JPH0242402B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は鋼材の変態量及び平坦性、又はそのい
ずれか一方をオンラインで検出する装置に関す
る。

【従来の技術】

鋼の強化方法には加工硬化、折出硬化、固溶強
化、細粒化強化及び変態組織強化等、種々ある
が、近年、鋼製品の製造コスト低減指向を背景と
し、低い合金成分量の鋼素材を用い、熱間圧延の
ままの状態でより高強度の鋼材を製造する手段と
して、熱延後の制御冷却による変態組織強化技術
の利用が従来以上に活性化しつつある。 ところで、変態組織強化技術を利用する場合、
言うまでもなく鋼の変態挙動について正確な知識
が必要である。鋼の変態挙動については、一般的
には実験室的に調査されたものが知られている
が、実機で製造する場合のそれは実験室での結果
とは大幅に異なることが多い。その実態は十分に
把握されてはいないが、このように実機での変態
挙動が実験室の結果と異なる原因の１つは、変態
挙動が前工程あるいは上流工程における熱歪履歴
等によつて複雑に変化することによるためと言わ
れている。従つて例えば、(イ)熱延鋼材の品質を左
右する大きな要素である長手方向及び幅方向にお
ける材質の均質性を向上せしめるために、圧延加
工温度履歴の差に基づく局所的な変態挙動の変化
を把握する手段として、或いはまた、(ロ)高強度で
靭性の優れた鋼材、例えば高張力ラインパイプ用
鋼板等を製造するために圧下を加える時点でのγ
相とα相との比率を把握する手段として、更には
また、(ハ)高強度でかつ加工性の優れた薄鋼板を製
造するために混合組織鋼の製造技術に於ける急冷
開始時点でのγ相とα相の比率を把握する手段と
して、鋼の変態挙動に関するオンライン情報が精
密に検出できれば、熱間圧延ライン、熱処理ライ
ンを用いた各種鋼材の製造分野に於いて極めて大
きな利益が期待できることになる。

【発明が解決しようとする課題】

従来、こうした鋼材の変態挙動をオンラインで
検出する方法として以下のような方法が提案され
ている。その１つは、例えば特公昭56−24017号
のように相変態の際の潜熱による温度上昇を製造
ラインに設置した温度計によつて検出し、変態挙
動を把握しようとする方法である。しかし、この
方法の場合、得られる情報が極めて概略的である
こと、応答性が遅いこと及び温度計をセンサとし
て用いるため、たとえば水冷中の測定が出来ない
などの欠点がある。 また、特開昭49−114518号、51−136442号及び
特公昭53−25309号のように、鋼材表面にＸ線を
照射し、その回析強度から変態量を測定する方法
も提案されている。しかしながら、この方法は強
度のＸ線を照射するため、Ｘ線障害に対する安全
防護措置を講ずる必要があること、従つてこのた
め検出装置自体が大掛りになり、設置費用の上
昇、設置数の制限あるいはメンテナンス等に問題
が生じること、加えて、得られる情報が被測定材
の表皮下約50μｍ以内の表層部のものであつて、
マクロ的情報となり難いなどの欠点を有してい
る。 これに対し、鋼のγ相→α相変態が常磁性（γ
相）から強磁性（α相）への変化という物理的現
象を伴なうことを利用し、磁気検出器を用いて変
態挙動を検出する方法があり、例えば特開昭50−
104754号、あるいは特開昭56−82443号などがこ
れに該当する。これらの方法は測定可能な温度範
囲が被測定鋼のキユリー点以下の温度域に限定さ
れるという問題を有しているが、一般の大部分の
商用鋼のキユリー点は約750℃以上と高く、これ
に対し冷却過程での鋼の変態範囲は非平衡的に低
温側に移行するので、変態の大部分はキユリー点
以下の温度範囲で進行するため、上記問題は一部
の鋼を除けば実際的障害とはならないこと、そし
て上記した磁気手段によらない他の方法に比べ
て、簡便かつ応答性が良好であり、しかも水冷中
においても測定可能であるなどの利点を有してお
り、実用的かつ有効な方法と言える。しかしなが
ら上記の如き一般的利点を有すると言えども既提
案の特開昭50−104754号及び特開昭56−82448号
における磁気検出装置には以下のような問題が未
解決でありまだ十分に実用に供し得る検出装置で
あるとは言い難い。 まず初めに特開昭50−104754号について述べ
る。該提案は磁気検出装置を用いた熱間圧延方法
に係るものであつて、磁気検出装置そのものに関
する提案でなく、その実施に際し使用する検出装
置の機能、構造に関する詳細が不明確であるが、
該提案の明細書に記載されているところによる
と、励磁したピツクアツプコイルを被測定鋼に近
接させておき、被測定鋼のγ相→α相変態にとも
なつて生ずるピツクアツプコイル自身のインピー
ダンス変化から変態の有無を定性的に検知するも
のである。しかしながら、前記したごとき鋼材の
製造分野に適用するためには磁気検出装置の機能
としては変態の進行状況を定量的に検出し得る機
能を有することが必要であつて、該提案のように
単に変態の有無を定性的に検知し得るだけの機能
の検出装置では、適用する価値が低いと言わざる
を得ない。 次に特開昭56−82443号について述べる。第１
図は該提案における磁気検出装置の構成を示すブ
ロツク線図である。この磁気検出装置は、Ｕ字鉄
心で構成された磁極２に巻回された励磁コイル３
と、磁束検出器６とを一定の間隔ｌをおいて被測
定材たる鋼材１を挟んで配置し、励磁装置４によ
つて励磁コイル３を励磁することにより発生する
磁束５のうち、鋼材１を貫通し漏洩して磁束検出
器６に至る磁束５₀の強さを検出するようにした
ものであつて、鋼材１中の変態量に対応して磁束
５₀の強さが変化することから、変態量を検出す
るものである。尚、図において、７は温度計、８
は演算装置、９は材料、板厚等の条件信号であ
る。この方法は前記特開昭50−104754号に比べる
と原理的には変態量を定量的に測定し得る機能を
有しているとは言え、実際の製造ラインに適用す
る上で次のような欠点がある。 即ち、上記構成による場合、磁束５₀の強さ
（磁束密度）は磁極２と磁束検出器６との距離ｌ
にほぼ反比例するので、十分な精度で変態量を検
出するためには、この間の距離ｌを少なくとも約
150mm以下としなければならないが、実際の製造
ラインに適用する上で、このような狭い間隙中を
磁束検出器６と接触させずに鋼材１を移動させる
ことは至難であると言わざるを得ない。この理由
は、例えばホツトストリツプミル及びプレートミ
ルで製造される熱延鋼板の熱延後の形状はそり、
曲り、あるいは波打ち等を伴なうものであつて、
必ずしも平坦でないこと、特に圧延鋼材の先端及
び後端、近傍においてこの傾向が強く、搬送に際
し、鋼材との接触が避け難いためである。このよ
うな事故を避けるために例えば鋼材の先端、後端
部の通過時に一時的に上記間隙を大きくする方法
も考えられるが、材質的なバラツキは先端、後端
部近傍において生じ易く、この部分の検出ができ
なければ、検出装置を設置する価値が半減するも
のである。また該提案の磁気検出装置は、被測定
材たる鋼材１の板厚ｔの違いによつて、磁束５が
経由する磁気回路中に占める空隙部分が変化する
ので検出出力を板厚ｔによつて補正する必要があ
ること、また測定精度が現実の板厚ｔに依存する
等の問題をも含むものであるが、通常の熱間圧延
機で圧延される鋼材１の板厚ｔは例えばホツトス
トリツプミルで1.2〜30mm、プレートミルでは5.0
〜300mmと多様であつて、これらの補正は煩雑で
あり、かつまた現実の板厚ｔに応じた検出精度の
適正化は前記した鋼材１の搬送性の観点から実質
的に行うのは困難である。 以上の如く、特開昭56−82443号が提案する磁
気検出装置は実際の製造ラインに適用する上で問
題が多いと言わざるを得ないものである。 本発明は以上の如き従来技術の問題点を解消す
るために開発されたものであつて、従来の方法で
は行い得なかつた鋼材の変態量の検出を精密に行
うと共に、更には鋼材の平坦性をも同時に精度よ
く検出し得る多機能な磁気検出装置を提供するこ
とをその目的としている。

【課題を解決するための手段】

本発明は、鋼材の変態量及び平坦性のオンライ
ン検出装置において、被測定材たる鋼材のいずれ
か一方の側に配置せしめ、交流励磁によつて交番
磁束を発生自在とした励磁コイルと、該励磁コイ
ルと同一側に且つ励磁コイルからの鋼材の搬送方
向距離が互いに異なる位置に配置せしめ、該励磁
コイルによつて相互誘導されるようにした２個以
上の検出コイルと、各検出コイルにおける鎖交磁
束量に依存して検出されるそれぞれの検出信号値
から、予め把握しておいた変態量及び平坦性のパ
ラメータ情報を含む関係に基づいて鋼材の変態量
及び平坦性、又はそのいずれか一方のみを求める
演算装置と、を備えることにより前記目的を達成
したものである。

【作用】

一般に漏洩磁束の密度は、励磁条件を一定とす
ると、(イ)励磁コイルからの水平方向（鋼材搬送方
向）距離、(ロ)被測定体との空隙（リフトオフ）、
(ハ)被測定体の磁気抵抗の３つに依存する。(イ)はコ
イル配置が決れば一定となる。(ロ)は平坦度が変化
した場合、(ハ)は変態量が変化した場合にそれぞれ
対応して変化する。ここで、変態量が変化した
時、及び平坦度が変化した時の２つの検出コイル
位置での漏洩磁束密度の変化のの仕方は、第３図
を用いて後に詳述するように、励磁コイルに近い
方の検出コイルの検出信号の大きさを横軸に、遠
い方の検出コイルの検出信号の大きさを縦軸にと
ると、それぞれの検出信号の大きさによつて定ま
る座標点は、動作範囲を限定すればどのような平
坦度と変態量を組合せにおいてもそれぞれ固有の
ベクトル量を持つため、そのベクトル量から変態
量と平坦度を独立に、又同時に読みとることがで
きる。即ち、本発明における検出信号は所定の条
件で配置した一組の検出器の信号の絶対値的な大
きさから、固有のベクトル量を特定し、このベク
トル量から変態量と平坦度を分離し、独立に確定
（測定）するものである。

【実施例】

以下に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。 第２図は本発明の第１実施例を示す。図中、１
は被測定材たる鋼材、１２は交流励磁装置、１３
は励磁コイル、１５₁，１５₂は励磁コイル１３か
らの距離がl₁，l₂と互いに異なる位置に設けた検
出コイルである。１４₁は励磁コイル１３にて発
生され、鋼材１を通じて検出コイル１５₁に鎖交
する磁束、同じく１４₂は検出コイル１５₂に鎖交
する磁束である。 さて鋼材１が変態を開始していない状態、即ち
γ単相の時は常磁性状態であるから、検出コイル
１５₁，１５₂に鎖交する磁束１４₁，１４₂は励磁
コイル１３からの距離l₁，l₂に応じた一定の強さ
にありそれぞれこれらに比例した誘起電圧が発生
している状態（以下初期状態）にある。 鋼材１にγ→α変態が生じ、強磁性のα相が折
出すると、α相は磁化され、鋼材１の磁界強さに
変動が起こり、磁束１４₁，１４₂の強さが初期状
態からずれるので、検出コイル１５₁，１５₂の誘
起電圧の変化として夫々から検出される。また、
鋼材１と励磁コイル１３との距離Ｌ（以下リフト
オフと称す。リフトオフの測定は平坦性測定と同
義である。）が変化した場合にも、検出コイル１
５₁，１５₂の誘起電圧が夫々変化する。このよう
な検出コイル１５₁，１５₂における検出信号１６
_１，１６₂を演算装置１７に伝送し、検出コイル１
５₁と１５₂との測定信号の大きさを相対的に対比
させ、予め演算装置１７に記憶せしめてある後掲
の関係にしたがつて変態量とリフトオフＬとを分
離演算する。 次に検出コイル１５₁と１５₂の検出信号１６₁，
１６₂の大きさから、鋼材１中の変態量とリフト
オフＬとを求める手法について述べる。第３図は
基本的に第２図の構成からなる検出装置におい
て、励磁コイル１３と検出コイル１５₁までの距
離l₁を50mm、同じく検出コイル１５₂までの距離l₂
を100mmとし、鋼材１のγ→α変態量及びリフト
オフＬが変化した場合の、検出コイル１５₁と１
５₂の検出信号（初期状態からの誘起電圧の変化
量）の関係を示すものである。第３図において各
破線で示すのは夫々変態量が一定でリフトオフＬ
のみが変化した場合、また各実線で示すのは夫々
リフトオフＬが一定で変態量のみが変化した場合
の関係である。第３図から明らかなように、検出
コイル１５₁と１５₂の間の検出信号１６₁，１６₂
の大きさの関係はリフトオフＬが変化した場合に
は例えばＯ→ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆのように曲
線的関係になるに対し、変態量の変化に対しては
例えばＯ→ｊ→ｉ→ｈ→ｇ→ｆのようにほぼ直線
的関係となる。即ち２つの検出コイル１５₁，１
５₂の検出信号１６₁，１６₂によつて定まるベク
トル量は変態量とリフトオフＬに対しそれぞれ固
有の関係を有するものであることがわかる。従つ
て第３図に示す関係を予め精密に求め、第２図中
の演算装置１７に記憶せしめておき、検出コイル
１５₁及び１５₂から検出される検出信号１６₁，
１６₂をこれと対比させ演算せしめれば、変態量
及びリフトオフＬを同時に求めることが出来る。 尚、上記は検出コイルを２個用いた場合につい
て説明したが、当然のことながら検出コイルの数
がこれより多い場合でも同様であり、検出コイル
の数を多くして３元的、４元的に測定した方がよ
り精密な測定を行ない得ることはもちろんであ
る。又、以上の説明で明らかな如く本発明はその
構成上、必要に応じて「変態量のみ」、「変態量と
平坦性」、「平坦性のみ」の情報を選択的に求め得
るものであるが、「平坦性のみ」の情報入手に着
目する場合は、被測定材は、励磁コイル、検出コ
イル間の相互誘導に何らかの影響を与えるもので
ありさえすれば「鋼材」に限定されるものではな
い。従つてこのように平坦性の情報のみを必要と
する場合、特許請求の範囲の記載を含め「鋼材」
の語は「鋼材その他励磁コイル、検出コイル間の
相互誘導効果に影響を及ぼす材料をその成分中に
有する板状材」と読み変えるものとする。尚、い
ずれか一方の情報のみが必要な場合は当該一方の
情報のみが出力されるようにすれば足りるのは言
うまでもない。 次に本発明を具体的に実施する段階に於いて望
ましい態様について述べる。 先ず検出コイルと励磁コイルとの配置について
説明する。第４図は本発明の第２実施例であつ
て、第２図に示した第１実施例の場合と基本的構
成は同様であるが、検出コイル１５₁を励磁コイ
ル１３と同心円にして配置せしめたものである。
第５図は第４図に示す検出装置において励磁コイ
ル１３と検出コイル１５₂との距離l₂を種々変化
させた場合のリフトオフＬの検出精度を示すもの
であるが、これから明らかなようにl₂が20mm未満
及び200mmを越えた場合にはいずれもリフトオフ
Ｌの検出精度は悪化する傾向を示し、良好な検出
精度を得るためにはl₂として最適範囲が存在する
ことがわかる。なお以上の傾向は変態量の検出精
度に関しても同様である。この原因は次の理由に
よるものと解される。即ち、l₂が200mmを越えた
場合には、第４図における検出コイル１５₂の検
出信号１６₂が著しく小さくなるため、ノイズ等
による影響を受け易くＳ／Ｎ比が劣化する。一方
l₂が20mm未満の場合には、第４図における検出コ
イル１５₁，１５₂での変態量とリフトオフＬに対
する感応のしかたの差が極めて少なくなるため、
検出信号１６₁，１６₂から両者を分離定量化させ
ることが困難となり検出精度が劣化するというも
のである。本発明は、上記知見から、検出コイル
は励磁コイル中心から半径200mm以内の範囲で、
かつ夫々検出コイル間で20mm以上の距離を維持す
るように配置するのが望ましいことがわかる。 次にコアの効果について述べる。磁気検出装置
はその難点の１つとしてリフトオフの増大ととも
に検出信号の大きさが反比例的に小さくなると言
う一般的特性を有するため、検出可能なリフトオ
フの範囲が限定されることである。言うまでもな
く実際の各種製造ラインに適用する場合、検出精
度の観点では言うに及ばず、検出装置の耐熱性、
被測定材の搬送性及び形状等の観点からも上記範
囲は大きい程望ましく、本発明はこの点に鑑み研
究を重ねた結果、励磁コイル及び検出コイルに必
要に応じて独立した専用コアを設けることにより
同一リフトオフにおける検出信号の大きさを著し
く増大し得ることを検出した。 第６図〜第８図は夫々各コイルにコアを設けた
場合の本発明の第３〜第５実施例であり、第６図
は励磁コイル１３に棒状型コア９₀を設けた場合、
同じく第７図は励磁コイル１３と検出コイル１５
_１及び１５₂にそれぞれ棒状型コア１９₀，１９₁，
１９₂を設けた場合を示す。また第８図は、励磁
コイル１３と検出コイル１５₁と検出コイル１５₂
とをＥ字型コア１９₃で連結せしめたものである。
第９図は、第４図の第２実施例の検出装置を用
い、鋼材１のγ→α変態率が100％、リフトオフ
Ｌが100mmの状態での検出コイル１５₂における検
出信号１６₂の大きさを基準として同じ条件下で
第２図、及び第６〜第８図の各検出装置によつて
検出した検出信号１６₂の大きさを相対比較して
示すものである。なお、第９図の結果はコアに関
するもの以外の条件はすべて同一である。 第９図により、第６図の励磁コイル１３に棒状
型コア１９₀を設けた場合（第３実施例）及び第
７図の励磁コイル１３及び検出コイル１５₁，１
５₂に棒状型コア１９₀，１９₁，１９₂を夫々設け
た場合（第４実施例）には第４図のコアを設けな
い場合（第２実施例）に比べて検出信号１６₂の
大きさが増大する傾向が明らかであり、棒状型コ
ア１９₀〜１９₂を設けることにより、リフトオフ
Ｌの大きい領域での検出精度の向上が計れること
がわかる。尚、第８図のＥ字型コア１９₃を設け
た第５実施例の場合、リフトオフＬが50mm以下の
範囲では検出信号１９₂の大きさは本発明の他の
実施例に比べて大きいが、リフトオフＬが50mmを
越えて増大するに従い急激に低下し、第９図から
明からなようにリフトオフ100mmの状態における
検出信号１６₂の大きさはむしろ小さくなること
が確認されている。従つてこの第５実施例は被測
定材たる鋼材１の平坦度が良好な比較的小規模な
ラインに用いると良好である。 次に本発明における望ましい励磁条件について
述べる。周知の如く、今日磁性体への磁束の浸透
深さは、磁束の周波数に大きく依存することが知
れている。即ち、検出装置の励磁コイルの励磁周
波数の増大とともに被測定材への浸透深さが減少
するものである。ところで一般に熱延後の鋼材は
温度分布あるいは圧延加工等の影響によつて表皮
下では特異な変態挙動を示すことが知られてお
り、最終製品における材質と関連づける上で、こ
のような特異領域での検出情報は意義が少なくな
るものである。従つて、測定に際しては検出装置
の励磁条件の適正化が望まれる。本発明者らの調
査によると、熱延鋼材での変態特性が特異挙動を
示す領域は、表皮下約200μｍ以内の範囲であり、
これらを回避するためには磁束の浸透深さを
200μｍ以上とすることが望ましく、検出装置の
励磁電流の周波数は上記観点から10KHzより低い
ことが望ましいことになる。これに対し、周波数
が低くなる程、磁束の浸透深さは大きくなり検出
される変態量の情報はよりマクロ的となるが、一
方において検出装置の応答速度の悪化及び検出信
号のＳ／Ｎ比の低下などの不都合を生じる。この
ような問題を回避する上で励磁周波数は５Hz未満
とならないことが望ましい。なお最も好ましい励
磁周波数の範囲は30Hz〜1KHzである。

【発明の効果】

本発明は上記の如く、励磁コイルと同一側に励
磁コイルからの距離が互いに異なるように少なく
とも２個以上の検出コイルを配置せしめ、該検出
信号により被測定材たる鋼材の変態量及び平坦性
［リフトオフ］とを同時に求めるようにしたため、 (イ) 検出に磁気による相互誘導を利用しているの
で、正確であり且つ応答性が良くオンラインで
の定量検出手段として優れている； (ロ) 検出装置の各機器を被測定材たる鋼材の一方
の側に集中配置できるので、鋼材の平坦性があ
まり良くない製造ラインでも十分実用化が可能
である； (ハ) 鋼材の一方の側に機器を配して磁気測定する
にもかかわらずリフトオフの変動による影響を
受けることなく鋼材の変態量を検出できる； (ニ) リフトオフ、即ち鋼材の平坦性に関するオン
ライン情報を合せて、又は単独に検出できる； (ホ) 磁気測定によつて鋼材の平坦性を検出可能と
しながら鋼材の変態量による影響を受けること
がない； (ヘ) 高熱環境下、水中下等の種々の環境に置いて
広く使用可能である； 等の効果が得られるものである。従つて各種熱
間圧延工程や熱処理工程での鋼材の変態量のオン
ライン検出は無論のこと、これに平坦性のオンラ
イン検出をも合せて行なうことができ、更には鋼
材に限定されることなく、被測定材が励磁コイ
ル、検出コイル間の相互誘導に何らかの影響を与
えるものでありさえすれば、変態挙動の有無とは
無関係に当該被測定材の平坦性をオンラインで検
出できるなど、極めて広範囲な用途に供すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、磁気測定式の変態量検出装置の従来
例を示した一部に断面図を含むブロツク線図、第
２図は、本発明の第１実施例を示す第１図相当の
ブロツク線図、第３図は、本発明の原理を説明す
るための、リフトオフ及び変態量の増減と検出コ
イルでの検出信号との相関関係を示す線図、第４
図は、本発明の第２実施例を示す第２図相当のブ
ロツク線図、第５図は、第２実施例における検出
コイル間隔とリフトオフ測定誤差との関係を示す
線図、第６図〜第８図は、夫々本発明の第３〜第
５実施例を示す第２図相当のブロツク線図、第９
図は、励磁コイル又は検出コイルにコアを設けた
際の検出信号の大きさについて、各実施例を第２
実施例に対して比較した関係を示す線図である。 １２……交流励磁装置、１３……励磁コイル、
１４₁，１４₂……磁束、１５₁，１５₂……検出コ
イル、l₁，l₂……励磁コイルと検出コイルとの距
離、Ｌ……鋼材と励磁コイルとの距離［リフトオ
フ］、１６₁，１６₂……検出信号、１７……演算
装置、１９₀〜１９₂……棒状型コア、１９₃……
Ｅ字型コア。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定材たる鋼材のいずれか一方の側に配置
   せしめ、交流励磁によつて交番磁束を発生自在と
   した励磁コイルと、 該励磁コイルと同一側に且つ励磁コイルからの
   鋼材搬送方向距離が互いに異なる位置に配置せし
   め、該励磁コイルによつて相互誘導されるように
   した２個以上の検出コイルと、 各検出コイルにおける鎖交磁束量に依存して検
   出されるそれぞれの検出信号値から、予め把握し
   ておいた変態量及び平坦性のパラメータ情報を含
   む関係に基づいて鋼材の変態量及び平坦性、又は
   そのいずれか一方のみを求める演算装置と、 を備えたことを特徴とする鋼材の変態量及び平坦
   性のオンライン検出装置。 ２ 上記２個以上の検出コイルを、夫々励磁コイ
   ルから200mm以内の範囲で且つ夫々の間隔が20mm
   以上となるように配置せしめたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の鋼材の変態量及び平
   坦性のオンライン検出装置。 ３ 上記励磁コイル及び検出コイルのうち少なく
   とも１個が、各コイル間に跨がらない専用コアを
   備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項のいずれかに記載の鋼材の変態量及び平
   坦性のオンライン検出装置。 ４ 上記励磁コイルに流す励磁電流は、その周波
   数が５Hz〜10KHzの範囲のものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
   に記載の鋼材の変態量及び平坦性のオンライン検
   出装置。