JPH0875713A - 超音波による被検体の結晶粒径測定方法及び装置並びにそれを利用した熱処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検体の結晶粒径を高精度に測定することを
可能にした超音波による被検体の結晶粒径測定方法及び
装置並びにそれを利用した鋼帯等の熱処理方法及び装
置。 【構成】 被検体の超音波散乱減衰の周波数特性を求
め、この超音波散乱減衰の周波数特性に、レ−リ−散乱
式を適用することにより被検体の結晶粒径を求める方法
及び装置において、レ−リ−散乱式を適用する際にその
散乱減衰項のみを用い、そして、超音波散乱減衰量の近
似する周波数範囲を、被検体底面の反射エコーのうち、
２番目の反射エコー周波数特性におけるピーク周波数
と、ピークの半減値をとる２つ周波数の２つの値のうち
高周波側の周波数との間に設定する。又、このような装
置を熱処理炉の前後に配置してその測定結果に基づいて
熱処理炉の燃焼・板速度を制御することにより均一な結
晶粒径の鋼帯を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体の超音波減衰の
周波数特性を計測し、その特性に基いて結晶粒径を測定
する超音波による被検体の結晶粒径測定方法及び装置、
並びにそれらを利用した鋼板又は鋼帯の熱処理方法及び
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば金属材料の超音波探傷や超音波厚
さ測定においては、被検体内を伝搬する超音波はその伝
搬過程において被検体内の結晶粒界の影響を受けて散乱
する。この散乱の度合は、結晶粒径が大きい程大きく、
結晶粒径が小さい程小さい。そこで、この結晶粒界の散
乱の度合を測定することにより結晶粒径を求めることが
できる。また、結晶粒径は材料の強度をはじめとして様
々な材料特性と密接な関係を持っているので、結晶粒径
を求めることにより材料特性を評価することができるた
め、結晶粒径を精度良く求めることは、工業的に極めて
重要である。

【０００３】従来、数々の超音波による被検体の結晶粒
径測定方法が提案されている。例えば、超音波探触子を
バッファ等の遅延材を介して被検体表面に取付け、被検
体に対して超音波パルスを送信し、被検体表面で反射さ
れる表面（Ｓ）エコーと被検体底面で何回も多重反射さ
れる底面（Ｂ）エコーの強度が減衰していく度合からエ
コーの減衰量を求める。そして、その超音波パルスの減
衰量に含まれる超音波拡散減衰を差し引いて、被検体の
超音波減衰量を求めている。

【０００４】また一般に、被検体中を透過する超音波の
減衰量α(f) は、超音波の波長が被検体中の結晶粒径に
比べて大きい場合にはレーリー散乱が成り立ち、以下の
（１）式のような理論式で近似される。 α(f) ＝ｓ・Ｄ3 ・ｆ4 ＋ｃ・ｆ …（１） ここで、第一項は結晶粒による散乱減衰を、第二項は材
料中でのエネルギー吸収を表している。このように表さ
れる超音波減衰量を、前記で求めた超音波の減衰量に近
似させることにより理論式中の結晶粒径Ｄを求めること
ができる。

【０００５】ここで前記の超音波拡散減衰量を求める方
法としては、予め超音波減衰量が測定されている対比試
験片を用いて測定する方法と、遠距離音場での超音波拡
散減衰量が距離の対数にほぼ比例するという関係を利用
する方法とがある（日本非破壊検査協会規格、ＮＤＩＳ
２４１５−８７、超音波パルス反射法による固体の超
音波減衰係数の測定及び表示方法）。しかしながら、対
比試験片を用いる方法は、被検体と同じ形状の対比試験
片を準備する必要があるので、対比試験片の作成には多
大な時間と労力を必要とし、実用的ではない。

【０００６】更に、超音波による減衰量の測定は、超音
波探触子の音響接触状態によりかなり変化するため、対
比試験片と被検体の音響接触状態を同一に揃える必要が
有り、正確な測定が困難である。また、超音波拡散減衰
量を遠距離音場で測定する方法は、探触子径や被検体と
の距離を適切に選択する必要があり制限が多く、測定の
自由度が小さく実用的ではない。また、被検体の超音波
減衰量は、ある特定の周波数により定義されているが、
実際の超音波パルスは様々な周波数成分を含んでいるの
で、超音波減衰量の測定方法は理想的な単一周波数の超
音波減衰量を表しているものではなく、被検体の超音波
減衰量を精度良く求めることはできない。

【０００７】このような不都合を解決するために、超音
波拡散減衰と被検体表面での減衰及び超音波の周波数を
考慮して被検体の超音波減衰量を求める方法が提案され
ている（特開昭５８−１６０８６５号公報）。この方法
においては、超音波パルスを被検体に印加して、被検体
からの３個以上の超音波エコーを検出し、各超音波エコ
ーを周波数解析し、３つの周波数特性上における３周波
数における各超音波減衰量から、超音波拡散減衰の周波
数特性と被検体表面での減衰の周波数特性を考慮して、
被検体の超音波減衰量と超音波拡散減衰量と被検体表面
での減衰量とを連立方程式を解くことにより、各々独立
して求めている。ここで、被検体の超音波減衰量は周波
数の２乗ないしは４乗に比例し、超音波拡散減衰量は周
波数のほぼ−１乗に比例し、表面での減衰量は周波数の
ほぼ１／２乗に比例するという関係を用いている。

【０００８】しかしながら、上述の方法（特開昭５８−
１６０８６５号公報）は、超音波拡散減衰の取扱いに関
して、あくまでも遠距離音場での近似法であり、得られ
た計算結果には誤差が含まれている。また、被検体での
超音波減衰に関しても減衰の要因として様々な要因があ
るが、散乱減衰だけを考慮したものである。そして、被
検体表面での減衰についても必ずしも周波数の１／２乗
に比例するものばかりでなく様々なものが含まれ、計算
結果には誤差が含まれる。このため、この方法において
も被検体の超音波減衰量を精度良く求めることは不可能
である。

【０００９】このような問題点を解決するために、特開
平５−３３３００３号公報に示すような測定方法が提案
されている。これは、被検体の底面での超音波パルスの
反射エコーから、被検体透過前と被検体透過後の超音波
パルスとして、被検体底面の一回目の底面反射エコー
（Ｂ１エコー）及び二回目の底面反射エコー（Ｂ２エコ
ー）を各々周波数解析し、超音波パルスの減衰の周波数
特性を求め、測定系と被検体との位置関係を用いて超音
波拡散減衰の周波数特性を算出し、この算出した超音波
拡散減衰と被検体境界での超音波減衰と被検体表面での
超音波減衰を加算して減衰補正量の周波数特性を算出
し、超音波パルスの減衰の周波数特性から前記の算出さ
れた減衰補正量の周波数特性を減算して、最終的な被検
体での減衰の周波数特性を求めるものである。

【００１０】更に、前記の手法により算出された超音波
減衰量は、超音波の波長が被検体中の結晶粒径に比べて
大きい場合にはレーリー散乱が成り立つことから、以下
のような理論式で近似できる。 α(f) ＝ｓ・Ｄ3 ・ｆ4 ＋ｃ・ｆ この近似式α(f) を前記の算出された超音波減衰量にフ
ィッティングすることにより、被検体の結晶粒径を求め
ることができる。また、前記の近似式α(f) を超音波減
衰量にフィッティングする周波数範囲は、算出された超
音波散乱減衰量の周波数特性の状態を測定を行う者が測
定を繰り返す度毎に観察し、範囲を決定している。な
お、被検体と探触子の位置関係は、測定は研究室など測
定環境の良好な場所で、被検体と探触子は距離を一定と
し水平に調整を行った後は固定させた状態にする。

【００１１】

【発明が解決しようとする問題】前記の測定方法（特開
平５−３３３００３号公報）を、被検体が絶えず連続し
て流れるような圧延や熱処理ラインのようなオンライン
に適用する場合には、被検体のたわみやうねり等の変動
や外部飛来電気ノイズに対して測定精度の確保や、保守
メンテナンスの簡便さが必要である。例えば、探触子の
振動子はある有限な面積を有し、超音波の送受信はこの
振動子面全体で行われる。従って、探触子の振動子面と
被検体の表面とを水平に保つことが必要である。しかし
ながら、オンラインでの測定に際しては、被検体のうね
り・たわみ、被検体が移動することによる探触子との水
平度の変化、また、被検体の厚さが時間的に変化するこ
と等が挙げられる。また、装置の設置スペースやメンテ
ナンスの容易さを考慮したうえで測定精度の確保を図る
ためには、従来の技術では以下に示すような問題点が指
摘される。

【００１２】第一に、被検体の表面と探触子の振動子面
との水平度が変動することにより上記に示す超音波散乱
減衰量α(f) の近似多項式のフィッティングでは、測定
結果に大きなバラツキを生じてしまう（例えば図１７参
照）。第二に、連続したオンラインでの自動測定に際し
ては繰返し測定が必要であるが、測定者が絶えず超音波
散乱減衰量の周波数特性を観察することは不可能である
ため、上記の近似多項式及び近似する周波数範囲を一意
的に決定する必要がある。第三に、連続したオンライン
での被検体の品質管理においては、被検体の結晶粒径の
測定と同時に被検体の厚さを測定することも重要であ
る。このような場合には、超音波厚さ計などの別途のハ
ードウェアを設置する必要があり、過剰設備となってし
まう。

【００１３】第四に、被検体の結晶粒径を測定するに当
たり、一回目の底面反射エコー（Ｂ１エコー）と二回目
の底面反射エコー（Ｂ２エコー）とを各々周波数解析
し、その差分を求めることにより超音波パルスが被検体
内を往復する間の減衰量を求めるが、連続的に移動する
被検体をオンラインにて連続で自動測定する場合には、
被検体は肉厚が薄いものから厚いものまで様々であり、
被検体の結晶粒径も様々に変化する。ここで、被検体の
結晶粒径が一定であるとした場合には、被検体の肉厚が
厚くなれば超音波散乱減衰量も大きくなり、Ｂ１エコー
とＢ２エコーの周波数特性の差が大きくなる。また、薄
くなれば超音波散乱減衰量も小さくなり振幅の差は小さ
くなる。一方、肉厚が一定であるとした場合でも、結晶
粒径が大きくなればなる程超音波散乱減衰量が大きくな
り、周波数特性の差は大きくなる。

【００１４】一般にオンラインにおける測定は、被検体
の性状の変化により得られる底面多重反射エコーの波形
が微妙に変化するため、波形の周波数解析により得られ
るＢ１エコー及びＢ２エコーの周波数特性の状態も微妙
にばらつく為、２つの周波数特性の差にも微妙なバラツ
キを生じる。ここで、波形の周波数解析を行うエコーを
Ｂ１エコーとＢ２エコーというように一意的に決定して
しまうことは、被検体の肉厚が薄く結晶粒径が小さい場
合には超音波散乱減衰量が小さくなり、２つの周波数特
性の差が前記の周波数特性のバラツキの範囲に入ってし
まい、周波数特性の差分が算出できなくなったり、予め
算出しておいた減衰補正量の周波数特性よりも小さくな
り、結晶粒径の算出ができなくなるような場合がある。
また、被検体の肉厚が大きく結晶粒径が大きい場合には
反射回数の多いエコー程、材料の減衰により振幅が小さ
くなりＳＮ比が悪化してしまい周波数解析に影響を及ぼ
し、測定精度が悪化してしまう。

【００１５】第五に、被検体の動きに対して探触子を固
定した場合には、被検体のうねりやたわみによる探触子
と被検体表面の水平度の変化により、測定結果に影響を
及ぼしてしまう。このような場合には、探触子を固定す
る治具にセンサー等を取付け被検体表面の状態を監視
し、探触子の振動面と被検体表面とを絶えず平行に保つ
ような追従機構を設ける必要がある。

【００１６】図１８は上述の従来の追従機構を有する測
定治具の構成例を示した図である。被検体１と探触子３
との間には遅延材３として水２０が供給されている。探
触子３は固定治具２１に固定され、また、この固定治具
２１には距離センサ２２が取り付けられており、被検体
１との間の距離が計測されて、被検体表面と探触子との
水平度を求める水平度演算装置２３に出力される。水平
度演算装置２３は距離センサ２２の出力に基いて所定の
演算処理を施し、シリンダー制御装置２４に制御信号を
送出する。シリンダー制御装置２４はその制御信号に基
いてシリンダ２５のストロークを調整し、固定治具２１
を被検体１に対して水平に保持することにより、探触子
３の振動面と被検体１の表面を水平に保っている。そし
て、探触子３からの信号が信号ケーブル２６を介して取
り出される。しかしながら、このような機構を設けるこ
とは、治具の構造を大きく、しかも複雑にし、その設置
に大きなスペースを必要とし、既存設備の大きな改造を
伴うなどの弊害を生じさせる。

【００１７】第六に、被検体の底面多重反射エコーから
２つの底面エコーを選びだして周波数解析を行う場合に
は、隣り合うエコーが明確に認識できなけばならない。
つまり、底面反射エコーの時間軸方向の波形の数が多い
と隣り合う底面反射エコーのそれぞれのエコーの認識が
困難となり、測定できる被検体の肉厚が大きくなければ
ならない等の制約を受ける。また、エコーの波形の数が
多いことは超音波の送受信を行う探触子の帯域が狭いこ
とになり、その周波数特性に関しても近似多項式をフィ
ッティングできる周波数範囲が狭くなり、測定精度のバ
ラツキが大きくなってしまう。第七に、測定に使用する
探触子の振動子の材質に関して、一般に振動子に圧電素
子を用いた探触子は、電気−振動変換効率が悪く感度が
低い。従って、底面反射エコーのＳＮ比が悪くなってし
まう傾向にある。また、探触子のサイズが大きくなって
しまい、寿命も短いという問題点がある。

【００１８】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたものであり、被検体の結晶粒径を高精度に簡便
に計測し、或いはそれと共に被検体の厚さを超音波厚さ
計等のハードウエアを必要としないで測定することがで
きるようにした超音波による被検体の結晶粒径測定方法
及び装置を提供することを目的とする。本発明は、更
に、上記の超音波による被検体の結晶粒径測定方法及び
装置を使用した鋼板又は鋼帯の熱処理方法及び装置を提
供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決しようとする手段】本発明に係る超音波に
よる被検体の結晶粒径測定方法は、被検体に超音波パル
スを送波し、被検体の底面からの多重反射エコー列の
内、２つの反射エコーをそれぞれ周波数解析し、減算す
ることにより超音波パルスの減衰による周波数特性を求
め、この周波数特性に所定の補正処理を施すことによ
り、被検体の超音波散乱減衰の周波数特性を求め、この
超音波散乱減衰の周波数特性に、レ−リ−散乱式を適用
することにより被検体の結晶粒径を求める方法におい
て、レ−リ−散乱式を適用する際にその散乱減衰項のみ
を用い、そして、超音波散乱減衰量の近似する周波数範
囲を、被検体底面の２つの反射エコーのうち２番目の反
射エコーの周波数特性におけるピーク周波数と、ピーク
の半減値をとる２つの周波数の２つの値のうち高周波側
の周波数との間に設定している。例えば、超音波散乱減
衰量α(f) に近似多項式をフィッティングする周波数範
囲を被検体の底面の二回目の反射エコーの周波数特性に
おけるピーク周波数から−６ｄＢの範囲における上側の
周波数範囲の間に設定する。更に、超音波散乱減衰量α
(f) に近似する多項式を（２）式に示すように定義す
る。 α(f) ＝ｓ・Ｄ3 ・ｆ4 …（２）

【００２０】また、本発明に係る超音波による被検体の
結晶粒径測定方法は、上記の測定方法において、２つの
反射エコーによる超音波散乱減衰量が測定許容レベルに
満たない場合には、被検体の多重反射エコー列から測定
許容レベルを満たす２つの異なる底面反射エコーを自動
的に選択する。例えば、Ｂ１エコーの周波数特性とＢ２
エコーの周波数特性との差により算出した超音波パルス
の周波数特性が上記で定めた周波数範囲において、予め
算出された減衰補正量の周波数特性よりも小さくなった
り、測定許容レベルに達していない場合には、再度、測
定許容レベルを満たす別の２つのエコーを対象に結晶粒
径の算出を行う。

【００２１】また、本発明に係る超音波による被検体の
結晶粒径測定方法は、上記の測定方法において被検体表
面からの反射エコーと被検体底面からの反射エコーとの
時間差を測定し、その時間差に基いて被検体の厚さを測
定する。例えば、被検体の表面で反射するエコーの始点
と、被検体の底面で反射するエコーの始点の時間差を測
定し、その時間差と予め記憶させた被検体の音速とに基
いて、被検体の厚さを測定する。また、本発明に係る超
音波による被検体の結晶粒径測定方法は、上記の測定法
法において、被検体が鋼板又は鋼帯である。

【００２２】また、本発明に係る超音波による被検体の
結晶粒径測定装置は、被検体に超音波パルスを探触子を
介して送波し、反射波を受信する超音波送受信手段と、
この超音波送受信手段の出力に含まれる被検体の底面か
らの多重反射エコー列の内、２つの反射エコーを抽出す
るゲート手段と、２つの反射エコーをそれぞれ周波数解
析し、減算することにより超音波パルスの減衰による周
波数特性を求め、この周波数特性に所定の補正処理を施
すことにより、被検体の超音波散乱減衰の周波数特性を
求め、この超音波散乱減衰の周波数特性に、レ−リ−散
乱式の散乱減衰項を適用し、超音波散乱減衰量の近似す
る周波数範囲を、被検体底面の反射エコーの周波数特性
におけるピーク周波数と、ピークの半減値をとる２つの
周波数の２つの値のうち高周波側の周波数との間に設定
してその式の係数を求め、その係数に基いて被検体の結
晶粒径を求める結晶粒径演算手段とを有する。

【００２３】また、本発明に係る超音波による被検体の
結晶粒径測定装置は、上記の測定装置において、上記の
２つの反射エコーによる超音波散乱減衰量が測定許容レ
ベルに満たない場合には、測定許容レベルを満たす２つ
の異なる反射エコーが得られるまで、ゲート手段を制御
して反射エコーを選択する超音波減衰量演算部を有す
る。また、本発明に係る超音波による被検体の結晶粒径
測定装置は、上記の測定装置において、探触子が固定さ
れた固定治具と、水平方向に回転自在なフレキシブルジ
ョイントを介して固定治具にそれぞれ接続された３つ以
上の車輪とを有し、複数の車輪が各々の方向を自由に変
えることができるように構成されている。また、本発明
に係る超音波による被検体の結晶粒径測定装置は、上記
の測定装置において、探触子は、高分子材料から構成さ
れ、中心周波数強度より６ｄＢ低下した強度に対する上
下の周波数差が中心周波数の８０％以上の特性になるよ
うな広い帯域を有するものとする。

【００２４】また、本発明に係る超音波による被検体の
結晶粒径測定装置は、上記の測定装置において、被検体
が鋼板又は鋼帯である。また、本発明に係る鋼板又は鋼
帯の連続焼鈍装置は、焼鈍炉の後段に上記の被検体の結
晶粒径測定装置を有する。

【００２５】また、本発明に係る鋼板又は鋼帯の熱処理
方法は、熱延又は冷延の鋼板又は鋼帯の連続熱処理工程
において、熱処理前の鋼板又は鋼帯について上述の方法
により、超音波散乱減衰量及び厚さを測定し、更に、熱
処理後の鋼板又は鋼帯について上述の方法により、結晶
粒径及び厚さを測定し、そして、これらの測定値に基づ
いて、熱処理後の鋼板又は鋼帯の結晶粒径が所定の範囲
の値となるよう熱処理炉の炉内温度及び／又は鋼板若し
くは鋼帯の通板速度を制御する。

【００２６】また、本発明に係る鋼板又は鋼帯の熱処理
装置は、熱延又は冷延の鋼板又は鋼帯の熱処理炉の前後
に設置された上述の被検体の結晶粒径測定装置と、熱処
理炉の炉内温度測定装置と、鋼板又は鋼帯の通板速度測
定装置と、熱処理炉の炉内温度及び／又は鋼板若しくは
鋼帯の通板速度制御装置とを有し、更に、結晶粒径測定
装置からの結晶粒径及び板厚信号と、熱処理炉の炉内温
度信号と鋼板又は鋼帯の通板速度信号とに基づいて演算
を行い、熱処理後の鋼板又は鋼帯の結晶粒径が所定の範
囲の値となるよう熱処理炉の炉内温度及び／又は鋼板若
しくは鋼帯の通板速度制御装置を作動させる信号を発生
する演算装置を有する。

【００２７】

【作用】次に、上述の超音波による被検体の結晶粒径測
定方法及び装置を用いることによって測定精度が向上す
る背景について説明する。 《周波数近似範囲について》超音波散乱減衰量α(f) の
算出結果から、どの周波数範囲を用いて（１）式に示す
近似多項式をフィッティングさせるかに関しては、フィ
ッティングする範囲はエコーの周波数特性の範囲内で行
うものとして、被検体の結晶粒径によっては周波数特性
が大きく変動するので、測定値もとに決定する必要があ
る。最適な周波数範囲は（１）式に示す近似多項式が成
り立つ範囲と考えられる。図１９は様々な被検体の超音
波散乱減衰量α(f) が周波数の４次関数になっている周
波数範囲とＢ２エコーの周波数特性との関係を調べた結
果である。ここで、４次関数になっている周波数範囲
は、α(f) を図２０に示すように両対数表示し、傾き４
の直線となっている範囲を目視により決定した。図１９
よりＢ２エコーの周波数特性のピーク周波数から高周波
側の−６ｄＢの周波数の範囲が、ほぼ全ての被検体で４
次関数が成り立っている範囲に相当することが分かる。
この結果から、結晶粒径算出のための周波数範囲はＢ２
エコーのピーク周波数から高周波側の−６ｄＢの周波数
の範囲とすれば良いことが分かる。

【００２８】《近似多項式について》図２１は、様々な
被検体サンプルにおいて、ミクロ写真の顕微鏡により目
視で求めた結晶粒径と近似多項式（１）式を超音波散乱
減衰量α(f) にフィッティングして算出した結晶粒径の
関係であり、図２２は目視粒径と近似多項式（２）式を
フィッティングして求めた結晶粒径との関係である。こ
れらの結果からエネルギー吸収項を無視した（２）式を
用いても結晶粒径の測定精度に影響を与えないことが分
かる。

【００２９】《周波数解析を行うエコーの自動選択機能
について》特に被検体の結晶粒径が小さくかつ肉厚が小
さくなった場合には、超音波散乱減衰量の影響が小さく
なるため、Ｂ１エコーとＢ２エコーの振幅の差が僅かと
なる。この差がエコーの振幅のバラツキの範囲内に入る
とＢ１エコーとＢ２エコーの周波数特性の差分を求めて
も粒径の算出を行うことができなくなってしまう（図２
３参照）。また、差分の周波数特性が予め算出した減衰
補正量の周波数特性よりも小さくなってしまうと同様に
粒径の算出ができない。このような場合には、隣り合う
エコーよりもＢ２エコーとＢ４エコーまたはＢ３エコー
とＢ６エコーのように超音波散乱減衰量の影響を大きく
することにより、測定精度を確保することが必要であ
る。しかしながら、被検体の結晶粒径が大きかったり、
肉厚が大きい場合には、通常のＢ１エコーとＢ２エコー
との差分を取るだけで十分である（図２４）。そこで、
オンラインによる自動測定に関しては、周波数解析を行
うエコーを自動的に選択する機能が必要である。

【００３０】《厚さ計について》本発明に於いては、周
波数解析を行う被検体底面の２つの反射エコーを、図２
に示すような、被検体からの多重反射エコー列から選択
するゲート設定機能を有する。ゲート設定の過程で被検
体底面からの一回目の反射エコーの開始位置を認識する
必要があるため、この開始位置と予め認識した被検体表
面からの反射エコーの立上がり位置の時間差から、被検
体の厚さを容易に求めるとこができ、厚さ測定用の別途
のハードウェアの設置を必要としない。

【００３１】《測定ヘッドについて》通常工場等の圧延
ラインや熱処理ラインにおいては、被検体は鋼帯状の形
状となり連続的に通板されている。通板中の被検体には
微妙なうねり・たわみといった探触子と被検体表面の水
平度を乱す要因が存在する。そしてそういった外乱に対
しては探触子側で被検体表面の水平度を検知するセンサ
ー等を設置し、また、微妙な被検体の傾きに対して探触
子を追従させることのできる追従機構を設ける必要があ
る（図１８参照）。しかしながら、その設置スペース、
コスト的に上記のような機能を有する探触子固定治具の
設置が困難な場合には、簡便で小型な機構を有する治具
が必要である。ここで、後述する図７のように治具に複
数の車輪を取付けることにより被検体表面を走行し、か
つ車輪と治具本体は水平に回転できるジョイントをもっ
て接続するようにする。これにより、進行方向に対して
垂直方向の力が加わっても追従させることが可能とな
る。また、治具本体が測定点から大きく離れないように
測定点と鎖や巻きバネのようなものでつなぎ止めておく
ようにすることにより、探触子と被検体表面は絶えず水
平度を保つように測定治具の走行位置を自由に変えるこ
とができるようになる（図８）。

【００３２】《探触子の種類について》高分子材料を振
動子材料を用いた探触子は、従来のセラミック材料を用
いた探触子に比べ、高い超音波周波数領域においては小
型軽量であり、電気信号対振動変換効率の点で効率がよ
く、超音波の送受信において感度が良くＳＮの点で優れ
ている。また、寿命も長いため有利である。 《探触子の帯域について》本発明においては、被検体の
底面多重反射エコー列から、隣り合うＢ１・Ｂ２エコー
の周波数解析を行うため、エコー列の波形から周波数解
析を行うエコーを的確に抽出ししなければならない。こ
のためには、隣り合うエコーの間隔が広いほうが望まし
い。つまりエコーの間隔を広くするためには、エコーに
おける波数を少なくするほど肉厚の小さな被検体の測定
を可能にすることができる。また、超音波散乱減衰量に
近似多項式をフィッティングする範囲におけるサンプリ
ングデータ数を多くするほど測定精度のバラツキを抑え
ることができる。

【００３３】本発明においては、焼鈍炉の後段に上述の
被検体の粒度測定装置を設けたことにより、焼鈍炉を通
過した直後の鋼帯の板厚方向の平均結晶粒径と板厚とを
連続的に測定すること可能になり、的確な熱処理が行わ
れたかどうかを判断することができる。これにより、鋼
帯全長での結晶粒径による機械的性質の保証が可能とな
る。また、熱処理不良部が発生した場合には、その不良
部を極めて正確に把握することが可能であり、再熱処理
時の加熱範囲・温度を的確に決定することができる。

【００３４】また、本発明においては、熱処理炉の前後
に上述の被検体の結晶粒径測定装置が配置されており、
熱処理炉に侵入する前の鋼帯の超音波減衰量及び板厚
と、熱処理炉を通過した直後の鋼帯の板厚方向の平均結
晶粒度及び板厚とを連続的に測定し、その測定情報に基
づいて、予め被熱処理材の材質、表面性状子、寸法等に
よって設定した熱処理炉の炉温及び鋼帯の通板速度の両
方、若しくはいずれか一方を補正すれば、熱処理後の鋼
帯の結晶粒径が所定の範囲となる。具体的には熱処理炉
に侵入する前の鋼帯の板厚方向の超音波の減衰量と板厚
の測定値とで熱処理炉の燃焼温度の設定値を補正し、熱
処理を通過した直後の鋼帯の板厚方向の平均結晶粒径と
板厚とで板温の設定値を補正する。板温の制御は、熱処
理炉を通過する鋼帯の板速度を調整して行われるので、
結果的に熱処理炉を通過した直後の鋼帯の板厚方向の平
均結晶粒径と板厚で板速度の設定値を補正することにな
る。

【００３５】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の一実施例に係る被検体の超音
波による結晶粒径測定装置の概略構成を示したブロック
図である。被検体１の表面１ａ上に遅延材２を介して超
音波探触子３が取付けられている。遅延材２は厚さ１０
ｍｍ、音速１４８０ｍ／ｓの水であり、超音波探触子３
は被検体１上を走行できる固定治具（図１７参照）に固
定されている。そして、この超音波探触子３は公称周波
数２０ＭＨｚの広帯域型である。

【００３６】超音波送受信部４は、例えばパルサレシー
バ等によって構成され、超音波探触子３へパルス信号を
送出し、超音波探触子３からのエコー信号を受信し、電
気信号に変換してゲート部５へ送出する。ゲート部５は
例えば電気信号をアナログからデジタルに変換するデジ
タルオッシロスコープとエコー波形抽出器から構成さ
れ、１００ＭＨｚのサンプリング周波数を有し一つのエ
コー波形のサンプリング点数は５１２点であるものとす
る。そして、図２に示すように、超音波送受信器４から
の電気信号に含まれる被検体１の底面１ｂで反射された
底面（Ｂ１）エコーと、底面で反射しかつ被検体表面で
反射し再び底面で反射した底面（Ｂ２）エコーとを抽出
する。エコーの具体的な抽出方法は、被検体の表面反射
（Ｓ）エコーとＢ１エコーとの間と、Ｂ１エコーとＢ２
エコーの間には一定の信号レベルが検出されない部分が
存在するため、この部分をもって各々のエコーを分離し
て抽出している。読み取られた各エコーデータは次の超
音波パルス減衰量演算部６へ送出される。

【００３７】超音波パルス減衰量演算部６は、例えばＦ
ＦＴ（高速周波数変換装置）を内蔵しており、図３に示
すように、入力されたＢ１エコーとＢ２エコーの周波数
特性を算出し、図４に示すように各周波数特性の各周波
数ｆにおける差で示される超音波パルスの減衰αm
（ｆ）の周波数特性を算出する。被検体補正量演算部７
は、被検体１の境界面での超音波減衰と超音波ビームの
広がりによる拡散減衰とを算出し、各減衰量を加算して
減衰補正量αc （ｆ）を算出する。算出された減衰補正
量αc （ｆ）は次の減衰補正量記憶部８に格納される。
なお、図５は算出された減衰補正量αc （ｆ）の周波数
特性であり、図４は測定に基いて算出された超音波パル
スの減衰量αm （ｆ）の周波数特性である。

【００３８】超音波減衰量チェック部９は、測定により
算出された超音波パルスの減衰量によって粒径算出がで
きるかどうかをチェックする。具体的には、この次に行
われる超音波散乱減衰量の算出に際して、前述の超音波
パルスの減衰量αm （ｆ）と減衰補正量αc （ｆ）との
差を算出するが、超音波パルスの減衰量αm （ｆ）がＢ
２エコーの周波数特性におけるピーク周波数から高周波
数側に−６ｄＢの周波数範囲において減衰補正量αc
（ｆ）よりもレベルが低い場合には、超音波散乱減衰量
が小さいために粒径の算出ができないものと判断し、演
算をやり直す機能を有する。やり直す場合には、ゲート
部５にてＢ２エコーとＢ４エコーを抽出し、再度、超音
波パルスによる減衰量αm （ｆ）を算出する。そして、
減衰補正量記憶部８に格納されているＢ２・Ｂ４エコー
における減衰補正量αC （ｆ）から粒径算出が可能かど
うかをチェックする。また、これで駄目ならば再度Ｂ３
・Ｂ６エコーを抽出し前述の処理を繰り返す。

【００３９】超音波減衰量チェック部９によって粒径算
出可能と判断された場合には、超音波減衰量演算部１０
に処理が進む。ここでは、超音波パルスの減衰量αm
（ｆ）から減衰補正量αc （ｆ）を減算し、図６に示さ
れるような被検体１の散乱減衰による減衰量α（ｆ）の
周波数特性を算出する。結晶粒径算出部１１は、超音波
減衰量演算部１０によって算出された超音波散乱減衰量
α（ｆ）に前述の（２）式で定める近似多項式を前述の
周波数範囲においてフィッティングする。この結果
（２）式の係数ｓ・Ｄ4 が求まり、係数のｓは予め構成
により既知であるため、結晶粒径Ｄを求めることができ
る。この時ｓは０．８３２４であった。

【００４０】厚さ演算部１２は、記憶装置を内蔵して被
検体１の音速を記憶しておき、ゲート部５からのエコー
の内、被検体１の表面で反射したエコーの始点と、被検
体１の底面で反射したエコーの始点との時間差を計測
し、その時間差と被検体１の音速に基いて、被検体１の
厚さを連続的に測定する。

【００４１】図７は図１の超音波探触子の追従機構を有
する測定治具の構成例を示した図であり、同図の（Ａ）
は側面図、（Ｂ）は正面図である。固定治具２１には探
触子３が取り付けられ、更に、複数（例えば３個又は４
個）の車輪３０がそれぞれジョイント３１を介して取り
付けられている。このジョイント３１は水平に回転でき
る機構からなっており、従って、各車輪３０はその進行
方向が可変できるように支持されている。そして、探触
子３が測定点から離れないようにするために、固定治具
２１を鎖３２でつなぎ止めており、探触子３の振動子面
と被検材１の表面とが絶えず水平度を保つように測定治
具の走行位置を自由に変えることができるようになって
いる。

【００４２】図８は図７の動作説明図であり、同図
（Ａ）は側面から見たとき、被検材１の表面が凹部を形
成している場合の動作を示し、同図（Ｂ）は正面からみ
たとき、被検材１の表面が凸部を形成している場合の動
作を示している。いずれの場合においても、探触子３の
振動子面と被検材１の表面とが平行になっていることが
分かる。

【００４３】図９及び図１０は上述の実施例の測定装置
を薄板の連続焼鈍酸洗ラインに適用し、連続して通板さ
れる被検体の結晶粒径を連続的に測定したときの測定結
果を示した図である。図９においては、通板速度は２０
ｍ／ｍｉｎであり、被検体の肉厚は１．５ｍｍであっ
た。この場合、結晶粒径の大きさは焼鈍炉の炉温及び焼
鈍回数により異なるため、被検体のロット毎に異なる粒
径値となり、測定値もこれに準じていることが分かる。

【００４４】また、図１０においては、被検体１である
板の厚さが急激に変ることにより、焼鈍炉の炉温が一定
の場合被検体が厚くなることにより被検体の熱容量が大
きくなり結晶粒の成長が小さくなるため結晶粒径値が小
さくなり、その後、炉温を上昇させるために結晶粒径の
測定値が大きくなっていく様子が観察できる。図１１は
上記ののラインにおいて、厚さ演算部１２により被検体
の厚さを連続的に測定した結果を示した図である。この
測定結果によれば、通板する被検体の厚さが変化してい
る様子が観察できる。

【００４５】実施例２．図１２は本発明の他の実施例に
係る連続焼鈍炉の構成を示すブロック図である。ずにお
いて、２１は鋼帯、２２は熱処理炉、２３は冷却装置、
２４はブライドルロール、２５は結晶粒径測定装置、２
６は酸洗装置、２９ａ，２９ｂ，２９ｃは燃焼バーナー
３０ａ，３０ｂ，３０ｃは炉内温度計、３１は板温計、
３２は板速度計、３３ａ，３３ｂ，３３ｃは流量調節
弁、３４ａ，３４ｂ，３４ｃは燃料流量調節計、３５
ａ，３５ｂ，３５ｃは温度調節計、３６は板温調節計、
３７は板速度調節計、３８は演算制御装置である。ここ
で用いられている結晶粒径測定装置２５は上述の実施例
１（図１、図７）の結晶粒径装置であり、冷却装置２３
の下流側に配置され、熱処理画が終了した直後の鋼帯２
１の板厚方向の平均結晶粒径と板厚とを連続的に測定す
る。

【００４６】図１３は結晶粒径測定装置２５による結晶
粒径の測定結果を示した図である。同図（Ａ）は通常操
業部、同図（Ｂ）は焼鈍不良が発生した例である。この
（Ｂ）におけるＢ１，Ｂ２は焼鈍不良が発生した部分で
ある。この２点について再焼鈍処置が施される。その結
果、同図（Ｃ）に示されるように均一な粒径が得られて
いる。

【００４７】以上のように本実施例によれば、従来まで
認知されていなかった、僅かな焼鈍不良が認知されるよ
うになり、鋼帯中での機械的性質のバラツキを極めて低
く抑えることができるようになった。また、明らかな焼
鈍不良材についても、従来の全長再熱処理ではなく、不
良部のみの再熱処理が可能となり、燃料原単位の低減と
鋼帯全長の均質化とが可能となった。このため、設備的
にも、従来の様な測定時間捻出のためのループカー等の
設備費用が不要となり、非常に経済的であり、また設置
も容易になっている。更に、サンプル採取等の手間が不
要となり、工程は短縮され、次工程へのコイル推過が円
滑に行えるようになった。また、コイルの良品部からの
サンプル採取の必要が無くなったため、例えば、板厚２
ｍｍ、板幅１０００ｍｍの鋼帯の場合には、約０．３％
の歩留向上が達成できた。

【００４８】実施例３．図１４は本発明の他の実施例に
係る鋼帯の熱処理装置の構成を示すブロック図である。
図において、４２は熱処理炉入り側に配置された結晶粒
径測定装置であり、これもその構成は上述の実施例１の
ものと同一である。４３は乾燥装置、４４はループカ
ー、４５は巻き取り装置である。他の構成は実施例２の
ものと同一である。なお、図１４は入り側に配置された
結晶粒径測定装置４２から出側に配置された結晶粒径測
定装置２５までの処理ラインを詳細に記載しており、そ
の前後の設備は説明に支障の無い範囲で省略してある。
また、熱処理炉２２の燃焼制御系統において、実際には
鋼帯２１の上部と下部に燃焼バーナーと炉内温度計が設
置されているが省略してあり、また、実際の流量制御は
燃料ガスと空気であるが、空気流量は燃料ガス流量信号
を受信して、これに空燃比を演算して得た信号を流量設
定信号として制御しているがこれも省略してある。ま
た、流量制御系統において、流量測定信号を流量調節計
にフィードバックしているが省略してある。

【００４９】まず、鋼帯２１の流れを説明する。鋼帯２
１は入側には位置された結晶粒径測定装置４２で熱処理
前の板厚及び超音波減衰量を測定し、結晶粒径測定装置
４２で使用した音響媒質である水を取り除くための乾燥
装置４３を通過した後、熱処理炉２２に入り所定の熱処
理が行われる。熱処理炉２２を通過した後、冷却装置２
３に送られ、冷却されて鋼帯２１の速度と張力を制御す
るためのブライドロール２４を通過し、出側に配置され
た結晶粒径測定装置２５で熱処理後の鋼帯２１の板厚及
び結晶粒径を測定する。そして、酸洗装置２６で表面の
酸化スケールを除去し、巻き取り装置４５で巻き取った
後のコイルを切り放すときに連続ラインを停止させない
ためのループカー４４を通過して巻き取り装置４５で巻
き取られる。

【００５０】次に、鋼帯２１の結晶粒径を所定の範囲の
値にするための熱処理炉２２の燃焼制御について説明す
る。熱処理炉２２はＡ，Ｂ，Ｃの３ゾーンからなり、そ
れぞれ独立した燃焼制御を行っている。制御用計算機３
８は鋼帯２１の鋼種、公称板厚、板幅によって熱処理炉
２２のゾーンＡ、ゾーンＢ、ゾーンＣのそれぞれに対し
て炉内温度と板温を決定し、これらの決定値に基づいて
温度調節計３５ａ，３５ｂ，３５ｃに温度設定信号を出
力する。温度調節計３５ａ，３５ｂ，３５ｃは燃料流量
調節計３４ａ，３４ｂ，３４ｃに流量設定信号を出力
し、燃料流量調節計３４ａ，３４ｂ，３４ｃは炉内温度
計３０ａ，３０ｂ，３０ｃのフィードバック信号が設定
温度となるように設定信号を増減させる。燃料流量調節
計３４ａ，３４ｂ，３４ｃは前述の温度調節計３５ａ，
３５ｂ，３５ｃからの設定信号に基づいて流量調節弁３
３ａ，３３ｂ，３３ｃに開度信号を出力する。前述の熱
処理炉２２の燃料制御に加えて、制御用計算機３８は鋼
帯２１の熱処理炉出側板温を決定し、その決定値に基づ
いて板温調節計３６に板温設定信号を出力する。板温調
節計３６は板温計３１のフィードバック信号が設定温度
となるように板速度調節計３７への速度設定信号を増減
させる。板速度調節計３７は板速計３２の速度検出信号
が設定値となるようにブライドルロール２４の駆動系に
速度指令を出力する。

【００５１】以上は結晶粒径測定情報を反映しない熱処
理炉の燃焼制御の説明であるが、ここで入り側に配置さ
れた結晶粒径測定装置４２と出側に配置された結晶粒径
測定装置２５の測定値に基づいて熱処理炉２２の燃焼制
御の補正方法について説明する。結晶粒径測定装置４２
による鋼帯２１の板厚及び超音波減衰量の測定値を制御
用計算機３８に取り込むと、制御用計算機３８は鋼帯２
１を熱処理した後の目標とする結晶粒径との偏差と、公
称板厚と実際の鋼帯２１の板厚との偏差を求め、更に、
過去の熱処理炉の操業データから得た熱処理前の結晶粒
径をもとに予め予測した偏差との差を求める。前述の結
晶粒径の偏差の差と公称板厚と実際の板厚との偏差で熱
処理炉２２のゾーンＡの温度設定値に補正を加え、ゾー
ンＢの温度設定値に対しては前記ゾーンＡの温度設定値
に対する補正係数に０〜１の範囲の値を乗算して得られ
る係数で補正し、更には、ゾーンＣの温度設定値に対し
ては前記ゾーンＢの温度設定値に対する補正係数に０〜
１の範囲の値を乗算して得られる係数で補正する。ま
た、結晶粒径測定装置２５による鋼帯２１の板厚及び結
晶粒径の測定値を制御用計算機３８に取り込むと、制御
用計算機３８は鋼帯２１を熱処理した後の目標とする結
晶粒径との偏差と、公称板厚と実際の鋼帯２１の板厚と
の偏差を求め、前記結晶粒径の偏差と公称板厚と実際の
板厚との偏差で板温調節計３６の温度設定値を補正す
る。

【００５２】図１５は熱処理炉の燃焼制御に板厚及び結
晶粒径測定装置の測定値で補正を加えない場合の熱処理
炉入側と出側の鋼帯の長さ方向の結晶粒径の測定値の変
動を示したものであり、図１６は熱処理炉の燃焼制御に
板厚及び結晶粒径測定装置の測定値で補正を加えた場合
の熱処理炉入り側と出側の鋼帯の長さ方向の結晶粒径の
測定値の変動を示したものである。但し、入り側の結晶
粒径値は超音波減衰量を基に推定した数値である。図１
５によれば、鋼帯の板厚及び結晶粒径の測定値で熱処理
炉の燃焼制御に補正を加えない場合には、熱処理前の鋼
帯の長さ方向の結晶粒径の変動は熱処理後にも現れてい
るが、図１６によれば、鋼帯の板厚及び結晶粒径の測定
値で熱処理炉の燃焼制御に補正を加えた場合には、熱処
理前の鋼帯の長さ方向の結晶粒径の変動は熱処理後には
現れておらず、その値も所定の範囲の値となっているこ
とが分かる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば次のような
効果が得られている。 （１）被検体の超音波散乱減衰の周波数特性を求め、こ
の超音波散乱減衰の周波数特性に、レ−リ−散乱式を適
用してその式の係数を求める際に、レ−リ−散乱式の散
乱減衰項のみを用いているのでその演算が簡単になり、
また、超音波散乱減衰量の近似する周波数範囲を、被検
体底面の反射エコーの周波数特性におけるピーク周波数
と、ピークの半減値をとる２つの周波数の２つの値のう
ち高周波側の周波数との間に設定したことにより、実際
の被検材の性状に応じた適切な測定が可能になってお
り、従って、測定精度も高く、また、連続測定すること
ができることから、結晶粒径の測定が工場などのライン
上でリアルタイムに可能となっている。 （２）超音波散乱減衰量が測定許容レベルに満たない場
合には、被検体の多重反射エコー列から測定許容レベル
を満たす２つの異なる底面反射エコーを自動的に選択す
るようにしたので、測定精度の低下が避けられる。 （３）被検体表面からの反射エコーと被検体底面からの
反射エコーとの時間差を測定し、その時間差に基いて被
検体の厚さ測定を行うようにしたので、結晶粒径と同時
に被検体の厚さを測定でき、このため、別途に厚さ測定
用の装置を必要としない。従って、コイル状の被検体の
全長に亘って測定することにより、全長に亘る結晶粒径
値及び厚さを知ることができ、機械試験値などの材料特
性値を簡単で迅速に知ることができる。

【００５４】（４）探触子が固定された固定治具と、固
定治具にそれぞれフレキシブルジョイントを介して接続
された複数の車輪とを有し、簡単な機構によって固定治
具即ち探触子の振動子面と被検材の表面とを常に平行に
保持することができる。 （５）探触子は、高分子材料から構成されており寿命が
長く、中心周波数強度より６ｄＢ低下した強度に対する
上下の周波数差が中心周波数の８０％以上の広い帯域の
特性を有するので、Ｓ／Ｎがよい。 （６）焼鈍等の熱処理ラインにおいては、従来は炉温の
管理を被検体の熱放射率の違いによる放射温度計により
管理してたため、表面性状の違いによる放射率のバラツ
キによる炉温のバラツキ大きかったが、本発明を適用す
ることにより材料の結晶粒径から炉温の管理が可能とな
るため、製品の品質管理・歩止向上に大きく寄与する。 （７）焼鈍炉の後段に被検体の結晶粒度測定装置を設け
て、焼鈍炉を通過した直後の鋼帯の板厚方向の平均結晶
粒径と板厚とを連続的に測定するようにしたので、的確
な熱処理が行われたかどうかを判断することができ、鋼
帯全長での結晶粒径による機械的性質の保証が可能とな
る。また、熱処理不良部が発生した場合には、その不良
部を極めて正確に把握することが可能であり、再熱処理
時の加熱範囲・温度を的確に決定することができる。 （８）熱処理前の鋼帯の結晶粒径が長さ方向に変動して
いても、連続的に測定された板厚及び結晶粒径の測定値
を使用することによって、きめの細かい熱処理炉の燃焼
制御又は板速度制御ができるので、長さ方向に均一な結
晶粒径の鋼帯を製造することができ品質の向上が図られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波による被検体の
結晶粒径測定装置の概略構成を示したブロック図であ
る。

【図２】図１の実施例における超音波受信エコーの電気
信号を示すタイミングチャートである。

【図３】図１の実施例における２つの反射エコー（Ｂ
１，Ｂ２）の周波数特性を示した図である。

【図４】図１の実施例における超音波パルスの減衰量の
周波数特性を示した図である。

【図５】図１の実施例における減衰補正量の周波数特性
を示した図である。

【図６】図１の実施例における被検体の散乱減衰による
周波数特性を示した図である。

【図７】図１の実施例における追従機構を有する測定治
具の構成を示した図である。

【図８】図７の追従機構の動作説明図である。

【図９】図１の実施例を薄板の連続焼鈍酸洗ラインに適
用して測定した結晶粒径測定例（その１）を示した図で
ある。

【図１０】図１の実施例を薄板の連続焼鈍酸洗ラインに
適用して測定した結晶粒径測定例（その２）を示した図
である。

【図１１】図１の実施例を薄板の連続焼鈍酸洗ラインに
適用して測定した被検体の厚さ測定例を示した図であ
る。

【図１２】本発明の他の実施例に係る連続焼鈍炉の構成
を示すブロック図である。

【図１３】図１の結晶粒径測定装置による結晶粒径の測
定結果を示した図である。

【図１４】本発明の更に他の実施例に係る鋼帯の熱処理
装置の構成を示すブロック図である。

【図１５】熱処理炉の燃焼制御に補正を加えない場合の
熱処理炉入側と出側の鋼帯の長さ方向の結晶粒径の測定
値の変動を示した図である。

【図１６】熱処理炉の燃焼制御に板厚及び結晶粒径測定
装置の測定値で補正を加えた場合の熱処理炉入り側と出
側の鋼帯の長さ方向の結晶粒径の測定値の変動を示した
図である。

【図１７】探触子と被検体の水平度の変化による測定結
果のバラツキを示した特性図である。

【図１８】従来の追従機構を有する測定治具の構成を示
した図である。

【図１９】フィッティングする周波数範囲の比較を示し
た図である。

【図２０】超音波散乱減衰の両対数を表示した図であ
る。

【図２１】（１）式による被検体サンプル毎の結晶粒径
の測定結果を示した図である。

【図２２】（２）式による被検体サンプル毎の結晶粒径
の測定結果を示した図である。

【図２３】超音波散乱減衰が小さな場合の各エコー波形
と周波数特性を示し図である。

【図２４】超音波散乱減衰が大きな場合の各エコー波形
と周波数特性を示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 忠之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 長棟 章生 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 高野 俊夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に超音波パルスを送波し、被検体
   の底面からの多重反射エコー列の内、２つの反射エコー
   をそれぞれ周波数解析し、減算することにより超音波パ
   ルスの減衰による周波数特性を求め、この周波数特性に
   所定の補正処理を施すことにより、被検体の超音波散乱
   減衰の周波数特性を求め、この超音波散乱減衰の周波数
   特性に、レーリー散乱式を適用することにより被検体の
   結晶粒径を求める方法において、 レーリー散乱式を適用する際にその散乱減衰項のみを用
   い、そして、超音波散乱減衰量の近似する周波数範囲
   を、被検体底面の反射エコーのうち、２番目の反射エコ
   ーの周波数特性におけるピーク周波数と、ピークの半減
   値をとる２つの周波数の２つの値のうち高周波側の周波
   数との間に設定したことを特徴とする超音波による被検
   体の結晶粒径測定方法。
2. 【請求項２】 前記２つの反射エコーによる超音波散乱
   減衰量が測定許容レベルに満たない場合には、被検体の
   多重反射エコー列から測定許容レベルを満たす２つの異
   なる底面反射エコーを自動的に選択することを特徴とす
   る請求項１記載の超音波による被検体の結晶粒径測定方
   法。
3. 【請求項３】 被検体表面からの反射エコーと被検体底
   面からの反射エコーとの時間差を測定し、その時間差に
   基いて被検体の厚さ測定を行うことを特徴とする請求項
   １又は２記載の超音波による被検体の結晶粒径測定方
   法。
4. 【請求項４】 被検体は鋼板又は鋼帯であることを特徴
   とする請求項１、２又は３記載の超音波による被検体の
   結晶粒径測定方法。
5. 【請求項５】 被検体に超音波パルスを探触子を介して
   送波し、反射波を受信する超音波送受信手段と、 この超音波送受信手段の出力に含まれる被検体の底面か
   らの多重反射エコー列の内、２つの反射エコーを抽出す
   るゲート手段と、 前記２つの反射エコーをそれぞれ周波数解析し、減算す
   ることにより超音波パルスの減衰による周波数特性を求
   め、この周波数特性に所定の補正処理を施すことにより
   被検体の超音波散乱減衰の周波数特性を求め、この超音
   波散乱減衰の周波数特性にレ−リ−散乱式の散乱減衰項
   を適用し、超音波散乱減衰量の近似する周波数範囲を、
   被検体底面の反射エコーの周波数特性におけるピーク周
   波数と、ピークの半減値をとる２つの周波数の２つの値
   のうち高周波側の周波数との間に設定してその係数を求
   め、その係数に基いて被検体の結晶粒径を求める結晶粒
   径演算手段とを有することを特徴とする超音波による被
   検体の結晶粒径測定装置。
6. 【請求項６】 前記２つの反射エコーによる超音波散乱
   減衰量が測定許容レベルに満たない場合には、測定許容
   レベルを満たす２つの異なる反射エコーが得られるま
   で、前記ゲート手段を制御して反射エコーを選択する超
   音波減衰量演算手段を有することを特徴とする請求項５
   記載の超音波による被検体の結晶粒径測定装置。
7. 【請求項７】 前記探触子が固定された固定治具と、水
   平方向に回転自在なフレキシブルジョイントを介して前
   記固定治具に接続された３つ以上の車輪とを有し、鎖又
   はバネ部材により定位置に固定することを特徴とする請
   求項５又は６記載の超音波による被検体の結晶粒径測定
   装置。
8. 【請求項８】 前記探触子は、高分子材料から構成さ
   れ、中心周波数強度より６ｄＢ低下した強度に対する上
   下の周波数差が中心周波数の８０％以上の特性を有する
   ものであることを特徴とする請求項５、６又は７記載の
   超音波による被検体の結晶粒径測定装置。
9. 【請求項９】 被検体は板又は鋼帯であることを特徴と
   する請求項５、６、７又は８記載の超音波による被検体
   の結晶粒径測定装置。
10. 【請求項１０】 焼鈍炉の後段に請求項９記載の超音波
    による被検体の結晶粒径測定装置を有することを特徴と
    する鋼板又は鋼帯の連続焼鈍装置。
11. 【請求項１１】 熱延又は冷延の鋼板又は鋼帯の連続熱
    処理工程において、熱処理前の鋼板又は鋼帯について請
    求項１及び請求項３記載の方法により超音波散乱減衰量
    及び被検体の厚さを測定し、更に、熱処理後の鋼板又は
    鋼帯について請求項１又は２及び請求項３記載の方法に
    より、被検体の結晶粒径及び厚さを測定し、これらの測
    定値に基づいて、熱処理後の鋼板又は鋼帯の結晶粒径が
    所定の範囲の値となるよう熱処理炉の炉内温度及び／又
    は鋼板若しくは鋼帯の通板速度を制御することを特徴と
    する鋼板又は鋼帯の熱処理方法。
12. 【請求項１２】 熱延又は冷延の鋼板または鋼帯の熱処
    理炉の前後に設置された請求項４乃至請求項８のいずれ
    か一項記載の超音波による被検体の結晶粒径測定装置
    と、熱処理炉の炉内温度測定装置と、鋼板又は鋼帯の通
    板速度測定装置と、熱処理炉の炉内温度及び／又は鋼板
    若しくは鋼帯の通板速度制御装置とを有し、更に、前記
    結晶粒径測定装置からの結晶粒径及び板厚信号と、熱処
    理炉の炉内温度信号と鋼板又は鋼帯の通板速度信号とに
    基づいて演算を行い、熱処理後の鋼板又は鋼帯の結晶粒
    径が所定の範囲の値となるよう熱処理炉の炉内温度及び
    ／又は鋼板若しくは鋼帯の通板速度制御装置を作動させ
    る信号を発生する演算装置を有することを特徴とする鋼
    板又は鋼帯の熱処理装置。