JPH09257734A - 鋼材の脱炭測定装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基準材を用いることなく、脱炭の有無や深さ
を容易かつ確実に測定することができるようにする。 【解決手段】 高周波定電流供給手段１から脱炭深さが
既知の鋼材に対して高周波数の定電流を供給したときに
高周波電圧測定手段２により測定される発生電圧の振幅
と位相とから、両者の一次結合値と脱炭深さとを関係付
ける基準式を一次結合演算手段３および基準式演算手段
４によりあらかじめ求めておき、その後、脱炭深さ演算
手段５により、測定対象の鋼材１０について測定された
発生電圧の振幅と位相とを上記基準式に代入して脱炭深
さを求めるようにすることにより、上記鋼材１０に高周
波数の定電流を供給して発生電圧の振幅と位相とを測定
し、それらに所定の演算を施すだけで脱炭深さを求める
ことができるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋼材の脱炭測定装置
および方法に関し、特に、線材や棒鋼などの鋼材の表層
における脱炭の有無や深さを測定するのに用いて好適な
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼材中にはその鋼材の種類によ
って決められた量の炭素が含まれているが、鋼材の表面
が空気に触れることによって炭素が酸化し、鋼材の表面
において脱炭が生じることがある。特に、熱延された鋼
材の表面には酸化膜が少なく、脱炭が生じやすい。脱炭
により炭素の含有量が減ると、鋼材の硬度が不足するこ
ととなり、鋼材の質が低下してしまう。そのため、鋼材
の表層における脱炭の有無や脱炭層の深さを簡便に測定
する手段が強く望まれている。

【０００３】従来は、鋼材の所定箇所を切断してケミカ
ルエッジング等の処理を施し、鋼材表面の様子を目視に
よって検査する（例えば、顕微鏡写真による）ことで脱
炭の有無を調べるという方法が採られていた。また、脱
炭の深さを調べるには、鋼材を研削してグロー放電分光
分析により炭素濃度の測定を繰り返し行い、深さ方向の
炭素濃度分布に換算して求める方法や、鋼材の切断面の
画像に基づく濃淡情報から求める方法が採られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法は何れも破壊検査であるため、現実問題として、
長い鋼材の一部分しか検査の対象とすることができな
い。そのため、ある部分で脱炭が生じていても、そこが
検査対象とされていなければ発見することができず、脱
炭の測定もれを生じることがあった。

【０００５】逆に、ある部分で脱炭を発見すると、その
他の部分でも脱炭が生じている恐れがあるために多くの
部分で更に検査を行わなければならなくなる。この場合
には、鋼材の切断やケミカルエッジングなどの面倒な作
業を何度も行わなくてはならなくなり、多大な手間と時
間がかかってしまうという問題があった。

【０００６】一方、例えば特開昭５３−２６１５６号公
報において、電磁式の脱炭測定方法が提案されている。
この方法は、交番磁界によって鋼材に誘起される渦電流
の大きさ等により脱炭の深さを検出する方法であり、上
述した破壊検査を行う場合の問題は生じにくい。

【０００７】しかしながら、この方法では、基準材につ
いて測定した渦電流の大きさと被測定鋼材について測定
した渦電流の大きさとの差を見ることによって脱炭の有
無を検出している。したがって、被測定鋼材の他にも基
準材を同時に用意する必要があり、装置が大型化してし
まうという問題があった。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、脱炭測定の実行時に基準材を用
いることなく、脱炭の有無および深さを容易かつ確実に
測定することができるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の鋼材の脱炭測定
装置は、脱炭深さが既知の鋼材および測定対象の鋼材に
対して特定の高周波数で定電流を供給する高周波定電流
供給手段と、上記高周波定電流供給手段により上記脱炭
深さが既知の鋼材および測定対象の鋼材に対して供給さ
れる高周波数の定電流によって上記鋼材に発生する電圧
の振幅と位相とを測定する高周波電圧測定手段と、上記
高周波電圧測定手段により上記脱炭深さが既知の複数の
鋼材について測定される電圧の振幅と位相とから両者の
一次結合をそれぞれ求め、上記脱炭深さが既知の各鋼材
ごとの一次結合の値と脱炭深さを表す値とを関係付ける
基準式を最小２乗法により求める基準式演算手段と、上
記高周波電圧測定手段により上記測定対象の鋼材につい
て測定される電圧の振幅と位相とを上記基準式に代入す
ることにより脱炭深さを求める脱炭深さ演算手段とを設
けたことを特徴としている。

【００１０】本発明の他の特徴とするところは、上記高
周波定電流供給手段および高周波電圧測定手段を上記脱
炭深さが既知の鋼材および測定対象の鋼材に４端子法に
より接続し、上記高周波定電流供給手段から上記脱炭深
さが既知の鋼材および測定対象の鋼材に対して２端子を
介して定電流を供給し、これによって上記脱炭深さが既
知の鋼材および測定対象の鋼材に発生する電圧を上記高
周波電圧測定手段が他の２端子を介して測定するように
したことを特徴としている。

【００１１】本発明のその他の特徴とするところは、上
記高周波定電流供給手段および高周波電圧測定手段は、
上記高周波定電流供給手段に接続された１次コイルに定
電流を供給することによって上記脱炭深さが既知の鋼材
および測定対象の鋼材に渦電流を発生させ、この渦電流
によって上記脱炭深さが既知の鋼材および測定対象の鋼
材に発生する励磁電圧を上記高周波電圧測定手段に接続
された２次コイルを用いて測定するようにしたことを特
徴としている。

【００１２】本発明のその他の特徴とするところは、上
記基準式演算手段は、２つの高周波数の下で上記高周波
電圧測定手段により測定される電圧の振幅と位相とか
ら、各周波数ごとに求めた一次結合の比を表す値を上記
複数の鋼材ごとに求め、各鋼材ごとの一次結合の比の値
と脱炭深さの値とを関係付ける基準式を最小２乗法によ
り求めることを特徴としている。

【００１３】また、本発明の鋼材の脱炭測定方法は、脱
炭深さが既知の複数の鋼材に対して様々な高周波数で定
電流を供給してそのとき発生する電圧の振幅と位相とを
各周波数ごとに測定し、上記測定した発生電圧の振幅と
位相との一次結合を求めるとともに、その一次結合の値
と脱炭深さとを関係付ける基準式を各周波数ごとに生成
する第１のステップと、上記第１のステップで生成した
各周波数ごとの基準式の中から測定精度が最もよくなる
基準式とそれに対応する周波数とを特定する第２のステ
ップと、上記第２のステップで特定しておいた高周波数
で測定対象の鋼材に定電流を供給してそのとき発生する
電圧の振幅と位相とを測定し、上記測定した電圧の振幅
と位相とを上記特定しておいた基準式に代入することに
よって脱炭深さを求める第３のステップとを有すること
を特徴としている。

【００１４】上記のように構成した本発明では、鋼材の
表層部分から生じる脱炭の様子が、鋼材に対して高周波
数で電流を供給した場合に表皮効果により表層部分にの
み流れる電流によって発生する電圧をもとに調べられ
る。本発明のように、発生電圧の振幅と位相とを測定し
て両者の一次結合を求めることにより、その一次結合の
値と脱炭深さとを一定の関係によって結び付けることが
できるようになるので、その一定の関係を表す基準式を
求めておいて、その後測定対象の鋼材について測定した
発生電圧の振幅と位相とを上記基準式に代入することに
よって脱炭の有無や深さを調べることが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本実施形態による鋼材の
脱炭測定装置の要素的特徴を示す機能構成ブロック図で
ある。

【００１６】図１において、１は高周波定電流供給手段
であり、鋼材（脱炭深さが既知の鋼材および測定対象の
鋼材の両者を含む）１０に対して様々な高周波数で交流
の定電流を供給するものである。高周波数の電流を供給
すると、鋼材１０には、表皮効果によって表層部分にの
み電流が流れる。このとき、周波数を高くすればする
程、より表面に近い部分にのみ電流が流れるようにな
る。

【００１７】２は高周波電圧測定手段であり、上記高周
波定電流供給手段１により鋼材１０に供給される様々な
高周波数の定電流によって上記鋼材１０の表層部分に発
生する電圧の振幅と位相とを夫々測定するものである。
一般に、鋼材１０の脱炭はその表面から生じるので、本
実施形態では、鋼材１０の表層部分における電圧の振幅
と位相とを測定することによって、脱炭の様子を調べる
ようにしている。

【００１８】３は一次結合演算手段であり、上記高周波
電圧測定手段２により測定された電圧の振幅と位相との
一次結合を、例えば以下の式１に従って求める。 （一次結合）＝（振幅）×ｋ＋（位相） （式１） ここで、ｋは定数であり、その値は、脱炭深さの測定精
度を表す相関係数が最も大きくなるような値が実験によ
り求められる。なお、この式１は単なる例であって、後
述する式２によって一次結合の比を求める場合もある。

【００１９】この一次結合を求めるときは、脱炭の深さ
が既に分かっている複数の鋼材について発生電圧の振幅
と位相とを夫々測定し、それらの測定値を用いて振幅と
位相との一次結合を各鋼材ごとに求める。４は基準式演
算手段であり、上記一次結合演算手段３により求められ
た各鋼材ごとの一次結合の値（あるいは一次結合の比）
と各鋼材について既知の脱炭深さを表す値とから、両者
を関係付ける基準式を最小２乗法により求める。

【００２０】上述のようにして発生電圧の振幅と位相と
の一次結合を求めると、その求めた一次結合の値は、そ
れに対応する鋼材の脱炭深さとの間で一定の関係を持つ
ようになる。すなわち、例えば一次結合の値と脱炭深さ
の値とをＸ−Ｙ座標系に持つグラフにおいて、上記求め
た各鋼材ごとの一次結合の値をプロットすると、それら
のプロットされた点はほぼ同じ直線上に乗ることとな
る。

【００２１】そこで、本実施形態では、上述のようにし
て、脱炭深さが既知の鋼材ごとに、測定電圧の振幅と位
相との一次結合を求め、その求めた一次結合の値と脱炭
深さとを関係付ける基準式を最小２乗法により求めるよ
うにしている。また、本実施形態では、このようにして
基準式を求める演算を、高周波定電流供給手段１で供給
する定電流の周波数を様々に変えながら行い、その中で
相関係数が最も大きくなる周波数を調べてそれを測定周
波数とするようにしている。

【００２２】以上のようにして測定周波数とそのときの
基準式とを求めることにより、脱炭深さを測定するため
の準備が完了する。その後、脱炭深さが未知である測定
対象の鋼材について、上記基準式を求めたときと同じ条
件（測定周波数、鋼種などの条件）で発生電圧の振幅と
位相とを求めて、それらを上記基準式に代入すれば、そ
の基準式から測定対象の脱炭深さを求めることが可能と
なる。

【００２３】５は脱炭深さ演算手段であり、上述のよう
に、基準式を求めたときと同じ条件で測定対象の鋼材に
ついて測定された発生電圧の振幅と位相とを上記基準式
に代入することにより、脱炭深さを求めるものである。
６は出力手段であり、上記脱炭深さ演算手段５により求
められた鋼材１０の脱炭の深さを、例えば図示しないモ
ニタに出力したり、図示しないプリンタに出力したりす
るものである。

【００２４】図２は、図１に示した鋼材の脱炭測定装置
を具体的に実施する１つの構成例を示す図である。図２
において、２１は高周波定電流供給装置であり、図１の
高周波定電流供給手段１に対応する。図２に示すよう
に、高周波定電流供給装置２１は、マルチファンクショ
ン・シンセサイザなどの信号発生回路２２と、振幅制御
回路２３と、パワーアンプ２４と、電流検出抵抗２５と
から構成される。

【００２５】上記信号発生回路２２は、様々な高周波数
で信号を発生する。振幅制御回路２３は、この信号発生
回路２２により発生される信号の振幅を一定化（定電圧
化）して、電流検出抵抗２５にかかる電圧が一定となる
ように制御する。このとき、電流検出抵抗２５の抵抗値
を例えば１Ωに固定しておくことにより、電流検出抵抗
２５に流れる電流が一定になるようにする。電流検出抵
抗２５に流れる電流は、定電流制御信号として振幅制御
回路２３に常に供給されており、振幅制御回路２３は、
この定電流制御信号に基づいて上述のような制御を行っ
ている。

【００２６】上記振幅制御回路２３により振幅が制御さ
れた信号は、パワーアンプ２４に送られる。パワーアン
プ２４は、振幅制御回路２３から供給される信号を所定
レベルに増幅し、増幅した信号を電流検出抵抗２５を介
して鋼材１０に供給する。以上の構成により、鋼材１０
に対して様々な高周波数の定電流が供給され、鋼材１０
の表層部分に定電流が流れるようになる。

【００２７】また、２６は高周波電圧測定装置であり、
図１の高周波電圧測定手段２に対応する。すなわち、こ
の高周波電圧測定装置２６は、上記高周波定電流供給装
置２１から鋼材１０に供給される様々な高周波数の定電
流によって上記鋼材１０の表層部分に発生する様々な高
周波数の電圧を夫々測定する。図２の例では、この高周
波電圧測定装置２６の一例として、２位相ロックインア
ンプを使用しており、発生電圧の振幅と位相とを出力で
きるようになっている。

【００２８】２７は演算装置であり、図１の一次結合演
算手段３、基準式演算手段４および脱炭深さ演算手段５
による上述した演算を実行する。この演算装置２７は、
高周波電圧測定装置２６により測定された電圧値をその
ままアナログ的に処理するものであっても良いし、Ａ／
Ｄ変換を行ってディジタル的に処理するマイクロコンピ
ュータのようなものであっても良い。

【００２９】以上のような図２の例において、高周波定
電流供給装置２１および高周波電圧測定装置２６は、４
端子法により鋼材１０に接続されている。これにより、
上記高周波定電流供給装置２１から鋼材１０に対して２
つの端子を介して定電流を供給し、これによって鋼材１
０に発生する電圧を他の２つの端子を介して上記高周波
電圧測定装置２６により測定するようにしている。

【００３０】図３は、この４端子法による接続の様子を
詳しく説明するための図であり、脱炭測定用の鋼材スタ
ンドの構成を示している。この図３に示すように、棒鋼
や線材などの鋼材１０は、真鍮などの導体でなる４つの
端子３１〜３４に当接するようにして、支持部３５ａ，
３５ｂ上に置かれる。

【００３１】そして、高周波定電流供給装置２１から電
流供給端子３１，３２を介して鋼材１０に定電流が供給
され、それにより鋼材１０に発生する電圧が電圧検出端
子３３，３４を介して高周波電圧測定装置２６により測
定されるようになっている。なお、この例では、２つの
電流供給端子３１，３２の間隔は３００ｍｍに設定さ
れ、２つの電圧検出端子３３，３４の間隔は２００ｍｍ
に設定されている。

【００３２】このように高周波定電流供給装置２１と高
周波電圧測定装置２６とを鋼材１０に４端子法により接
続した場合、高周波電圧測定装置２６の後段に接続され
る演算装置２７では、以下のような処理を行う。

【００３３】すなわち、脱炭測定の準備段階において
は、上記高周波電圧測定装置２６により脱炭深さが未知
の各鋼材ごとに測定された発生電圧の振幅と位相とか
ら、両者の一次結合を上述の式１に従って求めるととも
に、それらの求めた一次結合の値と脱炭深さとを関係付
ける基準式を最小２乗法により求める。

【００３４】図４に、上記演算装置２７により基準式を
求めた結果の例を示す。ここで、図４（ａ）および
（ｂ）は、定電流の周波数を様々に変えて行った結果の
うち、最も相関係数が大きくなった６００Ｈｚについて
の結果を示す。このうち（ａ）は２４ｍｍの径の鋼材を
８種類使用して測定した場合で、（ｂ）は３３ｍｍの径
の鋼材を８種類使用して測定した場合の結果を示してい
る。

【００３５】また、図４（ｃ）および（ｄ）は、それぞ
れ上記（ａ）および（ｂ）の場合と同じ鋼材を用いて定
電流の周波数を０．３ＫＨｚ，０．６ＫＨｚ，１．０Ｋ
Ｈｚと様々に変えて行った結果を各鋼材ごとに平均した
結果を示す。なお、図４（ａ）〜（ｄ）の何れの場合
も、鋼材に供給する定電流は０．１Ａとした。

【００３６】この図４から明らかなように、どのような
条件で鋼材１０に発生する電圧を測定しても、発生電圧
の振幅および位相の一次結合と脱炭深さとの間には線形
な関係が成り立つ。つまり、本実施形態の演算装置２７
（一次結合演算手段３および基準式演算手段４）は、図
４に示したような直線の式を基準式として最小２乗法に
より求めている。

【００３７】また、脱炭の深さが未知である測定対象の
鋼材１０（例えば、径が２４ｍｍであるとする）につい
て脱炭深さを測定しようとするときは、図４（ａ）の場
合と同じ条件で（例えば、測定周波数を０．６ＫＨｚに
して）定電流を鋼材１０に供給して、そのとき発生する
電圧の振幅と位相とを高周波電圧測定装置２６により測
定する。

【００３８】このとき演算装置２７（脱炭深さ演算手段
５）は、上述のようにして既に求めておいた基準式に上
記測定した発生電圧の振幅と位相とを代入することによ
り、測定対象の鋼材１０について脱炭の深さを求める。
例えば、測定した電圧の振幅と位相とにより決まる一次
結合の値が３２であれば、図４（ａ）から脱炭深さは
０．３ｍｍと求められる。

【００３９】次に、図２のように構成した鋼材の脱炭測
定装置の実際の運用法について、図５および図６のフロ
ーチャートを参考にして説明する。先程から述べている
ように、実際の運用では、まず最初に、脱炭深さの測定
基準となる基準式をあらかじめ作成しておく必要があ
る。

【００４０】そのために、まず図５のステップＳ５１
で、脱炭深さが既に分かっている複数の鋼材（図４の例
では８サンプル）について、複数の周波数の下で、各鋼
材に生じる電圧の振幅と位相とをそれぞれ測定する。次
に、ステップＳ５２で、各鋼材について測定した発生電
圧の振幅および位相と既知の脱炭深さとから、最小２乗
法により、振幅および位相の一次結合と脱炭深さとを関
係付ける実験式を各周波数ごとに求める。

【００４１】そして、ステップＳ５３で、上記ステップ
Ｓ５２における各周波数での計算結果に基づいて、相関
係数が最も大きくなる周波数を測定周波数とするととも
に、その周波数での実験式を基準式として特定する。以
上で、脱炭深さ測定の準備は完了するが、特定した基準
式は、その後脱炭深さが未知の鋼材について実際に脱炭
深さを測定する際に使用するために、例えば演算装置２
７内の図示しないメモリ等に記憶しておく。

【００４２】以上のような処理によって基準式を一度作
っておけば、その後は、同じ条件（鋼種、鋼材の径、測
定周波数など）の下で複数の鋼材について脱炭の測定を
連続的に行うことができる。また、複数の条件でそれぞ
れに対応する基準式を作っておけば、様々な種類の鋼材
を連続的に測定することもできる。そして、本実施形態
では、その脱炭測定の際に、測定対象の鋼材の他に基準
材を同時に用いる必要がないという利点もある。

【００４３】上述のようにして基準式を作った後に被測
定鋼材について脱炭の深さを調べるときには、まず図６
のステップＳ６１で、図５のステップＳ５３にて特定し
た測定周波数を被測定鋼材に与えてそのとき生じる電圧
の振幅と位相とを測定する。次に、ステップＳ６２で、
上記ステップＳ６１にて測定した電圧の振幅と位相とを
図５のステップＳ５３で特定した基準式に代入して、脱
炭深さを求める。

【００４４】次に、図１に示した本実施形態による鋼材
の脱炭測定装置を具体的に実施する他の構成例を図７に
示す。この図７に示す鋼材の脱炭測定装置は、図２に示
した構成とほぼ同じであり、図２に示した構成要素と同
じ部分には同一の符号を付している。

【００４５】図２の構成と図７の構成とで異なるところ
は、以下の点である。すなわち、図２の例は、高周波定
電流供給装置２１と高周波電圧測定装置２６とを鋼材１
０に４端子法により接続する接触式であるのに対して、
図７の例は、送信コイル（１次コイル）７１と受信コイ
ル（２次コイル）７２とを用いた電磁式である点で異な
っている。

【００４６】すなわち、この図７の例では、高周波定電
流供給装置２１に接続された送信コイル７１に定電流を
供給することによって鋼材１０に渦電流を発生させ、こ
の渦電流によって鋼材１０に発生する励磁電圧を高周波
電圧測定装置２６に接続された受信コイル７２を用いて
測定するようにしている。なお、本実施形態では、送受
信コイル７１，７２のボビン径を３６ｍｍあるいは５４
ｍｍとし、巻数を共に１０回としている。

【００４７】また、図７の例では、高周波電圧測定装置
２６により鋼材１０について測定した発生電圧の振幅と
位相とに基づいて基準式を作成する演算装置７３（図１
の一次結合演算手段３および基準式演算手段４に相当）
の処理が、図２の演算装置２７による処理と異なってい
る。

【００４８】すなわち、図７の演算装置７３は、２つの
特定の周波数ｆ１，ｆ２で定電流を鋼材１０に与えたと
きに高周波電圧測定装置２６により測定される発生電圧
の振幅と位相とから、両者の一次結合の比を以下の式２
に従って求める。この一次結合の比は、脱炭深さが既知
の複数のサンプルについて計算する。 （一次結合の比）＝｛（振幅_f1）×ｋ＋（位相_f1）｝／｛（振幅_f2）×ｋ＋（ 位相_f2）｝ （式２）

【００４９】続いて、演算装置７３は、上述の式２に従
って計算した各サンプルごとの一次結合の比と、各サン
プルについて既知の脱炭深さを表す値とから、両者を関
係付ける基準式を最小２乗法により求める。このとき、
本実施形態では、このようにして基準式を求める演算
を、高周波定電流供給装置２１で供給する定電流の周波
数の組を様々に変えながら行い、その中で相関係数が最
も大きくなる周波数の組を調べてそれらを測定周波数と
するようにしている。

【００５０】図８に、上記演算装置７３により基準式を
求めた結果の例を示す。この例も図４の例と同様に、鋼
材１０に供給する定電流を０．１Ａとした。また、脱炭
深さの測定精度を表す相関係数が最も大きくなるように
決められるｋの値は１５で、測定周波数は、相関係数が
最も大きくなる周波数の組、すなわち、ｆ１＝５ＫＨ
ｚ，ｆ２＝０．６ＫＨｚの組を採用した。

【００５１】ここで、図８（ａ）は、送受信コイル７
１，７２のボビン径を５４ｍｍとし、２４ｍｍの径のサ
ンプルを８種類使用した場合の基準式の計算結果を示
し、図８（ｂ）は、送受信コイル７１，７２のボビン径
を５４ｍｍとし、３３ｍｍの径のサンプルを８種類使用
した場合の基準式の計算結果を示す。また、図８（ｃ）
は、送受信コイル７１，７２のボビン径を３６ｍｍと
し、２４ｍｍの径のサンプルを８種類使用した場合の基
準式の計算結果を示す。図８（ｄ）は、上記図８（ａ）
〜（ｃ）のグラフを１つの座標系にまとめた結果を示
す。

【００５２】この図８から明らかなように、どのような
条件で鋼材１０に発生する電圧を測定しても、発生電圧
の振幅および位相の一次結合の比と脱炭深さとの間には
線形な関係が成り立つ。つまり、本実施形態の演算装置
７３は、図８に示したような直線の式を基準式として最
小２乗法により求めている。

【００５３】次に、図７のように構成した鋼材の脱炭測
定装置の実際の運用法について、図９および図１０のフ
ローチャートを参考にして説明する。図７のように構成
した場合も、図２のように構成した場合と同様に、まず
最初に、脱炭深さの測定基準となる基準式をあらかじめ
作成しておく必要がある。

【００５４】そのために、まず図９のステップＳ９１
で、脱炭深さが既に分かっている複数の鋼材（サンプ
ル）について、複数の周波数の下で、各鋼材に生じる電
圧の振幅と位相とをそれぞれ測定する。次に、ステップ
Ｓ９２で、各周波数の下で各鋼材について測定した発生
電圧の振幅および位相と既知の脱炭深さとから、２つの
周波数を選択して振幅と位相との一次結合の比を求め
る。このような一次結合の比を求める演算を、選択する
２つの周波数の組を様々に変えながら行う。

【００５５】次に、ステップＳ９３で、上述のようにし
て様々に変えた周波数の組ごとに、最小２乗法により、
一次結合の比と脱炭深さとを関係付ける実験式を求め
る。そして、ステップＳ９４で、上記ステップＳ９３に
おける各周波数の組での計算結果に基づいて、相関係数
が最も大きくなる周波数の組を測定周波数とするととも
に、その周波数の組での実験式を基準式として特定す
る。このとき特定した基準式は、その後脱炭深さが未知
の鋼材について実際に脱炭深さを測定する際に使用する
ために、例えば演算装置２７内の図示しないメモリ等に
記憶しておく。

【００５６】上述のようにして基準式を作った後に被測
定鋼材について脱炭の深さを調べるときには、まず図１
０のステップＳ１０１で、図９のステップＳ９４にて特
定した測定周波数の組を被測定鋼材に与えてそのとき生
じる電圧の振幅と位相とをそれぞれ測定する。次に、ス
テップＳ１０２で、上記ステップＳ１０１にて測定した
電圧の振幅と位相とを図５のステップＳ５３にて特定し
た基準式に代入して、脱炭深さを求める。

【００５７】以上詳しく説明したように、本実施形態に
よる鋼材の脱炭測定は、鋼材１０の一部を切断してケミ
カルエッジング等を施して行う破壊検査ではないので、
長い鋼材１０の一部分しか検査の対象とすることができ
ないという不都合を防止して、脱炭の測定もれを少なく
することができる。また、切断やケミカルエッジング等
の面倒な作業を行わなくて済み、脱炭深さの測定を容易
に行うことができる。さらに、この脱炭測定の際には測
定対象の鋼材の他に基準材を同時に用いる必要がないの
で、装置の規模を簡単にすることもできる。

【００５８】なお、以上の実施形態では、鋼材の脱炭測
定装置の構成例として、接触式のもの（図２）と電磁式
のもの（図７）とを示したが、接触式の方が電磁式より
も脱炭深さの測定精度が良いという利点がある。なお、
本発明は、上記のような純粋な接触式、電磁式による構
成の他にも、これらを組み合わせた構成であっても適用
することが可能である。

【００５９】すなわち、高周波定電流供給装置２１を２
端子を介して鋼材１０に接続し、定電流の供給を２端子
を介して行うようにするとともに、発生電圧をコイルを
介して測定するように構成したり、逆に、定電流の供給
をコイルを介して行うようにするとともに、発生電圧を
２端子を介して測定するように構成したりすることが可
能である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鋼材に対して高周波数で定電流を供給してそのときに発
生する電圧の振幅と位相とを測定し、その振幅および位
相の一次結合と脱炭深さとを関係付ける基準式を求めて
おき、測定対象の鋼材に対して特定の高周波数で定電流
を供給したときに発生する電圧の振幅と位相とを上記求
めておいた基準式に代入することによって脱炭深さを求
めるようにしたので、鋼材に対して特定の高周波数で定
電流を供給してそのときに発生する電圧の振幅と位相と
を測定し、それらに所定の演算を施すだけで脱炭の有無
や深さを求めることができるようになる。このため、鋼
材を切断したり、ケミカルエッジングを施したりする等
の面倒な作業を行わなくても脱炭の測定を行うことがで
き、脱炭の測定を容易に行うことができる。しかも、破
壊検査の場合と異なり、多点測定が可能となるので、測
定もれを少なくすることができる。さらに、実際の脱炭
測定時には測定対象の鋼材だけを用いれば良いので、装
置の規模を小さくすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である鋼材の脱炭測定装置
の要素的特徴を示す機能構成ブロック図である。

【図２】図１に示した鋼材の脱炭測定装置を具体的に実
施する１つの構成例（接触式の構成）を示す図である。

【図３】４端子法による接続の様子を詳しく説明するた
めの図であり、脱炭測定用の鋼材スタンドの構成を示す
図である。

【図４】測定電圧の振幅および位相を一次結合した値と
脱炭深さとの関係の例を示す図である。

【図５】図２のように構成した鋼材の脱炭測定装置の実
際の運用法について説明するためのフローチャートであ
り、基準式を作成する際の手順を示すフローチャートで
ある。

【図６】図２のように構成した鋼材の脱炭測定装置の実
際の運用法について説明するためのフローチャートであ
り、実際に脱炭深さを測定する際の手順を示すフローチ
ャートである。

【図７】図１に示した鋼材の脱炭測定装置を具体的に実
施する他の構成例（電磁式の構成）を示す図である。

【図８】測定電圧の振幅および位相を一次結合した値の
比と脱炭深さとの関係の例を示す図である。

【図９】図７のように構成した鋼材の脱炭測定装置の実
際の運用法について説明するためのフローチャートであ
り、基準式を作成する際の手順を示すフローチャートで
ある。

【図１０】図７のように構成した鋼材の脱炭測定装置の
実際の運用法について説明するためのフローチャートで
あり、実際に脱炭深さを測定する際の手順を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１ 高周波定電流供給手段 ２ 高周波電圧測定手段 ３ 一次結合演算手段 ４ 基準式演算手段 ５ 脱炭深さ演算手段 １０ 鋼材 ２１ 高周波定電流供給装置 ２６ 高周波電圧測定装置（２位相ロックインアンプ） ２７ 演算装置 ３１，３２ 電流供給端子 ３３，３４ 電圧検出端子 ７１，７２ 送受信コイル ７３ 演算装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脱炭深さが既知の鋼材および測定対象の
   鋼材に対して特定の高周波数で定電流を供給する高周波
   定電流供給手段と、 上記高周波定電流供給手段により上記脱炭深さが既知の
   鋼材および測定対象の鋼材に対して供給される高周波数
   の定電流によって上記鋼材に発生する電圧の振幅と位相
   とを測定する高周波電圧測定手段と、 上記高周波電圧測定手段により上記脱炭深さが既知の複
   数の鋼材について測定される電圧の振幅と位相とから両
   者の一次結合をそれぞれ求め、上記脱炭深さが既知の各
   鋼材ごとの一次結合の値と脱炭深さを表す値とを関係付
   ける基準式を最小２乗法により求める基準式演算手段
   と、 上記高周波電圧測定手段により上記測定対象の鋼材につ
   いて測定される電圧の振幅と位相とを上記基準式に代入
   することにより脱炭深さを求める脱炭深さ演算手段とを
   設けたことを特徴とする鋼材の脱炭測定装置。
2. 【請求項２】 上記高周波定電流供給手段および高周波
   電圧測定手段を上記脱炭深さが既知の鋼材および測定対
   象の鋼材に４端子法により接続し、上記高周波定電流供
   給手段から上記脱炭深さが既知の鋼材および測定対象の
   鋼材に対して２端子を介して定電流を供給し、これによ
   って上記脱炭深さが既知の鋼材および測定対象の鋼材に
   発生する電圧を上記高周波電圧測定手段が他の２端子を
   介して測定するようにしたことを特徴とする請求項１に
   記載の鋼材の脱炭測定装置。
3. 【請求項３】 上記高周波定電流供給手段および高周波
   電圧測定手段は、上記高周波定電流供給手段に接続され
   た１次コイルに定電流を供給することによって上記脱炭
   深さが既知の鋼材および測定対象の鋼材に渦電流を発生
   させ、この渦電流によって上記脱炭深さが既知の鋼材お
   よび測定対象の鋼材に発生する励磁電圧を上記高周波電
   圧測定手段に接続された２次コイルを用いて測定するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１に記載の鋼材の脱炭
   測定装置。
4. 【請求項４】 上記基準式演算手段は、２つの高周波数
   の下で上記高周波電圧測定手段により測定される電圧の
   振幅と位相とから、各周波数ごとに求めた一次結合の比
   を表す値を上記複数の鋼材ごとに求め、各鋼材ごとの一
   次結合の比の値と脱炭深さの値とを関係付ける基準式を
   最小２乗法により求めることを特徴とする請求項３に記
   載の鋼材の脱炭測定装置。
5. 【請求項５】 脱炭深さが既知の複数の鋼材に対して様
   々な高周波数で定電流を供給してそのとき発生する電圧
   の振幅と位相とを各周波数ごとに測定し、上記測定した
   発生電圧の振幅と位相との一次結合を求めるとともに、
   その一次結合の値と脱炭深さとを関係付ける基準式を各
   周波数ごとに生成する第１のステップと、 上記第１のステップで生成した各周波数ごとの基準式の
   中から測定精度が最もよくなる基準式とそれに対応する
   周波数とを特定する第２のステップと、 上記第２のステップで特定しておいた高周波数で測定対
   象の鋼材に定電流を供給してそのとき発生する電圧の振
   幅と位相とを測定し、上記測定した電圧の振幅と位相と
   を上記特定しておいた基準式に代入することによって脱
   炭深さを求める第３のステップとを有することを特徴と
   する鋼材の脱炭測定方法。