JPH06308100A - 金属組織測定方法 - Google Patents
金属組織測定方法Info
- Publication number
- JPH06308100A JPH06308100A JP5099825A JP9982593A JPH06308100A JP H06308100 A JPH06308100 A JP H06308100A JP 5099825 A JP5099825 A JP 5099825A JP 9982593 A JP9982593 A JP 9982593A JP H06308100 A JPH06308100 A JP H06308100A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、金属材料の機械的材料特性を評価す
るために金属材料の結晶粒径の最大径と最小径の比、す
なわちアスペクト比を測定することを目的に、超音波の
表面波を利用して非破壊で該アスペクト比を容易に測定
する手段を提供する。 【構成】圧延方向とそれに直交する方向において結晶粒
径が異なる金属組織を示す圧延板表面において、ある方
向とそれに直交する方向との間の角度で、超音波表面波
の伝播方向を変化させた時の検出表面波の振幅の相対変
化を測定し、その振幅の最大値と最小値の比を計算し、
予め求めた振幅比とアスプクト比との関係図に計算値を
当てはめて被検体の結晶粒径のアスペクト比を測定する
方法。
るために金属材料の結晶粒径の最大径と最小径の比、す
なわちアスペクト比を測定することを目的に、超音波の
表面波を利用して非破壊で該アスペクト比を容易に測定
する手段を提供する。 【構成】圧延方向とそれに直交する方向において結晶粒
径が異なる金属組織を示す圧延板表面において、ある方
向とそれに直交する方向との間の角度で、超音波表面波
の伝播方向を変化させた時の検出表面波の振幅の相対変
化を測定し、その振幅の最大値と最小値の比を計算し、
予め求めた振幅比とアスプクト比との関係図に計算値を
当てはめて被検体の結晶粒径のアスペクト比を測定する
方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、材料表面に超音波の表
面波を伝播させたときの減衰測定による金属組織の評価
方法に関するものである。
面波を伝播させたときの減衰測定による金属組織の評価
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年鉄鋼材料の造り込み技術の進歩と共
に板厚の表層で特定方向に層状組織を示した材料が製品
化されている。例えば、圧延条件を工夫した鉄鋼製品で
は、表面近傍と板厚中心付近で金属組織の形状が異な
り、板厚中心付近では、比較的球状の結晶粒であるが、
表層近傍では、圧延方向（以下Ｌ方向と称す）の結晶粒
径が圧延方向と直交した方向（以下Ｃ方向と称す）の結
晶粒径に比べ数倍の大きさを持つものがある。つまり、
Ｌ方向に結晶が延びたような金属組織を示すものがあ
り、このような組織を持つ事によって靭性の向上などの
機械的材料特性の改善を図っている。このとき、Ｌ方向
の結晶粒径とＣ方向の結晶粒径との比、すなわち結晶粒
径アスペクト比（以下アスペクト比と称す）が、機械的
材料特性に大きな影響をあたえる。アスペクト比が２以
下と小さい場合には十分な靭性特性向上が図れない、ま
た、逆にアスペクト比が２０以上と大きすぎる場合に
は、Ｃ方向の引張り強度の低下が問題となる。そこで、
製造管理や品質保証を行うために、金属組織観察による
アスペクト比の測定が必要である。
に板厚の表層で特定方向に層状組織を示した材料が製品
化されている。例えば、圧延条件を工夫した鉄鋼製品で
は、表面近傍と板厚中心付近で金属組織の形状が異な
り、板厚中心付近では、比較的球状の結晶粒であるが、
表層近傍では、圧延方向（以下Ｌ方向と称す）の結晶粒
径が圧延方向と直交した方向（以下Ｃ方向と称す）の結
晶粒径に比べ数倍の大きさを持つものがある。つまり、
Ｌ方向に結晶が延びたような金属組織を示すものがあ
り、このような組織を持つ事によって靭性の向上などの
機械的材料特性の改善を図っている。このとき、Ｌ方向
の結晶粒径とＣ方向の結晶粒径との比、すなわち結晶粒
径アスペクト比（以下アスペクト比と称す）が、機械的
材料特性に大きな影響をあたえる。アスペクト比が２以
下と小さい場合には十分な靭性特性向上が図れない、ま
た、逆にアスペクト比が２０以上と大きすぎる場合に
は、Ｃ方向の引張り強度の低下が問題となる。そこで、
製造管理や品質保証を行うために、金属組織観察による
アスペクト比の測定が必要である。
【０００３】一般に、金属組織観察は、アルコールに硝
酸が３〜５％濃度となるエッチング溶液などを利用して
材料の表面を溶かして光学顕微鏡を用いて行われる。こ
れは、粒界と結晶との溶解度の相違を利用したもので、
これにより金属組織に応じた凹凸が形成され、結晶粒の
観察が可能となり、アスペクト比が測定可能となる。こ
のとき、被検体の表面は、鏡面仕上げをする必要があ
り、また、光学顕微鏡での観察となるため、被検体を切
り出すなどの機械加工が必要となる。したがって、この
ような測定方法は、破壊検査であり、製品への検査が基
本的に適用できない。たとえ切り出しが可能な場合で
も、非常に煩雑な処理が必要である。
酸が３〜５％濃度となるエッチング溶液などを利用して
材料の表面を溶かして光学顕微鏡を用いて行われる。こ
れは、粒界と結晶との溶解度の相違を利用したもので、
これにより金属組織に応じた凹凸が形成され、結晶粒の
観察が可能となり、アスペクト比が測定可能となる。こ
のとき、被検体の表面は、鏡面仕上げをする必要があ
り、また、光学顕微鏡での観察となるため、被検体を切
り出すなどの機械加工が必要となる。したがって、この
ような測定方法は、破壊検査であり、製品への検査が基
本的に適用できない。たとえ切り出しが可能な場合で
も、非常に煩雑な処理が必要である。
【０００４】一方、非破壊での結晶粒径測定方法として
超音波の減衰を測定することが知られている。これは、
超音波が被検体中を伝播するとき、結晶粒界による散乱
や吸収による減衰が生じることを利用したものである。
伝播距離Ｘの時の減衰は、次式で表される。 Ｉ＝Ｉo ×ｅｘｐ（−α×Ｘ） （１） α：減衰係数、Ｉo ：入射超音波振幅、Ｉ：伝播後の超
音波振幅 Ｘ：超音波伝播距離
超音波の減衰を測定することが知られている。これは、
超音波が被検体中を伝播するとき、結晶粒界による散乱
や吸収による減衰が生じることを利用したものである。
伝播距離Ｘの時の減衰は、次式で表される。 Ｉ＝Ｉo ×ｅｘｐ（−α×Ｘ） （１） α：減衰係数、Ｉo ：入射超音波振幅、Ｉ：伝播後の超
音波振幅 Ｘ：超音波伝播距離
【０００５】入射超音波振幅Ｉo と伝播後の超音波振幅
Ｉを測定し、伝播距離Ｘを式（１）に代入し、減衰係数
αを求めている。減衰係数と結晶粒径との間には、相関
式が知られており、その式を利用して結晶粒径を求めて
いる。これらによる減衰は、用いる超音波の波長と測定
対象となる粒径によって異なる相関がある。たとえば、
波長と粒径範囲が近い値を示す場合には、次式の関係が
知られている。 α＝Ｃ×Ｄ×ｆ （２） Ｃ：実験定数、Ｄ：結晶粒径、ｆ：超音波の周波数
Ｉを測定し、伝播距離Ｘを式（１）に代入し、減衰係数
αを求めている。減衰係数と結晶粒径との間には、相関
式が知られており、その式を利用して結晶粒径を求めて
いる。これらによる減衰は、用いる超音波の波長と測定
対象となる粒径によって異なる相関がある。たとえば、
波長と粒径範囲が近い値を示す場合には、次式の関係が
知られている。 α＝Ｃ×Ｄ×ｆ （２） Ｃ：実験定数、Ｄ：結晶粒径、ｆ：超音波の周波数
【０００６】一般には、伝播距離Ｘ、入射超音波振幅Ｉ
o 、伝播後の超音波振幅Ｉを正確に求めるために、被検
体の厚み方向に縦波や横波を伝播してきた表面波を検出
し、励起された表面波振幅に対する伝播後の表面波の振
幅の変化測定を行うものである。しかしながら、表面波
では、多重反射が利用出来ないことから、励起された表
面波の振幅を精度良く捉えることができないことや伝播
距離を明確に定めることができないことなどで、結晶粒
径測定には適していない。
o 、伝播後の超音波振幅Ｉを正確に求めるために、被検
体の厚み方向に縦波や横波を伝播してきた表面波を検出
し、励起された表面波振幅に対する伝播後の表面波の振
幅の変化測定を行うものである。しかしながら、表面波
では、多重反射が利用出来ないことから、励起された表
面波の振幅を精度良く捉えることができないことや伝播
距離を明確に定めることができないことなどで、結晶粒
径測定には適していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】Ｌ方向とＣ方向での結
晶粒径のアスペクト比を測定する時に、光学顕微鏡を用
いると、被検体の切り出し、表面研磨、表面エッチング
などの煩雑な処理が必要となり、基本的に破壊検査であ
り、最終製品の品質保証や製造管理として利用できない
と言う問題がある。また、非破壊検査として超音波の縦
波や横波を利用した場合には、板の厚み方向での多重反
射により粒径を求めるため、表層部のみの粒径測定は困
難であると言う問題がある。また、表面波による結晶粒
径測定は、伝播距離を正確に測定できないことから原理
的に困難である。
晶粒径のアスペクト比を測定する時に、光学顕微鏡を用
いると、被検体の切り出し、表面研磨、表面エッチング
などの煩雑な処理が必要となり、基本的に破壊検査であ
り、最終製品の品質保証や製造管理として利用できない
と言う問題がある。また、非破壊検査として超音波の縦
波や横波を利用した場合には、板の厚み方向での多重反
射により粒径を求めるため、表層部のみの粒径測定は困
難であると言う問題がある。また、表面波による結晶粒
径測定は、伝播距離を正確に測定できないことから原理
的に困難である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題を解
決するためになされたものであって、圧延方向とそれに
直交する方向において結晶粒径が異なる金属組織を示す
圧延板表面において、ある方向とそれに直交する方向と
の間の角度で、超音波表面波の伝播方向を変化させた時
の検出表面波の振幅の相対変化を測定し、その振幅の最
大値と最小値の比を計算し、予め求めた振幅比とアスプ
クト比との関係図に該計算値を当てはめて被検体の結晶
粒径のアスペクト比を測定する方法である。
決するためになされたものであって、圧延方向とそれに
直交する方向において結晶粒径が異なる金属組織を示す
圧延板表面において、ある方向とそれに直交する方向と
の間の角度で、超音波表面波の伝播方向を変化させた時
の検出表面波の振幅の相対変化を測定し、その振幅の最
大値と最小値の比を計算し、予め求めた振幅比とアスプ
クト比との関係図に該計算値を当てはめて被検体の結晶
粒径のアスペクト比を測定する方法である。
【０００９】
【作用】被検体表面での表面波の送受は、一般的に二つ
の探触子を対向させて行う。このように送受される表面
波は、材料の表面近傍に弾性エネルギーが集中して二つ
の探触子の間の表面にそって伝播する。そのため、被検
体の表面近傍の結晶粒径による散乱の影響を強く受け
る。そこで、表面波の伝播状態を把握することによって
結晶粒径の測定が考えられる。しかし、表面波の場合、
伝播距離を正確に限定することができないので、結晶粒
径の測定には利用できないのでアスペクト比測定は困難
であるというのが一般的認識である。
の探触子を対向させて行う。このように送受される表面
波は、材料の表面近傍に弾性エネルギーが集中して二つ
の探触子の間の表面にそって伝播する。そのため、被検
体の表面近傍の結晶粒径による散乱の影響を強く受け
る。そこで、表面波の伝播状態を把握することによって
結晶粒径の測定が考えられる。しかし、表面波の場合、
伝播距離を正確に限定することができないので、結晶粒
径の測定には利用できないのでアスペクト比測定は困難
であるというのが一般的認識である。
【００１０】このような一般的認識に対して、本発明
は、個々の方向の結晶粒径を求めることではなく、表面
波の伝播方向のみを変化させたときの検出表面波振幅の
角度依存性を測定し、その最小振幅と最大振幅の値の比
を求めることによってアスペクト比が測定可能であるこ
とを見いだしたものである。最初に、異なったアスペク
ト比を示す試験片を複数準備し、それら各試験片で表面
波の伝播方向を変えて表面波振幅を測定し、それらの測
定結果の中で最小振幅と最大振幅の値の比を計算し、そ
の計算値とアスペクト比との関係図を求める。つぎに、
アスペクト比が不明の被検体において、表面波の伝播方
向を変化させたときの表面波振幅の角度依存性を測定
し、その最小振幅と最大振幅の値の比を計算し、既に求
めた上記関係図にこの計算値を当てはめ、アスペクト値
を求めるものである。
は、個々の方向の結晶粒径を求めることではなく、表面
波の伝播方向のみを変化させたときの検出表面波振幅の
角度依存性を測定し、その最小振幅と最大振幅の値の比
を求めることによってアスペクト比が測定可能であるこ
とを見いだしたものである。最初に、異なったアスペク
ト比を示す試験片を複数準備し、それら各試験片で表面
波の伝播方向を変えて表面波振幅を測定し、それらの測
定結果の中で最小振幅と最大振幅の値の比を計算し、そ
の計算値とアスペクト比との関係図を求める。つぎに、
アスペクト比が不明の被検体において、表面波の伝播方
向を変化させたときの表面波振幅の角度依存性を測定
し、その最小振幅と最大振幅の値の比を計算し、既に求
めた上記関係図にこの計算値を当てはめ、アスペクト値
を求めるものである。
【００１１】表面波による被検体表面近傍の振動方向に
たいして、Ｌ方向に伝播するときの結晶粒径とＣ方向に
伝搬するときの結晶粒径を比較すると、Ｌ方向の結晶粒
径がＣ方向のそれよりも大きいので、減衰が大きいと考
えられる。したがって、Ｌ方向に伝播した表面波の検出
振幅が最小値を示し、Ｃ方向に伝播した表面波の検出振
幅が最大値を示す。そこで、これらの検出された最大値
と最小値をもとに上記に示した計算を行うとアスペクト
比の測定が可能となる。また、本発明では、検出振幅を
規格化しているため、減衰量測定にともなう種々の外乱
をキャンセルすることができ、精度良くアスペクト比の
測定が可能となる。
たいして、Ｌ方向に伝播するときの結晶粒径とＣ方向に
伝搬するときの結晶粒径を比較すると、Ｌ方向の結晶粒
径がＣ方向のそれよりも大きいので、減衰が大きいと考
えられる。したがって、Ｌ方向に伝播した表面波の検出
振幅が最小値を示し、Ｃ方向に伝播した表面波の検出振
幅が最大値を示す。そこで、これらの検出された最大値
と最小値をもとに上記に示した計算を行うとアスペクト
比の測定が可能となる。また、本発明では、検出振幅を
規格化しているため、減衰量測定にともなう種々の外乱
をキャンセルすることができ、精度良くアスペクト比の
測定が可能となる。
【００１２】
【実施例】本発明を利用して結晶粒径のアスペクト比を
測定した例を以下に示す。図１は、測定に用いた表面波
探触子の構成を示している。二つの探触子１、２を治具
３によって対向させて固定し、これを回転固定治具４に
よってガイドすることによって被検体表面上で３度ステ
ップで９０度回転させる。このとき、微小回転毎に表面
波の伝播を探触子１から探触子２の方向へ行い、探触子
２での受信信号レベルを測定した。図２は、本装置を用
いて、ある鋼種で圧延条件を変化させてアスペクト比の
異なる試験片において、表面波伝播の角度依存性測定結
果から得られた伝播振幅の最大値と最小値の比と既知の
アスペクト比との関係図である。
測定した例を以下に示す。図１は、測定に用いた表面波
探触子の構成を示している。二つの探触子１、２を治具
３によって対向させて固定し、これを回転固定治具４に
よってガイドすることによって被検体表面上で３度ステ
ップで９０度回転させる。このとき、微小回転毎に表面
波の伝播を探触子１から探触子２の方向へ行い、探触子
２での受信信号レベルを測定した。図２は、本装置を用
いて、ある鋼種で圧延条件を変化させてアスペクト比の
異なる試験片において、表面波伝播の角度依存性測定結
果から得られた伝播振幅の最大値と最小値の比と既知の
アスペクト比との関係図である。
【００１３】被検体は圧延方向に層状組織が延びてお
り、そのため、Ｌ方向とＣ方向での結晶粒径のアスペク
ト比が大きく異なる材料である。この例では、Ｌ方向の
平均長さが約７０μｍで、Ｃ方向の平均長さが約２０μ
ｍの楕円体の金属組織を呈している材料である。ここで
は、上記の手順で表面波の伝播振幅の角度依存性を測定
し、Ｌ方向とＣ方向の判定並びにアスペクト比の測定を
行った。用いた探触子の周波数は、１０ＭＨｚで、平均
の表面波の音速は、約３０００ｍ／ｓであった。図３に
測定結果を示す。縦軸は探触子２で受信した信号の最大
値で規格化したもので、横軸は探触子の回転角度示して
いる。最大値と最小値は、直交した位置にあり、Ｌ方向
とＣ方向にそれぞれ対応している。最大値と最小値の比
は約４であり、すでに求めた図２に当てはめるとアスペ
クト比が約３であり、これは光学顕微鏡によるアスペク
ト比と良く対応した値である。したがって、本発明によ
るアスペクト比測定が可能であることがわかる。
り、そのため、Ｌ方向とＣ方向での結晶粒径のアスペク
ト比が大きく異なる材料である。この例では、Ｌ方向の
平均長さが約７０μｍで、Ｃ方向の平均長さが約２０μ
ｍの楕円体の金属組織を呈している材料である。ここで
は、上記の手順で表面波の伝播振幅の角度依存性を測定
し、Ｌ方向とＣ方向の判定並びにアスペクト比の測定を
行った。用いた探触子の周波数は、１０ＭＨｚで、平均
の表面波の音速は、約３０００ｍ／ｓであった。図３に
測定結果を示す。縦軸は探触子２で受信した信号の最大
値で規格化したもので、横軸は探触子の回転角度示して
いる。最大値と最小値は、直交した位置にあり、Ｌ方向
とＣ方向にそれぞれ対応している。最大値と最小値の比
は約４であり、すでに求めた図２に当てはめるとアスペ
クト比が約３であり、これは光学顕微鏡によるアスペク
ト比と良く対応した値である。したがって、本発明によ
るアスペクト比測定が可能であることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】本発明により被破壊で容易に材料表面近
傍の結晶粒径のアスペクト比を測定することができ、層
状組織を示す圧延鋼板の製造管理や品質保証が可能とな
る。
傍の結晶粒径のアスペクト比を測定することができ、層
状組織を示す圧延鋼板の製造管理や品質保証が可能とな
る。
【図１】本発明の測定方法を実現した一実施例を示す
図。
図。
【図２】アスペクト比と表面波の伝播振幅の最大値と最
小値の比との関係の一例を示す図。
小値の比との関係の一例を示す図。
【図３】測定の一例を示す図。
１ 表面波送信用探触子 ２ 表面波受信用探触子 ３ 探触子固定治具 ４ 探触子回転固定治具
Claims (1)
- 【請求項１】 金属材料表面において、対向させた表面
波探触子を対向の中心を回転軸として回転させて超音波
表面波の伝播方向を変化させた時の伝播振幅を測定し、
その振幅の最大値と最小値の比を計算し、該計算値を、
既知の結晶粒径で求めた結晶粒径の最大長さと最小長さ
の比と表面波の振幅最大値と最小値の比との関係線図に
当てはめることにより、前記金属材料の結晶粒径の最大
長さと最小長さの比を求めることを特徴とする金属組織
測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5099825A JPH06308100A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 金属組織測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5099825A JPH06308100A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 金属組織測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06308100A true JPH06308100A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14257606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5099825A Withdrawn JPH06308100A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 金属組織測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06308100A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101858861B1 (ko) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | 주식회사 포스코 | 강판의 결정 입경 측정 장치 |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP5099825A patent/JPH06308100A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101858861B1 (ko) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | 주식회사 포스코 | 강판의 결정 입경 측정 장치 |
| WO2018117756A1 (ko) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | 주식회사 포스코 | 강판의 결정 입경 측정 장치 |
| CN110088565A (zh) * | 2016-12-22 | 2019-08-02 | 株式会社Posco | 用于测量钢板的晶粒尺寸的装置 |
| JP2020502531A (ja) * | 2016-12-22 | 2020-01-23 | ポスコＰｏｓｃｏ | 鋼板の結晶粒径測定装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |