JPS62147356A - ステンレス鋼材のシグマ相検査方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステンレス鋼材のシグマ（σ）相の有無を従
来公知の渦流探傷装置を用いて検査し、被検査材の全長
にわたって高精度且つ迅速な検査を可能にした検査方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

ステンレス鋼は約１２％以上のＣｒを含有し、耐食性を
目的とした鋼であり、その主要成分によってＣｒ系とＣ
ｒ　　Ｎｉ系の２種類に大別され、また金属組織によっ
てはマルテンサイト系、フェライト系。

オーステナイト系５オーステナイト・フェライト系、析
出硬化系の５種類に分類される。ステンレス鋼は、広範
囲の環境条件下において不動態を形成し得るので、優れ
た耐食性を有し、化学工業をはじめとする各種産業機器
、一般家庭用品、建築及び自動本部品等のばか原子力発
電、海洋開発用機器等にも応用されている。

ところで、このようなステンレス鋼の製造は、熱間加工
後に固溶化熱処理をして急冷するか、または熱間加工後
に更に冷間加工を施し、その後固溶化熱処理を行って急
冷し、目的とする金属組織を得るようにている。ところ
が、ステンレス鋼は金属組織によって決定されるある一
定の温度範囲内で長時間加熱されると、シグマ（σ）相
が析出し、衝撃値が急激に低下して脆化（σ脆性）する
という性質がある。このため、固溶化熱処理時の昇温不
足やその後に行われる急冷時の冷却不足等があると、σ
相が多量に析出する。このσ相の析出は、第５図の衝撃
値−σ相析出面積率の一例に示す如く、僅かでもあると
衝撃値の急激な低下をもたらす。第５図によれば、σ相
析出面積率が１％未満のところで衝撃値は急激に低下し
ている。

而して、このようなσ相の析出したステンレス鋼を、原
子力発電用として或いはその他の分野の特に靭性を必要
とする機器等に使用したりすると、重大な事故を起こす
こととなり、好ましくない。

このため、従来にあっては、σ相の析出原因となる固溶
化熱処理条件をチェックするか、または加工固溶化熱処
理後のステンレス鋼材をサンブリソゲしてミクロエッチ
し、これを顕微鏡観察することで、ステンレス鋼材のσ
相析出有無を検査するようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、固溶化熱処理条件をチェ・７りする場合は、
固溶化熱処理するステンレス鋼材の全数を専任の作業員
がチェックしなければならず、膨大な手間を必要として
いた。また温度の計測は、熱処理するステンレス鋼材の
一部分で行っている。

このため、正常な側温チャートが得られたとしてもそれ
はステンレス鋼材の一部のデータであり、ステンレス鋼
材全体のデータではないので信頼性に欠けるという欠点
があった。

固溶化熱処理後のステンレス鋼材の一部分をサンプリン
グしてミクロエッチにより検査する方法でも同様に、ス
テンレス鋼材の全数を検査しなければならない。この場
合には、サンプリングする工程と、これをミクロエッチ
する工程と、検査する工程とが少な（とも必要であり、
全体として膨大な工数と時間が必要である。しかも、こ
のサンプリングによる方法もステンレス鋼材の一部分の
データしか得られず、前述の場合と同様に信頼性に欠け
るという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は従来のσ相検査方法の前記問題点に鑑みてこれ
を改良除去したものであって、従来公知の渦流探傷装置
を用いて、正確且つ迅速にσ相析出の有無を判定し得る
検査方法を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

前記問題点を解決するための本発明の手段は、それぞれ
がブリッジ回路の相隣り合う２辺を形成すべく接続され
た２つのコイルに通電して前記ブリッジ回路を基準状態
にバランスさせ、一方のコイルをシグマ相が析出してい
るステンレス鋼材及び析出していないステンレス鋼材の
表面に順次対向配置してその時のブリッジ回路の電位を
求め、両電位を結ぶ直線を不平衡電位変化基準線とし、
その後前記２つのコイルのいずれか一方を被検査材の表
面に対向配置して前記ブリッジ回路に生起する不平衡電
位を検出し、この不平衡電位を前記不平衡電位変化基準
線と比較して被検査材中のシグマ相の有無を判定するよ
うにしている。

なお、コイルをステンレス鋼材の表面に対向配置する手
段としては、 （１）貫通型コイルの軸心を管棒材の軸心方向と一致さ
せて、管欅材に貫通型コイルを外挿する方法。

（２）内挿型コイルの軸心を管材の軸心方向と一致させ
て、管材に内挿型コイルを内挿する方法。

（３）プローブコイルの軸心を鋼材の表面に直交させて
、プローブコイルを鋼材に対向配置する方法。

等が可能である。

〔作　用〕 第２図のブロック回路に示す如く、基準状態にバランス
させたコイルＬ１及びＬ２のいずれか一方を、シグマ（
σ）相が多量に析出したステンレス鋼材（被検査材と同
じ材料）とσ相が析出していないステンレス鋼材の表面
に順次対向配置する。そのとき、ＣＲＴ１４に現れるｉ
！）Ｌ跡をプロ・ノドすると、例えば第１図のようにな
る。軌跡ａがσ相の析出していないステンレス鋼材の場
合、軌跡すが多量に析出している場合のものである。こ
の両軌跡の終点（電位）を今、Ａ点及びＢ点とし、両電
位点Ａ、　　Ｂを直線で結ぶと不平衡電位変化基準線Ｚ
が得られる。

次に、被検査材の表面に前記コイルＬ１及びＬ２のいず
れか一方を対向配置し、σ相の検査を行うと、ＣＲＴ１
４に表示される電位点はσ相の有無に応じて前記不平衡
電位変化基準線Ｚ上を移動する。従って、不平衡電位変
化基準線Ｚ上に、検査合否の判定基準位置をＸ、Ｙ座標
値として設定すれば、σ相の検査判定を行うことが可能
である。またこの検査は前記軌跡終点を座標値として捉
え、演算装置等により自動的に判定することと、またペ
ンレコーダー１５により連続した記録として取り出すこ
とが可能である。

以下に本発明の構成をステンレス鋼管を貫通型コイルを
用いて検査する実施例に基づいて図面を参照して説明す
ると、次の通りである。

〔実施例〕

第２図は本発明方法を通用した検査装置（従来公知の渦
流探傷装置）の全体を示すブロック回路図である。同図
に示す如く、検査装置はブリッジ回路１の相隣り合う２
辺を形成すべく接続された２つのコイルＬ１及びＬ２を
有している。このコイルＬ１及びＬ２はいずれも同仕様
であり、第３図に示す如く、ボビン２に巻回され、被検
査材３を挿通し得るべくなされている。４及び５は、前
記コイルＬ１及びＬ２に対向してブリッジ回路１の相隣
り合う２辺を形成すぺ（接続された２つの平衡調整用素
子である。コイルＬ１及び平衡調整用素子４の接続点と
、コイルＬ２及び平衡調整用素子５の接続点との間には
、発振器６が接続されており、ブリッジ回路１には交流
が印加される。またコイルしｌ及びＬ２の接続点と、平
衡調整用素子４及び５の接続点との間には、交流用の増
幅器７が接続され、ブリッジ回路１の出力を増幅するよ
うになっている。

８は可変位相器であって、発振器６の出力をその入力と
しており、増幅器７の出力をＸ軸信号値として取り出す
ための同期検波器９にその位相信号を出力する。１０は
可変位相器８の出力を入力とし、その位相を９０度シフ
トする位相器であって、増幅器７の出力をＹ軸信号の出
力として取り出すための同期検波器１１にその位相信号
を出力する。

１２及び１３は、それぞれ同期検波器９．１０の出力を
直流増幅するための増幅器であり、オシロスコープのＣ
ＲＴ１４及びペンレコーダー１５のＸ軸入力端又はＸ軸
入力端に接続されている。この回路構成は、前述した通
り渦流探傷装置の回路として公知である。

次に上述の如く構成された検査装置による本発明方法の
検査原理を、被検査材を例えばステンレス鋼管とした場
合に基づいて第り図乃至第３図を参照して説明する。

検査の順序としては、先ず、実際に検査するステンレス
鋼管３と同じ成分のステンレス鋼管を製造し、そのとき
、固溶化熱処理時の保持温度、冷却速度等の熱処理条件
を意識的に変化させ、σ相の析出していないステンレス
鋼管３と、σ相の多量に析出しているステンレス鋼管３
とを準備する。

そして、これらのステンレス鋼管３に基づいて、σ相判
定の基準となる不平衡電位変化基準線Ｚを求める。

不平衡電位変化基準線Ｚの求め方は、先ず、コイルＬ１
及びＬ２を空心状態とし、この状態で・発振器６を起動
させ、オシロスコープのＣＲＴ１４を観察しつつ平衡調
整用素子４．５を操作してブリッジ回路１のバランスを
とる。これにより、検査装置は検査準備が完了する。然
る後は、コイルし１（コイルＬ１又はＬ２のいずれか一
方）をそのままの空心状態とし、他方のコイルし２へσ
相の析出していないステンレス鋼管（固溶化熱処理の済
んだ製品管）３の一端側を挿入する。この状態で発振器
６を起動させると、コイルし２内においてステンレス鋼
管３に渦電流が発生し、コイルＬ２に電圧が誘起され、
該コイルＬ２のインピーダンスが変化する。このため、
空心状態のコイルＬｌと前記コイルＬ２とのインピーダ
ンスに差を生じ、ブリ、７ジ回路１は不平衡となる。そ
して、この不平衡電位は、交流用の増幅器７に入力され
て増幅され、同期検波器９及び１１に人力される。

このとき、量器検波器９は可変位相器８により発振器８
と同期調整され、Ｘ軸信号として取り出される。一方、
同期検波器１１は更に位相器１０を介在させることによ
り９０度位相のことなるＹ軸信号として取り出される。

同期検波器９及び−１１の出力は、それぞれ直流増幅器
１２及び１３により直流増幅され、オシロスコープのＣ
ＲＴ１４及びペンレコーダー１５へ入力される。ＣＲＴ
１４では、直流増幅器１２の出力がＸ軸座標に表され、
直流増幅器１３の出力がＸ軸座標に表される。第１図に
おいて、ａが前記σ相の析出していないステンレス鋼管
３を挿入したときのＣＲＴ１４上での軌跡である。

次に、上述と同要領でσ相の多量に析出しているステン
レス鋼管３を準備し、これの管端を平衡調整されたコイ
ルＬｌ又はＬ２のいずれか一方に挿入し、ＣＲＴｌｄ上
でその軌跡をプロットする。そのときの軌跡は、第１図
のｂで示す軌跡となる。

今、σ相の析出していない場合の軌跡ａと、σ相の多量
に析出している場合の軌跡すの軌跡終点（不平衡電位）
をそれぞれＡ、Ｂとすると、軌跡終点Ａ、Ｂを結ぶ直線
Ｚが得られる。この直線Ｚを不平衡電位変化基準線とす
る。

然る後は、固溶化熱処理の終了した被検査材としてのス
テンレス鋼管３の実検査を行う。実検査は、ペンレコー
ダー１５を起動させ、ステンレス鋼管３を図示しないＶ
ローラ上で一定速度にて搬送させ、連続した不平衡電位
を記録する。このように連続した検査工程でのＣＲＴｌ
Ｊ上に表れる電位変化（輝点の移動）は、前記不平衡電
位変化基準線Ｚ上を移動し、σ相の析出が少ない程に第
１図のＡ点に近く、またσ相の析出が多い程にＢ点に近
くなる。このことは、後述する実験結果からも明らかで
ある。従って、ＣＲＴ１４上での輝点の移動を観察する
か又はこれに対応して記録されるペンレコーダー１５の
チャート図を見ることにより、σ相析出の有無を判定す
ることが可能である。ＣＲＴ１４での判定は、不平衡電
位変化基準線Ｚにおける所定のＸ、Ｙ座標値を判定基準
位置として設定し、この判定基準位置よりＸ！ｉｌＩ座
標値が大きくなる方ヘズした場合を、許容できないσ相
が析出されたとして不良品と判定することで可能である
。

また実検査でのブリッジ回路１に発生した不平衡電位の
ｘ、ｙ軸座標値と、予め求めた前記不平衡電位変化基準
線ＺのＸ、　Ｘ軸座標値とを演算処理装置（ＣＰＵ）へ
入力し、自動的に判定することも可能である。ペンレコ
ーダー１５での判定は、チャートの出力を見ればよい。

なお、ブリッジ回路１の平衡調整は、コイルし１及びＬ
２を空心状態とする他にも、両コイルＬ１及びＬ２にσ
相の析出していない被検査材を挿入して行うことも可能
である。また被検査材は、コイルし１又はＬ２内へ挿通
させて所謂渦流探傷の外面探傷方式と同じ方式により検
査するようにしたが、コイルＬｌ又はし２を被検査材の
内面へ挿通して所謂渦流探傷の内面探傷方式と同じ方式
により検査することも可能である。

次に上述のσ相検査方法の原理が正しいことを証明する
実験結果について説明する。

実験は、第１表に示す成分割合の二相ステンレス鋼管を
製造し、そのときの熱処理条件を意識的に変化させ、σ
相の析出していないものから段階的にσ相の析出量を多
くし、合計１１本の二相ステンレス鋼管で行った。

また実験の条件は下記の通りである。

鋼管の外径　：６４菖會 鋼管の肉厚　：６．５ｍ寓 使用コイル　：外径４８曹ｌ１幅２１ｍ周波数　　　：
　　９２０Ｈｚ 探傷器　　　：　　ＺＥＴＥＣ製　Ｅ門３３００バラン
ス方式：空心−空心バランス 検査方法　　：コイル内押方法 実験結果は、第４図に示す通りであり、Ｃはσ相を析出
していない二相ステンレス鋼管の軌跡、ｄはσ相を最も
多量に析出している二相ステンレス鋼管の軌跡、Ｚｌは
不平衡電位変化基準線である。尚、この場合の不平衡電
位変化基準線Ｚｌは、第１図に示す不平衡電位変化基準
線Ｚの場合とその座標位置が異なるが、これは探傷器の
周波数。

コイル形状、鋼管の肉厚、成分等により被検査材に発生
する透磁率が変化するためである。前記条件の下で、ブ
リッジ回路１のコイルＬ１又はＬ２を、前記製造した１
１本のうちの残りの９本（σ相の析出していないものと
、最も多量にσ相が析出されたものとを除く９本）の二
相ステンレス鋼管内へ順次挿入してオシロスコープのＣ
ＲＴ１４上に表れる軌跡終点（不平衡電位のことであり
、ＣＲＴ１４上ではその輝点のことである）をプロット
したところ、そのＸ、Ｙ軸座標は第４図の■乃至■であ
った。このことから、σ相析出による不平衡電位の変化
は、前記不平衡電位変化基準線Ｚｌ上を移動するもので
あることが明らかである。そして、この■乃至■の各二
相ステンレス鋼管の一部をそれぞれサンプリングしてミ
クロエッチによりσ相析出の有無をｍ認したところ、こ
れら■乃至■の二相ステンレス鋼管の全てにσ相の析出
があり、析出量は■から■の順序で多くなっていた。

この実験結果から、前述した本発明の検査原理の正しい
ことが明らかである。

このように、従来の渦流探傷装置を用いて、σ相析出の
有無を判定する全くあらたな方法を実施することができ
る。この方法によれば、渦流探傷の場合と同じく、検査
ラインでのσ相判定を全自動化することが可能であり、
また正確な検査が可能である。検査ラインの全自動化に
より著しい検査効率の向上が図れる。

なお、本発明は上述の実施例及び実験条件に限定される
ものではなく、適宜の変更が可能である。

例えば、被検査材はステンレス鋼管以外にも棒状材、板
状材等のステンレス鋼材の検査が可能であり、またステ
ンレス鋼材の金属組織及び成分等に影響されるものでな
いことも当然である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明にあっては、従来公知の渦流
探傷装置を用いて、σ相析出の有無を判定することがで
き、検査ラインの全自動化及び鋼材の全数検査が可能と
なり、製造ライン上での鋼材全数につき、各全体を迅速
かつ正確に検査できる。このため、検査精度と信頼性の
向上が図れる。

検査ラインの全自動化により著しい検査効率の向上が得
られ、また検査精度の向上により品質の向上が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明に係るものであり、第１図は
検査原理を説明するためのＣＲＴ上に表れた不平衡電位
の座標図面、第２図は検査装置の全体を示すブロック図
、第３図はコイルと被検査材との関係を示す縦断面図、
第４図は検査原理をｉ認するための実験結果を示すＣＲ
Ｔ上に表れた不平衡電位の座標図面、第５図はステンレ
ス鋼の（＃’ｌ値とσ相析出面槽率との関係を示す図面
である。 ■・・・ブリッジ回路　　ＬＬ、　Ｌ２・・・コイル３
・・・ステンレス鋼材 Ｚ、Ｚｌ・・・不平衡電位変化基準線 特許出願人　　　住友金属工業株式会社代　理　人　　
　弁理士　内田敏彦　　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、それぞれがブリッジ回路の相隣り合う２辺を形成す
   べく接続された２つのコイルに通電して前記ブリッジ回
   路を基準状態にバランスさせ、一方のコイルをシグマ相
   が析出しているステンレス鋼材及び析出していないステ
   ンレス鋼材の表面に順次対向配置してその時のブリッジ
   回路の電位を求め、両電位を結ぶ直線を不平衡電位変化
   基準線とし、その後前記２つのコイルのいずれか一方を
   被検査材の表面に対向配置して前記ブリッジ回路に生起
   する不平衡電位を検出し、この不平衡電位を前記不平衡
   電位変化基準線と比較して被検査材中のシグマ相の有無
   を判定することを特徴とするステンレス鋼材のシグマ相
   検査方法。