(57)【要約】      （修正有）【課題】ステンレス鋼板表面のムラなどの表面欠陥の検査において、検査者の体調や検査者の相違により影響を受ける目視評価によらず、安定した定量評価が可能な、鋼板の表面品質の評価方法を提供する。【解決手段】本発明は、化学反応により鋼板表面を着色し、鋼板表面の定常部分と欠陥部分との色差を測定して、鋼板の表面品質を評価する、鋼板の表面品質の評価方法である。前記の着色工程では、ステンレス鋼板をクロム酸５０〜８００ｇ／Ｌ及び硫酸２００〜１０００ｇ／Ｌを含む２０℃〜１２０℃の混酸溶液に浸漬し、ステンレス鋼板とプラチナ対極間の電位が電位曲線の極小値から＋０．１ｍＶ〜＋５０ｍＶ上昇するまで保持することが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面欠陥を有するステンレス鋼板の表面に、化学反応による金属酸化物系の皮膜を形成することで着色を施す前処理工程と、着色後のステンレス鋼板表面の定常部分と表面欠陥部分との色差を測定し比較する工程によって表面欠陥の程度を定量的に評価することを特徴とする表面品質評価方法。
【請求項２】
前記の前処理工程として、ステンレス鋼板をクロム酸５０〜８００ｇ／Ｌ及び硫酸２００〜１０００ｇ／Ｌを含む２０℃〜１２０℃の混酸溶液に浸漬し、ステンレス鋼板とプラチナ対極間の電位が電位曲線の極小値から＋０．１ｍＶ〜＋５０ｍＶ上昇するまで保持するものである請求項１に記載の表面品質評価方法。
【請求項３】
前記の着色後のステンレス鋼板表面の定常部分と表面欠陥部分との色差を測定する工程として、４００〜７００ｎｍの波長域における光の反射率を測定し、表色系Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊に変換して、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊の値をもとにステンレス鋼板の定常部分と表面欠陥部分の色の差を算出し、表面欠陥の程度を定量的に評価するものである請求項１または２に記載の表面品質評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の表面品質の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼板はめっきを施さずに用いられることが多く、その表面品質が最終製品の見た目に影響することから、均一かつ美麗な表面が求められる。しかし、ステンレス鋼板は製造工程における種々の原因により表面欠陥が発生する場合がある。
【０００３】
そのため、これまでに均一な表面品質のステンレス鋼板を製造する目的で表面品質を均質化する方法が提案されているが、これらはその実施効果の評価のためにステンレス鋼板表面品質の目視判断を行っている。しかし、目視による評価は検査者の体調や作業環境の影響を受け、また、検査者が相違することによってその結果が変動するケースが存在するため、再現性および十分な精度がある評価方法とは言いがたく、この課題を解決するためにさまざまな表面品質評価装置および評価方法が提案されており、例えば以下の特許文献が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−０７９９９４号
【特許文献２】特開２００５−２２１２８３号
【特許文献３】特開２０１０−１６９５９１号
【特許文献４】特開２０１１−０４７８３７号
【特許文献５】特開２００９−２１６４７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１ではレーザー走査によって得られた明るさ情報から表面評価を行う表面評価方法および装置が示されている。特許文献２では、圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で光を照射して表面評価方法が示されている。特許文献３では、測定対象物の表面に対して表面の法線を基準として特定の投光角度・受光角度にすることで反射光の光強度と表面の微小な凹凸の状態との間に一定の相関関係を得ることができる表面評価装置および方法が示されている。特許文献４では、リング照明装置を用いて対象物の鏡面性が高い場合に発生する照射光の映りこみを防ぐ表面評価用の装置が示されている。しかし、これらの装置および方法は鋼板の観察方向が一定のため、特定の角度のみで観察される表面欠陥を観察することができずに見落とす場合が存在する。
特許文献５では、プレス鋼板対象で撮像された赤外線画像から凹凸を検出し、ＲＧＢカラーヒストグラム処理及びクラスタリング処理を行う表面評価システムおよび方法が示されている。しかし、鋼板を撮像して評価しているため、対象物の鏡面性が高い場合に照射光の反射によって評価にばらつきが発生する場合がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、検査者の目視評価によらず、定量的に表面品質を評価する手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
まず、発明のポイントを示す。本発明では、特定の条件でステンレス鋼板表面を着色させれば、定常部と表面欠陥部で異なる着色皮膜が形成されるため、表面欠陥の程度を色差測定により定量評価できることを見出した。
【０００８】
本発明のステンレス鋼板の表面品質の評価方法は、ステンレス鋼板表面に化学反応によって形成される金属酸化物系の皮膜を付与し、皮膜の干渉作用によって特定の波長域の反射光を弱めて鋼板表面に色がつく着色作用を利用している。ステンレス鋼板の表面の一部分に疵、表面の凹凸の形態の差異、局所的な鋼板表面の成分偏析、元々のステンレス鋼板表面に存在する不動態皮膜の成分および厚みのばらつきといった表面欠陥が存在する場合、着色処理を行えば定常部分と膜厚や成分、形状が異なる金属酸化物系の皮膜が形成され、表面欠陥の程度が大きいほど、定常部分と異なる皮膜形態となるため、色を定量的に評価できる装置を用いて定常部分と表面欠陥部分の色彩をそれぞれ測定することにより定常部分と表面欠陥部分の差が数値的に表れる。着色前のステンレス鋼板の表面に存在する表面欠陥には特定の角度からしか見えない場合が存在するが、そのような表面欠陥も本発明による化学反応によって形成される金属酸化物系の皮膜を付与することで、定常部分と表面欠陥部分の色差を測定し、表面欠陥の程度を定量評価することが可能となる。
【０００９】
以上の知見に基づき得られた本発明は次のとおりである。
（１）本発明は、表面欠陥を有するステンレス鋼板の表面に、化学反応による金属酸化物系の皮膜を形成することで着色を施す前処理工程と、着色後のステンレス鋼板表面の定常部分と表面欠陥部分との色差を測定し比較する工程によって表面欠陥の程度を定量的に評価することが可能な表面評価方法である。
【００１０】
（２）本発明は、前記の前処理工程として、ステンレス鋼板をクロム酸５０〜８００ｇ／Ｌ及び硫酸２００〜１０００ｇ／Ｌを含む２０℃〜１２０℃の混酸溶液に浸漬し、ステンレス鋼板とプラチナ対極間の電位が電位曲線の極小値から＋０．１ｍＶ〜＋５０ｍＶ上昇するまで保持するものである、（１）に記載の表面品質評価方法である。
【００１１】
（３）本発明は、前記の着色後のステンレス鋼板表面の定常部分と表面欠陥部分との色差を測定する工程として、４００〜７００ｎｍの波長域における光の反射率を測定し、表色系Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊に変換して、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊の値をもとにステンレス鋼板の定常部分と表面欠陥部分の色の差を算出し、表面欠陥の程度を定量的に評価するものである（１）または（２）に記載の表面品質評価方法である。
【００１２】
以下に本発明の数値限定理由を示す。
【００１３】
（１）着色条件
クロム酸濃度：５０〜８００ｇ／Ｌ
混酸溶液中のクロム酸濃度が５０ｇ／L以上になると、粒界部等における選択的な局部溶解等の反応が抑制され、定常部の着色が均一になる。クロム酸８００ｇ／Ｌ以上ではクロム酸の溶け残りが発生しやすくなるため、定常部の着色が不均一になる。よって、混酸溶液中のクロム濃度の範囲を５０〜８００ｇ／Ｌとした。
【００１４】
硫酸濃度：２００〜１０００ｇ／Ｌ
混酸溶液中の硫酸濃度が２００ｇ／Ｌ未満であると、酸化反応が強くなり、不均一な皮膜が生成して定常部の着色が不均一になり易い。逆に１０００ｇ／Ｌを超える硫酸濃度では、クロム酸の溶解度が５０ｇ／Ｌ以下となり、処理性が悪化し、局部的な溶解反応が顕著に現れ定常部の着色が不均一になり易い。よって、混酸溶液中の硫酸濃度の範囲を２００〜１０００ｇ／Ｌとした。
【００１５】
混酸溶液温度：２０〜１２０℃
混酸溶液の浴温が１２０℃を超えると、混酸溶液中の水の蒸発量が大きく、不均一な皮膜が生成し定常部の着色が不均一になり易い。しかし、２０℃を下回る浴温では、前処理にかかる時間が長くなる。よって、混酸溶液の温度の範囲を２０〜１２０℃とした。
【００１６】
混酸溶液に浸漬中のステンレス鋼板と対極間の電位の上昇値：＋０．１ｍＶ〜＋５０ｍＶ
混酸溶液に浸漬中のステンレス鋼板と対極間の電位が電位曲線の極小値から＋０．１ｍＶ以下上昇するまでステンレス鋼板を混酸溶液に保持しても本発明における表面品質評価法に必要な酸化物皮膜は得られない。しかし、＋５０ｍＶより高く上昇するまでステンレス鋼板を混酸溶液に保持すると皮膜の厚みが大きくなりすぎて表面欠陥が評価しにくくなる場合がある。よって、混酸溶液に浸漬中のステンレス鋼板と対極間の電位上昇値の範囲を＋０．１ｍＶ〜＋５０ｍＶとした。
【００１７】
本発明のステンレス鋼板の着色工程を行う前に、ステンレス鋼板に対して公知の手法による着色前の表面処理工程を用いても評価しようとしている表面欠陥が除去されない限りにおいて定常部の着色が均一になり、色差測定結果が安定することになるため、本発明における表面評価方法を用いて表面欠陥の程度を評価することが可能である。
【００１８】
本発明のステンレス鋼板の着色工程においては、色差測定を行う前の着色ステンレス鋼板に対して、ハードニングと呼ばれる金属酸化物系の皮膜のポーラスを化学的な処理によって封孔する処理を施しても、着色ステンレス鋼板は色がついたままであり、定常部と表面欠陥部との色差に影響を及ぼさないため、本発明における表面評価方法を用いて表面欠陥の程度を評価することが可能である。
【００１９】
（２）色彩測定条件
光の反射率測定時の波長域：４００〜７００ｎｍ
測色を行う際に定常部と表面欠陥部分の色差を表色系および色差式によって表す際に必要な４００〜７００ｎｍの波長域の光の反射率を測定する必要がある。よって、光の反射率測定時の波長域を４００〜７００ｎｍとした。
【００２０】
（３）その他
本発明のステンレス鋼板の表面品質の評価方法はＪＩＳ  Ｚ８７３０に準じている限りにおいてＬ＊、ａ＊、ｂ＊以外の表色系を用いても定常部と表面欠陥部との色差を表現することが可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、目視によらず、高い精度で鋼板の表面品質を評価することができる。また、表面品質の評価を定量的に行うことが可能であり、作業者や環境によらずに一定の鋼板表面品質の評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】帯状のムラが目視で確認されるステンレス鋼板表面の着色を施す前の状態の模式図である。
【図２】斑点状のムラが目視で確認されるステンレス鋼板表面の着色を施す前の状態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を、詳細に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるものであるから、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２４】
本発明のステンレス鋼板の表面品質の評価方法は、ステンレス鋼に着色を施す前処理工程として、ステンレス鋼板をクロム酸５０〜８００ｇ／Ｌ及び硫酸２００〜１０００ｇ／Ｌを含む０℃〜１２０℃の混酸溶液に浸漬し、ステンレス鋼板とプラチナ対極間の電位が電位曲線の極小値から＋０．１ｍＶ〜＋５０ｍＶ上昇するまで保持することによる着色を行う。
【００２５】
本発明のステンレス鋼板の表面品質の評価方法は、着色後のステンレス鋼表面の定常部分と表面欠陥部分との色差を測定し、評価する工程として、得られた着色ステンレス鋼板について色差計を用いてＪＩＳ  Ｚ８７２２に準じた色の測定を行い、得られた値を、明度を意味する次元Ｌ＊、補色次元のａ＊およびｂ＊で表される表色系に変換し、例えば、鋼板の各測定点のＬ＊、ａ＊、ｂ＊および定常部のＬ＊、ａ＊、ｂ＊の５点平均値L＊１、ａ＊１、ｂ＊１を以下に記載する（１）式に代入して処理することでステンレス鋼板の表面品質を定量的に評価する。さらに、得られた結果を元に以下のΔＥの値による分類に従って、４段階評価を行うことも可能である。測定点の表面欠陥の程度が小さい場合は測定点のＬ＊、ａ＊、ｂ＊はL＊１、ａ＊１、ｂ＊１との差が小さくなり、ΔＥの値も小さくなる。また、測定点の表面欠陥の程度が小さい場合は測定点のＬ＊、ａ＊、ｂ＊はL＊１、ａ＊１、ｂ＊１との差が大きくなり、ΔＥの値も大きくなる。
2018151351.tif 000002
４：表面欠陥なし    ：ΔＥ＝０〜１．０
３：表面欠陥の程度小：ΔＥ＝１．０〜３．０
２：表面欠陥の程度中：ΔＥ＝３．０〜６．０
１：表面欠陥の程度大：ΔＥ≧６．０
【００２６】
本発明で対象とするステンレス鋼については特に制限はなく、例えばＪＩＳに規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６のようなオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４３０のようなフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４１０のようなマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ３２９Ｊ２Ｌの様な二相系ステンレス鋼及びそれらに相当する鋼種も対象となる。即ち、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｎ：０．２５％以下、Ｃｒ：１２〜３０％、Ｎｉ：２３％以下、Ｍｎ：１０％以下、Ｓｉ：５％以下、Ｍｏ：５％以下を基本組成とするステンレス鋼である。その他Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐが必要に応じて添加されていたり、不純物として混入したりしていても良い。
【００２７】
また、各種の表面仕上げを施したものであっても良く、光輝焼鈍、ヘアーライン研磨、ダル、２B材などの冷延品のみならず、鏡面研磨品、エッチング加工材などであっても良い。
【実施例１】
【００２８】
本実施例は、前述の請求項１、請求項２および請求項３に示した手法を用いてステンレス鋼酸洗鋼板のムラの程度を測定・定量評価したものである。
【００２９】
供試材として板厚１．５ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ３０４の２Ｂ仕上げ材を使用した。このとき、目視検査でムラがあると判定された８つのコイル（Ａ〜Ｈ）から供試材の採取を行った。
着色法として供試材を脱脂後、クロム酸２５０ｇ／Ｌ、硫酸５００ｇ／Ｌ、温度８０℃の混酸溶液に浸漬し、プラチナ対極との電位を測り、電位曲線の極小値から＋８．５ｍＶ電位が上昇するまで保持することで発色処理を行った。化学発色で得られた色彩は青系であった。
【００３０】
表面色差測定法として分光測色計ＣＭ−７００ｄ（コニカミノルタ製）を用い、光源Ｄ65、視野２°、ＳＣＩ方式の条件で表面の色彩測定を定常部分とムラ部分でそれぞれ５点行い、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊および定常部分の５点平均値
L＊１、ａ＊１、ｂ＊１を算出した。さらに、得られたＬ＊、ａ＊、ｂ＊およびL＊１、ａ＊１、ｂ＊１の値を（１）式に代入しΔＥの値を得た。
【００３１】
図１のような帯状のムラを持つコイルAから採取したサンプルについて、定常部分５点のＬ＊、ａ＊、ｂ＊を測定し、５点平均値L＊１、ａ＊１、ｂ＊１、ΔＥを算出した。その結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2018151351.tif 000003
【００３３】
コイルAから採取したサンプルについてムラ部分５点のＬ＊、ａ＊、ｂ＊を測定し、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊と定常部分の測定値より算出したL＊１、ａ＊１、ｂ＊１を用いてΔＥ、およびΔＥの平均値ΔＥ１を算出した。その結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
2018151351.tif 000004
【００３５】
表１に示すように、サンプルの定常部分ではΔＥのばらつきは平均値から０．４差以内に収まっている。しかし、表２に示すように、ムラ部のΔＥの値はそれぞれ＋１．２９、＋１．９４、＋１．４９、＋２．１９、＋２．４８となっている。また、ΔＥ１は１．８８となっており、コイルAのムラの程度は３という評価ができた。
【００３６】
ＡからＨまでのコイルからそれぞれサンプルを採取し、着色と測色を行い、ΔＥを算出した。その結果を表３に示す。表３中には比較例として目視によるムラの程度の評価結果を表記した。ムラの評価は目視により判定し、ムラが全くみられないものを４、ほぼ良好な鋼板状態のものを３、軽微なムラが観察されたものを２、ムラが著しいものを１として４段階評価した。
【００３７】
【表３】
2018151351.tif 000005
【００３８】
表３よりＣとＤでは目視とΔＥによる評価が逆転している。これは目視判定が作業者の体調や目視判定を行う環境に影響されるために定量評価結果とは異なる評価をしてしまう場合があることに起因しており、本発明では作業者や作業環境によらずに定量的な評価ができることを表している。また表の結果より、本発明では目視による判定より細かく定量化した評価が可能であることが示された。
【実施例２】
【００３９】
本実施例は、前述の請求項１、請求項２および請求項３に示した手法を用いてステンレス鋼酸洗鋼板のムラの程度を測定・定量評価したものである。
【００４０】
供試材として板厚１．５ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ４３０の２Ｂ仕上げ材を使用した。このとき、目視検査でムラがあると判定された８つのコイル（Ｉ〜Ｐ）から供試材の採取を行った。
着色法として供試材を脱脂後、クロム酸２５０ｇ／Ｌ、硫酸５００ｇ／Ｌ、温度８０℃の混酸溶液に浸漬し、プラチナ対極との電位を測り、電位曲線の極小値から＋８．５ｍＶ電位が上昇するまで保持することで発色処理を行った。化学発色で得られた色彩は青系であり、ＳＵＳ３０４よりは暗い色を呈した。
【００４１】
表面色差測定法として分光測色計ＣＭ−７００ｄ（コニカミノルタ製）を用い、光源Ｄ65、視野２°、ＳＣＩ方式の条件で表面の色彩測定を定常部とムラ部でそれぞれ５点行い、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊および定常部の５点平均値L＊１、ａ＊１、ｂ＊１を算出した。さらに、得られたＬ＊、ａ＊、ｂ＊およびL＊１、ａ＊１、ｂ＊１の値をΔＥの式に代入した。
【００４２】
図２のような斑点状のムラを持つコイルＩから採取したサンプルについて、定常部５点のＬ＊、ａ＊、ｂ＊を測定し、５点平均値L＊１、ａ＊１、ｂ＊１、ΔＥを算出した。その結果を表４に示す。
【００４３】
【表４】
2018151351.tif 000006
【００４４】
コイルＩから採取したサンプルについてムラ部分５点のＬ＊、ａ＊、ｂ＊を測定し、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊と定常部の測定値より算出したL＊１、ａ＊１、ｂ＊１を用いてΔＥ、およびΔＥの平均値ΔＥ１を算出した。その結果を表５に示す。
【００４５】
【表５】
2018151351.tif 000007
【００４６】
表４に示すように、サンプルの定常部では色差ΔＥのばらつきは平均値から±０．４の範囲に収まっている。しかし、表５に示すように、ムラ部の色差ΔＥの測定結果はそれぞれ＋１．５１、＋２．４２、＋１．５２、＋２．２４、＋２．１０の差が現れている。また、ΔＥ１は＋１．９６となっており、コイルＩのムラの程度は３という評価ができた。
【００４７】
ＩからＰまでのコイルからそれぞれサンプルを採取し、着色と測色を行い、ΔＥを算出した。その結果を表６に示す。表６中には比較例として目視によるムラの程度の評価結果を表記した。ムラの評価は目視により判定し、実施例１の時と同様に４段階評価した。
【００４８】
【表６】
2018151351.tif 000008
【００４９】
表６の結果より、本発明では複数の鋼種で定量化した評価が可能であることが示された。
【符号の説明】
【００５０】
１  ムラ部分
２  定常部分
【図１】
2018151351.tif 000009
【図２】
2018151351.tif 000010