JPS58195148A - 金属材料の内部温度および組織を測定する方法 - 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、電磁超音波を利用して鋼材の結晶変態率を非
破壊的に測定する方法の改良に関するものである。

造船材料、建築用材料等の厚鋼板の圧延において、鋼材
の変態温度近辺のオーステナイト相とフェライト相がま
ざ）あっているときに圧延を行うと（二相域圧ＩＪｇ）
、圧延された厚板の強度、じん性が向上するが、この場
合、α相とｒ相の比率が４０〜６０ｇ６の範囲で圧延す
ると最もその効果があがることがわかっている。従って
、鋼材の結晶変態率を測定することは有意義である。

ところがこれは高温（約７００℃）で測定しなければな
らないため困難な点が多く、従来の方法としては、α相
とｒ相の比率と磁性との関係を利用した測定方法がある
。これを第１図に示す。図において圧延中の厚板２に磁
極１を厚板の上下に設け、磁束密度測定センサー３を介
在せしめている。

４は中心を流れる磁束、５は厚板の表面に沿った磁束を
示す。圧延中の厚板の上下に磁束（Ｎ極、Ｓ極）を配置
し、この中を通る鋼材の磁性（すなわちα相とｒ相の比
率）によシ、磁束密度が変化することを利用したもので
あシ、磁束密度はホール素子等のセンサーで測定してい
る。

ところがこの方法であると、まず鋼材表面温度１１（ が下がって表面層のα相の比率が大となり、表面層の透
磁率が大きくなると磁束が表面に沿うように□、、ｉｖ
ゎ、えゎえヶよｌ’ｌｌｌ函・、□□□ア、やに表面の
みの変態率が測定されるのみであシ、その役目を充分果
しているとはいい難い点が壷った。

そこで、本発明者らが特開昭５６−１５８９４１号で述
べた変態率測定方法により、圧延途中の厚板の変態率を
測定し、最適な変態率の時に圧延をおこなった結果、強
度、じん性等を向上させることができた。

しかし、この方法はα相とｒ相の縦波超音波伝搬速度お
よび横波超音波伝搬速度が温度に関係せず一定としたが
、これらの伝搬速度は、温度により変化するものでメジ
、また圧延途中の厚鋼板内部には温度分布が存在すると
考えられるので、精密な意味での変態率測定という点で
不十分であった。

本発明は、電磁超音波を利用して鋼材の結晶変態率を非
破壊的に測定する方法（特開昭５６−１５８９４１）に
超音波伝搬速度の温度変化も考慮しト てさらに精度のよい鋼材の変態率さらには温度分布も測
定する７１Ｊ□Ｙ’、ｆｆを得ることを目的としてなさ
れたものである。・：。

厚鋼板内部の超音波縦波音速・ｌおよび超音波機　　１
テ 波音遭マ、の温度変化曲線を第２図に示す。両音速共に
１度上昇と共にその値を減するが、減する割合は比例せ
ず、独立に変化している。音速が大きく変化している点
は変態の起こる点であるが、これによると音速を測定す
れば、温度がわかシ、ひいては変態点が測定できること
になる。

また、厚鋼板内部の板厚方向の温度分布を樵々の場合に
ついて測定したところ、はぼ２次式で表わされしかも板
中心に関してほぼ対称であると近似できることがわかっ
た。この近似による図が第３図で、これを式で表わすと
（１）式を得る。

ここで、 ’（Ｘ）　：金属板（厚鋼板）表面から板厚方向へ！の
距離における温度 ０、二金属板（厚鋼板）表面の温度 ０ｅ＝金属板（厚鋼板）の板厚方向中心における温度 Ｄ　二金属板（厚鋼板）の厚さ Ｘ　：金属板（厚鋼板）表面から板厚方向への距離であ
る。

そこで、第２図に示すように超音波縦波、横波の音速マ
１．マ、は次式のように各鋼種毎に温度の関数として与
えられることがわかっている。

ｖ１＝マｌ（θ（Ｘ））　　　　　　　　　　　・・・
・・・・・・（２）マ、；マｍ　（＃（ｘ）　）　　　
　　　　　　　　・・・・・−・・（３）第４図に示す
ような縦波電磁超音波振動子１２および横波電磁超音波
振動子１３から発せられた縦波１４および横波１５が厚
鋼板１１の内部のα相１６、β相１７、α相１８を順に
通り抜は鋼材下面で反射され、鋼材表面にもどってくる
時間Ｔｌ。

Ｔｓはそれぞれ（４）　、　（５）式で表わせる。

（４）　、　（５）式において、Ｔｌ、ＴＩＩを測定す
れば未知数はマｌ（’（ｘ）　）−マ＠　（＃（Ｘ）　
）に含まれているθ。、θ。

だけであるので、これを求めることができる。

θｅ　ｅ　’ｍがわかれば、（１）式よシ厚鋼板内部の
温度分布がわかシ、変態率も容易に推定できる。

そこで本発明者らが特開昭５６−１５８９４１で述べた
電磁超音波による鋼材内部の縦波、横波の伝搬時間測定
方法を実施例に基いて詳細に説明する。

第５図に示すように厚さ２００■の厚板２１の表面にマ
グネットコア３０、マグネット用コイル３１、超音波発
生・検出用コイル３２から構成される電磁超音波センサ
ー３５を置く。超音波発生検出用コイル３２はパルス電
流発生器５７と導通されている。マグネット用コイル３
１にマグネ、ト用電源３６をつなぎ電流（２０Ａ）を流
すとマグネ。

トコア３０が磁化され、厚板２１０表面近傍に磁束Ｂ（
５ＫＧ）が生ずる。また超音波発生検出用コイル６２に
パルス電流発生器３７をつなぎ、パルス電流（中心周波
数５００　ＫＨ寡、尖頭値１０００Ａ）を流すと、電磁
誘導の法則によシ厚板２１０表面近傍には紙面に垂直な
方向に流ｉる誘導電流Ｉが流れる。　　　　　　　　　
　　：ｌｌ：ｉこの誘導電流Ｉは磁束Ｂの垂直方向成分
ＢＹと相互作用して水平方向のローレンツ力Ｆｍを発生
する。

また水平方向成分Ｂｌとの相互作用により垂直方向α相
２２、ｒ相２３、α相２４を順に通り抜け、厚板下面で
反射され、音速の大きい縦波がまず厚板表面にもどって
龜、ついで横波がもどってくる。

もどってき九超音波祉発生の際と全く逆の原理によプ超
音波発生・検出用コイルにより検出され電気信号となる
。

このような原理で超音波の送受信がおこなわれるため、
表面の凹凸は特に支障とはならない。検出された電気信
号は増幅器４５によシ増幅され、オシロスコープ４０に
表示される。図中４１はウェーブメモリ、４２はコンピ
ュータ、４３は表示器を示す。第５図のオシロスコープ
表示において、Ｐは超音波を発生・礪せるためにパルス
電流発生器から趨音波発生検１□Ｉｉ用・イル５２に流
した・（ルス１１１１：□：１ 電流の波形でありへ・、、、Ｌは底面で反射されてもど
ってきそ超音波発生検″□出用３イヤ、２．１−検出さ
れた縦波Ｗ１のｆＩＪＬ形である。閾様にＳは横波Ｗ、
の波形でめる。Ｔｌは縦波がステンレスラブ２１の内部
を往復するに要する伝播時間であり、Ｔ−は同じく横波
の伝播時間である。従って、このような方法で、ＴＩと
Ｔｌを測定し、Ｘ線厚み計によシ板厚りを測定すれば（
１）〜（５）式により、鋼材内部の温度分布がわかり、
変態率も容易に指定できる。

しかしながら、（２）（３）式のマｌ、マ、は複雑な関
数であり、しかもそれらが積分されているので（１）〜
（５）式により、未知数＃、　、　＃、を求めることは
容易でない。そこで、実際は計算機を利用し試行錯誤に
より求めたので、その方法を厚板での実施例で説明する
。

第６図は＃、、＃ｃを求め変態率を決定するロジ、りを
示す図で、５０は計算機部分を示す。温度と超音波縦波
音速および横波音速の関係を鋼種別に記憶装置５１に記
憶させておく。前述の電磁超音波の縦波、横波の伝搬時
間、測定装置５２により、厚板内部の往復の伝搬時間（
Ｔｌ−Ｔｓ　）を測定し、比較部５５に入力する。また
Ｘ＊厚み計５３で板厚を測定し、計算部５４に人力する
。そこで初期値（’ｓ　−’ｅ　）が計算部５４に与え
られ（４）　、　（５）式によ’）　、（Ｔｌ−Ｔｓ　
）を計算し、比較部５５において、先の（Ｔ１．Ｔｓ）
測定値と比較し、設定誤差範囲内　　　　□なら（＃、
、　＃、　）が決定される。しかし設定誤差範囲外なら
（＃ｓ　＝　＃＠）を変えて計算部５４にフィードバッ
クし、再び同操作を（Ｔ１．Ｔｓ）力；設定誤差範囲に
入るまで繰シ返し、（ａｓ−’ｃ）を決定する。

決定され＆（＃ｓ−’ｅ）は、変態率計算部５６に入る
。ここでは、まず（１）式により、厚板の板厚方向のａ
ｍ分布を計算し、表示装置５７に表示する。

まえ鋼種別の変態温度りをあらかじめ記憶させておき、
（１）式においてｅｃｘ’）＝’ｐと置くことにより、
第４図に示すα相の厚さＸｐが求め、次式により変態率
を求め、表示装置５７に表示する。

この変態率は、厚板上面の電磁超音波センサーのある部
分のみの厚み方向の変態率であるが、センサーを幅方向
に走査して測定することにより第７図に示すような厚鋼
板の断面の変態状況が２次元的にわかる。これにより面
積率による変態率も測定できることになる。この結果も
表示装置５７に表示できる。

このように本方法によれば、鋼材内部の温度分布ならび
に変態率が測定できる。鋼材内部温度がすべて変態点以
下の場合又は以上の場合、いずれでも温度分布が同様に
本方法で測定できることは当然である。

以上の方法では、実操業中に試行錯誤による計算を行っ
たが、事前に鋼種、温度、板厚に関して多種の組み合わ
せで（Ｔｔ−Ｔｓ）を測定し、前述と同じロジ、りで（
θＳ　、ａｔｌ）を決定し、（Ｔｔ　−Ｔｓ　）と（＃
、、＃。）の関係を計算機に記憶させておき、実操業中
で（ＴＩ、Ｔｍ）を測定し、その際の一種、板厚に一致
するファイルから（Ｔｌ−Ｔａ）の測定値に対応した（
ａ、、θｅ）を選び出す方法でもよい。

第５図において代表的な轡として１個の電磁超音波セン
サーによって縦波−音波と横波超音波を１・・ｄす：：
１１ 発生検出する場合を述べたが、縦波超音波専用のセンサ
ーと横波超音波専用のセンサーの２個を用いても目的は
達せられる。

また第５図においては、超音波が往復する時間を測定し
たが、超音波発生専用センサーを上面に、検出専用セン
サーを下面におき、片道の伝播時間を測定しても（４）
　、　（５）式をそれぞれ（６）　、　（７）式のよう
に変えれば、目的は達せられる。

雛でもよいし、それぞれの専用のものを２組使用しても
目的は達せられる。

以上示した変態率測定方法により、圧延途中の厚鋼板の
変態率・を測定し、最適な変態率の時に圧延を行な−）
九結・果、本発明者らが特開昭５６−１５８９４１号；
□トベ九変態率測定方法により制御して圧延を行　った
結果よシもさらに強度、じん：・・） 性等が向上し九、　　　　　　　　　　　　　　　　　
）

【図面の簡単な説明】

ｊｌ１図は従来法の測定説明図、第２図は超音波縦波、
横波音速の温度との関係を示す図、第３図は厚鋼板の板
厚方向温度分布の近似図、第４図は変態途上の厚鋼板の
電磁超音波伝搬を示す図、第５図は縦波、横波伝搬時間
測定図、第６図は本発明の実施方法を示す図、第７図は
厚鋼板断面図である。 １：磁極、２：厚板、３：センサー、４：磁束、５：磁
束、１１：厚鋼板、１２：縦波電磁超音波振動子、１５
：横波電磁超音波振動子、１４：縦波、１５：横波、１
６：α相、１７β相、１８：α相、２１：厚板、２２：
α相、２３：ｒ相、２４：α相、３０：マグネ、トコア
、３１：マグネ、トコイル、５２：超音波発生検出用コ
イル、３５：電磁超音波センサー、３６：電源、３７：
パルス１Ｋ［１器、４０ニオシロスコープ、４１：ウェ
ーブメモ！Ｊ、４３：表示器、４５：増幅器、５０：計
算機、５２：超音波縦波・横波伝搬時間測定装置、５３
：Ｘ線厚み針、５７：表示装置。 出願人　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　　柳　　　　　稔−１度 板厚方向すな−λ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数種類の組織を有する金属材料の厚さ方向に縦
   波超音波および横波超音波を退入し、該縦波超音波およ
   び横波超音波の、金属材料厚さ方向の伝播時間をそれぞ
   れ検出するとともに、金属材料の材質、温度に依存する
   縦波超音波および横波超音波の金属材料中における伝播
   速度を求め、骸伝播速度と前記検出された縦波超音波お
   よび横波超音波の伝播時間とから、金属材料のそのとき
   の厚さ方向における温度分布および組織の種類とその量
   比率の少なくとも何れか一方を測定するようにし友こと
   を特徴とする金属＃科の内部温度および組織を測定する
   方法。
2. （２）複数種類の組織を有する金属材料ＱＮｌさ方向に
   、縦波超音波および横波超音職を退入する手段と、縦波
   超音波および横波超音波が金属材料厚さ方向を伝播する
   時間をそれぞれ検出する手段と、金属材料の材質と温度
   に依存する縦波超音波および横波超音波の金属材料中に
   おける伝播速度と前記縦波超音波および横波超音波の全
   域材料厚さ方向の伝播時間の検出値とから金属材料のそ
   のときの厚さ方向における温度分布および組織の種類と
   その量比率の少なくとも何れか一方を演算々出する演算
   処理手段とからなる金属材料の内部温度および組織を測
   定する装置。