JPS6229022B2 - - Google Patents

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JPS6229022B2
JPS6229022B2 JP55062306A JP6230680A JPS6229022B2 JP S6229022 B2 JPS6229022 B2 JP S6229022B2 JP 55062306 A JP55062306 A JP 55062306A JP 6230680 A JP6230680 A JP 6230680A JP S6229022 B2 JPS6229022 B2 JP S6229022B2
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JP
Japan
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metal material
ultrasonic
coil
waves
structures
Prior art date
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JP55062306A
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English (en)
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JPS56158941A (en
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Katsuhiro Kawashima
Hiroshi Soga
Shoji Murota
Hideki Oyamada
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPS56158941A publication Critical patent/JPS56158941A/ja
Publication of JPS6229022B2 publication Critical patent/JPS6229022B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating 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
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/0289Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼材の自由晶率又は結晶変態率を非破
壊的に測定する方法ならびに装置に関する。
連続鋳造されたフエライト系のステンレススラ
ブでは、表面にほぼ垂直に内部へ向かつて一定の
結晶方位(<100>方向)で成長したデンドライ
ト部分と、ランダムな結晶方位を持つ自由晶部分
とに分れている。これを第1図に示す。
図においてスラブの厚さをD、自由晶部の厚さ
をdとすると、F=d/Dをスラブの自由晶率と
呼んでいる。10はデンドライト領域を示してい
る。
自由晶率Fはスラブが圧延されてステンレス薄
板成品になつた場合の品質に密接な関係を持つて
おり、自由晶率Fが約50%以下であるとステンレ
ス薄板を流し台、浴槽等にするために成形加工し
た場合に、リジングと称するしわが生じ、著しく
商品価値が下がるか又は使用不能となることがわ
かつている。
このためスラブを圧延して薄板成品とする前に
自由晶率を測定し、これが約50%以下である場合
には、通常の熱延温度(仕上げ温度870〜900℃)
で圧延した場合にはリジングを生じ易い薄板とな
る危険性があるため、低温圧延(仕上げ温度800
℃以下)をしてその危険性をとり除く方法がとら
れている。
ところが従来自由晶率を測定する方法としては
スラブ端面を切削、研摩し、さらに酸溶液により
腐蝕して結晶粒界をうめきあがらせ、肉眼により
判定する方法が取られていた。これを第2図に示
す。
しかしながらこの方法であると切削、研摩、腐
蝕するための費用、またこれに要する人件費、さ
らに切削のために失われる鋼材による歩留り低下
等のため製造原価が高くなる問題があつた。
またこの検査のために時間がかかり生産能率も
低下し、場合によつては製造工程の都合でやむを
得ず検査が省略され、自由晶率の低いスラブが見
のがされた結果大量の商品にならないスクラツプ
が生じる事もありうる。
また他の方法としては第3図に示すように超音
波の音速を測定する方法がある。図においてステ
ンレススラブ11はデンドライト部分10−1,
10−2と自由晶部分dからなる。超音波による
センサー12により超音波の伝播13をうること
ができる。超音波の音速は結晶方位によつて異な
つており、前述のようにデンドライト部分は<
100>方向に結晶がそろつており、自由晶部分は
ランダムであるので、それぞれに特有な音速
V2、V1がある。
第3図に示す方法により超音波がステンレスス
ラブを往復するに要する時間を測定し、これを
2Tとすると次式が成り立つ。
2T=2(d/V+D−d/V)=2D(F/V+1
−F/V)……(1) したがつて F=(T/D−1/V)/(1/V−1/V)…
……(2) (2)式によるとV1、V2は音速であり物性定数で
あるので、TとDを測定することにより自由晶率
Fを非破壊的に測定することができる。
ところが(2)式によるとTとDは同程度の測定精
度で測定する必要があることがわかるが、Dの測
定には技術的に次のような問題がある。
即ち大型のステンレススラブ(たとえば巾2
m、長さ6m)の真中附近の厚みを測定するため
には第4図に示すような方法が知られている。図
においてマグネスケール20等の目盛のついた剛
性棒22を上下にスライドするように支持架台2
1にとりつけて、その目盛を専用の電子装置で読
み取る方法である。
この方法であると大型の支持架台、マグネスケ
ール、電子装置等の費用がかかり不経済である。
また製造工程途中においてスラブを地面に置か
なければならない時は、下から剛性棒を接触させ
る事はできないので、精度良く厚みDを測定する
事は不可能である。
また通常スラブ表面には凹凸があり、特に表面
疵を取り除くためのグラインダー手入後では20〜
50mmのピツチで1〜5mmの凹凸がある。超音波探
触子の超音波ビームの直径は普通20〜30mmφであ
り、その範囲内でスラブ厚さが変化しているため
厚さの測定値自体に巾が生じ、測定誤差が大きく
なる。
また造船材料、建築用材料等の鋼厚板の圧延に
おいて、鋼材の変態温度近辺のオーステナイト相
とフエライト相がまざりあつているときに圧延を
行うと(二相域圧延)、圧延された厚板の強度、
じん性が向上するが、この場合にもα相とγ相の
比率が40〜60%の範囲で圧延すると最もその効果
があがることがわかつている。
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であり、従来の方法として
は、α相とγ相の比率と磁性との関係を利用した
測定方法がある程度である。これを第5図に示
す。
図において圧延中の厚板26に磁極25を厚板
の上下に設け、磁束密度測定センサー27を介在
せしめている。28は中心を流れる磁束、29は
厚板の表面に沿つた磁束を示す。
圧延中の厚板の上下に磁極(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
γ相の比率)により、磁束密度が変化することを
利用したものであり、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
が下がつて表面層のα相の比率が大となり、表面
相の透過率が大きくなると磁束が表面に沿うよう
に流れはじめるため充分に内部まで浸透せず、単
に表面のみの変態率が測定されるのみであり、そ
の役目を充分果しているとはいい難い点があつ
た。
この発明は上記の自由晶率測定、変態率等金属
材料における異なる2種類の組織の含有比率測定
の問題点を解決する手段を得ることを目的として
なされたものである。
以下本発明を実施例に基いて詳細に説明する。
第6図に示すように厚さ200mmのステンレスス
ラブ11の表面にマグネツトコア30、マグネツ
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
37と導通されている。
マグネツト用コイル31にマグネツト用電源3
6をつなぎ電流を流すと(20A)マグネツトコア
30が磁化され、ステンレススラブ11の表面近
傍に磁束B(5KG)が生ずる。
また超音波発生検出用コイル32にパルス電流
発生器37をつなぎ、パルス電流(中心周波数
500KHz、尖頭値1000A)を流すと、電磁誘導の
法則によりステンレススラブの表面近傍には紙面
に垂直な方向に流れる誘導電流Iが流れる。
この誘導電流Iは磁束Bの垂直方向成分BV
相互作用して水平方向のローレンツ力FHを発生
する。また水平方向成分BHとの相互作用により
垂直方向のローレンツ力FVを発生する。水平方
向の力FHは横波超音波WSを生じ、垂直方向の力
Vは縦波超音波WLを生ずる。WS、WLはそれぞ
れ矢印の方向に進行し、デンドライト部、自由晶
部を通り抜けスラブ下面で反射され、音速の大き
い縦波がまずスラブ表面にもどつてき、ついで横
波がもどつてくる。
もどつてきた超音波は発生の際と全く逆の原理
により超音波発生・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巾器により増巾され、オシ
ロスコープ40に表示される。図中41はウエー
ブメモリ、42はコンピユーター、43は表示器
を示す。第6図のオシロスコープ表示において、
Pは超音波を発生させるためにパルス電流発生器
から超音波発生検出用コイルに流したパルス電流
の波形であり、Lは底面で反射されてもどつてき
て超音波発生検出用コイルで検出された縦波WL
の波形である。
同様にSは横波WSの波形である。
2TLは縦波がステンレススラブ内部を往復する
に要する伝播時間であり、2TSは同じく横波の伝
播時間である。
縦波の自由晶部における音速ならびにデンドラ
イト部における音速をそれぞれVl1、Vl2とし、同
様に横波の音速をVS1、VS2とすると、次式のよ
うな簡単な関係が成り立つ。
2TL=2(d/Vl1+D−d/Vl2)=2D(F/V
l1
+1−F/Vl2)…(3) 2TS=2(d/VS1+D−d/VS2)=2D(F/V
S1
+1−F/VS2)…(4) Eq、(3)より F=(T/D−1/Vl2)/(1/Vl1−1/V
l2)………(5) Eq、(2)より F=(T/D−1/VS2)/(1/VS1−1/V
S2)………(6) Eq、(3)、(4)よりDを消去すると F={1/VS2(T/T)−1/Vl2}/{(1/Vl1−1/Vl2)−(1/VS1−1/V
)(T/T)}…………(7) Eq、(7)にはDは含まれおらず、Vl1、Vl2、V
S1、VS2は物性定数であるため、TlとTSの比を
測定するのみで、厚さDを測定することなしに自
由晶率Fを算出することができることがわかる。
そのためステンレススラブ表面に凹凸があり、
その結果として厚みに変動がある場合でも、測定
誤差が大きくなることはない。
第6図において代表的な例として1個の電磁超
音波センサーによつて縦波超音波と横波超音波を
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6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
時間を測定しても目的は達せられる。この場合に
もそれぞれのセンサーは縦波と横波の兼用型でも
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。
第7図は本発明による方法でステンレススラブ
の自由晶率を測定した結果を示している。
ステンレススラブの厚さは約195mmであり、表
面は1〜4mmの凹凸があつた。前述の肉眼で判定
した自由晶率を縦軸にとり、第6図に示す方法で
測定したTLとTSの比を横軸にとつてプロツトし
た。
これによるとTLとTSの比を測定することによ
り、自由晶率が±10%よりよい精度で測定できる
ことが証明された。この精度は実用上充分な精度
であることがわかつている。
第8図は横軸にDとTSの比、すなわち横波平
均音速をとつた場合、第9図は横軸にDとTL
比、すなわち縦波平均音速をとつた場合を示して
いる。
これらはいずれも第7図に示す本発明による方
法より測定精度が悪いことがはつきりわかる。
本発明によりステンレススラブの自由晶率を非
破壊的に測定することが可能となり、自由晶率が
小さい(約50%以下)ことが判明した場合には、
低温圧延をすることにより成品薄板の材質は自由
晶率が大きい場合と同等にリジング発生0とする
ことができ、工業上の重要性が証明された。
次に鋼材の変態率の測定への実施例について述
べる。
これは原理的には前述の自由晶率測定と全く同
じである。すなわちEq、(5)、(6)、(7)において、
l1、Vl2を縦波のα相、γ相における音速、VS
,VS2を横波のα相、γ相における音速、Fを
全体に占めるα相の割合と考えればよい。
自由晶率測定に使用した装置により、圧延途中
の厚鋼板の変態率を測定し、まずγ相が100%の
場合に40%の圧延をおこない(α+γ)相になつ
た時に50%の圧延をおこなつた結果、強度、じん
性等が20%以上向上し、大きな効果を上げること
ができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は結晶方位の説明図、第2図は自由晶率
目視測定の説明図、第3図は従来法の測定説明
図、第4図は従来法の他の測定説明図、第5図は
従来法の更に他の測定説明図、第6図は本発明の
説明図、第7図は本発明による測定図、第8図は
横波平均音速と自由晶率との関係図、第9図は縦
波平均音速と自由晶率との関係図を示す。 10:デンドライト部、11:ステンレススラ
ブ、30:マグネツトコア、31:マグネツトコ
イル、32: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:パルス電
流発生器、40:オシロスコープ、41:ウエー
ブメモリ、43:表示器、45:増巾器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 異なる2種類の組織を有する金属材料の近傍
    に超音波発生用コイルならびに検出用コイル、ま
    たは超音波発生と検出を兼ねたコイルを配置する
    とともに、前記超音波発生用コイルにパルス状電
    流を流し、このパルス状電流と外部装置により、
    或は前記超音波発生用コイルに流されるパルス状
    電流により形成される磁界との相互作用により、
    上記金属材料に超音波を透入させ、該超音波の縦
    波および横波の上記金属材料の厚さ方向における
    伝播時間を検出し、該検出された金属材料の厚さ
    方向における縦波超音波と横波超音波の伝播時間
    の比から、上記金属材料の厚さ方向における異な
    る2種類の組織の量比率を得ることを特徴とする
    金属材料における2種類の組織の含有比率測定方
    法。 2 異なる2種類の組織を有する金属材料の近傍
    に、磁界発生装置ならびに超音波発生用コイルお
    よび検出用コイルまたは超音波発生と検出を兼ね
    たコイルを配置するとともに、前記超音波発生用
    コイルにパルス状電流を流すパルス電流発生器を
    設け、さらに前記超音波検出用コイルによつて検
    出された信号を増幅する増幅器と、該増幅器から
    の信号に基づいて得られる上記金属材料における
    縦波超音波および横波超音波の伝播時間の比なら
    びに予め記憶している縦波超音波および横波超音
    波の上記金属材料における伝播時間の比と、上記
    金属材料における異なる2種類の組織の含有比率
    の相関関係とから金属材料における2種類の組織
    の含有比率を演算算出する演算装置と、演算算出
    結果の表示装置とを設けてなる金属材料における
    2種類の組織の含有比率測定装置。
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