JPS58102148A - 鋼板のオンライン硬度測定方法 - 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】 本発明は、鋼板のオンライン硬度測定方法に関する。

一般に、冷延鋼板勢の硬度は、その強度等に関係がある
ことから、その機械的性質の管理要素としてよく用いら
れている。

従来、このよう表銅板の硬度を、オンラインで非破壊的
に、その全長にわたって連続的に＃Ｉ定可能とすべく、
鋼板の磁気的性質と硬度との相ａに着目した各種の硬度
測定方法が提案されている。

第１図は、［鉄と鋼、第５１巻第５号、第８８頁ないし
第９　ｏｊｊＪに記載されている硬度測定方法を示すブ
ロック線図である。すなわち、この方法においては、鋼
板１の進行方向に対して前方に交流励磁の消磁器２を置
き、これにより鋼板１の持つ残留磁気を消去する。この
後方に測定ヘッドを設け、測定ヘッドの上箱には直流励
磁の電磁石３があり、下箱には磁界測定器４の検出部５
が組み込まれている。この電磁石３ｄ、定電流装置６よ
り供給される一定電流によって常に一定の静磁界を発生
している。検出部５には鋼板１が磁化されることにより
変化した磁界（透過磁気）がかかり、これを磁界測定器
４で測定し、この出力を記録針に記録する。ここで、磁
界測定器４で測定される透過磁気は、鋼板１の硬度とよ
く相関があることから、上記記録計７０記鍮によって鋼
板１の長さ方向の硬度分布を得ることが可能となる。し
かしながら、この第１図の測定方法においては、第２図
の測定結果が示すように、パスラインの変。

動、板厚の影響により、測定精度に大きなばらつきがあ
る。

＠３図は、「非破壊検査、＄２１巻ＩＫ７号、第４０１
真ないし第４０８頁」に記載されている硬度測定方法を
示すブロック線画である。すなわち、この硬度測定方法
は、−次コイルに流れる電流の作る磁界、および鋼＠に
流れる渦電流の作る磁界の両方により誘起される二次コ
イル誘起電圧を測定し、二次コイル誘起電圧と鋼板の透
磁率との相関、および鋼板の硬度と透磁率の相関に基づ
き、鋼板の硬度を測定可能としている。なお、この硬度
の測定方法においては、検出コイル１０に標準硬度板＾
を挿入した時に振幅位相調整装置により標準コイル１１
とのバランスをとり、増幅器の入力電圧ΔＶＡｒＯとし
、その後に標準硬度板Ａのかわりに標準硬度板８を挿入
した時の電圧ΔＶＢを一定値に保つことによシ感度規制
をし、この感度規制をした後に、検出コイル１０をオン
ラインに挿入して測定ｔ−開始するようになっている。

しかしながら、この＠３図の硬度測定方法においては、
ｌｒＡ図の測定結果が示すように、パスラインの変動の
影響により、その測定精度に大きなばらつきを生じてい
る。

すなわち、従来の硬度測定方法にあっては、鋼板をはさ
みつける方式を採用している丸め、パスラインの変動が
生じると、測定装置と鋼板の間隔が変動するため、測定
精度に大きなバラツキを生じる。また、鋼板をはさんで
磁化しているため板厚方向に磁極をつくっている。この
方式では、鋼板を飽和磁化さすことは不可能である。

本発明は、鋼板の精度を精度よく測定することができる
鋼板のオンライン硬度測定方法上提供することを目的と
する３、 上記目的を達成するために、本発明に係る鋼板のオンラ
イン硬度測定方法は、鋼板と直流励磁の電磁石とを、相
対移動状態下で対向配置するとともに、電磁石の正負両
磁極を上記相対移動方向に隔置し、電磁石の一方の磁極
によって飽和磁化された鋼板部分を、電磁石の他方の磁
極によって逆方向に飽和磁化し、上記飽和磁化された部
分の残留磁気の強さｆ：測定し、測定された残留磁気の
強さに基づいて該部分の硬度を求めるようにしたもので
ある。

以下、本発明をより具体的に説明する。

第５−は、本発明の測定原理を示す説明図である。連続
的に走行する鋼板２１０表面に対して、＠流励磁の電磁
石２２を対向配置するとともに１電磁石２２の正磁極（
Ｎ極）と負磁極（Ｓ極）とを鋼板２１の走行方向におい
て隔置する。したがって、鋼板２１の任意の測足点Ｐは
、電磁石２２の正磁極から負磁極に発生する磁力線の影
響下を移動することとなり、位置Ａないし位置ＥＩＩＣ
おいて第６図に示す履歴に従って順次着磁される。す／ なわち、第６肉は、横軸に着磁する磁界の強さをとり、
縦軸に着磁されたことによって鋼板２１１ＩＣ残留する
磁束を示すものであり、鋼板２１は、位置ＡＫ進入する
以前に磁化されていても、位置Ｂで正磁極によって飽和
磁化されて消磁され、その後位置りで負磁極によって逆
方向に飽和磁化され、最終的には位置Ｅにおいて残留磁
気を保有する。

このようにして電磁石２２の磁力線影響下を通過し、残
留磁気を保有する鋼板２１は、その残留磁気の強さ音検
出器２４によって検出される。検出器２４は、第５図に
示すようＫＮ極およびＳ極感知用のセンサを有してお９
、両センサは通常の周囲に磁界がない場合にはバランス
しておｐその出力は零となっている。鋼板２１は上記の
ようＫＮ極に磁化されているため、この鋼板２１が上記
両センサに近づくと、Ｎ極感知用センサのコイルが鋼板
２１ＯＮ極に励磁され、両センサのコイル間バランスは
くずれて励磁側コイルに電流が流れ、この電流値がガウ
スメータ２４Ａに表示される。

このようにして検出器２４によって検出された残留磁気
の強さは、変換器２５で増幅され、硬度換算されて、記
録計２６に記録される。

ここで、鋼板２１の上記残留磁気の強さは、以下のよう
Ｋ、鋼板２１の硬度に相関するものであることから、上
記記録計２６の記録結果によって鋼板２１の硬度を求め
ることが可能となる。す々わち、残留磁気と硬度との関
係は両者の間に結晶粒という段階を置いて考えることが
できる。

ｐｅｔｃｈは鋼の降伏点と結晶粒の大きさとの間につぎ
の関係があるとしている。

飄ｙｐ−σ。＋ＫＩ−％ ただし、ａＬＹＰ　を下降伏点とし、σθを単結晶の下
降伏点とし、Ｉｔ−単結晶の直径とし、Ｋを定数とする
。また、凹圧硬度は塑性変形抵抗を測定するのであるか
ら、上式の降伏点を硬度に置換えて考えることができる
。すなわち、硬度と結晶粒径との関に相関が認められる
ことになる。次に、残留磁気と結晶粒との関係を考える
と結晶粒の大きいものほど、磁化されやすく、結晶粒の
小さいものほど磁化されＫくいが、結晶粒が大きいもの
は結晶粒が小さいものに比較して、単位面積当シの結晶
粒の数が少ないため、残留磁気が小さい。反対に結晶粒
が小さいものは、単位面積当シの結晶粒の数が多いため
残留磁気は大きくなる。すなわち、残留磁気の大きいも
のはと硬度は高く残留磁気の小さいもの＃１ど硬度は低
い。このようにして残留磁気を測定することにより硬度
が測定できる。

なお、上記電磁石２２は、以下のように鋼板２１を完全
に飽和磁化することが可能である。すなわち、第７図に
示すように、鉄心を炭素鋼で形成し、コイル端子に印加
する直流電圧を２０Ｖとし、コイルに流れる電流をＩＡ
とし、電磁石２２の磁速密度ｔ−１６００Ｔとする状態
下で、真空の透磁率ｔμ０および鉄の非透磁率をμＢと
し、鋼板２１および電磁石２２の磁路長、透磁率、磁界
の強さをそれぞれ２１２μｍ、Ｈｌとするとともに、空
一部の長さ、透磁率、磁界の強さをそれぞれｔ２．μ２
．Ｈ２とすれば、起磁力Ｕは、 Ｕ＝Ｈ１１１＋２）（２ｚ２　＝　１６００　（ＡＴ　
：］　　・・・・・・・・・・・・（１）となり、μＩ
ＨＩ”’μ２Ｈ２なる関係があることから、空隙部の磁
界の強さＨｌと鉄部の磁界の強さＨｌとの比は、及＝烈
”’　”　＝Ｉ”８　　””””””””””、＝”０
．”””　　（３）Ｈｌ　　μ２　μ０ となり、鉄の非道磁率μｇＫ等しくなる。ここで、鉄の
非透磁率μＳは１０３ないし１０４であることから、μ
５ｔｌ−１０３とすしｊｆ、 ２ Ｈｌ　＝□　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
３）０００ となる。したがって、上記（８）式を前記（１）式に代
入すれば、 ２ 刊、ｔ１＋２Ｈ２ｔ２＝１６ｏｏ〔ＡＴ〕　・・曲間・
曲（４）となる。そこで、鉄部の磁路長ｔ１をα５６票
、空隙部の長さｔ２を０．０１５−とすると、空隙部の
磁界の強さＨ２＃′ｉ、 Ｈ２＝５ａ３３３〔ＡＴ／ＩＬ〕・・・・・曲曲曲・・
・・叩・・（６）となり、これが鋼板２１を着磁する磁
界の強さとなる。実際には漏洩があるため、その漏洩量
を１Ｈｌと仮定すると、電磁石２２が鋼板２１を着磁す
る磁界の強さは約２＠０００（ＡＴ／”）となる。他方
、炭素鋼が磁気的に飽和するに必要な磁界の強さは、ａ
ｏｏｏないしＩＱＯＯＯ（ＡＴ／’）であることがら、
上記電磁石２２によれば鋼板２１を確実に飽和磁化する
ことが可能となる。

第８図は本発明の一実施例七本す配置図である。

前述の電磁石２２および検出器２４は、焼鈍炉３１の出
側プライドルロール３２に対し、１ｏないし２５塙の空
隙部を介して対向配置され、電磁石２２の正磁極と負磁
極とを鋼板２１の走行方向に隔置している。また、電磁
石２２と検出器２４とは、電磁石２２からの漏洩磁束が
検出器２４に悪影響を与えることのない５００ないし６
００−の間隔を介して配置されている。ここで、プライ
ドルロール３２の周囲には、第９図に示すように、フレ
ーム３３、フレーム３３に設けられるガイドレール３４
が固定化され、ガイドレール３４には台車３５が、駆動
装置３６によって、実線で示される測定位置と二点鎖線
で示される待機位置との間を横行可能に架設されている
。台車３５には、昇降装置３５Ａ’を介して、測定ヘッ
ド３７が上下方向に移動可能に支持され、測定ヘッド３
７ＫＦ；ｉ前記電磁石２２および検出器２４が固定化さ
れている。すなわち、鋼板２１は、プライドルロール３
２ｖｃ密着し振動することのない状態下、すなわち電磁
石２２および検出器２４に対する対向間隔を変動するこ
とのない状態下で、電磁石２２によって着磁され、検出
器２４によって残留磁気の強さを検出され、その硬度を
記録計２６に表示されるようになっている。ここで、駆
動装置３６による台車３５の横行動作により、測定ヘッ
ド３１は、鋼板２１０幅方向の任意位置の硬度を測定す
ることが可能となる。なお、上記電磁石２２および検出
器２４は、鋼板２１を振動させることのない密着状態で
通板するローラーに対向するものであれば、プライドル
ロール３２以外の搬送ローラーに対向配置されるもので
あってもよい。

第１θ図囚ないし日は、第８図に示した実施例の実操業
結果を示す説明図である。すなわち第１０図（４）、（
６）および０の横軸は相互に同一時間を表わし、第１θ
図（４）は生焼はコイルを故意に製造すべく変化させた
焼鈍炉３１の加熱炉温および均熱炉温を示し、第１θ図
（６）は上記操業条件下で焼鈍された鋼板のコイル１Ｃ
ないし６Ｃ１およびコイル間を接続している通販材Ｓｔ
一連続的にオンラインで測定した硬度計出力、すなわち
記録針２６の記鎌結果を示し、第１Ｏ図Ｃ）は上記オン
ラインで測定された各コイルおよび通板材の各淘定点相
当部をサンプリングし、測定したロックウェル硬度を示
している。

上記１！１０図（６）によれば、過板材ｆｊＫ関す、る
硬度計出力は、通板材９が数回の焼鈍によってやわらか
い材質となっていることに対応し、小さくかつ安定した
出力値を示している。次に、コイル２Ｃないし３Ｃが第
１０図（４）に示すような加熱炉温および均熱炉温の上
昇下で焼鈍されると、コイル２Ｃの中央部分で再結晶が
完了する。このコイル２Ｃないしコイル３Ｇに関する硬
度計出力は、上記再結晶化に対応して次第に低下し、再
結晶の完了の後には、加熱炉温および均熱炉温が上昇し
ても、硬度の変化がないことに対応して一定の出力状態
を示している。同様に、コイル４Ｇないし６Ｃにおいて
、加熱炉温および均熱炉温の調整により、再結晶を未完
了とする場合には、硬度計出力が、各コイルの硬度の変
化に対応する変化を示している。

第１０図（６）と第１０図０とを比較すると、前記実施
例に係る硬度計出力の出力値が、現実にす／プリングし
て得られたロックウェル硬度によく相関していることが
−められる。第１１１１は上記硬度計出力と、サンプリ
ングして得られたロックウェル硬度との相関を示す線図
であるが、硬度計出力の精度が良好であることが認めら
れる。なお、纂１１図において、領域Ｐは、焼鈍によっ
て再結晶が完了し、ロックウェル硬度が５４ないＬ６６
の範囲にある製品領域を示し、領域Ｑは、焼鈍温度が低
いために焼鈍不完全で再結晶が完了せず、その硬度が製
品の許容硬度（６６）以上の範囲にある生焼は材領域を
示している。そこで、硬度計の出力に対して第１１図に
示すような境界能Ｒを設定しておけば、生焼は材の判定
を硬度計の出力によって行なうことが可能となる。

以上のように、本発明に係る鋼板のオンライン硬度測定
方法は、鋼板と直流励磁の電磁石とを、相対移動状態下
で対向配置するとともに、電磁石の正負両磁極を上記相
対移動方向に隔置し、電磁石の一方の磁極によって飽和
磁化された鋼板部分を、電磁石の他方の磁極によって逆
方向に飽和磁化し、上記飽和磁化された部分の残留磁気
の強さを測定し、測定された残留磁気の強さに基づいて
該部分の硬度金求めるようにしたので、鋼板の硬度を高
精度に求めることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例に係る硬度測定方法を示すブロック線図
、第２図は四ＩＩ定結果を示す線図、第３図は他の従来
例に係る硬度測定方法を示すブロック線図、第４図は同
測定結果を示す線図、第５図は本発明の＃ｊ定原理を示
す説明図、＠６図は第５図における鋼板の着磁経過を示
す履歴線図、第７図は第５図の電磁石および鋼板を取り
出して示す説明図、第８図は本発明が適用されてなる焼
鈍ラインを示す配気図、第９図は第８図のオンラインに
設けた測定装置を示す斜視図、＠１０図（４）ないしく
Ｑは本発明の実施結果を示す線図、第１１図は同実施結
果における硬度計出力と実ロックウェル硬度との相関を
示す線図である。 ２１・・・鋼板、　　２２・・・電磁石、　２３・・・
磁力線、２４・・・検出器。 代理人　弁理士　塩　川　修　治 第１図 第２図 瑳度（ＨＲ３０Ｔ） 第３図 第４図 第５図 ビ 第６図 第７図 第８図 第９図 １ 第１０図 （Ａ） 第１１図 □石」支社記力閏

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼板と直流励磁の電磁石とを、相対移動状態下で
   対向配置するとともに、電磁石の正負両磁ａを上記相対
   移動方向に隔置し、電磁石の一方の磁極によって飽和磁
   化された鋼板部分を、電磁石の他方の磁極によって逆方
   向に飽和磁化し、上記飽和磁化された部分の残留磁気の
   強さを測定し、測定され九残留磁気の強さに基づいて該
   部分の硬度を求める鋼板のオンライン硬度測定方法。