JPS6046382B2 - 超音波による鋳造組織の割合と有効結晶粒の同時判定法 - Google Patents
超音波による鋳造組織の割合と有効結晶粒の同時判定法Info
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- JPS6046382B2 JPS6046382B2 JP52041851A JP4185177A JPS6046382B2 JP S6046382 B2 JPS6046382 B2 JP S6046382B2 JP 52041851 A JP52041851 A JP 52041851A JP 4185177 A JP4185177 A JP 4185177A JP S6046382 B2 JPS6046382 B2 JP S6046382B2
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- ultrasonic waves
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- grain size
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
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- G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波を用いて簡単に鋳造組織の異質な各
部の割合と有効結晶粒度とを同時に測定する方法に関す
る。
部の割合と有効結晶粒度とを同時に測定する方法に関す
る。
溶鋼から連続的に鋼板を製造するプロセス、いわゆる
連続鋳造（以下連鋳と略称）技術の確立は製鉄業に携わ
る技術者の変らざる夢であり、今日すでに全粗鋼の２０
％が連鋳によつて生産されている。
連続鋳造（以下連鋳と略称）技術の確立は製鉄業に携わ
る技術者の変らざる夢であり、今日すでに全粗鋼の２０
％が連鋳によつて生産されている。
今後省資源、省エネルギの立場から全粗鋼の大半が連鋳
によつて製造される時代が当来するものと予測されるが
、それを可能にするためには連鋳技術における幾つかの
基本的な問題点の解決が是非とも必要であると考えられ
る。当面、連鋳技術における最大の問題点は溶鋼に不可
避的に存在する不純物元素が凝固過程において鋳片の中
心部に偏析し、割れを主体にした内部欠陥を生じ易くす
ることである。 中心偏析の程度は、鋳造組織と密接な
関係があり、鋳造組織を構成する柱状晶と等軸晶の割合
によつて支配され、等軸晶の割合が多いほどＣ、Ｎ、Ｓ
、Ｐ、Ｂなど、不純物元素の中心偏析の度合が減少する
。
によつて製造される時代が当来するものと予測されるが
、それを可能にするためには連鋳技術における幾つかの
基本的な問題点の解決が是非とも必要であると考えられ
る。当面、連鋳技術における最大の問題点は溶鋼に不可
避的に存在する不純物元素が凝固過程において鋳片の中
心部に偏析し、割れを主体にした内部欠陥を生じ易くす
ることである。 中心偏析の程度は、鋳造組織と密接な
関係があり、鋳造組織を構成する柱状晶と等軸晶の割合
によつて支配され、等軸晶の割合が多いほどＣ、Ｎ、Ｓ
、Ｐ、Ｂなど、不純物元素の中心偏析の度合が減少する
。
第１図は鋳片の鋳造組織を模式的に示す図で、１は連鋳
鋳片、ｄはその厚みを示す。鋳片１は当然表裏側から冷
却凝固するのでこの表裏側に厚み方向に長く延びた柱状
晶１ａ、１をが発達し、最後に凝固する中心部には小塊
状の等軸晶ｌｃが生じる。ｄ、は柱状晶の厚みを、ｄ。
は等軸晶の厚みを示す。不純物元素は等軸晶内に、分散
するので等軸晶が広範囲に生じる程中心偏析の度合は減
少する。第２図は鋳片の中心偏析度合Ｃｍａｘ／Ｃｏと
等軸晶の割合（％）との関係を各不純物に対して示す。
等軸晶の割合は同じスラブ厚みなどであつても鋼種によ
つて大巾に変る。 鋳造組織を支配する要因として一応
、連鋳機への溶鋼の注入温度、凝固時の注水比、電磁攪
拌の強度および鋳片の引抜速度等が考えられるが、如何
せん鋳片の組織を非破壊的あるいはオンライン的に判別
する手法が確立されていないため、理想的な鋳片を得る
ためには、上記の要因を如何に制御すべきかに関して何
ら具体的な堤案はなされていない。 従来においては冷
却された鋳片の一部を切断、研削、研磨、腐食、顕微鏡
観察の過程を経て鋳造組織を判別するといつた旧態依然
たる方法をとつているに過ぎず、鋳造組織に関する情報
を直ちに製造プロセスに反映させることができないばか
りでなく、組織反別に莫大な時間と労力を必要とした。
鋳片、ｄはその厚みを示す。鋳片１は当然表裏側から冷
却凝固するのでこの表裏側に厚み方向に長く延びた柱状
晶１ａ、１をが発達し、最後に凝固する中心部には小塊
状の等軸晶ｌｃが生じる。ｄ、は柱状晶の厚みを、ｄ。
は等軸晶の厚みを示す。不純物元素は等軸晶内に、分散
するので等軸晶が広範囲に生じる程中心偏析の度合は減
少する。第２図は鋳片の中心偏析度合Ｃｍａｘ／Ｃｏと
等軸晶の割合（％）との関係を各不純物に対して示す。
等軸晶の割合は同じスラブ厚みなどであつても鋼種によ
つて大巾に変る。 鋳造組織を支配する要因として一応
、連鋳機への溶鋼の注入温度、凝固時の注水比、電磁攪
拌の強度および鋳片の引抜速度等が考えられるが、如何
せん鋳片の組織を非破壊的あるいはオンライン的に判別
する手法が確立されていないため、理想的な鋳片を得る
ためには、上記の要因を如何に制御すべきかに関して何
ら具体的な堤案はなされていない。 従来においては冷
却された鋳片の一部を切断、研削、研磨、腐食、顕微鏡
観察の過程を経て鋳造組織を判別するといつた旧態依然
たる方法をとつているに過ぎず、鋳造組織に関する情報
を直ちに製造プロセスに反映させることができないばか
りでなく、組織反別に莫大な時間と労力を必要とした。
また経験に依る所が多いので判定の客観性に乏しい欠点
がある。上記の観点から本発明は、鋳造組織を構成する
柱状晶と等軸晶の割合と同時に鋳造組織の有効結晶粒を
非破壊的に、測定し連鋳プロセスから最終製品が製造さ
れるまでの各種の工程に測定結果を反映させることを意
図してなされたものである。
がある。上記の観点から本発明は、鋳造組織を構成する
柱状晶と等軸晶の割合と同時に鋳造組織の有効結晶粒を
非破壊的に、測定し連鋳プロセスから最終製品が製造さ
れるまでの各種の工程に測定結果を反映させることを意
図してなされたものである。
以下、発明の詳細な説明について説明を加える。鋳造組
織に超音波を伝播させると該超音波は各種の原因によつ
て減衰するが、その減衰が主としてレーリー散乱によつ
て生ずる周波数範囲（これを以下レーリー散乱条件とい
う。これは減衰が周波数の４乗に比例する範囲ともいえ
る）では、超音波減衰定数は鋳造組織の、有効結晶粒度
と一義的な関係があり、該減衰定数を測定すれば有効結
晶粒度を求めることができる。この点は本願と同日に別
途出願した１超音波による鋼の結晶粒度の測定法ョの明
細書に詳述されているが、要約すれば次の通りである。
即ち有効結晶粒とは大傾角粒界により画定された結晶粒
であり、フェライトパーライト鋼のフェライト結晶粒、
マルテンサイトおよびベイナイト鋼の、コ●バリアント
●パケットがそれに相当する。大傾角粒界においては、
例えばクラックの伝播は阻止又は抵抗を受け、超音波伝
播はかなり減衰を受けるという特徴がある。鋼の結晶粒
の粒度判定には、フェライトパーライト鋼の場合はフェ
ライト結晶粒を、またベイナイト、マルテンサイト等の
組織の場合はオーステナイト結晶粒をとり、その粒径を
ＡＳＴＭＮＯ．で表わすのが普通であるが、このような
方式では超音波減衰定数は結晶の種類によつても変わり
、粒度と一義的な関係はない。この点、有効結晶粒度は
結晶粒の種類に関係なく、前記レーリー散乱条件が満た
される範囲では超音波の減衰量に正しく対応する。第３
図は、鋼材を伝播する超音波の周波数と減衰定数との関
係を示すグラフである。
織に超音波を伝播させると該超音波は各種の原因によつ
て減衰するが、その減衰が主としてレーリー散乱によつ
て生ずる周波数範囲（これを以下レーリー散乱条件とい
う。これは減衰が周波数の４乗に比例する範囲ともいえ
る）では、超音波減衰定数は鋳造組織の、有効結晶粒度
と一義的な関係があり、該減衰定数を測定すれば有効結
晶粒度を求めることができる。この点は本願と同日に別
途出願した１超音波による鋼の結晶粒度の測定法ョの明
細書に詳述されているが、要約すれば次の通りである。
即ち有効結晶粒とは大傾角粒界により画定された結晶粒
であり、フェライトパーライト鋼のフェライト結晶粒、
マルテンサイトおよびベイナイト鋼の、コ●バリアント
●パケットがそれに相当する。大傾角粒界においては、
例えばクラックの伝播は阻止又は抵抗を受け、超音波伝
播はかなり減衰を受けるという特徴がある。鋼の結晶粒
の粒度判定には、フェライトパーライト鋼の場合はフェ
ライト結晶粒を、またベイナイト、マルテンサイト等の
組織の場合はオーステナイト結晶粒をとり、その粒径を
ＡＳＴＭＮＯ．で表わすのが普通であるが、このような
方式では超音波減衰定数は結晶の種類によつても変わり
、粒度と一義的な関係はない。この点、有効結晶粒度は
結晶粒の種類に関係なく、前記レーリー散乱条件が満た
される範囲では超音波の減衰量に正しく対応する。第３
図は、鋼材を伝播する超音波の周波数と減衰定数との関
係を示すグラフである。
試料つまり被測定鋼材の有効結晶粒径Ｄを顕微鏡観察な
どにより予め測定し、Ｄ＝０．１２，０．０６，０．０
４，０．０２Ｔｆｒ！ｎの各試料に超音波を、その周波
数を臨界周波数Ｆｃの前後に変えて投射し、減衰定数α
を測定してその値を周波数目盛上にプロットすると、曲
線Ｃ１〜Ｃ４で示す如き結果が得られる。このグラフか
ら明らかなように周波数ｆが低い範囲ではｆ−α曲線は
彎曲しており、ある周波数を越えると直線状になる。こ
のグラフは縦軸および横軸とも対数目盛であるから直線
部分はαｃ＜Ｐの範囲であり、この部分が前記のレーリ
ー散乱条件を満足する周波数範囲である。レーリー散乱
とは従来波長に対して小さな微粒子による光または音の
散乱であるから、超音波が有効結晶粒より長波長である
即ち低周波ならレーリー散乱は生じるが、低周波ではレ
ーリー散乱以外の種々雑多な原因による減衰が生じ、結
晶粒度との対応づけが困難である。したがつて、ここで
いうレーリー散乱条件は上記臨界周波数以上の範囲をい
う。各曲線の彎曲部と直線部の境界の周波数が臨界周波
数Ｆｃであり、この周波数は各有効結晶粒径Ｄ毎に変り
、そのときの減衰定数αも若干変るがほＳ］．５〜２ｄ
Ｂ／Ｃ７ｌ附近にある。臨界周波数Ｆｃを各粒径Ｄ毎に
予め測定し、これをプロットすると第４図に示す曲線（
直線）Ｃが得られる。このようなグラフを作成しておけ
ば臨界周波数Ｆｃを求めることにより当該試料料の有効
結晶粒径Ｄを簡単に求めることができる。勿論数式化も
可能である。一般に超音波の伝播式は音圧をＰ１初期値
つまた発射時の音圧をＰ。、減衰定数をα、伝播距離を
Ｘとするとで表わされる。
どにより予め測定し、Ｄ＝０．１２，０．０６，０．０
４，０．０２Ｔｆｒ！ｎの各試料に超音波を、その周波
数を臨界周波数Ｆｃの前後に変えて投射し、減衰定数α
を測定してその値を周波数目盛上にプロットすると、曲
線Ｃ１〜Ｃ４で示す如き結果が得られる。このグラフか
ら明らかなように周波数ｆが低い範囲ではｆ−α曲線は
彎曲しており、ある周波数を越えると直線状になる。こ
のグラフは縦軸および横軸とも対数目盛であるから直線
部分はαｃ＜Ｐの範囲であり、この部分が前記のレーリ
ー散乱条件を満足する周波数範囲である。レーリー散乱
とは従来波長に対して小さな微粒子による光または音の
散乱であるから、超音波が有効結晶粒より長波長である
即ち低周波ならレーリー散乱は生じるが、低周波ではレ
ーリー散乱以外の種々雑多な原因による減衰が生じ、結
晶粒度との対応づけが困難である。したがつて、ここで
いうレーリー散乱条件は上記臨界周波数以上の範囲をい
う。各曲線の彎曲部と直線部の境界の周波数が臨界周波
数Ｆｃであり、この周波数は各有効結晶粒径Ｄ毎に変り
、そのときの減衰定数αも若干変るがほＳ］．５〜２ｄ
Ｂ／Ｃ７ｌ附近にある。臨界周波数Ｆｃを各粒径Ｄ毎に
予め測定し、これをプロットすると第４図に示す曲線（
直線）Ｃが得られる。このようなグラフを作成しておけ
ば臨界周波数Ｆｃを求めることにより当該試料料の有効
結晶粒径Ｄを簡単に求めることができる。勿論数式化も
可能である。一般に超音波の伝播式は音圧をＰ１初期値
つまた発射時の音圧をＰ。、減衰定数をα、伝播距離を
Ｘとするとで表わされる。
また減衰定数αは、Ａを定数、ｐを異方性とし下罪ソー
散乱条件の、下ではで表わすことができる。
散乱条件の、下ではで表わすことができる。
この（２）式は前述の第３図の曲線Ｃ１〜Ｃ４の直線部
を示している。ところで鋳造組織のように内部が等軸晶
、表面が柱状晶と分れている場合には各部分について下
式が成立する。
を示している。ところで鋳造組織のように内部が等軸晶
、表面が柱状晶と分れている場合には各部分について下
式が成立する。
こ）でα１は柱状晶部分の、α２は等軸晶部分の各減衰
定数であり、μｍは柱状晶部分の、μ２は・等軸晶部分
の各異方性であり、計算又は実験的に求めることができ
る。有効結晶粒径Ｄは柱状晶部分および等軸晶部分で同
じである。第５図に示すようにこのような鋳片１に超音
波受信器２を当接し、矢印で示すように超音波を発射し
てその反射波を受信し、レーリー反射条件を満足する範
囲で鋳片全体の減衰定数α。、その時の測定周波数Ｆ。
を求めると、このα。は下式て表わされ、これより各部
の厚みＤｌ，（１２が求まる。上記（５）式は下式の如
く整理しておいてもよい。
定数であり、μｍは柱状晶部分の、μ２は・等軸晶部分
の各異方性であり、計算又は実験的に求めることができ
る。有効結晶粒径Ｄは柱状晶部分および等軸晶部分で同
じである。第５図に示すようにこのような鋳片１に超音
波受信器２を当接し、矢印で示すように超音波を発射し
てその反射波を受信し、レーリー反射条件を満足する範
囲で鋳片全体の減衰定数α。、その時の測定周波数Ｆ。
を求めると、このα。は下式て表わされ、これより各部
の厚みＤｌ，（１２が求まる。上記（５）式は下式の如
く整理しておいてもよい。
但しＡ″＝Ａｐ〒異方性μ，，μ２を実験的に求めるに
は、例えば柱状晶のみおよび等軸晶のみの各試料を作り
、その各々に対して前記の臨界周波数Ｆｃを求め、それ
により有効結晶粒度Ｄを知り、更にレーリー反射条件を
満す範囲の周波数Ｆ。
は、例えば柱状晶のみおよび等軸晶のみの各試料を作り
、その各々に対して前記の臨界周波数Ｆｃを求め、それ
により有効結晶粒度Ｄを知り、更にレーリー反射条件を
満す範囲の周波数Ｆ。
で減衰定数α１，α２を求め、前記（３），（４）式か
らＡｐ〒，Ａｐ？を算出すればよい。有効結晶粒径Ｄは
、臨界周波数Ｆｃから求める方法以外の他の方法に依る
こともてきる。
らＡｐ〒，Ａｐ？を算出すればよい。有効結晶粒径Ｄは
、臨界周波数Ｆｃから求める方法以外の他の方法に依る
こともてきる。
例えば第３図で粒径Ｄをパラメータとする曲線Ｃｌ，Ｃ
２・・・・・・を多数用意しておき、レーリー条件を満
たす範囲例えばα〉２ｄＢ／ＣｒｆＬ以上の範囲で測定
周波数Ｆｘとそのときの減衰定数αゅを求め、第３図の
このＦｘとα。の点を通る曲線Ｇｘから（又は適当に補
間法を用いて）粒径Ｄｘを知ることができる。以上詳細
に説明したように本発明では鋳造組織に超音波を伝播さ
せてその減衰定数を求めるという簡単な手段により、予
め作成しておいた対応表または数式により簡単迅速に鋳
造組織の有効結晶粒径および柱状晶と等軸晶などの異質
の結晶部分の厚みを知ることができ、か）る鋳造組織の
情報を製造工程にフィードバックして連鋳工程の注入温
度、電磁攪拌強度、引抜速度などの制御を行ない、ある
いは該情報を製造工程にフイードフオワードして熱間圧
延、冷間圧延工程の制御、簡略化を行なうことができる
。またこの方法により得られる鋳造組織情報には客観性
があり、省力化も可能である。なお本発明は連鋳に限ら
ず、溶接部の靭性判定、非破壊検査にも適用できる。”
図面の簡単な説明 第１図は鋳造組織の模式図、第２図は等軸晶の割合と偏
析度合との関係を示すグラフ、第３図は減衰定数と周波
数との関係を示すグラフ、第４図は有効結晶粒径と臨界
周波数との関係を示すグラ・フ、第５図は周波数減衰定
数の測定法を説明する説明図である。
２・・・・・・を多数用意しておき、レーリー条件を満
たす範囲例えばα〉２ｄＢ／ＣｒｆＬ以上の範囲で測定
周波数Ｆｘとそのときの減衰定数αゅを求め、第３図の
このＦｘとα。の点を通る曲線Ｇｘから（又は適当に補
間法を用いて）粒径Ｄｘを知ることができる。以上詳細
に説明したように本発明では鋳造組織に超音波を伝播さ
せてその減衰定数を求めるという簡単な手段により、予
め作成しておいた対応表または数式により簡単迅速に鋳
造組織の有効結晶粒径および柱状晶と等軸晶などの異質
の結晶部分の厚みを知ることができ、か）る鋳造組織の
情報を製造工程にフィードバックして連鋳工程の注入温
度、電磁攪拌強度、引抜速度などの制御を行ない、ある
いは該情報を製造工程にフイードフオワードして熱間圧
延、冷間圧延工程の制御、簡略化を行なうことができる
。またこの方法により得られる鋳造組織情報には客観性
があり、省力化も可能である。なお本発明は連鋳に限ら
ず、溶接部の靭性判定、非破壊検査にも適用できる。”
図面の簡単な説明 第１図は鋳造組織の模式図、第２図は等軸晶の割合と偏
析度合との関係を示すグラフ、第３図は減衰定数と周波
数との関係を示すグラフ、第４図は有効結晶粒径と臨界
周波数との関係を示すグラ・フ、第５図は周波数減衰定
数の測定法を説明する説明図である。
図面で１は鋳造組織、１ａ，１ｂはその柱状晶部分、１
ｃは等軸晶部分である。
ｃは等軸晶部分である。
Claims (1)
- １ レーリー散乱による減衰が全減衰の大部分を占める
ようになるレーリー散乱条件を満足する臨界周波数より
低い周波数から前記条件を満足する高い周波数まで周波
数を変化させた超音波を、鋳造組織をもつ物体中に伝播
させて超音波減衰定数を測定することにより、鋳造組織
の異質な各部の割合と有効結晶粒度を求めることを特徴
する、超音波による鋳造組織の割合と有効結晶粒の同時
判定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52041851A JPS6046382B2 (ja) | 1977-04-12 | 1977-04-12 | 超音波による鋳造組織の割合と有効結晶粒の同時判定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52041851A JPS6046382B2 (ja) | 1977-04-12 | 1977-04-12 | 超音波による鋳造組織の割合と有効結晶粒の同時判定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53126993A JPS53126993A (en) | 1978-11-06 |
| JPS6046382B2 true JPS6046382B2 (ja) | 1985-10-15 |
Family
ID=12619748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52041851A Expired JPS6046382B2 (ja) | 1977-04-12 | 1977-04-12 | 超音波による鋳造組織の割合と有効結晶粒の同時判定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046382B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5766355A (en) * | 1980-10-09 | 1982-04-22 | Kawasaki Steel Corp | Method for deciding aggregation organization of steel plate and material property depending upon aggregation organization by means of on-line system |
| JPS5797443A (en) * | 1980-12-10 | 1982-06-17 | Jgc Corp | Cementation measuring method by ultrasonic wave |
| US4607834A (en) * | 1985-06-03 | 1986-08-26 | Xerox Corporation | Adjustable sheet guide |
| JP5633404B2 (ja) * | 2011-02-02 | 2014-12-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 金属組織計測方法および金属組織計測装置 |
-
1977
- 1977-04-12 JP JP52041851A patent/JPS6046382B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53126993A (en) | 1978-11-06 |
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