WO1983002159A1 - Method of measuring on-line hardness of steel plate - Google Patents

Description

明 細 鋼板のオ ン ラ イ ン硬度測定方法 技術分野

本発明は 、 鋼板のオ ン ラ イ ン硬度測定方法 に関する。

背景技術

—般に 、 冷延鋼板等の硬度は、 その強度等 に 関係があ る こ と か ら 、 その機械的性質の管理要素 と し て よ く 用い られてレ、 る。

従来、 この よ う な鋼板の硬度 を、 オ ン ラ イ ン で非破壌 的 に、 その全長にわたって連続的 に測定可能 と すべ く 、 鋼板の a気的性質 と硬度 と の相関 に着 目 し た各種の硬度 測定方法が提案されてい る。 ' 第 1 図は、 「 鉄 と 鋼 （ 日 本鉄鋼協会発行 ） 、 第 5 1 巻 第 5 号、 第 8 8 頁ない し第 9 0 頁 」 に 記載 されてい る硬 度測定方法を示すブ ロ ッ ク 線図 であ る。 すなわ ち 、 この 方法 に おい ては、 鋼板 1 の進行方向 に対 し て前方に 交流 励磁の 消磁器 2 を置き、 これ に よ り 鋼板 1 の持つ残留磁 気を消去す る。 こ の後方 に測定ヘ ッ ドを設け、 測定へ ッ ドの上箱 には直流励磁の電磁石 3 があ り 、 下箱 には磁界 測定器 4 の検出部 5 が組み込まれてい る。 こ の電磁石 3 は、 定電流装置 6 よ り 供給 される一定電流 に よ って常に 一定の静磁界を発生 してい る。 検 出部 5 には鋼板 1 が磁 ィ匕され る こ と に よ り 変化 した磁界 （ 透過磁気 ） がかか り、 a これを磁界測定器 4 で測定 し、 こ の出力 を記録計 に記録 す る。 こ こ で、 磁界測定器 4 で測定さ れる透過磁気は、 鋼板 1 の硬度 と よ く 相関 があ る こ と か ら 、 上記記録計 7 の記録 に よ って鋼板 1 の 長さ方向の硬度分布を得 る こ と が可能と な る。 しカゝ しな が ら、 この第 1 図の測定方法に お いては、 第 2 図の測定結果が示すよ う に、 パ ス ラ イ ン の変動、 板厚の影響 に よ り 、 測定精度 に大きなばらつき 力 あ る。

第 3 図は、 「 非破壊検査 （ 日 本非破壌検査協会発行 ） 第 2 1 巻第 7 号、 第 4 0 1 頁ない し第 4 0 8 頁」 に記載さ て い る硬度測定方法を示すブ ロ ッ ク線図であ る。 すなわ ち 、 こ の硬度測定方法は、 一次 コ イ ル に流れる電流の作 る磁界、 お よ び鋼板 に流れ る渦電流の作る磁界の両方に よ り.誘起され る二次 コ イ ル誘起電圧を測定 し、 二次 コ ル誘起電圧と鋼板の透磁率 と の相関、 お よ び鋼板の硬度 と 透磁率の相関 に基づき、 鋼板の硬度を測定可能 と して い る。 な お、 こ の硬度の測定方法においては、 検出 コ ィ ル 1 0 に標準硬度板 Aを揷入した時に振幅位.相調整装置 に よ り 標準コ イ ル 1 1 と のバ ラ ン スを と り 、 増幅器の入 力電圧 を 0 と し、 その後に標準硬度板 A のかわ り に 標準硬度板 B を挿入 した時の電圧 VE を一定値 に保つこ と に よ り 感度規制を し、 こ の感度規制を した後に、 検出 コ イ ル 1 0 を オ ン ラ イ ン に揷入 し て測定を開始する よ う になってい る。 しか しな が ら 、 こ の第 3 図の硬度測定方

ΟλίΡΙ ~ 法においては、 第 4 図の測定結果が示すよ う に 、 パ ス ラ ィ ン の変動の影響に よ り 、 その測定精度 に大きなばらつ きを生 じてレ、 る。

すなわち、 従来の硬度測定方法にあっては、 鋼板をは さ みつける方式を採用 してい るため、 ノ、。 ス ラ イ ン の変動 が生 じ る と、 測定装置と鋼板の間隔が変動するため、 測 定精度に大きなパ ラ ツ キを生じ る。 また、 鋼板をは さん で磁化してレ、 るため板厚方向 に磁極をつ く ってい る。 こ の方式では、 鋼板を飽和磁化さすこ とは不可能であ る。

本発明は、 鋼板の硬度を精度よ く 測定する こ と ができ る鋼板のオ ン ラ イ ン硬度測定方法を提供する こ と を 目 的 とする。

発明の開示

本発明 に係る鋼板のオ ン ラ イ ン硬度測定方法は、 鋼板 と直流励磁の電磁石と を、 相対移動状態下で対向配置す る と と も に、 電磁石の正負両磁極を上記相対移動方向 に 隔置し、 電磁石の一方の磁極に よって飽和磁化 された鋼 板部分を、 電磁石の他方の磁極に よって逆方向 に飽和磁 化し、 上記飽和磁化された部分の残留磁気の強さを検出 器に よって測定し、 測定された残留磁気の強さ に基づい て該部分の硬度を求め る よ う に したも のであ る。 したが つて、 電磁石お よ び残留磁気の強 さを測定する手段に よ つて鋼板をはさ む こ と がな く 、 鋼板の硬度を高精度で測 定可能 と なる。

OMPI 図面の簡単な説明

第 1 図は従来例に係る硬度測定方法を示すプロ ッ ク線 図-、 第 2 図は同測定結果を示す線図、 第 3 図は他の従来 例に係る硬度測定方法を示すズロ ッ ク 線図、 第 4 図は同 測定結果を示す線図、 第 5 図は本発明の測定原理を示す 説明図、 第 6 は第 5 図におけ る鋼板の着磁経過を示す 履歴線図、 第 7 図は第 5 図の電磁石お よ び鋼板を取 り 出 し て示す説明図、 第 8 図は本発明が適用されてなる焼鈍 ラ イ ンを示す配置図、 第 9 図は第 8 図のオ ン ラ イ ン に設 けた測定装置を示す斜視図、 第 1 0 図（A)ないし（C)は本 明の実施結杲を示す線図、 第 1 1 図は同実施結果におけ る硬度計出 力と実口 ッ ク ゥ エ ル硬度と の相関を示す線図 であ な 。 発明を実施するための最良の形態 ' 以下、 本発明をよ り 具体的に説明する。

第 5 図は、 本発明の測定原理を示す説明図であ る。 連 続的に走行する鋼板 2 1 の表面に対して、 直流励磁の電 磁石 2 2 を対向配置する と と も に 、 電磁石 2 2 の正磁極 C N極 ） と負磁極 （ S極 ） と を鋼板 2 1 の走行方向 にお いて隔置する。 したがって、 鋼板 2 1 の任意の測定点 P は、 電磁石 2 2 の正磁極から負磁極に発生する磁力線の 影響下を移動する こ と とな り 、 位置 Aない し位置 E にお いて第 6 図に示す履歴に従って順次着磁される。 すなわ ち、 第 6 図は、 横軸に着磁する磁界の強さをと り 、 縦軸

c、-: π

、 に 着磁された こ と に よ って鋼板 2 1 に残留する磁束を示 す も のであ り 、 鋼板 2 1 は、 位置 A に進入する以前 に磁 化 されていて も 、 位置 B で正磁極 に よ って飽和磁化 され て消磁され、 その後位置 D で負磁極 に よ って逆方向 に飽 和磁化され、 最終的 には位置 E に おい て残留磁気を保有 する。 こ の よ う に し て電磁石 2 2 の磁力線影響下を通過 し、 残留磁気を保有す る鋼板 2 1 は、 その残留磁気の強 さ を検出器 2 4 に よ って検出 され る。 検出器 2 4 は、 第 5 図に'示すよ う に N極お よ び S 極感知用の セ ンサを有し てお り 、 両 セ ン サ は通常の周囲 に磁界がない場合 には ラ ン ス し てお り その 出 力は零 と なって レ、 る。 鋼板 2 1 は 上記の よ う に N極 に磁化さ れてい るた め、 こ の鋼板 2 1- が上記両セ ン サ に近づ く と 、 N極感知用セ ン サ の コ イ ル が鋼板 2 1 の N極 に励磁され、 両セ ン サ の コ イ ル 間バ ラ ン スは く ずれて励磁側 コ イ ル に電流が流れ、 こ の電流値 がガ ウ ス メ - タ 2 4 A に表示され る。 こ の よ う に し て検 出器 2 4 に よ って検出 された残留磁気の強 さは、 変換器 2 5 で増幅され、 硬度換算 されて、 記録計 2 6 に記録さ れ る。

こ こ で、 鋼板 2 1 の上記残留磁気の強さは、 以下の よ う に、 鋼板 2 1 の硬度 に相関する も の であ る こ と から、 上記記録計 2 6 の記録結果 に よ って鋼板 2 1 の硬度を求 め る こ と が可能 と な る。 すなわ ち 、 残留磁気と 硬度 と の 関係は両者の間 に結晶粒 と い う 段階を置いて考え る こ と " ができ る。 Pe t c hは鋼の降伏点 と結晶粒の大き さ と の間 につぎの関係がある と してい る。

σ^_Ρ = σ₀ + Ι ~½

ただし、 c_LYpを下降伏点 と し、 び 0を単結晶の下降伏点と し、 I を単結晶の直径と し、 Kを定数とする。 また、 押 圧硬度は塑性変形抵抗を測定するのであるから、 上式の 降伏点を硬度に.置換えて考える こ と ができ る。 すなわち. 硬度と 結晶粒径と の間に相関が認められる こ と になる。 次 に、 残留磁気と結晶粒と の関係を考える と結晶粒の大 きレ、 ものほど、 磁化されやす く 、 結晶粒の小さい もの tま ど磁化されに く いが、 結晶粒が大きい ものは結晶粒が小 さい も の に比較して、 単位面積当 り の結晶粒の数が少な いため、 残留磁気が小さい。 反対 に結晶粒が小さい もの は、 単位面積当 り の結晶粒の数が多いため残留磁気は大 き く な る。 すなわち、 残留磁気の大きいも のほ ど硬度は 高 く残留磁気の小さい ものほ ど硬度は低い。 この よ う に して残留磁気を測定する こ と に よ り硬度が測定でき る。

なお、 上記電磁石 2 2 は、 以下のよ う に鋼板 2 1 を完 全に飽和磁化する こ と が可能であ る。 すなわち、 第 7 図 に示すよ う に、 鉄心を炭素鋼で形成し、 コ イ ル端子に印 加する直流電圧を 2 0 Vと し、 コ ィ ル に流れる電流を 1 A と し、 電磁石 2 2 の磁速密度を 1 6 0 0 T と する状態下で 真空の透磁率を^お よ び鉄の非透磁率を と し、 鋼板 2 1 お よ び電磁石 2 2 の磁路長、 透磁率、 磁界の強さをそれ ぞれ ， い ¾ とする と と も に、 空隙部の長さ、 透磁率， 磁界の強さをそれぞれ 2 , 2 ， H₂とすれば、 起磁力 Uは，

U = HiXi + 2H₂^2 = 1 600 CATD - {1) と な り 、 iHi = μ₂~Ά₂なる関係があ る こ と 力 ら、 空隙部の 磁界の強さ Η₂と鉄部の磁界の強さ 1¾と の比は、

μ は）

^b

と な り 、 鉄の非透磁率 に等.し く な る。 こ こ で、 鉄の非 透磁率 は 10³なレ、し 10⁴であるこ と力 ら、 P_Sを 10³ と す れば、 ¾

……… ⁽³ と なる。 したがって、 上記は)式を前記 ）式に代入すれば，

1 0 + 2¾ 2 = 1 600 〔AT〕 （4) と なる。 そこで、 鉄部の磁路^ 1を 0.56 ^·、 空隙部の長 さ を 0.01 5饥 と する と 、 空隙部の磁界の強さ H₂は、 ' ¾ = 5 ¾333 〔 AT/-〕 (5) と な り 、 これが鋼板 2 1 を着磁する磁界の強さ となる。 実際 には漏洩があ るため、 その漏洩量を H₂ と仮定する と 、 電磁石 2 2 が鋼板 2 1 を着磁する磁界の強さは約 2 6, 000 C AT/-〕 となる。 他方、 炭素鋼が磁気的に飽和す る に必要な磁界の強さは、 8， 000なレ、し 10, 000〔 AT ^〕 であ る こ と から、 上記電磁石 2 2 に よれば鋼板 2 1 を確 実 に飽和磁化する こ と が可能とな る。 第 8 図は本発明の一実施例を示す配置図であ る。 前述 の電磁石 2 2 お よ び検出器 2 4 は、 焼鈍炉 3 1 の出側ダ ラ イ ド ル ロ ー ル 3 2 に対 し、 1 0 な レ、 し 2 5 nmの空隙苦 を介して対 向配置され、 電磁石 2 2 の正磁極 と 負磁極と を鋼板 2 1 の走行方向 に隔置 してい る。 また、 電磁石 2 2 と検出器 2 4 と は、 電磁石 2 2 からの漏筏磁束が検出器 2 に悪影響を与え る こ と のない 5 0 0 なレ、 し 6 0 0 raiの 間隔を介 し て配置さ れてい る。 こ こ で、 ブ ラ イ ド ル ロ ー ル 3 2 の周囲 には、 第 9 図 に示す よ う に、 フ レ. ー ム 3 3、 フ レ ー ム 3 3 に設け られ る ガイ ド レ ー ル 3 4 が固定化さ れ、 ガイ ド レ ー ル 3 4—には台車 3 5 が、 駆動装置 3 6 に よ って、 実線で示 され る 測定位置と二点鎖線で示される 待機位置と の間を横行可能に架設 されてい る。 台車 3 5 には、 昇降装置 3 5 A を介 し て、 測定ヘ ッ ド 3 7 が上下 方向 に—移動可能 に支持され、 測定へ ッ ド 3 7 には前記電 磁石 2 2 お よ び検出器 2 4 が固定化されてい る。 すなお ち 、 鋼.板 2 1 は、 プ ラ イ ド ル ロ ー ル 3 2 に密着 し振動す る こ と のない状態下、 すなわち 電磁石 2 2 お よ び検出器 2 4 に対す る対向間 隔を変動す る こ と のない状態下で、 電磁石 2 2 に よ'つて着磁され、 検出器 2 に よって残留 磁気の強さ を検出 され、 その硬度を記録計 2 6 に表示さ れ る よ う になってレ、 る。 こ こ で、 駆動装置 3 6 に よ る台 車 3 5 の横行動作に よ り 、 測定ヘ ッ ド 3 7 は、 鋼板 2 1 の幅方向の任意位置の硬度を測定する こ と が可能 となる _t なお、 上記電磁石 2 2 お よ び検出器 2 4 は、 鋼板 2 1 を 振動させる こ と のない密着状態で通板する 口 ― ラ 一 に対 向する も のであれば、 ブラ イ ド ル D — ル 3 2以外の搬送 ロ ー ラ ー に対向配置される も のであって も よ い。

第 1 0 図（A)ない し（C)は、 第 8 図に示 した実施例の実操 業結果を示す説明図である。 すなわち第 1 0 図 (A)， （B)お よ び (C)の横軸は相互に同一時間を表わ し、 第 1 0 （A)は 生焼け コ イ ルを故意に製造すべ く 変化さ せた焼鈍炉 3 1 の加熱炉温およ び均熱炉温を示し、 第 1 0 図（B)は上記操 業条件下で焼鈍された鋼板の コ イ ル 1 C ない し 6 C 、 お よ びコ イ ル間を接続してい る通板材 9 を連続的にオ ンラ イ ン で測定した硬度計出力、 すなわち記録計 2 6 の記彝 結果を示し、 第 1 0 図（C)は上記オ ン ラ イ ン で測定された 各コ イ ル およ び通板材の各測定点相当部をサ ンプ リ ング し、 測定した ロ ッ ク ウ ェ ル硬度を示し てレ、 る。

上記第 1 0 図（B)に よれば、 通板材 9 に関する硬度計 ffi 力は、 通板材 9 が数回の焼鈍に よ ってやわらかい材質と なってい る こ と に対応し、 小さ く かつ安定した出力値を 示してレ、 る。 次に、 コ イ ル 2 C なレ、し 3 C が第 1 0 図（Α) に示すよ う な加熱炉温お よ び均熱炉温の上昇下で焼鈍さ れる と 、 コ イ ル 2 C の中央部分で再結晶が完了する。 こ の コ イ ル 2 C なレ、 し コ イ ル 3 C に関する硬度計出力は、 上記再結晶化に対応 し て次第に低下 し、 再結晶の完了の 後には、 加熱炉温お よ び均熱炉温が上昇して も、 硬度の 変化がなレ、 こ と に対応じて一定の出力状態を示している 同様に、 コ イ ル 4 C なレ、 し 6 C におレ、て、 加熱炉温およ

o .vi び均熱炉温の調整 に よ り 、 再結晶を未完了と する場合に は、 硬度計出力が、 各コ イ ル の硬度の変化 に対応する変 化を示してレ、 る。

第 1 0 図 )と第 1 0 図 (C)と を比較する と、 前記実施例 に係る硬度計出力の出力値が、 現実にサ ン リ ング し て 得られた口 ッ ク ウ エ ル硬度に よ く 相関 してレ、 る こ とが認 められる。 第 1 1 図は上記硬度計出力 と、 サ ン プ リ ング し て得られた 口 ッ ク ゥ エ ル硬度との相関を示す線図であ る が、 硬度計出力の精度が良好であ る こ と が認め られる。 なお、 第 1 1 図において、 領域 Pは、 焼鈍に よって再結 晶が完了し、 ロ ッ ク ウ ェ ル硬度が 5 4 なレ、 し 6 6 の範囲 にあ る製品領域を示し、 領域 Qは、 焼鈍温度が低いため に焼鈍不完全で再結蟲が完了せず、 その硬度が製品の許 容硬度 （ 6 6 )以上の範囲 にあ る生焼け材領域を示して！;、 る。 そこで、 硬度計の出力 に対して第 1 1 図に示すよ う な境界値 Rを設定しておけば、 生焼け材の判定を硬度計 の出力に よって行な う こ と が可能とな る。

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Claims

O リ PCT/j バ) ()K):J 11 請求の範囲

1. 鋼板（2 1)と 直流励磁の電磁石（2 2)と を、 相対移動状 態下で対 向配置する と と も に 、 電磁石（2 2)の正負両磁極 を上記相対移動方向 に 隔置 し、 電磁石 2)の一方の磁極 に よ って飽和磁化 された鋼板（2 1)部分を、 電磁石（2 2)の 他方の磁極に よ って逆方向 に飽和磁化し、 上記飽和磁化 さ れた部分 の残留磁気の強 さを検出器（2 4)に よって測定 し、 測定 された残留磁気の強さ に基づいて該部分の硬度 を求め る鋼板のオ ン ラ イ ン硬度測定方法。

2. 前 記電磁石（2 2)お よ び検出器（2 4)のそれぞれは、 ¾ 板（2 1)の搬送 口 一 ラ —（3 2)に対向配置せし め られ る請求 の範囲第 1 項 に記載の鋼板の オ ン ラ イ ン硬度測定方法。

3. 前 記電磁石（2 2)お よ び検出器（2 4)のそれぞれは、 鋼 板（2 1)の幅方向 に横行可能 と され る請求の範囲第 1 項ま たは第 2 項 に記載の鋼板の オ ン ラ イ ン硬度測定方法。

. OI.'FI く 4> ''1?。 約 鋼板のオ ン ラ イ ン硬度測定方法であ る。 鋼板（2 1 )と 直 流励磁の電磁石（2 2)と を、 相対移動状態下で対向配置す る と と も に、 電磁石（2 2)の正負両磁極を上記相対移動方 向 に隔置し、 電磁石（2 2 )の一方の磁極 に よ って飽和磁化 された鋼板（2 1)部分を、 電磁石（2 2 )の他方の磁極 に よつ て逆方向 に飽和磁化し 、 上記飽和磁化 された部分の残留 磁気の強 さ を検出器（2 4)に よ って測定し-、 測定 された残 留磁気の強 さ に基づい て該部分の硬度を求め る よ う に し てレ、 る。 '

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