JPS6017350A - 金属の変態率測定方法 - 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、金属、特に、鋼材の変態率を測定する方法に
関する。

一般に、鋼の強化方法には加工硬化、析出硬化、固溶強
化、細粒化強化及び変態組織強化等、種々あるが、近年
、ｍ製品の製造」スト低減指向を背景とし、低い合金成
分量の鋼素月を用い、熱間圧延のままの状態でより高強
度の鋼材を製造する手段として、熱延後の制御冷却によ
る変態組織強化技術の利用が従来以上に活性化しつつあ
る。

ところぐ、変態組織強化技術を利用する場合、呂うまで
もなく該金属の変態挙動について正確な知識が必要であ
る。こうした変態挙動については、一般的には実験至的
に調査されたものが知られているが、実機で製造する場
合のそれは実験室での結果とは大幅に異なることが多い
。その実態は十分に把握されてはいないが、このように
実機での変態挙動が実験室の結果と異なる原因の１つは
、変態挙動が前工程あるいは上流工程における熱歪膜層
等によって複雑に変化することによるためとｂねれてい
る。従って例えば、く１）熱延鋼（イの品質を左右する
大きな要素である長手方向及び幅方向にお（ブる祠貿の
均質性を向上せしめるために、圧延加工淘度囮歴の差に
基づく局所的な変態騒動の変化を把握覆る手段として、
或いはまた、（２）高強度で靭性の優れた鋼材、例えば
高張カラインパイプ用鋼板等を製造づるために、圧下を
加える詩点でのγ相とα相との比率を把握づ゛る手段と
して、更にはまた、（３）高強度でかつ加工性の優れた
薄鋼板を製造するために、混合組＃ｌ鋼の製造技術に於
ける急冷開始時点でのγ相とα相の比率をＩＩ！！握す
る手段として、鋼の変態挙動に関する情報が精密に測定
できれば、熱間圧延ライン、熱処理ラインを用いた各種
鋼材の製造分野に於いて極めて大ぎな利益が期待できる
ことになる。

従来、こうした鋼材等の金属の変態挙動を測定づる方法
として以下のような方法が提案されている。その１つは
、例えば特公昭５６−２４０１７号のように相変態の際
の潜熱による温度上昇を製造ラインに設置した温度計に
よって検出し、変態挙動を把握しようと１６方法である
。しかし、この方法の場合、得られる情報が極めて概略
的であること、応答性が遅いこと及び温度計をセンサと
して用いるため、たとえば水冷中の測定が出来ないなど
の欠点がある。

また、特開昭４９−１１４５１８号、５１−１３６４４
２号及び特公昭５３−２５３０９号のように、鋼材表面
にＸ線を照射し、その回折強度から変態率を測定する方
法も提案されている。しかしながら、この方法は強度の
Ｘ線を照射づるため、Ｘｌｌ１１障害に対する安全防護
措置を講する必要があること、従ってこのため検出装置
自体が大計りになり、設置費用の上昇、設置数の制限あ
るいはメンテナンス等に問題が生じること、加えて、得
られる情報が被測定材の表皮下約５０μＩＩＩ以内の表
層部のものであって、マクロ的情報となりａいなどの欠
点を有している。

これに対し、鋼のγ相→α相変態が材磁性（γ相）から
強磁性（α相）への変化という物理的現象を伴なうこと
を利用し、磁気検出器を用いて変態挙動を検出づる方法
がある。例えば特開１１ｉ’ｌ　５０−１０４７５４号
、あるいは特開昭５．６−８２４４３号などがこれに該
当する。これらの方法は測定可能な温度範囲が被測定鋼
のキュリ一点以下の温度域に恨定されるという問題を有
しているが、一般の大部分の商用鋼のキュリ一点は約７
５０℃以上と高く、これに対し冷却過程での鋼の変態範
囲は非平衡的に低温側に移行するので、変態の大部分は
キュリ一点以下の温度範囲で進行するため、上記問題は
一部の鋼を除けば実際的障害とはならないこと、そして
上記した磁気手段によらない他の方法に比べて、簡便か
つ応答性が良好であり、しかも水冷中にＪ３いても測定
可能であるなどの利点を有しており、実用的かつ有効な
方法と言える。

しかしながら上記の如き一般的利点を有プると言えども
既提案の特開昭５０−１０４７５４号及び特開昭５６−
８２４４８号における磁気検出装置には以下のような問
題が未解決であり、まだ十分に実用に供し得るものであ
るとは言い難い。

まず初めに特開昭５０−１０４７５４号について述べる
。該提案は磁気検出装置を用いた熱間圧延方法に係るも
のであって、磁気検出装置そのものに関づる提案でなく
、その実施に際し使用する検出装置の機能、構造に関す
る詳細が不明確であるが、該提案の明細書に記載されて
いるところによると、励磁したピックアップコイルを被
測定鋼に近接させておき、被測定鋼のγ柑→α（目変態
にともなって生ずるピックアップコイル自身のインピー
ダンス変化から変態の有無を定性的に検知づ−るもので
ある。しかしながら、前記したごとく鋼材の製造分野に
適用するためには変態の進行状況を定量的に検出し得る
機能を有することが必要であって、該提案のように単に
変態の有無を定性的に検知し得るだけの機能の検出装置
では、適用する価値が低いと呂ねざるを得ない。

次に特開昭５６−８２４４３号について述べる。

第１図は該提案にあける磁気検出装置の構成を示すブロ
ック線図である。ここで磁気変態の程度は以下のように
測定される。即ち、金属１０の表面近傍に設置された励
磁コイル１２に交流電流を流すと、励磁コイル１２の周
囲に磁界が発生する。

ここで、金属１０を挾み励磁コイル１２と反対側に検出
コイル１４を設置すると、励磁コイル１２と金属１０と
検出コイル１４とで磁気回路が形成され、金属１０を責
通し漏洩してきた磁束によって検出」イル１４に電流が
発生する。この電流は両コイルの相互インダクタンスに
比例するが、この相互インダクタンスは金属１０の透磁
率に依存し、該透磁率は金属１０の内部の結晶構造、即
ち、磁気変態の程度に依存することから、検出コイル１
４に発生づる電流を測定でることにより、金属１０の磁
気変態の程度を知ろうと覆るものである。

なお、図に於いて、１６は温度計、１８は演算装置、２
０は材料、厚さ等の条件信号である。

この方法は前記特開昭５０−１０４７５４号に比べると
、原理的には変態率を定量的に測定し得る機能を有して
いると呂える。しかしながら、この方法では、金属１０
を完全に通過し反対側に漏洩してぎた磁束によって検出
電流を発生させていたことと相俟って、励磁電流の周波
数が一定であったため、金属の全体の透磁率を概括的に
知り得るに止まり、従って厚さ方向の変態率の分布状態
を知ることはできなかった。しかしながら、金属の性質
等を考え、これを加工処理するラインに於いては、金属
の厚さ方向の変態率の分布状態まで把握することが重要
である。又、この方法は、励磁コイル１２と検出コイル
１４とで金属１０を挾むようにして測定するものであり
、且つ、Ｓ／Ｎ比の観点から両」イル１２．１４間の距
離ρをあまり大きく取れないことから、この間に金属１
０を高速で搬送するというのが、事実上極めて困難であ
るという問題もあった。

本発明は、このような従来の不都合、或いは不向な点に
鑑みてなされたものであって、金属の変態率をオンライ
ンで定量的に、且つ〜さ方向の変態率分布状態まで測定
可能とする方法を提供することをその目的としている。

本発明は、金属の変態率測定方法に於いて、励磁コイル
と検出コイルとを、夫々被測定物の周−側に配置し、励
磁」イルに可変周波数電流を与え、各周波数に於（ブる
該励磁コイルの電流及び検出コイルの電流から被測定物
の厚さ方向の透磁率をめ、金属の１ソさ方向の変態率分
布を測定づることとして上記目的を達成したものである
。

本発明は、又、金属の変態率測定り法に於いて、励磁」
イルと検出」イルとを、夫々被測定物の同一側にｉｉｉ
！ｍし、励磁コイルに擬似ホワイトノイズを与え、検出
」イルでの電流のパワースペクトルから被測定物の厚さ
方向の透！ｉ率をめ、金属の厚さ方向の変態率分布を測
定することとして同じく上記目的を達成したものである
。

本発明は、磁界の金属への貝入深さが励Ｑ上電流の周波
数によって変ることに着目し、励磁コイルに流す電流の
周波数を変えることによって、磁界の金属への員入深さ
を積極的に変え、得られた厚さ方向の透磁率の変化特性
から変態率の分布状態をめることとしたものである。そ
して更に、励磁」イルと検出」イルとを金属に対して同
一側に配置ツることによりオンラインでの走行上の不都
合を無くづるようにしたものである。

以下本発明の詳細な説明づる。

まず本発明の測定原理から説明４る。第２図に示づ如く
、磁性体のない空間に励磁コイル１２が置かれた場合、
励磁コイル１２から距離ｒの位置に於ける電界は、距１
１１ｒがコイル半径に比してがなり大きい時、各成分で
（１）式（２）式のように与えられる。

１−１ｒ　＝２−ａ　−Ｔ−ｃｏｓθ、／ｒ３−−−＜
１）Ｈθ＝ａ　−１−ｓｉｎθ／ｒ　３−−・−−（２
＞但しＩ：励磁電流 θ：軸方向Ｘとなす角 ａ：定数 第３図に示す如く、透磁率μの磁性体がある場合には、
θ＊Ｏとして鏡像法を用いて磁界Ｈをめると、検出コイ
ル１４周辺では、（３）式のようになる。

Ｈ＝２　・ａ−Ｉ　（１／Ｒｔ　３ −μＯ／Ｒ２３（μ＋μｏ））・・・（３）但しＲ１：
励磁コイルと検出コイルとの距離Ｒ：励磁コイルから金
属までの距離 Ｒ２：２ＲＲ１ （３）式に於いて透磁率が磁性体の厚さ方向（軸方向×
に同じ）で変化する場合、各厚さ方向に於ける透磁率を
平均し、その平均値をもって（３）式のμと考えること
ができる。この厚さ方向で変化する透磁率の平均値μ（
ω）は、（１）（２）式より磁場が距離ｒの３乗に反比
例することより、厚さ方向をＸとして１／ｘ３の重みを
つここで×（ω）は、励磁コイル１２に与える電流の周
波数ωの関数と１．て表される磁界の金属１０への貫入
深さである。

ところで検出コイル１４周辺の磁場が一様であるとりる
と゛、励磁」イル１２、検出コイル１４間の相互インダ
クタンスＬ（ω）は、磁界Ｈ即ち磁束Φが電流■とイン
ダクタンスしくω）に比例することから（３）式より（
５）式のように表すことができる。

Ｌ（ω）＝ｂ　・（１／　Ｒ１３ −μＯ／Ｒ２３（μ（ω）十μ０）　）・・・（５） 但しｂは定数 この相互インダクタンスしくω）は、励磁コイルの電流
及び検出」イ４しの電流からめることができるため、平
均透磁率μ（ω）は、前記（５）式の関係からめること
ができる。

一方貫入深さＸ（ω）は、３Ｆ万に比例すると、（４）
”えてよい。よって（６）式のように書くことができる
。

Ｘ（ω）−Ｃ・３４（＃　（Ｃは定数）・・（６）ここ
で（４）式よりμ（ω）をωについて微分しく６）式を
代入づると、（７）（８）式のようになる。

ｄμＣ（Ｄ）／ｄω ＝１／ｋ　（ω）（μ（Ｃ−３ｆｆδ）−μ（ω］）従
って（７）式を変形しく９）式のように書くことができ
る。

この（９）式のμ（Ｃ・３Ｆ圀）は、各周波数に於ける
貫入深さＸ（ω）に相当する厚さ方向の位置での透磁率
にほかならないものである。金属の変！？！率は透磁率
に依存づ゛るため、μ（Ｃ・３Ｆπ）がめられることに
よって当該厚さｈ面位置での金属の変態率をめることが
できる。

ここに於いて、時間と共に励磁コイル１２に与える電流
の周波数ωを変えてゆき、各ωに於ける透磁率をめると
いうのが、特許請求の範囲第１項記載の方法であり、励
磁」イル１２に種々の周波数ωの成分を含んだ擬似ホワ
イ１へノイズを与え、パワースペクトル分析を介して透
磁率をめるというのが特許請求の範囲第２項記載の方法
である。

第４図に本発明方法の前者相当、即ち、特許請求の範囲
第１項記載相当の一実施例が採用されＩζ、金属の変態
率の測定装置を示ず。図に於いて、１６は交流電源、１
８．２０はＮ流計、２２は演算機、２４が記録装置であ
る。このような装置に於いて、本発明方法は、励磁コイ
ル１２と検出コイル１４とを夫々被測定物たる金属１０
の同一側に配置し、第５図に示す如く、先ず、励磁コイ
ル１２に与える電流の周波数ωを変えながら、励磁」イ
ル１２及び検出コイル１４の′Ｒ流１１、Ｉ２を夫々電
流計１８．２０によって測定する。次にこの励磁コイル
１２の電流工１及び検出コイル１４の電流工２より相互
インダクタンスしくω）をめ、更に（５）式によって平
均透磁率μ（ω）を算出づる。そしてこの平均透磁率μ
（ω）から（９）式を用いてμ（Ｃ・３ｆｆ）をめる。

この際、（９）式のｄμ【ω）／ｄωについては、各周
波数ω毎にめられた平均透磁率μ（ω）を直接ωで微分
して算出する。モして　Ｃ・３Ｆ扉をＭｌにしてμ（Ｃ
−３（ｉ）をプロットすれば、深さＣ・３Ｆ蚕相当位置
に於ける透磁率の変化特性がまる。そしてこのめられた
透磁率の変化特性より厚さ方向の変態率をめるものであ
る。

そしてこの変態率は記録装置２４にて記録され、用途に
応じ各種の加工処理をなされて活用される。

第６図に、本発明方法の後者相当、即ち、特許請求の範
囲第２項に記載相当の一実施例が採用された、金属の変
態率の測定装置を示す。図に於いて、２６が擬似ホワイ
トノイズ発生装置、２８がパワースペクトル分析装置で
ある。

この方法は、測定の基本理念については前者の方法と同
一であるため重複説明を省略するが、平均透磁率μ（ω
）のめ方に差異があるものである。即ち第７図に示ダ如
く、励磁コイル１２に周波数特性３０Ｈｚから１０ｋＨ
ｚ程度の擬似ホワイトノイズなる電流を流し、検出コイ
ル１４の電流のパワースペクトルをとるとするとそのス
ペクトルは相互インダクタンスしくω）に比例した形と
なる。従って検出コイル１４の電流のパワースペクトル
から、（５）式に基づき、各周波数に於（プる平均透磁
率μ（ω〉を、リアルタイムでめることができる。平均
透磁率μ（ω）をめた後の処理については先の方法と同
様である。

この方法は、特に、オンラインでの測定のように高速性
の要求される場合に有効である。

尚本発明は第１図のコ字型磁心に検出コイルと励磁コイ
ルとを巻回した検出器にも適用可能であり、その他の磁
心型にも本発明の思想を逸ｎ；２シない範囲で種々変形
して適用できるものである。

以上説明してきた如く本発明によれば金属の変態率を定
量的に、且つ厚さ方向の変態率分布状態まで正確に測定
可能であるという効果が得られる。

そして、励磁」イル、検出」イル共金属の同一側に余裕
をもって配すことができるため、オンラインで用いても
、被加工金属のばたつきによって装置が破壊されたりす
る恐れもないものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の磁気検出器を用いた金属の変態率測定
方法の説明図、 第２図は、本発明の測定原理を示Ｊためのもので磁性体
のない空間での磁界の説明図、第３図は、同じく磁性体
≠のある空間での磁界の説明図、 第４図は、本発明方法の特許請求の範囲第１項に記載相
当の一実施例が採用された、金属の変態率測定装置の一
例を示づブロック線図、第５図は、同じくその概略流れ
図、 第６図は、本発明方法の特許請求の範囲第２項記戦相当
の一実施例が採用された、金属の変態率測定装置の一例
を示づブロック線図、 第７図は、同じくその概略流れ図である。 １０・・・金属（被測定物）、 １２・・・励磁」イル、 １４・・・検出コイル、 １６・・・交流電源、 ２２・・・演弾機、 μ・・・透磁率、 μ（ω）・・・平均透磁率、 μ０・・・磁性体のない空間での透磁率、×・・・１ワ
さ方向、 Ｘ（ω）・・・磁界の金属への貫入深さ、ω・・・周波
数、 Ｌ（ω）・・・相互インダクタンス。 代理人　高　矢　論 （ばか１名） ００［ 第１図 １８ 第４図 第５図 第６図 ２６

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）励磁コイルと検出コイルとを、夫々被測定物の同
   一側に配置し、励磁コイルに可変周波数電流を与え、各
   周波数に於ける該励磁コイルの電流及び検出」イルの電
   流から被測定物の厚さ方向の透磁率をめ、金属の厚さ方
   向の変態率分布を測定することを特徴とする金属の変態
   率測定方法。
2. （２）励磁コイルと検出コイルとを、夫々被測定物の同
   一側に配置し、励磁コイルに擬似ホワイトノイズを与え
   、検出コイルでの電流のパワースペクトルから被測定物
   の厚さ方向の透磁率をめ、金属の厚さ方向の変態率分布
   を測定することを特徴とする金属の変態率測定方法。