JPH04233451A - 残留オーステナイト量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１０】

【産業上の利用分野】本発明は、焼入鋼等の残留オース
テナイト量を測定する装置に関する。

【００２０】

【従来の技術】構造用鋼等の特殊鋼は焼入・焼もどしと
いう熱処理を施して始めてその本来の性能を発揮する。 従って、特殊鋼の本来の特性を発揮させるためには、焼
入処理を正しく行なう必要がある。焼入は、鋼をそのＡ
３変態点以上に加熱してオーステナイト相とした後、急
速に冷却することにより、中間組織や平衡組織を生じさ
せることなくマルテンサイトに変態させるという操作で
ある。このとき、合金成分量や加熱温度が適切でないと
、高温相であるオーステナイトが冷却時に変態せずに残
存し、常温でほぼ安定に存在する場合がある。このよう
な準安定オーステナイトを残留オーステナイトと呼ぶが
、この残留オーステナイトの量が多くなると、熱処理後
の鋼に対して強度や靱性を低下させる等の悪影響を及ぼ
す。従って、鋼材の強度・靱性等が重要視される場合に
は、熱処理後の残留オーステナイト量を正確に測定し、
熱処理条件等を適切に管理することが必要となる。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】従来、鋼の残留オース
テナイト量を測定するには、Ｂ−Ｈトレーサを用いる磁
化法やＸ線法等が用いられていた。しかし、これらはい
ずれも実際上数ｍｍ角程度の小さな試料の状態でしか測
定を行なうことができず、熱処理を行なった通常の大き
さの鋼製品そのものの残留オーステナイト量を簡便に測
定することは不可能であった。なお、最初から小さい試
料を同じ条件で熱処理して残留オーステナイト量を測定
することは、焼入時の質量効果の点から無意味である。 また、それら従来の測定法では、残留オーステナイト量
が相当程度（約５％以上）含まれていないと定量的な測
定ができないという欠点もあった。本発明はこのような
問題点に鑑み、携帯型であり、大きい試料をそのまま測
定することができ、しかも、含有量が少ない場合でも高
い精度で測定することのできる残留オーステナイト量測
定装置を提供することを目的とする。

【００４０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る残留オーステナイト量測定装置は、図１
及び図２に示すように、 ａ）１本の強磁性体棒１０に巻かれた１つの励磁コイル
１１とその励磁コイル１１の両端側に巻かれた２つの検
出コイル１２，１３とから成る差動変圧器構成のプロー
ブ２ｂ）上記励磁コイル１１を励磁する単一の励磁信号
と位相解析用の基準ベクトル信号とを発生する基準信号
発生装置５ ｃ）励磁信号、検出コイル１２，１３の出力信号及び基
準ベクトル信号の間の位相関係を解析することにより、
プローブ２の先端１４が接触している被測定試料１の残
留オーステナイト量に基づく電気信号のみを取り出して
直流変換する出力解析装置３ ｄ）プローブ２と出力解析装置３との間に接続され、プ
ローブ２の先端１４が標準試料に接触しているときの上
記２つの検出コイル１２，１３の出力のバランスをとる
ためのバランス回路６ ｅ）被測定試料１の残留オーステナイト量に基づく直流
信号を表示する表示装置４の各要素を備える。

【００５０】

【作用】まず、プローブ２の先端１４をオーステナイト
が含まれていない標準試料に接触させた状態で基準信号
発生装置５から励磁コイル１１に正弦波交流の励磁電流
Ｉを供給する。この状態でバランス回路６を調整するこ
とにより、出力解析装置３の出力をゼロとする。次に、
プローブ２の先端１４を被測定試料１に接触させる。す
ると、被測定試料１に含まれる残留オーステナイトによ
り強磁性体棒１０を含む磁気回路の構成が変化し、上下
２つの検出コイル１２，１３のバランスが崩れる。これ
により、出力解析装置３から被測定試料１の残留オース
テナイト量に基づく電気信号が出力される。表示装置４
の表示方法を適当に定めることにより、被測定試料の残
留オーステナイト量を表示装置４により直接読み取れる
ようにすることができる。

【００６０】

【実施例】本発明の一実施例の構成を図３に示す。標準
試料及び被測定試料に接触させるプローブ２は、強磁性
体棒１０及びその中央に巻かれた励磁コイル１１とその
両側に巻かれた２つの検出コイル１２，１３から構成さ
れる。両検出コイル１２，１３は共に一端が接地されて
おり、両検出コイル１２，１３は全体として差動変圧器
を構成するように接続されている。すなわち、両検出コ
イル１２，１３の巻方向は互いに逆になっており、一方
の検出コイル１２に発生する誘導電圧信号と他方の検出
コイル１３に発生する誘導電圧信号の極性とは互いに反
対となっている。強磁性体棒１０の径は測定しようとす
る試料の大きさや測定しようとする範囲に応じて適当に
定めることができ、また、長さは励磁コイル１１や検出
コイル１２，１３の巻数に応じて適当に定めることがで
きる。一般に、強磁性体棒１０の径が小さいほど、小さ
い試料（あるいは大きい試料でも狭い範囲）の残留オー
ステナイト量を測定することができるようになり、コイ
ルの巻数が多いほど測定精度は向上する。本実施例では
強磁性体棒１０の径は３ｍｍ、長さは１０ｍｍとしてい
る。プローブ２の検出コイル１２，１３は共にバランス
回路６に接続され、バランス回路６の２本の出力は出力
解析装置３に接続される。出力解析装置３は入力回路１
５、位相検波回路１６及びローパスフィルタ１７から構
成され、基準信号発生装置５は正弦波発生回路３０と移
相回路３１から構成される。

【００７０】次に、本実施例の動作を説明する。プロー
ブ２の励磁コイル１１には基準信号発生装置５から正弦
波交流電流信号が供給され、これにより強磁性体棒１０
の長手方向に交流磁界が発生する。この交流磁界により
両検出コイル１２，１３に誘導電圧が発生する。強磁性
体棒１０及び両検出コイル１２，１３は対称に形成され
ており、かつ、上記の通り両検出コイル１２，１３の出
力は互いに逆方向の極性を有するため、プローブ２が被
測定試料や標準試料等の金属体から離れた状態では両検
出コイル１２，１３の出力はバランスがとれている。プ
ローブ２の先端１４を標準試料に接触させると、両検出
コイル１２，１３の出力のバランスが崩れる。ここで標
準試料とは、同一の鋼で完全に焼入を行なって、顕微鏡
の検鏡等により残留オーステナイト量がゼロであること
が確認されているものである。 プローブ２を標準試料に接触させることによりバランス
が崩れるのには二つの理由がある。まず、被測定試料は
金属であるため、プローブ２の先端１４から発生してい
る磁界によりその表面近くの自由電子が誘導され、回転
運動を行なう。これが誘導渦電流である。また、被測定
試料はほとんどがマルテンサイト組織となっているため
、強磁性体である。従って、強磁性体の棒１０の先端１
４に強磁性体の物体が接触することにより、磁路の構成
が変化する。これら二つの要因が一方の電磁コイル１３
側にのみ発生するため、両検出コイル１２，１３間のバ
ランスが崩れる。この両検出コイル１２，１３のバラン
スを再度とるためにバランス回路６が備えられている。 後述するように、このバランス回路内の可変抵抗及び可
変容量を変化させることにより、両検出コイル１２，１
３の出力のバランスをとる。このようにして標準試料で
バランスをとった後、次にプローブ２の先端１４を被測
定試料に接触させる。ここで被測定試料に残留オーステ
ナイトが含まれている場合、被測定試料の透磁率及び導
電率が標準試料とは異なるため、再び両検出コイル１２
，１３のバランスが崩れる。 出力解析装置３はこのときの両検出コイル１２，１３の
出力を基に、残留オーステナイト量に応じた電気信号の
みを取り出す。この電気信号はローパスフィルタ１７に
より高周波成分が除去された後、表示装置４により可視
的に表示される。

【００８０】出力解析装置３における残留オーステナイ
ト量の測定原理は次の通りである。検出コイル１２，１
３からの検出信号の差信号には、プローブ先端１４に接
触された被測定試料の残留オーステナイト量に応じた透
磁率の変化と渦電流の変化（すなわち、導電率の変化）
との双方の要因による影響が含まれている。しかし、こ
れら２つの要因の位相が互いに異なるため、出力解析装
置３では、基準信号発生装置５からの同期信号を用いて
ベクトル解析によりこの差信号から導電率の変化分を位
相検波回路１６で除去し、透磁率の変化分のみを直流電
気信号として取り出す。従って、出力解析装置３では、
残留オーステナイト量の変化（標準試料からの変化）を
この透磁率の変化として取り出すものである。

【００９０】上記実施例の具体的回路構成の一例を図４
及び図５に示す。図４に示される通り、プローブ２の両
検出コイル１２，１３の一方の端子と励磁コイル１１の
一方の端子はプローブ２内で接続され、出力解析装置３
の入力回路１５で接地される。励磁コイル１１の他方の
端子には図４に示す基準信号発生装置５から励磁電流Ｉ
が供給される。両検出コイル１２，１３の他方の端子は
バランス回路６に入力される。バランス回路６では一方
の検出コイル１２の出力線に可変抵抗６１及び可変容量
６２を接続し、他方の検出コイル１３の出力線には固定
抵抗６３及び固定容量６４を接続する。従って、可変抵
抗６１及び可変容量６２の値を適当に変化させることに
より両検出コイル１２，１３の間の出力をバランスさせ
ることができる。バランス回路６の出力は出力解析装置
３に接続される。なお、バランス回路６の構成は図４の
ようなもの以外にも種々考えられ、例えば双方の出力線
に可変抵抗及び可変容量を挿入するようにしてもよい。 出力解析装置３の入力回路１５は、抵抗１８，１９，２
０、オペアンプ２１、コンデンサ２２から構成される。 前述の通りプローブ２の両検出コイル１２，１３の一方
の端子は共通に接地されるが、また、オペアンプ２１の
非反転入力端子（＋）とも接続される。バランス回路６
を通ってきた両検出コイル１２，１３の他方の端子はそ
れぞれ抵抗１８，１９を介して互いに接続され、オペア
ンプ２１の反転入力端子（−）に接続される。従って、
オペアンプ２１の反転入力端子には両検出コイル１２，
１３の和信号（両検出コイル１２，１３の極性が逆にな
っているため、実際は差信号）が入力され、オペアンプ
２１はその差信号を増幅する。ここにおける増幅率は、
オペアンプ２１の反転入力端子と出力端子との間に接続
される抵抗２０の値によって決定される。なお、コンデ
ンサ２２は直流成分をカットするためのものである。こ
のようにして入力回路１５で増幅された両検出コイル１
２，１３の差信号は位相検波回路１６に送られる。位相
検波回路１６には、アナログスイッチ２３、オペアンプ
２４及び抵抗２５が含まれる。差信号はアナログスイッ
チ２３を介してオペアンプの非反転入力端子に入力され
る。アナログスイッチ２３の制御端子には図５の基準信
号発生装置５から図６（ｂ）に示すような矩形波同期信
号が入力される。これにより、正弦波状の差信号（ａ）
の一部のみがアナログスイッチ２３を通り、オペアンプ
２４に入力される（信号（ｃ））。このアナログスイッ
チを通る信号の量は差信号（ａ）と同期信号との位相差
に依存する。オペアンプ２４により増幅された部分差信
号はローパスフィルタ１７で図６の信号（ｄ）のように
平均化され、表示装置４であるアナログパネルメータ１
０に出力される。なお、ローパスフィルタ１７はオペア
ンプ２７、抵抗２６，２９、コンデンサ２８から構成さ
れ、また、表示装置４はデジタル表示装置としてもよい
。

【０１００】励磁電流Ｉ及びアナログスイッチ制御用の
同期信号Ｓを発生する基準信号発生装置５は図５に示す
ように、発振回路３０と移相回路３１とで構成される。 発振回路３０は正弦波発振器３２から供給される正弦波
交流電圧信号（例えば周波数１ｋＨｚ）を抵抗３３を介
してオペアンプ３４の反転入力端子に入力し、抵抗３５
，３６，３７、コンデンサ３８、抵抗３９，４０及びト
ランス４１により構成される定電流回路により定電流化
されて前記励磁コイル１１に供給される。励磁コイル１
１のインピーダンスはプローブ２を試料に接触させた場
合や周辺温度が変化した場合に変化するため、発振回路
３０ではそれらの変化を補償する定電流回路構成として
いる。この定電流回路において、抵抗３６，３７及びコ
ンデンサ３８はオペアンプ３４のオフセット電流によっ
て出力電圧の直流レベルが不安定となる現象を防止する
直流フィードバック回路を構成している。なお、トラン
ス４１の巻数比をｎ：１とすれば、二次側の電圧は１／
ｎとなるが、励磁電流Ｉはｎ倍の値が得られる。移相回
路３１はコンデンサ４２、可変抵抗４３、抵抗４４、コ
ンパレータ４５から構成される。コンデンサ４２は発振
回路３０からの交流電圧信号の位相を変化させ、コンパ
レータ４５ではこの位相の変化した交流電圧信号をゼロ
電位と比較して、その結果を二値波（矩形波）Ｓとして
出力する。交流電圧信号の位相変化量はコンデンサ４２
と可変抵抗４３の値により決定される。本実施例では可
変抵抗４３の値を小さくするほど位相が進む。発振回路
３０からの交流電圧信号よりも位相を遅らせる場合には
、コンデンサ４２と可変抵抗４３を入れ替えればよい。

【０１１０】このように、本実施例の残留オーステナイ
ト量測定装置は、プローブ２を被測定試料の１点に接触
させるだけで、迅速かつ簡便に、その被測定試料の残留
オーステナイト量を非破壊的に測定することができる。

【０１２０】軸受鋼ＳＵＪ２を種々の温度で焼き入れる
ことにより残留オーステナイト量を変化させた被測定試
料を用意し、上記実施例の残留オーステナイト量測定装
置の出力電圧値とＸ線法により測定した残留オーステナ
イト量との関係を調査した。その結果は図７（ａ）に示
す通りであり、両者の間には良好な直線性があることが
認められる。マルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４
０Ｃについても同様の測定を行なったが、絶対的な出力
電圧はＳＵＪ２とは異なるものの、同一鋼種内では本実
施例の残留オーステナイト測定装置の出力電圧は被測定
試料の残留オーステナイト量に良好に比例することが確
認された。また、残留オーステナイト量が５％以下の試
料についても同様の測定を行なった。その結果を図７（
ｂ）に示すが、この範囲ではＸ線法による正確なオース
テナイト量の測定が困難であるため、横軸のオーステナ
イト量の決定は顕微鏡による組織検鏡によっている。 このような低残留オーステナイト量領域でも、本発明に
係る残留オーステナイト測定装置は十分に定量測定を行
なうことができることが確認された。なお、図７の（ａ
）と（ｂ）の間で出力電圧のレンジ切換を行なっている
。これらのことより、特定の熱処理現場で用いる等によ
り測定対象が一定である場合には、前記実施例の表示装
置４を単に直流電圧表示ではなく、残留オーステナイト
量の直読表示とすることができる。

【０１３０】

【発明の効果】本発明の残留オーステナイト測定装置は
小型のプローブと可搬性の箱に納めることのできる回路
のみで構成されるため、従来不可能であった大型焼入部
品等の残留オーステナイト量を現場でそのまま、しかも
非破壊で測定することが可能である。また、残留オース
テナイト量が少ない試料でも精度良く測定することがで
きるため、高度な熱処理工程管理に使用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明による残留オーステナイト測定装置
の概略構成を示すブロック図

【図２】　　本発明による残留オーステナイト測定装置
のプローブの側面図

【図３】　　本発明の一実施例である残留オーステナイ
ト測定装置の構成を示すブロック図

【図４】　　実施例の残留オーステナイト測定装置中の
プローブ、バランス回路出力解析装置及び出力装置の具
体的回路構成例を示す回路図

【図５】　　実施例の残留オーステナイト測定装置中の
基準信号発生装置の具体的回路構成例を示す回路図

【図
６】　　実施例の残留オーステナイト測定装置中の各部
における信号波形のグラフ

【図７】　　各種試料のＸ線で測定した残留オーステナ
イト量と実施例の残留オーステナイト測定装置の出力値
との関係を示すグラフ。（ａ）は残留オーステナイト量
の多い試料、（ｂ）は残留オーステナイト量の少ない試
料についてのグラフである。

【符号の説明】

１…被測定試料、　　２…プローブ、　　３…出力解析
装置、　　４…表示装置５…基準信号発生装置、　　６
…バランス回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１本の強磁性体棒に巻かれた１つの励
   磁コイルとその励磁コイルの両端側に巻かれた２つの検
   出コイルとから成る差動変圧器構成のプローブと、上記
   励磁コイルを励磁する単一の励磁信号と位相解析用の基
   準ベクトル信号とを発生する基準信号発生装置と、励磁
   信号、検出コイルの出力信号及び基準ベクトル信号の間
   の位相関係を解析することにより、プローブの先端が接
   触している被測定試料の残留オーステナイト量に基づく
   電気信号のみを取り出して直流変換する出力解析装置と
   、プローブと出力解析装置との間に接続され、プローブ
   の先端が標準試料に接触しているときの上記２つの検出
   コイルの出力のバランスをとるためのバランス回路と、
   被測定試料の残留オーステナイト量に基づく直流信号を
   表示する表示装置とを備えることを特徴とする残留オー
   ステナイト量測定装置。