WO2019138727A1 - 残留応力測定方法 - Google Patents

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WO2019138727A1
WO2019138727A1 PCT/JP2018/044208 JP2018044208W WO2019138727A1 WO 2019138727 A1 WO2019138727 A1 WO 2019138727A1 JP 2018044208 W JP2018044208 W JP 2018044208W WO 2019138727 A1 WO2019138727 A1 WO 2019138727A1
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ray
rays
irradiation
residual stress
cast
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PCT/JP2018/044208
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真理子 松田
達彦 兜森
弘行 高枩
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株式会社神戸製鋼所
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    • G01N2223/624—Specific applications or type of materials steel, castings

Definitions

  • the present invention relates to a residual stress measurement method.
  • the cos alpha method is known as a residual stress measurement method using X-rays.
  • the cos ⁇ method irradiates X-rays to a subject at a specific irradiation angle, detects the intensity of diffracted X-rays generated by the reflection of the X-rays from the subject in two dimensions, and detects the detected diffraction
  • the residual stress is calculated based on the diffraction ring formed by the intensity distribution of X-rays.
  • Patent Document 1 describes a specific calculation procedure of residual stress by the cos ⁇ method.
  • the X-ray diffraction apparatus is stopped at an arbitrary measurement point of the rail and irradiated with X-rays, the diffraction X-rays are detected by the imaging plate, and the diffraction X-rays are formed.
  • the residual stress is evaluated based on the diffraction ring (paragraph 0025).
  • the X-ray diffraction system of Patent Document 1 accumulates measurement data for each measurement point of the rail while moving a vehicle equipped with an X-ray diffraction device, and evaluates the average value of the measurement data for each measurement point. It is possible to monitor the aged deterioration of each part (paragraphs 0057 and 0059).
  • a cast or forged steel product may have a local bias of a chemical component inside depending on manufacturing conditions, such as a kind of contained element, a concentration of the contained element, and a cooling rate at the time of solidifying molten steel.
  • the structure and hardness of the cast or forged steel product are not completely homogeneous, and the residual stress generated inside the cast or forged steel product tends to be locally changed. This tendency is particularly pronounced in large cast and forged steel products.
  • the measurement result of residual stress may include a large error if the inhomogeneous part of cast or forged steel is selected as the measurement position There is sex. For this reason, there is a need for a residual stress measurement method that can appropriately evaluate the residual stress occurring inside the cast or forged steel product.
  • the present invention is made based on the above situation, and an object of the present invention is to provide a residual stress measuring method capable of appropriately evaluating the residual stress occurring inside a cast or forged steel product.
  • One aspect of the present invention made to solve the above problems is a method for measuring residual stress of cast or forged steel products using X-rays, comprising the steps of irradiating cast or forged steel products with X-rays, and deriving from the above X-rays
  • the step has a step of changing the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product, and the irradiation step is a step of executing the change step every time the cast or forged steel product is irradiated with the X-ray once.
  • the calculation step is a step of calculating the residual stress each time the cast or forged steel product is irradiated with the X-ray once, and the irradiation step, the detection step, and the calculation step are performed a plurality of times in this order.
  • a plurality of the residual stresses calculated in the calculating step Further comprising an averaging step of disproportionation.
  • the residual stress measurement method changes the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product and calculates the residual stress averaged according to the change of the irradiation condition for this X-ray, the uneven portion of the cast or forged steel product Even in the case where an X-ray is irradiated to a region including the effect, the influence of the inhomogeneous portion on the calculation result of the residual stress can be suppressed. Therefore, the residual stress measurement method can appropriately evaluate the residual stress of cast or forged steel products.
  • the residual stress measurement method calculates the residual stress each time the X-ray is irradiated once and averages the calculated plurality of residual stresses, the residual stress can be grasped each time the X-ray is irradiated once. As well as being able to calculate the averaged residual stress properly.
  • Another aspect of the present invention made to solve the above problems is a method for measuring residual stress of cast or forged steel products using X-rays, comprising the steps of irradiating cast or forged steel products with X-rays, and the above X-rays B. detecting the intensity of the diffracted X-rays derived from the particle in two dimensions, and calculating the residual stress based on the diffraction ring formed by the intensity distribution of the diffracted X-rays detected in the detecting step.
  • the irradiation step has a step of changing the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product, and the irradiation step performs the change step every time the cast or forged steel product is irradiated with the X-ray once.
  • the irradiation step and the detection step are alternately performed a plurality of times, and then in the calculation step, a residual is generated based on a diffraction ring formed by an intensity distribution in which the intensities of the plurality of diffracted X-rays are averaged. Calculate the stress.
  • the residual stress measurement method changes the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product and calculates the residual stress averaged according to the change of the irradiation condition for this X-ray, the uneven portion of the cast or forged steel product Even in the case where an X-ray is irradiated to a region including the effect, the influence of the inhomogeneous portion on the calculation result of the residual stress can be suppressed. Therefore, the residual stress measurement method can appropriately evaluate the residual stress of cast or forged steel products.
  • the residual stress measurement method averages the intensities of diffracted X-rays obtained by multiple irradiations of X-rays, and calculates residual stress based on a diffraction ring formed by the averaged intensity distribution.
  • the residual stress can be evaluated in a short time as compared to the case where the residual stress is calculated for each diffraction ring.
  • Another aspect of the present invention made to solve the above problems is a method of measuring residual stress of cast or forged steel products using X-rays, comprising the steps of: irradiating cast or forged steel products with X-rays; Providing a step of two-dimensionally detecting the intensity of the diffracted X-rays derived from the ray, and calculating a residual stress based on a diffraction ring formed by the intensity distribution of the diffracted X-rays detected in the detecting step.
  • the irradiation step has a step of changing the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product, and the irradiation step is a step of continuously irradiating the X-ray while performing the change step.
  • the residual stress is calculated based on the diffraction ring formed by the intensity distribution of the diffracted X-rays averaged by the continuous irradiation of the X-rays.
  • the residual stress measurement method changes the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product and calculates the residual stress averaged according to the change of the irradiation condition for this X-ray, the uneven portion of the cast or forged steel product Even in the case where an X-ray is irradiated to a region including the effect, the influence of the inhomogeneous portion on the calculation result of the residual stress can be suppressed. Therefore, the residual stress measurement method can appropriately evaluate the residual stress of cast or forged steel products.
  • the residual stress measurement method continuously irradiates X-rays while changing the irradiation conditions of X-rays, as compared with the case where the irradiation conditions of X-rays are changed each time X-rays are irradiated,
  • the residual stress can be evaluated in a short time.
  • the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product be changed so that the total of the irradiation area of the X-ray becomes 20 mm 2 or more in the changing step.
  • the said residual stress measuring method can evaluate the residual stress of a cast forged steel goods more appropriately.
  • the residual stress measuring method of the present invention can appropriately evaluate the residual stress of cast or forged steel products.
  • the residual stress measurement method shown in FIG. 1 is a residual stress measurement method for cast or forged steel products using X-rays, and an irradiation step of irradiating the cast or forged steel products with X-rays, and the intensity of diffracted X-rays derived from X-rays And a calculation step of calculating the residual stress based on the diffraction ring formed by the intensity distribution of the diffracted X-rays detected in the detection step.
  • the irradiation process has a change process of changing the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product, and the change process is executed each time the cast or forged steel product is irradiated with X-rays once.
  • the residual stress measurement method further includes an averaging step of averaging the plurality of residual stresses calculated in the calculation step after the irradiation step, the detection step and the calculation step are performed a plurality of times in this order.
  • an X-ray stress measurement apparatus including an X-ray irradiation apparatus and a two-dimensional detector is used.
  • the said residual stress measurement method changes the irradiation conditions of the X-ray with respect to a cast forged steel product whenever irradiated with X-rays to a cast forged steel product once, and it carries out residual stress every time it irradiates an X ray to a cast forged steel product once. calculate.
  • the said residual-stress measurement method calculates the residual stress which averaged these residual stress, when the frequency
  • the irradiation step is a step of irradiating the cast forged steel product with X-rays from the X-ray irradiation apparatus, and includes a change process of changing the irradiation condition of the X-ray to the cast forged steel product.
  • the cast or forged product is irradiated with X-rays without changing the irradiation conditions in one X-ray irradiation, and the irradiation conditions of the X-rays are changed when the changing step is performed.
  • the changing step is a step of changing the X-ray irradiation condition by changing the X-ray irradiation position, irradiation angle or irradiation area on the cast or forged steel product.
  • the changing step is performed every X-ray irradiation under a condition where the number of times of X-ray irradiation or the X-ray irradiation area has not reached a specified value in a plurality of X-ray irradiations.
  • the X-ray irradiation position performed each time X-ray is irradiated once.
  • the change distance of is preferably within 5 times the irradiation diameter of X-rays, for example.
  • the X-ray irradiation angle is the X-ray incident angle to the cast or forged steel product, and is changed by relatively rotating the irradiation port of the X-ray irradiation apparatus and the cast forged steel product while fixing the X-ray irradiation position.
  • Ru The irradiation position of the X-ray is changed by relatively moving the irradiation port of the X-ray irradiation apparatus and the cast forged steel product while fixing the irradiation angle of the X-ray.
  • the irradiation area of the X-ray is the area of the irradiation area of the X-ray on the surface of the cast or forged steel product, for example, changing the irradiation angle, changing the distance between the irradiation port of the X-ray irradiation apparatus and the cast or forged steel product It is changed by the change of collimator diameter etc.
  • the detection step is a step of detecting the intensity of the diffracted X-ray derived from the X-ray irradiated to the cast or forged steel product with a two-dimensional detector. Since cast and forged steel products are polycrystalline, the X-rays irradiated to the cast and forged steel products are diffracted at an angle satisfying the Bragg's diffraction condition in a large number of crystals. X-rays diffracted by a large number of crystals are detected by a two-dimensional detector as diffracted X-rays. In the two-dimensional detector, the intensity of the diffracted X-rays is detected, but the intensity distribution of the diffracted X-rays forms a diffraction ring.
  • the calculation step is a step of calculating the residual stress based on the diffraction ring formed by the intensity distribution of the diffracted X-rays detected by the two-dimensional detector each time the cast or forged steel product is irradiated with X-rays once.
  • a method of calculating the residual stress based on the diffraction ring a calculation method by the cos ⁇ method is used, but a method of calculating the stress directly from the X-ray strain may be used.
  • the averaging step is a step of averaging the plurality of residual stresses calculated in the calculating step, and is performed after the irradiation of a plurality of X-rays is completed.
  • the execution procedure of each process of the said residual stress measurement method is as follows. First, the residual stress measurement method executes an irradiation step and a detection step, and executes a calculation step after stopping X-ray irradiation and detection. When the residual stress is calculated based on the diffraction ring in the calculation step, the X-ray diffraction information on the intensity of the diffracted X-rays in the two-dimensional detector is initialized. After the calculation process is performed, if the number of X-ray irradiations or the total of the X-ray irradiation areas does not reach the specified value, the change process is performed.
  • the change process When the change process is performed, the change of the X-ray irradiation condition by the change process is stopped, and then the irradiation process and the detection process are performed again. On the other hand, when the number of X-ray irradiation times or the total of the X-ray irradiation areas reaches a specified value, the plurality of calculated residual stresses are averaged in the averaging step.
  • the residual stress measurement method changes the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product and calculates the residual stress averaged according to the change of the irradiation condition for this X-ray, the uneven portion of the cast or forged steel product Even in the case where an X-ray is irradiated to a region including the effect, the influence of the inhomogeneous portion on the calculation result of the residual stress can be suppressed.
  • the residual stress measurement method calculates the residual stress every X-ray irradiation once and averages the calculated plurality of residual stresses, the residual stress corresponding to the change of the X-ray irradiation condition is As well as grasping, averaged residual stress can be calculated appropriately.
  • the said residual-stress measurement method changes the irradiation conditions of X-ray by changing the irradiation position, irradiation angle, or irradiation area with respect to a cast forging steel article at a change process.
  • the change of the X-ray irradiation position or the irradiation area makes it possible to evaluate the residual stress of various parts of the cast or forged steel product, and the change of the X-ray irradiation angle changes the crystal orientation contributing to diffraction to change the residual stress. Enables evaluation. Therefore, the residual stress measurement method can appropriately evaluate the residual stress of the cast or forged steel product by irradiating the cast or forged steel product with X-rays under various irradiation conditions.
  • the residual stress measurement method shown in FIG. 2 averages the intensity distribution of diffracted X-rays obtained by irradiating a plurality of X-rays, and calculates the residual stress based on the diffraction ring formed by the averaged intensity distribution. Is different from the residual stress measurement method of the first embodiment in that The residual stress measurement method is the same as the residual stress measurement method of the first embodiment in the irradiation step and the detection step, and the calculation method and the averaging step are different from the residual stress measurement method in the first embodiment.
  • the said residual stress measuring method is a residual stress measuring method of the cast forged steel goods using X-ray, Comprising: The irradiation process which irradiates a cast forged steel article with an X-ray, and the intensity of the diffraction X-ray derived from X-rays are two-dimensional And a calculation step of calculating residual stress based on a diffraction ring formed by the intensity distribution of the diffracted X-rays detected in the detection step.
  • the irradiation process has a change process of changing the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product, and the change process is executed each time the cast or forged steel product is irradiated with X-rays once.
  • the residual stress measurement method further includes an averaging step of averaging the intensities of the plurality of diffracted X-rays detected in the detection step after the irradiation step and the detection step are performed a plurality of times in this order. And the said residual stress measurement method calculates a residual stress based on the diffraction ring formed of the intensity distribution by which the intensity
  • the X-ray irradiation condition for the cast or forged steel article is changed each time the cast or forged steel article is irradiated with X-rays once, and the X-ray is diffracted on the cast forged steel article once for every diffraction X-ray Detect the intensity of
  • the said residual-stress measurement method averages the intensity
  • the cast or forged steel product is irradiated with X-rays under various irradiation conditions, and the residual stress is averaged by averaging the intensities of diffracted X-rays detected for each irradiation condition. It is a thing.
  • the averaging step is a step of averaging the intensities of the plurality of diffracted X-rays detected in the detecting step, and is performed after the irradiation of the plurality of X-rays is completed.
  • the calculation step is a step of calculating the residual stress based on the diffraction ring formed by the intensity distribution of the diffracted X-rays averaged in the averaging step.
  • a method of calculating the residual stress based on the diffraction ring although the cos ⁇ method is used, a method of calculating the stress directly from the X-ray strain may be used.
  • the execution procedure of each process of the said residual stress measurement method is as follows. First, the residual stress measurement method executes an irradiation process and a detection process, and stops X-ray irradiation and detection. If the number of X-ray irradiations or the total of the X-ray irradiation areas does not reach the specified value, a change process is performed. When the change process is performed, the change of the X-ray irradiation condition by the change process is stopped, and then the irradiation process and the detection process are performed again.
  • the X-ray diffraction information on the intensity of the diffracted X-rays in the two-dimensional detector is retained after being taken out from the two-dimensional detector for each X-ray irradiation. Also, when X-ray diffraction information is extracted from the two-dimensional detector, the X-ray diffraction information in the two-dimensional detector is initialized. On the other hand, when the total number of X-ray irradiation times or X-ray irradiation areas has reached a specified value, the intensities of the plurality of X-ray diffraction X-rays are held based on the plurality of X-ray diffraction information held in the averaging step. Is averaged, and then residual stress is calculated in the calculation step.
  • the residual stress measurement method even if the intensity distribution of a plurality of diffracted X-rays is averaged by a procedure in which X-ray diffraction information in a two-dimensional detector is superimposed without being initialized for each X-ray irradiation. Good. In this case, since the residual stress measurement method can acquire the averaged X-ray diffraction information from the two-dimensional detector when the irradiation of a plurality of X-rays is completed, the averaging step can be omitted.
  • the residual stress measurement method changes the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product and calculates the residual stress averaged according to the change of the irradiation condition for this X-ray, the uneven portion of the cast or forged steel product Even in the case where an X-ray is irradiated to a region including the effect, the influence of the inhomogeneous portion on the calculation result of the residual stress can be suppressed.
  • the residual stress measurement method averages the intensities of diffracted X-rays obtained by multiple irradiations of X-rays, and calculates residual stress based on a diffraction ring formed by the averaged intensity distribution.
  • the residual stress can be evaluated in a short time as compared with the residual stress measuring method of the first embodiment in which the residual stress is calculated each time X-ray irradiation is performed.
  • the residual stress measurement method shown in FIG. 3 is different from the residual stress measurement method of the second embodiment in that X-rays are continuously irradiated while changing the X-ray irradiation conditions.
  • the residual stress measurement method is the same as the residual stress measurement method of the second embodiment in the detection step and the calculation step, and the irradiation step is different from the residual stress measurement method in the second embodiment.
  • the said residual-stress measurement method differs from the residual-stress measurement method of 2nd embodiment also in the point which is not equipped with the equalization process.
  • the said residual stress measuring method is a residual stress measuring method of the cast forged steel goods using X-ray, Comprising: The irradiation process which irradiates a cast forged steel article with an X-ray, and the intensity of the diffraction X-ray derived from X-rays are two-dimensional And a calculation step of calculating residual stress based on a diffraction ring formed by the intensity distribution of the diffracted X-rays detected in the detection step.
  • the irradiation process has a change process which changes the irradiation conditions of the X-ray with respect to a cast forged steel article, and X-rays are irradiated continuously, performing a change process.
  • the said residual stress measurement method calculates a residual stress based on the diffraction ring formed of the intensity distribution of the diffraction X-ray averaged by continuous irradiation of an X-ray at a calculation process.
  • the said residual-stress measurement method irradiates X-rays continuously with respect to a cast forged steel goods, changing the irradiation conditions of X-rays, and detects the intensity
  • the cast or forged steel product is continuously irradiated with X-rays while changing the irradiation conditions, and the residual stress is averaged by averaging the intensities of the detected diffracted X-rays. It is a thing.
  • the irradiation step is a step of irradiating the cast forged steel product with X-rays from the X-ray irradiation apparatus, and includes a change process of changing the irradiation condition of the X-ray to the cast forged steel product.
  • the cast and forged steel products are irradiated with X-rays continuously while changing the irradiation conditions. That is, in the irradiation process, X-rays are irradiated while executing the change process.
  • the changing step is the same as the changing step of the residual stress measurement method of the first embodiment, and changes the X-ray irradiation position, irradiation angle or irradiation area on the cast or forged steel product.
  • the execution procedure of each process of the said residual stress measurement method is as follows. First, the said residual-stress measurement method performs the irradiation process which irradiates an X-ray, performing a change process. The detection step is performed in accordance with the irradiation step. If the total X-ray irradiation area has not reached the specified value, the execution of the irradiation step and the detection step is continued. During this time, the X-ray diffraction information on the intensity of the diffracted X-rays in the two-dimensional detector is superimposed without being initialized. On the other hand, when the total of the X-ray irradiation areas reaches a specified value, residual stress is calculated in the calculation step.
  • the residual stress measurement method changes the irradiation condition of the X-ray to the cast or forged steel product and calculates the residual stress averaged according to the change of the irradiation condition for this X-ray, the uneven portion of the cast or forged steel product Even in the case where an X-ray is irradiated to a region including the effect, the influence of the inhomogeneous portion on the calculation result of the residual stress can be suppressed.
  • the residual stress measurement method continuously irradiates X-rays while changing the irradiation conditions of X-rays, the irradiation conditions of X-rays are changed each time X-rays are irradiated once. The residual stress can be evaluated in a short time as compared with the residual stress measurement method.
  • the residual stress measuring method of the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the averaged residual stress is calculated when the total number of X-ray irradiation times or X-ray irradiation areas has reached a specified value
  • the third embodiment In the above, the case where the averaged residual stress is calculated when the total X-ray irradiation area reaches the specified value has been described, but from the viewpoint of suppressing the influence from the inhomogeneous part of the cast or forged steel product
  • the averaged residual stress is calculated when the total X-ray irradiation area is equal to or greater than a predetermined lower limit.
  • the irradiation condition of the X-ray on the cast or forged steel product be changed so that the total of the irradiation area of the X-ray becomes a sufficient area in the averaging.
  • the lower limit of the sum of the irradiation area of X-ray preferably 20 mm 2, more preferably 23 mm 2, more preferably 26 mm 2. If the total X-ray irradiation area does not reach the above lower limit, the influence from the inhomogeneous part of the cast or forged steel product may not be suppressed.
  • a change process is an irradiation position, At least one of the irradiation angle and the irradiation area may be changed. For example, the irradiation position and the irradiation angle may be changed simultaneously.
  • test piece is cut out as a rod-like body having a plate-like portion of 70 mm in length ⁇ 12.5 mm in width ⁇ 3 mm in thickness at the center, and the plate-like portion of the cut out specimen is electropolished about 0.1 mm in thickness Applied.
  • Residual stress measured using nominal stress and X-ray obtained from the load cell of the tensile tester while applying tensile stress in the longitudinal direction to each of the two types of test specimens using a tensile tester (hereinafter referred to as A test was conducted to compare with X-ray stress). Moreover, the measurement position of the X-ray stress was set to 9 points of 3 ⁇ 3 set at equal intervals within a 6 mm ⁇ 6 mm area of the plate-like portion of the test piece subjected to the electrolytic polishing treatment.
  • the K ⁇ ray of chromium is used, the collimator diameter is 1.0 mm, the irradiation distance of the X-ray is 80 mm, the irradiation angle of the X-ray to the test piece is 35 degrees, and the irradiation area of the X-ray is about 6.5 mm 2
  • diffracted X-rays from the (211) plane of iron were detected by a two-dimensional detector.
  • the X-ray elastic constant used in calculating the residual stress from the obtained diffraction ring was a standard one adopted for steel materials. Specifically, Young's modulus E used for calculation of the X-ray elastic constant is 224 GPa, and Poisson's ratio ⁇ is 0.28.
  • the X-ray stress of the test piece having a large amount of segregation was measured with the nominal stress as 0 MPa, 269 MPa, 312 MPa, and 409 MPa. Moreover, the X-ray stress of the test piece with little segregation measured the nominal stress as 0 Mpa, 197 Mpa, 396 Mpa.
  • a graph showing the relationship between X-ray stress and nominal stress measured using a specimen with high segregation is shown in FIG. 4, and a graph showing the relationship between X-ray stress and nominal stress measured using a specimen with low segregation Is shown in FIG.
  • the solid line in the graph indicates the average value of X-ray stress at nine measurement positions, the broken line in the graph indicates nominal stress, and the end of the vertically extending line segment is the maximum X-ray stress at nine measurement positions. Values and minimum values are shown.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the X-ray stress in the specimen having a large amount of segregation is about 80 MPa when the nominal stress is 0 MPa and 100 MPa or more when the nominal stress is other than 0 MPa. That was confirmed.
  • the ratio of the difference between the maximum value and the minimum value of X-ray stress divided by the nominal stress is further verified as the measurement error of the X-ray stress
  • the measurement error in the specimen with high segregation is about 49% when the nominal stress is 269 MPa. Yes, it was confirmed to be a very large value.
  • FIG. 5 it was confirmed that the difference between the maximum value and the minimum value of the X-ray stress was not small even in the test piece with little segregation.
  • the measurement error of the X-ray stress is verified also for the test piece with less segregation, it is confirmed that the measurement error is about 17% when the nominal stress is 197 MPa and is not small.
  • the average value of the X-ray stress at nine points showed a value close to the nominal stress in both the specimen with high segregation and the specimen with low segregation. From these things, it can be said that the influence of the inhomogeneous part of the cast or forged product can be suppressed in calculating the X-ray stress by averaging a plurality of X-ray stresses obtained by changing the X-ray irradiation position.
  • the X-ray irradiation area was increased to verify changes in the difference between the maximum value and the minimum value of the X-ray stress.
  • test pieces cut out from a portion with less segregation of a nickel-chromium-molybdenum alloy steel having a martensitic structure were used.
  • the irradiation area of one X-ray was about 6.5 mm 2
  • the irradiation area of X-ray was increased by changing the irradiation position of X-ray.
  • a graph showing the relationship between the sum of the X-ray irradiation area and the measurement error of the X-ray stress is shown in FIG.
  • Symbol ⁇ in FIG. 6 indicates data of a highly segregated specimen having a bainite structure
  • symbol ⁇ indicates data of a less segregated specimen having a bainite structure
  • a symbol ⁇ ⁇ indicates a less segregated specimen having a martensitic structure Shows the data.
  • the measurement error of the X-ray stress indicates the ratio of the difference between the maximum value and the minimum value of the X-ray stress divided by the nominal stress.
  • the 4-point bending test was performed using the less segregation test piece having the bainite structure described above.
  • piece bending test was taken as plate shape of length 150 mm * width 20 mm * thickness 3 mm.
  • the central portion of the test piece was subjected to an electropolishing process with a thickness of about 0.1 mm.
  • a test was conducted to compare the nominal stress obtained from the load cell of the four-point bending tester with the X-ray stress, with bending stress applied in the thickness direction of the test piece.
  • X-ray a K ⁇ ray of chromium was used, the collimator diameter was 1.0 mm, and the irradiation distance of the X-ray was 80 mm.
  • diffracted X-rays from the (211) plane of iron were detected by a two-dimensional detector.
  • the X-ray elastic constant used when calculating the residual stress from the obtained diffraction ring was the same as that used in the tensile test.
  • the X-ray irradiation area is about 6.5 mm 2 and the irradiation area of the X-ray is about 6.5 mm 2 to the central part of the test piece subjected to the electropolishing treatment, It carried out by decreasing the irradiation angle by 5 degrees for each irradiation of X-ray once.
  • a graph showing the relationship between the sum of the X-ray irradiation area and the measurement error of the X-ray stress is shown in FIG. Symbol x in FIG.
  • the maximum error of the X-ray stress is a ratio of the difference between the maximum value of the X-ray stress and the nominal stress divided by the nominal stress, and corresponds to about half of the measurement error of the X-ray stress described above.
  • the maximum error of the X-ray stress tends to decrease as the total irradiated area of the X-ray increases.
  • the maximum error of the X-ray stress decreases to 5% or less when the total X-ray irradiation area reaches 27.1 mm 2 .
  • this maximum error is converted into a measurement error, it corresponds to 10% or less of the measurement error.
  • the residual stress measuring method of the present invention can appropriately evaluate the residual stress of cast or forged steel products.

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Abstract

本発明は、Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、鋳鍛鋼品にＸ線を照射する工程と、上記Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する工程と、上記検出工程で検出された上記回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する工程とを備え、上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に対する上記Ｘ線の照射条件を変更する工程を有し、上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に上記Ｘ線を１回照射する毎に上記変更工程を実行する工程であり、上記算出工程が、上記鋳鍛鋼品に上記Ｘ線を１回照射する毎に残留応力を算出する工程であり、上記照射工程、上記検出工程及び上記算出工程をこの順に複数回実行した後、上記算出工程で算出された複数の上記残留応力を平均化する平均化工程をさらに備える。

Description

残留応力測定方法
　本発明は、残留応力測定方法に関する。
　近年、Ｘ線を用いた残留応力測定技術が普及している。この技術は、Ｘ線を用いることにより結晶構造を有する被検査体の内部に生じている格子ひずみを測定し、測定結果を残留応力に換算するものである。
　Ｘ線を用いた残留応力測定方法としては、ｃｏｓα法が知られている。ｃｏｓα法は、被検査体に対して特定の照射角度でＸ線を照射し、このＸ線が被検査体で反射することにより生じる回折Ｘ線の強度を二次元で検出し、検出された回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する方法である。例えば特許文献１には、ｃｏｓα法による残留応力の具体的な算出手順が説明されている。
　特許文献１に記載されたＸ線回折システムは、レールの任意の測定箇所でＸ線回折装置を停止させてＸ線を照射し、イメージングプレートで回折Ｘ線を検出し、回折Ｘ線が形成する回折環に基づいて残留応力を評価するものである（段落００２５）。特許文献１のＸ線回折システムは、Ｘ線回折装置を搭載した車両を移動させながらレールの測定点毎の測定データを蓄積し、測定点毎に測定データの平均値を評価することで、レールの各部の経年劣化をモニタできる（段落００５７及び段落００５９）。
　ところで、鋳鍛鋼品は、含有元素の種類、含有元素の濃度、溶鋼を凝固させる際の冷却速度等の製造条件によって内部に局所的な化学成分の偏りを持つ場合がある。この場合には、鋳鍛鋼品の組織及び硬さは完全には均質にならず、鋳鍛鋼品の内部に生じる残留応力も局所的に変化する傾向がある。この傾向は、大型鋳鍛鋼品において特に顕著である。
　鋳鍛鋼品を被検査体としてＸ線を用いた残留応力測定が実施される場合、鋳鍛鋼品の不均質な部分が測定位置として選択されると、残留応力の測定結果が大きな誤差を含む可能性がある。このため、鋳鍛鋼品の内部に生じている残留応力を適切に評価できる残留応力測定方法が求められている。
特開２００５－２４１３０８号公報
　本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、鋳鍛鋼品の内部に生じている残留応力を適切に評価できる残留応力測定方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、鋳鍛鋼品にＸ線を照射する工程と、上記Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する工程と、上記検出工程で検出された上記回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する工程とを備え、上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に対する上記Ｘ線の照射条件を変更する工程を有し、上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に上記Ｘ線を１回照射する毎に上記変更工程を実行する工程であり、上記算出工程が、上記鋳鍛鋼品に上記Ｘ線を１回照射する毎に残留応力を算出する工程であり、上記照射工程、上記検出工程及び上記算出工程をこの順に複数回実行した後、上記算出工程で算出された複数の上記残留応力を平均化する平均化工程をさらに備える。
　当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更し、このＸ線の照射条件の変更に応じて平均化した残留応力を算出するので、鋳鍛鋼品の不均質な部分を含む領域にＸ線が照射される場合であっても、残留応力の算出結果に対するこの不均質な部分からの影響を抑制できる。したがって、当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品の残留応力を適切に評価できる。特に、当該残留応力測定方法は、Ｘ線を１回照射する毎に残留応力を算出し、算出された複数の残留応力を平均化するので、Ｘ線を１回照射する毎に残留応力を把握できるとともに、平均化した残留応力を適切に算出できる。
　上記課題を解決するためになされた本発明の他の一態様は、Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、鋳鍛鋼品にＸ線を照射する工程と、上記Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する工程と、上記検出工程で検出された上記回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する工程とを備え、上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に対する上記Ｘ線の照射条件を変更する工程を有し、上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に上記Ｘ線を１回照射する毎に上記変更工程を実行する工程であり、上記照射工程及び上記検出工程を交互に複数回実行した後、上記算出工程で、複数の上記回折Ｘ線の強度が平均化された強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する。
　当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更し、このＸ線の照射条件の変更に応じて平均化した残留応力を算出するので、鋳鍛鋼品の不均質な部分を含む領域にＸ線が照射される場合であっても、残留応力の算出結果に対するこの不均質な部分からの影響を抑制できる。したがって、当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品の残留応力を適切に評価できる。特に、当該残留応力測定方法は、複数回のＸ線の照射により得られた回折Ｘ線の強度を平均化し、平均化された強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出するので、回折環毎に残留応力を計算する場合に比べて、短時間で残留応力を評価できる。
　上記課題を解決するためになされた本発明のさらに他の一態様は、Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、鋳鍛鋼品にＸ線を照射する工程と、上記Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する工程と、上記検出工程で検出された上記回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する工程とを備え、上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に対する上記Ｘ線の照射条件を変更する工程を有し、上記照射工程が、上記変更工程を実行しつつ上記Ｘ線を連続的に照射する工程であり、上記算出工程で、上記Ｘ線の連続的な照射によって平均化された上記回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する。
　当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更し、このＸ線の照射条件の変更に応じて平均化した残留応力を算出するので、鋳鍛鋼品の不均質な部分を含む領域にＸ線が照射される場合であっても、残留応力の算出結果に対するこの不均質な部分からの影響を抑制できる。したがって、当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品の残留応力を適切に評価できる。特に、当該残留応力測定方法は、Ｘ線の照射条件を変更しつつＸ線を連続的に照射するので、Ｘ線を１回照射する毎にＸ線の照射条件を変更する場合に比べて、短時間で残留応力を評価できる。
　当該残留応力測定方法は、上記変更工程で、上記Ｘ線の照射面積の合計が２０ｍｍ２以上となるように上記鋳鍛鋼品に対する上記Ｘ線の照射条件を変更するものであるとよい。これにより、当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品の残留応力をより適切に評価できる。
　本発明の残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品の残留応力を適切に評価できる。
本発明の第一実施形態の残留応力測定方法を示すフローチャートである。 本発明の第二実施形態の残留応力測定方法を示すフローチャートである。 本発明の第三実施形態の残留応力測定方法を示すフローチャートである。 偏析の多い試験片を用いて測定したＸ線応力と公称応力との関係を示すグラフである。 偏析の少ない試験片を用いて測定したＸ線応力と公称応力との関係を示すグラフである。 Ｘ線の照射位置を変更した場合のＸ線の照射面積とＸ線応力の測定誤差との関係を示すグラフである。 Ｘ線の照射角度を変更した場合のＸ線の照射面積とＸ線応力の測定誤差との関係を示すグラフである。 Ｘ線を照射しながら照射位置を変更した場合のＸ線の照射面積とＸ線応力の最大誤差との関係を示すグラフである。
　以下、本発明の残留応力測定方法の実施形態について、図を参照しつつ詳説する。
［第一実施形態］
　図１に示す残留応力測定方法は、Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、鋳鍛鋼品にＸ線を照射する照射工程と、Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する検出工程と、検出工程で検出された回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する算出工程とを備えている。照射工程は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更する変更工程を有しており、鋳鍛鋼品にＸ線を１回照射する毎に変更工程を実行する。算出工程は、鋳鍛鋼品にＸ線を１回照射する毎に残留応力を計算する。当該残留応力測定方法は、照射工程、検出工程及び算出工程をこの順に複数回実行した後、算出工程で算出された複数の残留応力を平均化する平均化工程をさらに備えている。
　当該残留応力測定方法には、Ｘ線照射装置及び二次元検出器を備えるＸ線応力測定装置が用いられる。当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品にＸ線を１回照射する毎に鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更し、かつ鋳鍛鋼品にＸ線を１回照射する毎に残留応力を計算する。そして、当該残留応力測定方法は、Ｘ線の照射回数又はＸ線の照射面積の合計が一定値に達した場合に、これらの残留応力を平均化した残留応力を算出する。つまり、当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対して様々な照射条件でＸ線を照射し、照射条件毎に計算された残留応力を平均化するものである。
＜照射工程＞
　照射工程は、Ｘ線照射装置から鋳鍛鋼品にＸ線を照射する工程であり、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更する変更工程を有している。照射工程は、１回のＸ線照射において照射条件を変更せずに鋳鍛鋼品にＸ線を照射し、変更工程が実行される際にＸ線の照射条件を変更する。
（変更工程）
　変更工程は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射位置、照射角度又は照射面積を変更することにより、Ｘ線の照射条件を変更する工程である。変更工程は、複数回のＸ線照射においてＸ線の照射回数又はＸ線の照射面積が規定値に達していない条件下で、Ｘ線を１回照射する毎に実行される。なお、特に限定されないが、鋳鍛鋼品の内部に生じている残留応力が部位毎に大きく相違する可能性がある場合には、Ｘ線を１回照射する毎に実行されるＸ線の照射位置の変更距離は、例えばＸ線の照射径の５倍以内であると好ましい。
　Ｘ線の照射角度は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の入射角度であり、Ｘ線の照射位置を固定したままＸ線照射装置の照射口及び鋳鍛鋼品を相対的に回転移動することによって変更される。Ｘ線の照射位置は、Ｘ線の照射角度を固定したままＸ線照射装置の照射口及び鋳鍛鋼品を相対的に移動することによって変更される。Ｘ線の照射面積は、鋳鍛鋼品表面におけるＸ線の照射領域の面積であり、例えば照射角度の変更、Ｘ線照射装置の照射口及び鋳鍛鋼品間の距離の変更、Ｘ線照射装置のコリメータ径の変更等によって変更される。
＜検出工程＞
　検出工程は、鋳鍛鋼品に照射されたＸ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元検出器で検出する工程である。鋳鍛鋼品は多結晶体であるため、鋳鍛鋼品に照射されたＸ線は、多数の結晶においてブラッグの回折条件を満たす角度で回折される。多数の結晶で回折されたＸ線は、回折Ｘ線として二次元検出器で検出される。二次元検出器では回折Ｘ線の強度が検出されるが、この回折Ｘ線の強度分布は回折環を形成する。
＜算出工程＞
　算出工程は、鋳鍛鋼品にＸ線を１回照射する毎に、二次元検出器で検出された回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する工程である。回折環に基づいて残留応力を計算する方法としては、ｃｏｓα法による計算方法が用いられるが、Ｘ線的ひずみから直接応力を計算する方法が用いられてもよい。
＜平均化工程＞
　平均化工程は、算出工程で算出された複数の残留応力を平均化する工程であり、複数回のＸ線の照射が完了した後に実行される。
　当該残留応力測定方法の各工程の実行手順は以下の通りである。まず、当該残留応力測定方法は、照射工程及び検出工程を実行し、Ｘ線の照射及び検出を停止した後に算出工程を実行する。算出工程で回折環に基づいて残留応力が算出される際に、二次元検出器における回折Ｘ線の強度に関するＸ線回折情報は初期化される。算出工程が実行された後、Ｘ線の照射回数又はＸ線の照射面積の合計が規定値に達していない場合は、変更工程が実行される。変更工程が実行される場合は、変更工程によるＸ線の照射条件の変更が停止された後、再び照射工程及び検出工程が実行される。一方、Ｘ線の照射回数又はＸ線の照射面積の合計が規定値に達している場合は、算出された複数の残留応力が平均化工程で平均化される。
（利点）
　当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更し、このＸ線の照射条件の変更に応じて平均化した残留応力を算出するので、鋳鍛鋼品の不均質な部分を含む領域にＸ線が照射される場合であっても、残留応力の算出結果に対するこの不均質な部分からの影響を抑制できる。特に、当該残留応力測定方法は、Ｘ線を１回照射する毎に残留応力を算出し、算出された複数の残留応力を平均化するので、Ｘ線の照射条件の変更に応じた残留応力を把握できるとともに、平均化した残留応力を適切に算出できる。
　また、当該残留応力測定方法は、変更工程で鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射位置、照射角度又は照射面積を変更することにより、Ｘ線の照射条件を変更する。Ｘ線の照射位置又は照射面積の変更は、鋳鍛鋼品の様々な部位の残留応力の評価を可能とし、Ｘ線の照射角度の変更は、回折に寄与する結晶の向きを変えて残留応力の評価を可能とする。このため、当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対して様々な照射条件でＸ線を照射することで、鋳鍛鋼品の残留応力を適切に評価できる。
［第二実施形態］
　図２に示す残留応力測定方法は、複数回のＸ線の照射により得られた回折Ｘ線の強度分布を平均化し、平均化された強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する点で、第一実施形態の残留応力測定方法とは異なる。当該残留応力測定方法は、照射工程及び検出工程については第一実施形態の残留応力測定方法と同様であり、算出工程及び平均化工程ついては第一実施形態の残留応力測定方法と異なる。
　当該残留応力測定方法は、Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、鋳鍛鋼品にＸ線を照射する照射工程と、Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する検出工程と、検出工程で検出された回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する算出工程とを備えている。照射工程は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更する変更工程を有しており、鋳鍛鋼品にＸ線を１回照射する毎に変更工程を実行する。当該残留応力測定方法は、照射工程及び検出工程をこの順に複数回実行した後、検出工程で検出された複数の回折Ｘ線の強度を平均化する平均化工程をさらに備えている。そして、当該残留応力測定方法は、算出工程で、複数の回折Ｘ線の強度が平均化された強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する。
　当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品にＸ線を１回照射する毎に鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更し、かつ鋳鍛鋼品にＸ線を１回照射する毎に回折Ｘ線の強度を検出する。当該残留応力測定方法は、Ｘ線の照射回数又はＸ線の照射面積の合計が一定値に達した場合に、検出された複数の回折Ｘ線の強度を平均化する。そして、当該残留応力測定方法は、平均化された強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する。つまり、当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対して様々な照射条件でＸ線を照射し、照射条件毎に検出された回折Ｘ線の強度を平均化することで残留応力を平均化するものである。
＜平均化工程＞
　平均化工程は、検出工程で検出された複数の回折Ｘ線の強度を平均化する工程であり、複数回のＸ線の照射が完了した後に実行される。
＜算出工程＞
　算出工程は、平均化工程で平均化された回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する工程である。回折環に基づいて残留応力を計算する方法としては、ｃｏｓα法が用いられるが、Ｘ線的ひずみから直接応力を計算する方法が用いられてもよい。
　当該残留応力測定方法の各工程の実行手順は以下の通りである。まず、当該残留応力測定方法は、照射工程及び検出工程を実行し、Ｘ線の照射及び検出を停止する。Ｘ線の照射回数又はＸ線の照射面積の合計が規定値に達していない場合は、変更工程が実行される。変更工程が実行される場合は、変更工程によるＸ線の照射条件の変更が停止された後、再び照射工程及び検出工程が実行される。二次元検出器における回折Ｘ線の強度に関するＸ線回折情報は、１回のＸ線照射毎に二次元検出器から取り出された後、それぞれ保持される。また、二次元検出器からＸ線回折情報が取り出される際に、二次元検出器におけるＸ線回折情報は初期化される。一方、Ｘ線の照射回数又はＸ線の照射面積の合計が規定値に達している場合は、平均化工程で、保持されている複数のＸ線回折情報に基づいて複数の回折Ｘ線の強度が平均化された後、算出工程で残留応力が算出される。
　なお、当該残留応力測定方法は、１回のＸ線照射毎に二次元検出器におけるＸ線回折情報を初期化せずに重ね合わせる手順によって、複数の回折Ｘ線の強度分布を平均化してもよい。この場合、当該残留応力測定方法は、複数回のＸ線の照射が完了した時点で二次元検出器から平均化されたＸ線回折情報を取得できるので、平均化工程を省略できる。
（利点）
　当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更し、このＸ線の照射条件の変更に応じて平均化した残留応力を算出するので、鋳鍛鋼品の不均質な部分を含む領域にＸ線が照射される場合であっても、残留応力の算出結果に対するこの不均質な部分からの影響を抑制できる。特に、当該残留応力測定方法は、複数回のＸ線の照射により得られた回折Ｘ線の強度を平均化し、平均化された強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出するので、Ｘ線を１回照射する毎に残留応力を計算する第一実施形態の残留応力測定方法に比べて、短時間で残留応力を評価できる。
［第三実施形態］
　図３に示す残留応力測定方法は、Ｘ線の照射条件を変更しつつＸ線を連続的に照射する点で、第二実施形態の残留応力測定方法とは異なる。当該残留応力測定方法は、検出工程及び算出工程については第二実施形態の残留応力測定方法と同様であり、照射工程ついては第二実施形態の残留応力測定方法と異なる。また、当該残留応力測定方法は、平均化工程を備えていない点についても第二実施形態の残留応力測定方法とは異なる。
　当該残留応力測定方法は、Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、鋳鍛鋼品にＸ線を照射する照射工程と、Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する検出工程と、検出工程で検出された回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する算出工程とを備えている。照射工程は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更する変更工程を有しており、変更工程を実行しつつＸ線を連続的に照射する。そして、当該残留応力測定方法は、算出工程で、Ｘ線の連続的な照射によって平均化された回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する。
　当該残留応力測定方法は、Ｘ線の照射条件を変更しつつ鋳鍛鋼品に対してＸ線を連続的に照射し、同時に回折Ｘ線の強度を検出する。すなわち、当該残留応力測定方法は、Ｘ線の照射条件の変更に応じて平均化された回折Ｘ線の強度を検出する。そして、当該残留応力測定方法は、Ｘ線の照射面積の合計が一定値に達した場合に、平均化された強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する。つまり、当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対して照射条件を変更しながら連続的にＸ線を照射し、検出された回折Ｘ線の強度を平均化することで残留応力を平均化するものである。
＜照射工程＞
　照射工程は、Ｘ線照射装置から鋳鍛鋼品にＸ線を照射する工程であり、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更する変更工程を有している。照射工程は、鋳鍛鋼品に対して照射条件を変更しながら連続的にＸ線を照射する。つまり、照射工程は、変更工程を実行しながらＸ線を照射する。変更工程は、第一実施形態の残留応力測定方法の変更工程と同様であり、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射位置、照射角度又は照射面積を変更する。
　当該残留応力測定方法の各工程の実行手順は以下の通りである。まず、当該残留応力測定方法は、変更工程を実行しつつＸ線を照射する照射工程を実行する。照射工程に合わせて検出工程が実行される。Ｘ線の照射面積の合計が規定値に達していない場合は、照射工程及び検出工程の実行が継続される。この間、二次元検出器における回折Ｘ線の強度に関するＸ線回折情報は初期化されずに重ね合わされる。一方、Ｘ線の照射面積の合計が規定値に達すると、算出工程で残留応力が算出される。
（利点）
　当該残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件を変更し、このＸ線の照射条件の変更に応じて平均化した残留応力を算出するので、鋳鍛鋼品の不均質な部分を含む領域にＸ線が照射される場合であっても、残留応力の算出結果に対するこの不均質な部分からの影響を抑制できる。特に、当該残留応力測定方法は、Ｘ線の照射条件を変更しつつＸ線を連続的に照射するので、Ｘ線を１回照射する毎にＸ線の照射条件を変更する第二実施形態の残留応力測定方法に比べて、短時間で残留応力を評価できる。
＜その他の実施形態＞
　本発明の残留応力測定方法は、上記実施形態に限定されない。
　上記第一実施形態及び上記第二実施形態では、Ｘ線の照射回数又はＸ線の照射面積の合計が規定値に達している場合に、平均化した残留応力が算出され、上記第三実施形態では、Ｘ線の照射面積の合計が規定値に達している場合に、平均化した残留応力が算出されるものについて説明したが、鋳鍛鋼品の不均質な部分からの影響を抑制する観点から、Ｘ線の照射面積の合計が所定の下限以上である場合に、平均化した残留応力が算出されると好ましい。つまり、Ｘ線の照射面積の合計が平均化において十分な面積となるように、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射条件が変更されるとよい。この場合、Ｘ線の照射面積の合計の下限としては、２０ｍｍ２が好ましく、２３ｍｍ２がより好ましく、２６ｍｍ２がさらに好ましい。Ｘ線の照射面積の合計が上記下限に満たないと、鋳鍛鋼品の不均質な部分からの影響が抑制されないおそれがある。
　また、上記実施形態では、鋳鍛鋼品に対するＸ線の照射位置、照射角度又は照射面積を変更することにより、Ｘ線の照射条件を変更する変更工程について説明したが、変更工程は、照射位置、照射角度及び照射面積の少なくともいずれかを変更するものであってもよく、例えば照射位置及び照射角度を同時に変更するものであってもよい。
　以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［試験片に対する引張試験］
　まず、１トンを超える大型鋳鍛鋼品から偏析の多い試験片と偏析の少ない試験片とを切り出した。大型鋳鍛鋼品としては、ベイナイト組織を有するクロム－モリブデン系合金鋼を用いた。また、鋳鍛鋼品の偏析の多い部分には黒いラインが見られるという知識に基づいて、大型鋳鍛鋼品のマクロ組織観察写真によって偏析の多い部分と偏析の少ない部分とを区別した。また、試験片は、長さ７０ｍｍ×幅１２．５ｍｍ×厚さ３ｍｍの板状部分を中央に有する棒状体として切り出し、切り出した試験片の板状部分に厚さ約０．１ｍｍの電解研磨処理を施した。
　引張試験機を用い、２種類の試験片のそれぞれに対して長手方向に引張応力を付与した状態で、引張試験機のロードセルから得られる公称応力とＸ線を用いて測定した残留応力（以下、Ｘ線応力と記す）とを比較する試験を行った。また、Ｘ線応力の測定位置は、試験片の電解研磨処理が施された板状部分の６ｍｍ×６ｍｍの領域内において等間隔に設定される３×３の９点とした。
　Ｘ線としては、クロムのＫα線を用い、コリメータ径を１．０ｍｍ、Ｘ線の照射距離を８０ｍｍ、試験片に対するＸ線の照射角度を３５度、Ｘ線の照射面積を約６．５ｍｍ２とした。また、鉄の（２１１）面からの回折Ｘ線を二次元検出器で検出した。得られた回折環から残留応力を算出する際に用いるＸ線的弾性定数については、鉄鋼材料に採用される標準的なものを用いた。具体的には、Ｘ線的弾性定数の算出に用いられるヤング率Ｅを２２４ＧＰａとし、ポアソン比νを０．２８とした。
　偏析の多い試験片のＸ線応力は、公称応力を０ＭＰａ、２６９ＭＰａ、３１２ＭＰａ、４０９ＭＰａとして測定した。また、偏析の少ない試験片のＸ線応力は、公称応力を０ＭＰａ、１９７ＭＰａ、３９６ＭＰａとして測定した。偏析の多い試験片を用いて測定したＸ線応力と公称応力との関係を示すグラフを図４に示し、偏析の少ない試験片を用いて測定したＸ線応力と公称応力との関係を示すグラフを図５に示す。なお、グラフの実線は９点の測定位置におけるＸ線応力の平均値を示し、グラフの破線は公称応力を示し、縦に伸びる線分の端部は９点の測定位置におけるＸ線応力の最大値及び最小値を示している。
　図４に示すように、偏析の多い試験片におけるＸ線応力の最大値及び最小値の差は、公称応力が０ＭＰａの時に約８０ＭＰａ、公称応力が０ＭＰａ以外の時に１００ＭＰａ以上であり、非常に大きいことが確認された。Ｘ線応力の最大値及び最小値の差を公称応力で割った割合をＸ線応力の測定誤差としてさらに検証すると、偏析の多い試験片における測定誤差は、公称応力が２６９ＭＰａの時に約４９％であり、非常に大きな値となることが確認された。また、図５に示すように、偏析の少ない試験片においてもＸ線応力の最大値及び最小値の差は、小さくないことが確認された。偏析の少ない試験片についてもＸ線応力の測定誤差を検証すると、測定誤差は、公称応力が１９７ＭＰａの時に約１７％であり、小さくないことが確認された。
　一方、偏析の多い試験片及び偏析の少ない試験片の両方において、９点のＸ線応力の平均値は、公称応力に近い値を示すことが確認された。これらのことから、Ｘ線の照射位置を変更して得た複数のＸ線応力を平均化すると、Ｘ線応力の算出において鋳鍛鋼品の不均質な部分からの影響を抑制できるといえる。
　次に、Ｘ線の照射面積を増加させて、Ｘ線応力の最大値及び最小値の差の変化について検証した。この検証には、上述の２種類の試験片に加えて、マルテンサイト組織を有するニッケル－クロム－モリブデン系合金鋼の偏析の少ない部分から切り出した試験片を用いた。上述の通り、一回のＸ線の照射面積は約６．５ｍｍ２であり、Ｘ線の照射面積は、Ｘ線の照射位置を変更することにより増加させた。Ｘ線の照射面積の合計とＸ線応力の測定誤差との関係を示すグラフを図６に示す。図６の記号△はベイナイト組織を有する偏析の多い試験片のデータを示し、記号□はベイナイト組織を有する偏析の少ない試験片のデータを示し、記号○はマルテンサイト組織を有する偏析の少ない試験片のデータを示している。なお、Ｘ線応力の測定誤差とは、Ｘ線応力の最大値及び最小値の差を公称応力で割った割合を示す。
　図６に示すように、全ての試験片において、Ｘ線の照射面積の合計が増加するとＸ線応力の測定誤差が減少する傾向が見られた。また、Ｘ線の照射面積の合計が２０ｍｍ２に達するとＸ線応力の測定誤差が十分に減少し、Ｘ線の照射面積の合計が２６ｍｍ２以上になるとＸ線応力の測定誤差が１０％以下となることが確認された。
［試験片に対する曲げ試験］
　上述のベイナイト組織を有する偏析の少ない試験片を用いて４点曲げ試験を行った。４点曲げ試験に用いる試験片の形状は、長さ１５０ｍｍ×幅２０ｍｍ×厚さ３ｍｍの板形状とした。試験片の中央部分には厚さ約０．１ｍｍの電解研磨処理を施した。
　４点曲げ試験機を用い、試験片の厚み方向に曲げ応力を付与した状態で、４点曲げ試験機のロードセルから得られる公称応力とＸ線応力とを比較する試験を行った。Ｘ線としては、クロムのＫα線を用い、コリメータ径を１．０ｍｍ、Ｘ線の照射距離を８０ｍｍとした。また、鉄の（２１１）面からの回折Ｘ線を二次元検出器で検出した。得られた回折環から残留応力を算出する際に用いるＸ線的弾性定数は、引張試験で用いたものと同一とした。
　４点曲げ試験は、試験片に対するＸ線の照射角度を３５度、Ｘ線の照射面積を約６．５ｍｍ２としてＸ線を試験片の電解研磨処理が施された中央部分に照射した後、１回のＸ線の照射毎に照射角度を５度ずつ小さくすることにより実施した。Ｘ線の照射面積の合計とＸ線応力の測定誤差との関係を示すグラフを図７に示す。図７の記号×はＸ線の照射角度を３５度から２０度まで変更して照射面積の合計を増加させた際の測定誤差のデータを示し、記号○は図６のＸ線の照射位置を変更した引張試験における同じ試験片の測定誤差のデータを示している。
　図７に示すように、試験片に対するＸ線の照射角度を変更した場合においても、Ｘ線の照射面積の合計が増加するとＸ線応力の測定誤差が減少する傾向が見られた。また、Ｘ線の照射面積の合計が２０ｍｍ２に達するとＸ線応力の測定誤差が十分に減少し、Ｘ線の照射面積の合計が２６ｍｍ２以上になるとＸ線応力の測定誤差が７％程度まで減少することが確認された。
　また、別の４点曲げ試験として、試験片に対してＸ線を照射しながら試験片を移動することによりＸ線の照射位置を変更する試験を行った。この試験では、Ｘ線の照射面積の合計がそれぞれ６．５ｍｍ２、２７．１ｍｍ２、４４．８ｍｍ２となるようにＸ線の照射位置を変更した。Ｘ線の照射面積の合計とＸ線応力の最大誤差との関係を示すグラフを図８に示す。図８の記号△はＸ線を照射しながらＸ線の照射位置を変更して照射面積の合計を増加させた際の最大誤差のデータを示し、記号○は図６のＸ線の照射位置を変更した引張試験における同じ試験片の最大誤差のデータを示している。なお、Ｘ線応力の最大誤差とは、Ｘ線応力の最大値と公称応力の差を公称応力で割った割合を示し、上述のＸ線応力の測定誤差の約半分の値に相当する。
　図８に示すように、試験片に対してＸ線を照射しながら試験片を移動した場合においても、Ｘ線の照射面積の合計が増加するとＸ線応力の最大誤差が減少する傾向が見られた。また、Ｘ線の照射面積の合計が２７．１ｍｍ２に達するとＸ線応力の最大誤差が５％以下まで減少することが確認された。この最大誤差を測定誤差に換算すると、測定誤差が１０％以下であることに相当する。
　本発明の残留応力測定方法は、鋳鍛鋼品の残留応力を適切に評価できる。

Claims (4)

  1. 　Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、
    　鋳鍛鋼品にＸ線を照射する工程と、
    　上記Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する工程と、
    　上記検出工程で検出された上記回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する工程と
    　を備え、
    　上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に対する上記Ｘ線の照射条件を変更する工程を有し、
    　上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に上記Ｘ線を１回照射する毎に上記変更工程を実行する工程であり、
    　上記算出工程が、上記鋳鍛鋼品に上記Ｘ線を１回照射する毎に残留応力を算出する工程であり、
    　上記照射工程、上記検出工程及び上記算出工程をこの順に複数回実行した後、上記算出工程で算出された複数の上記残留応力を平均化する平均化工程をさらに備える残留応力測定方法。
  2. 　Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、
    　鋳鍛鋼品にＸ線を照射する工程と、
    　上記Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する工程と、
    　上記検出工程で検出された上記回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する工程と
    　を備え、
    　上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に対する上記Ｘ線の照射条件を変更する工程を有し、
    　上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に上記Ｘ線を１回照射する毎に上記変更工程を実行する工程であり、
    　上記照射工程及び上記検出工程を交互に複数回実行した後、上記算出工程で、複数の上記回折Ｘ線の強度が平均化された強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する残留応力測定方法。
  3. 　Ｘ線を用いた鋳鍛鋼品の残留応力測定方法であって、
    　鋳鍛鋼品にＸ線を照射する工程と、
    　上記Ｘ線に由来する回折Ｘ線の強度を二次元で検出する工程と、
    　上記検出工程で検出された上記回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する工程と
    　を備え、
    　上記照射工程が、上記鋳鍛鋼品に対する上記Ｘ線の照射条件を変更する工程を有し、
    　上記照射工程が、上記変更工程を実行しつつ上記Ｘ線を連続的に照射する工程であり、
    　上記算出工程で、上記Ｘ線の連続的な照射によって平均化された上記回折Ｘ線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を算出する残留応力測定方法。
  4. 　上記変更工程で、上記Ｘ線の照射面積の合計が２０ｍｍ２以上となるように上記鋳鍛鋼品に対する上記Ｘ線の照射条件を変更する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の残留応力測定方法。
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