中心偏析Ａが存在する領域である偏析領域を抽出すると共に、当該偏析領域の特徴量を求め、偏析領域の特徴量があらかじ
め設定した閾値以下あるいは以上の領域を、偏析を検出する検出対象から除外することで、エッチプリント画像の２値化により得られる偏析領域から、ミクロ偏析Ｂを除外し高精度に中心偏析Ａを検出できるようになる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
Ａ 中心偏析
Ｂ ミクロ偏析
Ｂ ミクロ偏析
Claims (1)
- 連続鋳造機で鋳造された鋼材を、当該鋼材の鋳造方向に垂直な方向に切断するとともに、前記切断面から凝固組織の転写像を作成し、前記転写像における低輝度領域に対して、２値化処理及びラベリング処理することで、中心偏析が存在する領域である偏析領域を抽出すると共に、当該偏析領域の特徴量を求め、前記偏析領域の特徴量があらかじめ設定した閾値以下あるいは以上の領域を、偏析を検出する検出対象から除外するものであって、
前記偏析領域の特徴量として、各検出領域の座標から求まる中心偏析ラインからの距離、及び各検出領域の高さの２指標を採用し、前記２指標が、所定の閾値以上乃至は所定の閾値以下の領域を除外する
ことを特徴とする鋼材の中心偏析評価方法。
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