JPH0660888B2 - ステンレス鋼材のシグマ相検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステンレス鋼材のシグマ（σ）相の有無を従
来公知の渦流探傷装置を用いて検査し、被検査材の全長
にわたって高精度且つ迅速な検査を可能にした検査方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

ステンレス鋼は約12％以上のCrを含有し、耐食性を目的
とした鋼であり、その主要成分によってCr系とCr−Ni系
の２種類に大別され、また金属組織によってはマルテン
サイト系，フェライト系，オーステナイト系，オーステ
ナイト・フェライト系，析出硬化系の５種類に分類され
る。ステンレス鋼は、広範囲の環境条件下において不動
態を形成し得るので、優れた耐食性を有し、化学工業を
はじめとする各種産業機器，一般家庭用品，建築及び自
動車部品等のほか原子力発電，海洋開発用機器等にも応
用されている。

ところで、このようなステンレス鋼の製造は、熱間加工
後に固溶化熱処理をして急冷するか、または熱間加工後
に更に冷間加工を施し、その後固溶化熱処理を行って急
冷し、目的とする金属組織を得るようにしている。とこ
ろが、ステンレス鋼は金属組織によって決定されるある
一定の温度範囲内で長時間加熱されると、シグマ（σ）
相が析出し、衝撃値が急激に低下して脆化（σ脆性）す
るという性質がある。このため、固溶化熱処理時の昇温
不足やその後に行われる急冷時の冷却不足等があると、
σ相が多量に析出する。このσ相の析出は、第５図の衝
撃値−σ相析出面積率の一例に示す如く、僅かでもある
と衝撃値の急激な低下をもたらす。第５図によれば、σ
相析出面積率が１％未満のところで衝撃値は急激に低下
している。而して、このようなσ相の析出したステンレ
ス鋼を、原子力発電用として或いはその他の分野の特に
靭性を必要とする機器等に使用したりすると、重大な事
故を起こすこととなり、好ましくない。

このため、従来にあっては、σ相の析出原因となる固溶
化熱処理条件をチェックするか、または加工固溶化熱処
理後のステンレス鋼材をサンプリングしてミクロエッチ
し、これを顕微鏡観察することで、ステンレス鋼材のσ
相析出有無を検査するようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、固溶化熱処理条件をチエックする場合は、固
溶化熱処理するステンレス鋼材の全数を専任の作業員が
チェックしなければならず、膨大な手間を必要としてい
た。また温度の計測は、熱処理するステンレス鋼材の一
部分で行っている。このため、正常な測温チャートが得
られたとしてもそれはステンレス鋼材の一部のデータで
あり、ステンレス鋼材全体のデータではないので信頼性
に欠けるという欠点があった。

固溶化熱処理後のステンレス鋼材の一部分をサンプリン
グしてミクロエッチにより検査する方法でも同様に、ス
テンレス鋼材の全数を検査しなければならない。この場
合には、サンプリングする工程と、これをミクロエッチ
する工程と、検査する工程とが少なくとも必要であり、
全体として膨大な工数と時間が必要である。しかも、こ
のサンプリングによる方法もステンレス鋼材の一部分の
データしか得られず、前述の場合と同様に信頼性に欠け
るという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は従来のσ相検査方法の前記問題点に鑑みてこれ
を改良除去したものであって、従来公知の渦流探傷装置
を用いて、正確且つ迅速にθ相析出の有無を判定し得る
検査方法を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するための本発明の手段は、それぞれ
がブリッジ回路の相隣り合う２辺を形成すべく接続され
た２つのコイルに通電して前記ブリッジ回路を発振器か
ら出力される交流電圧により基準状態にバランスさせ、
該基準状態にある２つのコイルのいずれか一方のコイル
をシグマ相が所定量以上に析出しているステンレス鋼材
及び析出していないステンレス鋼材の表面に順次対向配
置し、その時のブリッジ回路出力を前記交流電圧に同期
検波した第１出力と９０度移相して検波した第２出力と
をＸ−Ｙ座標上へ入力せしめてトレースした軌跡の終点
を夫々の不平衡電位となし、これら不平衡電位の座標を
結ぶ直線を不平衡電位変化基準線として予め設定してお
き、その後前記２つのコイルのいずれか一方を被検査材
の表面に対向配置してその時の前記ブリッジ回路出力を
基に求めた不平衡電位を検出し、この不平衡電位を前記
不平衡電位変化基準線と比較して被検査材中のシグマ相
の析出度を判定するようにしている。

なお、コイルをステンレス鋼材の表面に対向配置する手
段としては、 (1)貫通型コイルの軸心を管棒材の軸心方向と一致させ
て、管棒材に貫通型コイルを外挿する方法。

(2)内挿型コイルの軸心を管材の軸心方向と一致させ
て、管材に内挿型コイルを内挿する方法。

(3)プローブコイルの軸心を鋼材の表面に直交させて、
プローブコイルを鋼材に対向配置する方法。

等が可能である。

〔作 用〕

第２図のブロック回路に示す如く、基準状態にバランス
させたコイルL1及びL2のいずれか一方を、シグマ（σ）
相が所定量以上の多量に析出したステンレス鋼材（被検
査材と同じ材料）とσ相が析出していないステンレス鋼
材の表面に順次対向配置する。そのとき、ＣＲＴ14に現
れる軌跡をプロットすると、例えば第１図のようにな
る。ここで、軌跡とは、ブリッジ回路１の出力を、この
ブリッジ回路１を基準状態にバランスさせるべく発振器
６から出力される交流電圧に同期検波した第１出力と９
０度移相して検波した第２出力とを各々Ｘ−Ｙ座標上へ
入力せしめてトレースしたものである。軌跡ａがσ相の
析出していないステンレス鋼材の場合、軌跡ｂが多量に
析出している場合のものである。この両軌跡の終点（不
平衝電位）を今、Ａ点及びＢ点とし、両点Ａ，Ｂを直線
で結ぶと不平衡電位変化基準線Ｚが得られる。

次に、被検査材の表面に前記コイルL1及びL2のいずれか
一方を対向配置し、σ相の検査を行うと、ＣＲＴ14に表
示される軌跡終点はσ相の有無に応じて前記不平衡電位
変化基準線Ｚ上を移動する。従って、不平衡電位変化基
準線Ｚ上に、検査合否の判定基準位置をＸ，Ｙ座標値と
して設定すれば、σ相の検査判定を行うことが可能であ
る。またこの検査は前記軌跡終点を座標値として捉え、
演算装置等により自動的に判定することと、またペンレ
コーダー15により連続した記録として取り出すことが可
能でなる。

以下に本発明の構成をステンレス鋼管を貫通型コイルを
用いて検査する実施例に基づいて図面を参照して説明す
ると、次の通りである。

〔実施例〕

第２図は本発明方法を適用した検査装置（従来公知の渦
流探傷装置）の全体を示すブロック回路図である。同図
に示す如く、検査装置はブリッジ回路１の相隣り合う２
辺を形成すべく接続された２つのコイルL1及びL2を有し
ている。このコイルL1及びL2はいずれも同仕様であり、
第３図に示す如く、ボビン２に巻回され、被検査材３を
挿通し得るべくなされている。４及び５は、前記コイル
L1及びL2に対向してブリッジ回路１の相隣り合う２辺を
形成すべく接続された２つの平衡調整用素子である。コ
イルL1及び平衡調整用素子４の接続点と、コイルL2及び
平衡調整用素子５の接続点との間には、発振器６が接続
されており、ブリッジ回路１には交流電圧が印加され
る。またコイルL1及びL2の接続点と、平衡調整用素子４
及び５の接続点との間には、交流用の増幅器７が接続さ
れ、ブリッジ回路１の出力を増幅するようになってい
る。

８は可変移相器であって、発振器６の出力をその入力と
しており、増幅器７の出力をこの発振器６の出力と同期
させてＸ軸信号値として取り出すための同期検波器９に
その位相信号を出力する。10は可変移相器８の出力を入
力とし、その位相を90度シフトする移相器であって、増
幅器７の出力をＹ軸信号の出力として取り出すための同
期検波器11にその位相信号を出力する。12及び13は、そ
れぞれ同期検波器９，10の出力を直流増幅するための増
幅器であり、オシロスコープのＣＲＴ14及びペンレコー
ダー15のＸ軸入力端又はＹ軸入力端に接続されている。
この回路構成は、前述した通り渦流探傷装置の回路とし
て公知である。

次に上述の如く構成された検査装置による本発明方法の
検査原理を、被検査材を例えばステンレス鋼管とした場
合に基づいて第１図乃至第３図を参照して説明する。

検査の順序としては、先ず、実際に検査するステンレス
鋼管３と同じ成分のステンレス鋼管を製造し、そのと
き、固溶化熱処理時の保持温度，冷却速度等の熱処理条
件を意識的に変化させ、σ相の析出していないステンレ
ス鋼管３と、σ相の多量に析出しているステンレス鋼管
３とを準備する。そして、これらのステンレス鋼管３に
基づいて、σ相判定の基準となる不平衡電位変化基準線
Ｚを求める。

不平衡電位変化基準線Ｚの求め方は、先ず、コイルL1及
びL2を空心状態とし、この状態で発振器６を起動させ、
オシロスコープのＣＲＴ14を観察しつつ平衡調整用素子
４，５を操作してブリッジ回路１のバランスをとる。こ
れにより、検査装置は検査準備が完了する。然る後は、
コイルL1（コイルL1又はL2のいずれか一方）をそのまま
の空心状態とし、他方のコイルL2へσ相の析出していな
いステンレス鋼管（固溶化熱処理の済んだ製品管）３の
一端側を挿入する。この状態で発振器６を起動させる
と、コイルL2内においてステンレス鋼管３に渦電流が発
生し、コイルL2に電圧が誘起され、該コイルL2のインピ
ーダンスが変化する。このため、空心状態のコイルL1と
前記コイルL2とのインピーダンスに差を生じ、ブリッジ
回路１は不平衡となる。そして、この不平衡に基づくブ
リッジ回路１の出力電圧は、交流用の増幅器７に入力さ
れて増幅され、同期検波器９及び11に入力される。

このとき、同期検波器９は可変移相器８により発振器８
と同期調整され、Ｘ軸信号として取り出される。一方、
同期検波器11は更に移相器10を介在させることにより90
度位相の異なるＹ軸信号として取り出される。同期検波
器９及び11の出力は、それぞれ直流増幅器12及び13によ
り直流増幅され、オシロスコープのＣＲＴ14及びペンレ
コーダー15へ入力される。ＣＲＴ14では、直流増幅器12
の出力がＸ軸座標に表され、直流増幅器13の出力がＹ軸
座標に表される。第１図において、ａが前記σ相の析出
していないステンレス鋼管３を挿入したときのＣＲＴ14
上での軌跡である。

次に、上述と同要領でσ相の所定量以上の多量に析出し
ているステンレス鋼管３を準備し、これの管端を平衡調
整されたコイルL1又はL2のいずれか一方に挿入し、ＣＲ
Ｔ14上でその軌跡をプロットする。そのときの軌跡は、
第１図のｂで示す軌跡となる。

今、σ相の析出していない場合の軌跡ａと、σ相の多量
に析出している場合の軌跡ｂの軌跡終点（不平衡電位）
をそれぞれＡ，Ｂとすると、軌跡終点Ａ，Ｂを結ぶ直線
Ｚを予め得る。この直線Ｚを不平衡電位変化基準線とす
る。

然る後は、固溶化熱処理の終了した被検査材としてのス
テンレス鋼管３の実検査を行う。実検査は、ペンレコー
ダー15を起動させ、ステンレス鋼管３を図示しないＶロ
ーラ上で一定速度にて搬送させ、連続した不平衡電位を
記録する。このように連続した検査工程でのＣＲＴ14上
に表れる電位変化（輝点の移動）は、前記不平衡電位変
化基準線Ｚ上を移動し、σ相の析出が少ない程に第１図
のＡ点に近く、またσ相の析出が多い程にＢ点に近くな
る。このことは、後述する実験結果からも明らかであ
る。従って、ＣＲＴ14上での輝点の移動を観察するか又
はこれに対応して記録されるペンレコーダー15のチャー
ト図を見ることにより、σ相析出の有無を判定すること
が可能である。ＣＲＴ14での判定は、不平衡電位変化基
準線Ｚにおける所定のＸ，Ｙ座標値を判定基準位置とし
て設定し、この判定基準位置よりＸ軸座標値が大きくな
る方へズレた場合を、許容できないσ相が析出されたと
して不良品と判定することが可能である。また実検査で
のブリッジ回路１に発生した不平衡電位のＸ，Ｙ軸座標
値と、予め求めた前記不平衡電位変化基準線ＺのＸ，Ｙ
軸座標値とを演算処理装置（ＣＰＵ）へ入力し、自動的
に判定することも可能である。ペンレコーダー15での判
定は、チャートの出力を見ればよい。

なお、ブリッジ回路１の平衡調整は、コイルL1及びL2を
空心状態とする他にも、両コイルL1及びL2にσ相の析出
していない被検査材に挿入して行うことも可能である。
また被検査材は、コイルL1又はL2内へ挿通させて所謂渦
流探傷の外面探傷方式と同じ方式により検査するように
したが、コイルL1又はL2を被検査材の内面へ挿通して所
謂渦流探傷の内面探傷方式と同じ方式により検査するこ
とも可能である。

次に上述のσ相検査方法の原理が正しいことを証明する
実験結果について説明する。

実験は、第１表に示す成分割合の二相ステンレス鋼管を
製造し、そのときの熱処理条件を意識的に変化させ、σ
相の析出していないものから段階的にσ相の析出量を多
くし、合計11本の二相ステンレス鋼管で行った。

また実験の条件は下記の通りである。

鋼管の外径：64mm 鋼管の肉厚：6.5 mm 使用コイル：外径48mm，幅２mm 周波数： 920Hz 探傷器： ZETEC製 EM3300 バランス方式：空心−空心バランス 検査方法：コイル内挿方法 実験結果は、第４図に示す通りであり、ｃはσ相を析出
していない二相ステンレス鋼管の軌跡、ｄはσ相を最も
多量に析出している二相ステンレス鋼管の軌跡、Ｚ_１は
不平衡電位変化基準線である。尚、この場合の不平衡電
位変化基準線Ｚ_１は、第１図に示す不平衡電位変化基準
線Ｚの場合とその座標位置が異なるが、これは探傷器の
周波数，コイル形状，鋼管の肉厚，成分等により被検査
材に発生する透磁率が変化するためである。前記条件の
下で、ブリッジ回路１のコイルL1又はL2を、前記製造し
た11本のうちの残りの９本（σ相の析出していないもの
と、最も多量にσ相が析出されたものとを除く９本）の
二相ステンレス鋼管内へ順次挿入してオシロスコープの
ＣＲＴ14上に表れる軌跡終点（不平衡電位のことであ
り、ＣＲＴ14上ではその輝点のことである）をプロット
したところ、そのＸ，Ｙ軸座標は第４図の乃至であ
った。このことから、σ相析出による不平衡電位の変化
は、前記不平衡電位変化基準線Ｚ_１上を移動するもので
あることが明らかである。そして、この乃至の各二
相ステンレス鋼管の一部をそれぞれサンプリングしてミ
クロエッチによりσ相析出の有無を確認したところ、こ
れら乃至の二相ステンレス鋼管の全てにσ相の析出
があり、析出量はからの順序で多くなっていた。

この実験結果から、前述した本発明の検査原理の正しい
ことが明らかである。

このように、従来の渦流探傷装置を用いて、σ相析出の
有無を判定する全くあらたな方法を実施することができ
る。この方法によれば、渦流探傷の場合と同じく、検査
ラインでのσ相判定を全自動化することが可能であり、
また正確な検査が可能である。検査ラインの全自動化に
より著しい検査効率の向上が図れる。

なお、本発明は上述の実施例及び実験条件に限定される
ものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、被検
査材はステンレス鋼管以外にも棒状材，板状材等のステ
ンレス鋼材の検査が可能であり、またステンレス鋼材の
金属組織及び成分等に影響されるものでないことも当然
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明にあっては、ブリッジ回路か
らの不平衡出力により被検査材の疵、寸法誤差等を判定
するだけであった従来公知の渦流探傷装置を用いて、σ
相の析出度を正確に判定することができ、検査ラインの
全自動化及び鋼材の全数検査が可能となり、製造ライン
上での鋼材全数につき、各全体を迅速かつ正確に検査で
きる。このため、検査精度と信頼性の向上が図れる。検
査ラインの全自動化により著しい検査効率の向上が得ら
れ、また検査精度の向上により品質の向上が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明に係るものであり、第１図は
検査原理を説明するためのＣＲＴ上に表れた不平衡電位
の座標図面、第２図は検査装置の全体を示すブロック
図、第３図はコイルと被検査材との関係を示す縦断面
図、第４図は検査原理を確認するための実験結果を示す
ＣＲＴ上に表れた不平衡電位の座標図面、第５図はステ
ンレス鋼の衝撃値とσ相析出面積率との関係を示す図面
である。 １……ブリッジ回路、L1，L2……コイル ３……ステンレス鋼材 Ｚ，Ｚ_１……不平衡電位変化基準線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれがブリッジ回路の相隣り合う２辺
   を形成すべく接続された２つのコイルに通電して前記ブ
   リッジ回路を発振器から出力される交流電圧により基準
   状態にバランスさせ、該基準状態にある２つのコイルの
   いずれか一方のコイルをシグマ相が所定量以上に析出し
   ているステンレス鋼材及び析出していないステンレス鋼
   材の表面に順次対向配置し、その時のブリッジ回路出力
   を前記交流電圧に同期検波した第１出力と９０度移相し
   て検波した第２出力とをＸ−Ｙ座標上へ入力せしめてト
   レースした軌跡の終点を夫々の不平衡電位となし、これ
   ら不平衡電位の座標を結ぶ直線を不平衡電位変化基準線
   として予め設定しておき、その後前記２つのコイルのい
   ずれか一方を被検査材の表面に対向配置してその時の前
   記ブリッジ回路出力を基に求めた不平衡電位を検出し、
   この不平衡電位を前記不平衡電位変化基準線と比較して
   被検査材中のシグマ相の析出度を判定することを特徴と
   するステンレス鋼材のシグマ相検査方法。