(57)【要約】  【課題】  適切な部位を狙って探傷することにより、効率的な評価を可能とする鋼材の介在物評価方法を提供する。  【解決手段】  評価対象鋼材から取り出した試験片を所定の位置で軸方向に垂直に切断し、互いに対応する切断面を有するマクロ調査用試験片と超音波探傷用試験片とに分割するステップと、マクロ調査用試験片の切断面についてマクロ試験をして、マクロ試験の結果に基づいてマクロ調査用試験片の切断面に等軸晶領域を設定するステップと、超音波探傷用試験片の切断面に、マクロ調査用試験片の等軸晶領域に対応する領域の一部又は全てを含む超音波探傷領域を設定するステップと、超音波探傷領域に基づいて前記超音波探傷用試験片を研削及び研磨するステップと、超音波探傷領域が超音波探傷用試験片の軸方向になす領域を超音波探傷範囲と設定し、超音波探傷用試験片の超音波探傷範囲について超音波探傷を行うステップとを有する。【選択図】  図１
2006226941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象鋼材から取り出した試験片を所定の位置で切断し、互いに対応する切断面を各々有するマクロ調査用試験片と超音波探傷用試験片とに分割するステップと、
前記マクロ調査用試験片の前記切断面についてマクロ試験をして、該マクロ試験の結果に基づいて前記マクロ調査用試験片の切断面に等軸晶領域を確認し設定するステップと、
前記超音波探傷用試験片の切断面に、前記マクロ調査用試験片の前記等軸晶領域に対応する等軸晶対応領域を設定し、該等軸晶対応領域の一部又は全てを含む超音波探傷領域を設定するステップと、
前記超音波探傷領域に基づいて前記超音波探傷用試験片を研削及び研磨するステップと、
前記超音波探傷領域が、前記超音波探傷用試験片の所定の方向になす領域を、超音波探傷範囲に設定し、該超音波探傷範囲について超音波探傷を行うステップと、
を有することを特徴とする鋼材の介在物評価方法。
【請求項２】
前記超音波探傷領域を設定するステップは、
前記マクロ調査用試験片の切断面上の前記等軸晶領域の位置に基づいて、前記評価対象鋼材の製造方法が、曲げ連鋳か、垂直連鋳かを判断するステップと、
垂直連鋳の場合には、前記超音波探傷用試験片の切断面の中心の所定の領域をさらに含んで超音波探傷領域に設定し、
曲げ連鋳の場合には、前記等軸晶対応領域の中心と前記超音波探傷用試験片の切断面の中心とを結ぶ線上で、前記超音波探傷用試験片の切断面の中心から見て、前記等軸晶対応領域の中心とは反対の方向の所定の領域をさらに含んで前記超音波探傷領域に設定するステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の鋼材の介在物評価方法。
【請求項３】
前記マクロ調査用試験片と超音波探傷用試験片と分割するステップにおいて、前記試験片の外周の所定の位置に基準線を設け、該基準線と交わる位置で前記試験片を分割し、
前記超音波探傷領域を設定するステップにおいて、前記基準線に基づいて、前記マクロ調査用試験片の前記等軸晶対応領域を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の介在物評価方法。
【請求項４】
前記超音波探傷を行うステップにおいて、前記超音波探傷用試験片の前記超音波探傷範囲の重量は１ｋｇ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の鋼材の介在物評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の介在物評価方法に関し、特に、鋼材のＴ断面のマクロパターンと超音波探傷法を組み合わせて、適切な部位を狙って探傷することにより効率的な評価を可能とする鋼材の介在物評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材中の介在物（非金属介在物）は、鋼材の使用中の不良原因となるものであり、特に、軸受用鋼、機械構造用鋼および同合金鋼などの鋼材においては金属疲労の原因になり易い。介在物は金属疲労の原因となる可能性があるため、製品を検査し、介在物の評価を行うことにより鋼材の清浄度等を明らかにしておく必要がある。
【０００３】
鋼材の介在物の評価方法としては、超音波を発信する探触子を用いて丸棒鋼に対して検査を行い、介在物を検出するいわゆる超音波探傷法による評価が、一般に行われている（例えば特許文献１参照）。超音波探傷法による評価は、特に、大型の介在物の評価指標として有効である。
【特許文献１】特開２００４−３７２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の超音波探傷法による評価には、以下の問題点がある。
【０００５】
鋼材中で検出される介在物は、非常に少なく、例えば、鋼材を２０ｋｇ程度超音波探傷を行う場合でも、検出される介在物は、例えば清浄度を要求しない用途の鋼材でせいぜい数十個程度の場合もある。したがって、介在物の集積しやすい部位をはずして超音波探傷を行った場合には、介在物を検出できないか、検出箇所が少なく評価してしまうこととなり、鋼材の清浄度を適切に評価できない。
【０００６】
また、特定の操業条件、例えば、曲げ連鋳によって鋼片が製造される場合には、曲げ連鋳が行われた鋼片の上面に介在物が集積しやすい。これは、連続鋳造中に介在物が浮上し、鋼片の上面側に集積するためである。つまり、操業条件の評価指標として、単位探傷重量で検出介在物個数とする場合には、介在物の分布傾向を把握した上で、所定の領域を超音波探傷し、その領域の検出個数を評価することが好ましい。
【０００７】
また、特許文献１に記載の方法では、評価対象の鋼材から、試験片を取り出し、超音波探傷法による評価を行っているが、この方法では、試験片を取り出す際に、評価対象の鋼材の介在物の集積部位を外して試験片が作成される可能性がある。介在物の集積部位を外す可能性を低減するために、ほぼ全断面について試験片を作成することも考え得るが、この場合は、介在物の評価に時間がかかることとなり、また、試験片の作成コストが増大することとなる。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、より短時間に鋼材の介在物の評価が可能であり、低コストの介在物の評価方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願請求項１に記載の発明は、評価対象鋼材から取り出した試験片を所定の位置で切断し、互いに対応する切断面を各々有するマクロ調査用試験片と超音波探傷用試験片とに分割するステップと、マクロ調査用試験片の切断面についてマクロ試験をして、マクロ試験の結果に基づいてマクロ調査用試験片の切断面に等軸晶領域を設定するステップと、超音波探傷用試験片の切断面に、マクロ調査用試験片の等軸晶領域に対応する等軸晶対応領域を設定し、等軸晶対応領域の一部又は全てを含む超音波探傷領域を設定するステップと、超音波探傷領域に基づいて超音波探傷用試験片を研削及び研磨するステップと、超音波探傷領域が、超音波探傷用試験片の所定の方向になす領域を、超音波探傷範囲に設定し、超音波探傷範囲について超音波探傷を行うステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鋼材の介在物評価方法によれば、マクロ試験を行い、介在物が多く存在すると思われる領域をある程度特定した後に、介在物を検出する超音波探傷試験を行うために、より短時間に鋼材の介在物の評価が可能であり、低コストの介在物の評価が可能となる。
【００１１】
また、介在物の集積しやすい部位を狙って超音波探傷を行うために、鋼材の清浄度を適切に評価することができ、評価指標の信頼性の向上を図ることができる。そして、この評価方法を製品に適用することにより、鋼材の信頼性の向上や品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態である鋼材の介在物評価方法について、図を参照して詳細に説明をする。
【００１３】
まず、評価対象となる鋼材の製造過程について簡単に説明する。本実施形態では、主に連続鋳造法により製造される鋼材を評価の対象とする。連続鋳造法には、大きく垂直式鋳造法と湾曲型鋳造法（曲げ連鋳）とがあり、鋳造法の形式の違いにより、鋼材の介在物の分布が異なることとなる。なお、本実施形態においては、主に連続鋳造法による鋼材について説明をするが、鋼材の製造法はこれに限られるものではない。
【００１４】
鋼材は、連続鋳造による鋳片の製造の後、所定の加工工程を経て、製品の形状となる。本実施形態においては、製品形状を所定の円断面を有する丸棒形状とするが、製品形状はこれに限られるものではなく、例えば角棒形状であってもよい。
【００１５】
ここで、評価対象となる鋼材は、圧鍛比にして４０以上で圧延及び／又は鍛伸しておくことが好ましい。圧鍛比４０以上で鋼材を処理することにより、鋼材の中心付近に存在する空孔を概ね潰すことができ、超音波探傷試験時に、空孔による乱反射やノイズ等の発生を防止することができ、介在物の正確な検出と検査が可能となる。
【００１６】
図１は、本実施形態の評価方法において、鋼材から切り出す試験片を示す図である。
試験片１００は、製品の一部を切り出したものであり、その長さは評価を行う試験片の長さに応じて適宜変化する。
【００１７】
試験片１００の外周表面に、試験片１００の軸にほぼ平行に、基準線１００ａを設ける加工を行う。基準線１００ａは打刻、けがき、マーキング等の手段により適宜加工しうるものである。なお、基準線１００ａの位置及び長さは、試験片１００を図中のＡ部で分割される位置及び長さであればよい。
【００１８】
次に、この試験片１００を図中のＡ部にて切断し、マクロ調査用試験片１０１と超音波探傷用試験片１０２と作成する。
【００１９】
このように、マクロ調査用試験片１０１と超音波探傷用試験片１０２と作成することにより、マクロ調査用試験片１０１と超音波探傷用試験片１０２とには、共通の基準線１００ａが設けられているため、切断後においても両者の断面の位置決めが可能となり、両断面の対応関係の把握が可能となる。
【００２０】
図２は、本実施形態の評価方法において、マクロ調査用試験片１０１に対するマクロ検査の内容を示す図である。図２においては、試験片１００の図１のＡ部にて切断した断面１０１ａが示されている。
【００２１】
断面１０１ａは、所定の研磨工程と塩酸による腐食工程を経ることにより、マクロパターンが露出し、肉眼にてマクロ検査がなされる。
【００２２】
本実施形態においては、マクロ検査により等軸晶領域を検出するとともに、この等軸晶領域の位置から介在物が集積しやすい位置を推定する方法を採用している。
【００２３】
図２（ａ）は、垂直連鋳により鋼材が製造された場合の、マクロ調査用試験片１０１の断面１０１ａを示す図である。垂直連鋳により鋼材が製造される場合には、等軸晶領域１０１ｂが、マクロ調査用試験片１０１の断面１０１ａ上のほぼ中心に現れることとなる（すなわち断面１０１ａの中心Ｃ１と、等軸晶領域１０１ｂの中心Ｃ２とがほぼ重なる）。したがって、マクロ検査の結果、等軸晶領域１０１ｂがマクロ調査用試験片１０１の断面１０１ａ上のほぼ中心に現れた場合には、垂直連鋳により鋼材が製造されたと判断することができる。また、この場合には、介在物集積領域１０１ｃも、断面１０１ａ上のほぼ中心に存在すると判断することが可能である。
【００２４】
図２（ｂ）は、曲げ連鋳により鋼材が製造された場合の、マクロ調査用試験片１０１の断面１０１ａを示す図である。曲げ連鋳により鋼材が製造された場合には、等軸晶領域１０１ｂが、マクロ調査用試験片１０１の断面１０１ａの中心とずれた位置に現れることとなる（すなわち断面１０１ａの中心Ｃ１と、等軸晶領域１０１ｂの中心Ｃ２とがずれる）。したがって、マクロ検査の結果、等軸晶領域１０１ｂの中心Ｃ２が、マクロ調査用試験片１０１の断面１０１ａの中心Ｃ１からずれて現れた場合には、曲げ連鋳により鋼材が製造されたと判断することができる。また、この場合には、介在物集積領域１０１ｃは、等軸晶領域１０１ｂの中心Ｃ２とマクロ調査用試験片１０１の断面１０１ａの中心Ｃ１とを結ぶ線上で、マクロ調査用試験片１０１の断面１０１ａの中心Ｃ１から見て、等軸晶領域１０１ｂの中心Ｃ２とは反対の方向の、所定の領域に存在すると判断することが可能である。
【００２５】
図３は、本実施形態の評価方法において、超音波探傷試験用試験片１０２を製造する場合の研削・研磨位置を示す図である。図３（ａ）と図３（ｂ）においては、試験片１００の図１のＡ部にて切断した断面１０２ａが示されている。
【００２６】
まず、断面１０２ａに、上記マクロ調査用試験片１０１の等軸晶領域１０１ｂに対応する等軸晶対応領域１０２ｂを設定する。マクロ調査用試験片１０１の基準線１００ａと超音波探傷試験用試験片１０２の基準線１００ａとを一致させて、また、マクロ調査用試験片１０１の中心Ｃ１と、超音波探傷試験用試験片１０２の中心Ｃ３とを一致させることにより、断面１０１ａと断面１０２ａの各断面上の位置関係の対応を図ることが可能となる。そして、等軸晶領域１０１ｂとほぼ同一の形状を、断面１０２ａ上に転写することにより、ほぼ長方形の等軸晶対応領域１０２ｂを設定する。
【００２７】
なお、上記説明においては、基準線１００ａと中心軸とで位置決めを行うことを例として説明したが、位置決め法はこれに限られず、例えば、複数の基準線を設けて位置決めを行っても良い。
【００２８】
図３（ａ）は、介在物集積領域１０２ｃが、断面１０２ａのほぼ中央にある場合を示す図である。垂直連鋳により製品が製造される場合には、介在物は、断面１０２ａの中心部分に集積する傾向があるため、介在物集積領域１０２ｃは、断面１０２ａのほぼ中央に存在すると判断される。そして、超音波探傷領域１０２ｄは、等軸晶対応領域１０２ｂを含み、かつ、断面１０２ａの中心の所定の領域を含む位置に設定される。なお、図においては、等軸晶対応領域１０２ｂの対頂角をほぼ通る位置に超音波探傷領域１０２ｄを設定したが、設定方法はこれに限られるものではなく、等軸晶対応領域１０２ｂを含むように任意に設定することが可能である。
【００２９】
図３（ｂ）は、介在物集積領域１０２ｃが断面１０２ａの中央からずれている場合を示す図である。曲げ連鋳により製品が製造される場合には、介在物は、曲げ連鋳の上部に集積する傾向があるため、介在物集積領域１０２ｃは、断面１０２ａの中央からずれて存在すると判断される。そして、超音波探傷領域１０２ｄは、図３（ｂ）に示すように、等軸晶対応領域１０２ｂを含み、かつ、等軸晶対応領域１０２ｂの中心Ｃ４と超音波探傷用試験片１０２の切断面１０２ａの中心Ｃ３とを結ぶ線上で、超音波探傷用試験片１０２の切断面１０２ａの中心Ｃ３から見て、等軸晶対応領域１０２ｂの中心Ｃ４とは反対の方向の、介在物が集中していると判断される介在物集積領域１０２ｃを含む所定の領域に設定される。
【００３０】
図５は、等軸晶対応領域１０２ｂの断面積が大きい場合の切断面１０２ａを示す図である。
【００３１】
評価対象鋼材の直径が大きい場合（例えば、φ１５０ｍｍ）には、等軸晶領域１０１ｂ及びこれに対応する等軸晶対応領域１０２ｂの面積も増加することとなる。
【００３２】
このときに、等軸晶対応領域１０２ｂの幅Ｗ３を全て含むように超音波探傷領域１０２ｄの幅Ｗ１を設定した場合には、超音波探傷領域１０２ｄが過大となり、超音波が評価対象鋼材の内部に十分届かないことが考えられる。
【００３３】
したがって、評価対象鋼材がある程度太い場合には、超音波探傷領域１０２ｄの幅Ｗ１を所定の幅（例えば５０ｍｍ）で上限値としておき、断面１０２ａの中心Ｃ３、及び、等軸晶対応領域１０２ｂの中心Ｃ４の位置に基づいて、所定の幅Ｗ１で超音波探傷領域１０２ｄを配置する。
【００３４】
次に、超音波探傷用試験片１０２に所定の研削・研磨を施す場合の研削位置について説明をする。図３（ａ）には、介在物集積領域１０２ｃが断面１０２ａのほぼ中央にある場合の研削位置Ｘが示されている。研削位置Ｘは、超音波探傷領域１０２ｄを、すべて含むように所定の間隔Ｗ２（＞Ｗ１）をもって設定する。好ましくは、表面直下の不感帯を含まないように、超音波探傷領域１０２ｄの境界部と各研削位置Ｘとは所定の間隔（例えば４ｍｍ）をもって設定される。
【００３５】
図３（ｂ）には、介在物集積領域１０２ｃが断面１０２ａの中心からずれて位置する場合の研削位置Ｙが示されている。研削位置Ｙは、超音波探傷領域１０２ｄを、すべて含むように所定の間隔Ｗ２（＞Ｗ１）をもって設定する。好ましくは、表面直下の不感帯を含まないように、超音波探傷領域１０２ｄの境界部と各研削位置Ｙとは所定の間隔（例えば４ｍｍ）をもって設定される。
【００３６】
図４は、本実施形態の評価方法において、超音波探傷用試験片の最終的な形態を示す図である。
【００３７】
研削位置Ｘ、Ｙが設定された超音波探傷試験用試験片１０２には、フライス加工等により、超音波探傷試験用試験片１０２の中心軸に平行であり、かつ、互いに平行である平面１０２ｅと１０２ｆとが形成される。
【００３８】
その後、超音波探傷試験用試験片１０２に対して焼入・焼戻を行い、最後に、超音波の伝達損失を低減するために、平面１０２ｅと１０２ｆとの表面を研磨する。
【００３９】
平面１０２ｅと１０２ｆとの表面に超音波探触子をあてて、超音波探傷領域１０２ｄについて、超音波探傷試験用試験片１０２の軸方向（図４のＤ方向）の所定の長さにわたる超音波探傷範囲について、超音波探傷試験を行い、検出した介在物の個数で鋼材の介在物の評価を行う。
【００４０】
ここで、超音波探傷用試験片１０２の超音波探傷を行う部分の重量は１ｋｇ以上であることが好ましい。これは、再現性のある結果を得るためには、探傷領域を１kg以上とすることが好ましいことが、種々の調査の結果から判明したからである。
【００４１】
以上、説明したように本実施形態の介在物評価方法によれば、マクロ試験を行い、介在物が多く存在すると思われる領域をある程度特定した後に、介在物を検出する超音波探傷試験を行うために、より短時間に鋼材の介在物の評価が可能であり、低コストの介在物の評価が可能となる。
【００４２】
また、介在物の集積しやすい部位を狙って超音波探傷を行うために、鋼材の清浄度を適切に評価することができ、評価指標の信頼性の向上を図ることができる。そして、この評価方法を製品に適用することにより、鋼材の信頼性の向上や品質の向上を図ることができる。
【実施例】
【００４３】
本発明の実施形態の鋼材の介在物評価方法の実施例について、以下に説明する。ただし、本発明の鋼材の介在物評価方法は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４４】
評価対象として、SCr420, SUJ2, SCM415, S55C, S45Cの５種類の鋼材について介在物の評価を行った。また、評価対象の鋼材について、それぞれ垂直連鋳と曲げ連鋳とにより鋳片を作成し、マクロパターンの位置の相違による評価も実施した。
【００４５】
垂直及び曲げ連鋳後、鋳片を加熱炉(1100〜1200℃)にて所定の時間加熱した後、鋼片をφ１６７ｍｍの丸棒へ圧延し、冷却した後、所定の温度で１時間再加熱し、φ７６ｍｍの製品形状へ圧延をして製品とした。また、この場合の圧鍛比（＝鋳片断面積／製品断面積）は41である。
【００４６】
このように製造された製品から試験片を切り出した。試験片の長さは４０００ｍｍである（φ76×L4000 mm）。そして、試験片全体に渡って基準線を書き入れ、試験片の端部を切断し、マクロ調査用試験片を作成した。マクロ試験の結果に基づいて超音波試験を行う領域を設定し、ほぼ直方体の形状を有する超音波探傷用試験片を作製した。
【００４７】
このような超音波探傷用試験片について、全没式の水浸超音波探傷試験を行った。超音波試験装置としては、既存のものを使用し、探触子としては、周波数２０ＭＨｚの焦点型高周波探触子を使用した。
【００４８】
超音波探傷試験を行った結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2006226941.tif 000003
【００５０】
表中の評価方法の妥当性において、◎は、本方法では介在物を検出し、従来法では介在物をほとんど検出できなかったことを意味し、○は、本方法では介在物を検出し、従来法では介在物の検出個数が本方法より少ないことを意味し、△は、本方法と従来法とが同程度の検出個数であるということを意味する。
【００５１】
表１から明らかなように、本実施例の評価方法によれば、多くの試験片について、従来の方法と比較して、より多くの介在物の検出が可能となる。特に、曲げ連鋳によるマクロ調査用試験片の場合には、従来の方法では介在物をほとんど検出できないのに対し、本実施形態の介在物の評価方法によれば、介在物を確実に検出することが可能となっていることがわかる。よって、本実施形態の介在物の評価方法の妥当性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態の製品から切り出す試験片を示す図である。
【図２】本発明の実施形態のマクロ調査用試験片に対するマクロ検査の内容を示す図である。
【図３】本発明の実施形態の超音波探傷試験用試験片を製造する場合の研削・研磨位置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の超音波探傷用試験片の最終形態を示す図である。
【図５】評価対象鋼材が太い場合の超音波探傷試験用試験片を製造する場合の研削・研磨位置を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００：試験片
１０１：マクロ調査用試験片
１０２：超音波探傷試験用試験片
【図１】
2006226941.tif 000004
【図２】
2006226941.tif 000005
【図３】
2006226941.tif 000006
【図４】
2006226941.tif 000007
【図５】
2006226941.tif 000008