(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛鋼品内の特定の評価面における清浄度評価方法であって、
ｎ個の検査面における最大非金属介在物寸法ａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を測定する工程と、
上記ｎ個の検査面の鍛伸方向に対する各角度θｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び上記評価面の鍛伸方向に対する角度θ’を用い、各検査面の最大非金属介在物寸法ａｉを評価面での投影寸法ａ’ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に変換する工程と、
極値統計法を用い、上記評価面投影寸法ａ’ｉから評価面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出する工程と
を備えることを特徴とする鍛鋼品の清浄度評価方法。
【請求項２】
非金属介在物が鍛伸方向を長軸とする回転楕円体であると仮定して上記変換を行う請求項１に記載の鍛鋼品の清浄度評価方法。
【請求項３】
上記変換工程が、
上記最大非金属介在物寸法ａｉを鍛伸方向に対する角度が０°の基準面への一次投影寸法ａ’’ｉに一次変換する工程と、
上記一次投影寸法ａ’’ｉを上記評価面投影寸法ａ’ｉに二次変換する工程と
を有する請求項２に記載の鍛鋼品の清浄度評価方法。
【請求項４】
上記一次変換工程で、下記式（１）を用い、上記最大非金属介在物寸法ａｉを上記一次投影寸法ａ’’ｉに変換する請求項３に記載の鍛鋼品の清浄度評価方法。
ａ’’ｉ＝ａｉ・（γ／（ｓｉｎ２θｉ＋γ２・ｃｏｓ２θｉ）１／２）１／２  ・・・（１）し、
式（１）中、γは上記基準面における非金属介在物のアスペクト比である。
【請求項５】
上記二次変換工程が、
下記式（２）及び式（３）を用い、上記一次投影寸法ａ’’ｉから上記基準面に投影したアスペクト比γの非金属介在物の長径ｌｉ及び短径ｓｉを算出する工程と、
下記式（４）、式（５）及び評価領域における非金属介在物のアスペクト比γ’を用い、上記長径ｌｉ及び短径ｓｉからアスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’ｉ及び短径ｓ’ｉを算出する工程と、
下記式（６）及び式（７）を用い、上記長径ｌ’ｉ及び短径ｓ’ｉから上記評価面に投影したアスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’’ｉ及び短径ｓ’’ｉを算出する工程と、
下記式（８）を用い、上記長径ｌ’’ｉ及び短径ｓ’’ｉから上記評価面投影寸法ａ’ｉを算出する工程と
を有する請求項３又は請求項４に記載の鍛鋼品の清浄度評価方法。
ａ’’ｉ＝（ｌｉ・ｓｉ・π）１／２  ・・・（２）
γ＝ｌｉ／ｓｉ  ・・・（３）
ｌ’ｉ＝（ｓｉ２・ｌｉ）１／３・（γ’）２／３  ・・・（４）
ｓ’ｉ＝（（ｓｉ２・ｌｉ）／γ’）１／３  ・・・（５）
ｌ’’ｉ＝（ｓｉ２・ｓｉｎ２θ’＋（γ’）２・ｃｏｓ２θ’）１／２  ・・・（６）
ｓ’’ｉ＝ｓ’ｉ  ・・・（７）
ａ’ｉ＝（ｌ’’ｉ・ｓ’’ｉ・π）１／２  ・・・（８）
【請求項６】
鍛鋼品内の特定の評価面における清浄度評価方法であって、
鍛伸方向に対する角度が等しいｎ個の検査面における最大非金属介在物寸法ａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を測定する工程と、
極値統計法を用い、上記最大非金属介在物寸法ａｉから検査面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出する工程と、
上記検査面の鍛伸方向に対する角度θ及び上記評価面の鍛伸方向に対する角度θ’を用い、検査面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを評価面での推定最大非金属介在物寸法ａ’ｍａｘに変換する工程と
を備えることを特徴とする鍛鋼品の清浄度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛鋼品の清浄度評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鍛鋼品等が用いられる機械構造部材には、高い疲労強度が求められる。このような機械構造部材は、金属材料中に存在する非金属介在物が疲労破壊の起点となり易い。そのため、機械構造部材の疲労強度を向上させるために、金属材料中の非金属介在物の低減技術及び縮小技術と共に、非金属介在物の精確な評価技術が求められている。
【０００３】
一方、最近の製鋼技術の進歩により、金属材料の清浄度は大幅に改善され、疲労強度に影響を与えるような大型非金属介在物の発生確率は非常に低くなったため、金属材料中の非金属介在物の検出が非常に困難となっている。ここで、金属材料の清浄度は非金属介在物の大きさによって判断されるため、上記非金属介在物の検出が困難となっていることにより、金属材料の清浄度の評価も困難となっている。
【０００４】
このように金属材料の清浄度の評価が困難になっていることに対して、大型非金属介在物の発生確率が低い場合でも金属材料の清浄度を評価できる方法として、極値統計法を用いる方法が提案されている（例えば特開２００１−１４１７０４号公報、特開２０００−２１４１４２号公報、特開２０１２−７３０５９号公報参照）。
【０００５】
上記公報で提案されている極値統計法を用いる方法は、まず、検査対象の金属材料について、ｎ個の検査部位を設定し、各検査部位について非金属介在物を測定し、検査部位毎の最大非金属介在物寸法を求める。次に、上記方法は、ｎ個の検査部位で求めた各最大非金属介在物寸法に基づいて、上記金属材料中に存在する最大の非金属介在物寸法を予測する。具体的には、ｎ個の検査部位での昇順に並べた各最大非金属介在物寸法ａｊ（ｊ＝１、２、３、…、ｎ）及び基準化変数ｙｊ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛ｊ／（ｎ＋１）｝］から作成される一次回帰式とｙｍａｘの値とから、金属材料中に存在する最大の非金属介在物寸法を予測する。なお、上記各検査部位における非金属介在物の測定は、超音波探傷や超音波疲労試験などにより行う。
【０００６】
しかし、鍛鋼品においては、非金属介在物の形状が鍛造により一方向に延伸した形状に変形するため、同一介在物に対しても検査面の向きにより測定される介在物寸法が変化する。そのため、鍛鋼品の清浄度評価では、検査面の取り方によっては、予測される介在物の寸法が実際に清浄度を評価した評価面での介在物寸法と大きく乖離することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１４１７０４号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４１４２号公報
【特許文献３】特開２０１２−７３０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、比較的高い精度で鍛鋼品の清浄度を評価できる清浄度評価方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】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた発明は、鍛鋼品内の特定の評価面における清浄度評価方法であって、ｎ個の検査面における最大非金属介在物寸法ａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を測定する工程と、上記ｎ個の検査面の鍛伸方向に対する各角度θｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び上記評価面の鍛伸方向に対する角度θ’を用い、各検査面の最大非金属介在物寸法ａｉを評価面での投影寸法ａ’ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に変換する工程と、極値統計法を用い、上記評価面投影寸法ａ’ｉから評価面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出する工程とを備えることを特徴とする鍛鋼品の清浄度評価方法である。
【００１０】
当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、複数の検査面から得た最大非金属介在物寸法ａｉを、これらの検査面の鍛伸方向に対する角度θｉと、清浄度を評価したい評価面の鍛伸方向に対する角度θ’とを用いて、鍛鋼品内部の任意の評価面への投影寸法ａ’ｉに変換する。この評価面投影寸法ａ’ｉは、複数の検査面で測定された最大非金属介在物の寸法ａｉを、評価面で測定され得る非金属介在物の寸法にそれぞれ置き換えたものであるので、当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、この評価面投影寸法ａ’ｉから推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出することで、評価面での清浄度を比較的高い精度で評価することができる。
【００１１】
非金属介在物が鍛伸方向を長軸とする回転楕円体であると仮定して上記変換を行うとよい。一般に金属材料内の非金属介在物は球状であり、鍛鋼品においては鍛伸により非金属介在物は鍛伸方向を長軸とする回転楕円体となる。そのため、上記仮定を行って非金属介在物の寸法を変換することとで、精度を維持したまま、評価の手順を簡略化することができる。
【００１２】
上記変換工程が、上記最大非金属介在物寸法ａｉを鍛伸方向に対する角度が０°の基準面への一次投影寸法ａ’’ｉに一次変換する工程と、上記一次投影寸法ａ’’ｉを上記評価面投影寸法ａ’ｉに二次変換する工程とを有するとよい。このような手順で最大非金属介在物寸法ａｉを評価面投影寸法ａ’ｉに変換することで、容易かつ確実に評価面投影寸法ａ’ｉへの変換を行うことができる。
【００１３】
上記一次変換工程で、下記式（１）を用い、上記最大非金属介在物寸法ａｉを上記一次投影寸法ａ’’ｉに変換するとよい。このように基準面での既知の非金属介在物のアスペクト比γを用いて上記一次変換を行うことで、一次投影寸法ａ’’ｉを比較的容易に得ることができる。
ａ’’ｉ＝ａｉ・（γ／（ｓｉｎ２θｉ＋γ２・ｃｏｓ２θｉ）１／２）１／２  ・・・（１）
式（１）中、γは上記基準面における非金属介在物のアスペクト比である。
【００１４】
上記二次変換工程が、下記式（２）及び式（３）を用い、上記一次投影寸法ａ’’ｉから上記基準面に投影したアスペクト比γの非金属介在物の長径ｌｉ及び短径ｓｉを算出する工程と、下記式（４）、式（５）及び評価領域における非金属介在物のアスペクト比γ’を用い、上記長径ｌｉ及び短径ｓｉからアスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’ｉ及び短径ｓ’ｉを算出する工程と、下記式（６）及び式（７）を用い、上記長径ｌ’ｉ及び短径ｓ’ｉから上記評価面に投影したアスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’’ｉ及び短径ｓ’’ｉを算出する工程と、下記式（８）を用い、上記長径ｌ’’ｉ及び短径ｓ’’ｉから上記評価面投影寸法ａ’ｉを算出する工程とを有するとよい。このように上記二次変換を行うことで、一次投影寸法ａ’’ｉから評価面投影寸法ａ’ｉを比較的容易に得ることができる。
ａ’’ｉ＝（ｌｉ・ｓｉ・π）１／２  ・・・（２）
γ＝ｌｉ／’ｉ  ・・・（３）
ｌ’ｉ＝（ｓｉ２・ｌｉ）１／３・（γ’）２／３  ・・・（４）
ｓ’ｉ＝（（ｓｉ２・ｌｉ）／γ’）１／３  ・・・（５）
ｌ’’ｉ＝（ｓｉ２・ｓｉｎ２θ’＋（γ’）２・ｃｏｓ２θ’）１／２  ・・・（６）
ｓ’’ｉ＝ｓ’ｉ  ・・・（７）
ａ’ｉ＝（ｌ’’ｉ・ｓ’’ｉ・π）１／２  ・・・（８）
【００１５】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、鍛鋼品内の特定の評価面における清浄度評価方法であって、鍛伸方向に対する角度が等しいｎ個の検査面における最大非金属介在物寸法ａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を測定する工程と、極値統計法を用い、上記最大非金属介在物寸法ａｉから検査面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出する工程と、上記検査面の鍛伸方向に対する角度θ及び上記評価面の鍛伸方向に対する角度θ’を用い、検査面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを評価面での推定最大非金属介在物寸法ａ’ｍａｘに変換する工程とを備えることを特徴とする鍛鋼品の清浄度評価方法である。
【００１６】
当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、検査面及び評価面それぞれの鍛伸方向に対する角度を用い、複数の検査面で測定された最大非金属介在物の寸法ａｉから得た推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを、評価面で測定され得る非金属介在物の推定最大非金属介在物寸法ａ’ｍａｘに変換する。そのため、当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、評価面での清浄度を比較的高い精度で評価することができる。
【００１７】
なお、「非金属介在物」とは、金属材料の凝固過程において金属材料中に析出又は巻き込まれる非金属性の介在物を意味し、例えば硫化マンガン（ＭｎＳ）等の硫化物系、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の酸化物系、窒化チタン（ＴｉＮ）等の窒化物系などの介在物である。また、「非金属介在物寸法」とは、非金属介在物の検査面又は評価面での投影面積で表される大きさを意味し、この投影面積のほか、例えば投影面積と等面積の真円の直径、投影面積の１／２乗値（√ａｒｅａ）などが含まれる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の鍛鋼品の清浄度評価方法によれば、比較的高い精度で鍛鋼品の清浄度を評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】鍛伸方向に対する角度が９０°の検査面（左側）と、上記角度が０°の検査面（右側）における非金属介在物の観察例である。
【図２】検査面及び鍛伸方向に対する角度と測定される非金属介在物寸法との関係を示す模式図である。
【図３】実施例で用いた鍛鋼品を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る鍛鋼品の清浄度評価方法の実施形態について説明する。
【００２１】
〔第一実施形態〕
当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、鍛鋼品内の検査面とは異なる特定の評価面の清浄度を評価する方法である。当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、ｎ個の検査面における最大非金属介在物寸法ａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を測定する工程（測定工程）と、上記ｎ個の検査面の鍛伸方向に対する各角度θｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び上記評価面の鍛伸方向に対する角度θ’を用い、各検査面の最大非金属介在物寸法ａｉを評価面での投影寸法ａ’ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に変換する工程（変換工程）と、極値統計法を用い、上記評価面投影寸法ａ’ｉから評価面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出する工程（算出工程）とを備える。
【００２２】
［測定工程］
測定工程では、検査対象の鍛鋼品にｎ個の検査面を設定し、各検査面における非金属介在物の大きさを測定する。
【００２３】
各検査面の鍛伸方向に対する各角度θｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、全て同一でもよいが、評価精度の観点から異なる角度が含まれることが好ましい。この角度θｉは、鍛鋼品の中央縦断面における鍛伸方向に対する角度であり、０°以上９０°未満である。なお、鍛伸方向とは、鍛伸によって形成される鋼材の鍛流線の方向であり、上記角度θｉは、鍛鋼品の断面マクロ観察により鍛流線を観察することで計測又は決定することができる。また、形状や鍛造条件が同等であれば、鍛流線の向きもほぼ同じとなるため、清浄度評価対象とは異なるチャージ（鍛鋼品）でマクロ観察結果を採取しておくことで、鍛伸方向の計測を省略できる。
【００２４】
当該鍛鋼品を形成する金属材料として、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、これらの合金、マグネシウム（Ｍｇ）合金、クロム（Ｃｒ）合金等が挙げられる。
【００２５】
上記測定工程における測定方法としては、金属材料中の非金属介在物を測定できる方法であれば特に制限はなく、超音波探傷による測定方法、超音波疲労試験による測定方法、電子顕微鏡観察による測定方法などを用いることができる。これらの中でも、基本的に非破壊検査法であり、迅速に検査できる点において超音波探傷による測定が好ましい。
【００２６】
上記測定工程では、鍛鋼品の検査領域に、非金属介在物を測定する任意のｎ個の検査面を設定する。ここで、測定工程における測定は、金属材料から検査領域を切り出して行ってもよく、金属材料から切り出しをせずに設定した検査面の領域に対して行ってもよい。
【００２７】
鍛鋼品に設定する検査面の個数ｎとしては、統計計算的に、５以上１００以下が好ましい。
【００２８】
検査面を切り出して測定する場合、検査面を含む同じサイズの直方体形状の複数の検査試料を切り出すことが好ましい。このように同一形状の検査試料を切り出すことで、連続検査及び自動測定がし易くなる。
【００２９】
検査面の面積としては、１ｍｍ２以上１００００ｍｍ２以下が好ましい。検査面積が上記下限に満たないと、検査面における非金属介在物の検出精度が低下するおそれがある。逆に、検査面積が上記上限を超えると、検査面における非金属介在物の測定が困難となるおそれがある。
【００３０】
また、複数の検査面は、検査対象の鍛鋼品の外周部及び中心部のそれぞれに設定することが好ましい。これは、鋼材において、一般に中心部は最終凝固位置であり、非金属介在物の濃化溶鋼への排出及び非金属介在物の沈降量が多いため、このように中心部及び外周部を検査することによって、大型の非金属介在物の検出率を向上させることができるからである。その結果、清浄度評価の精度をより向上させることができる。
【００３１】
なお、鋳造した金属材料は、一般的に微細な空洞が無数にあるため、超音波探傷法により走査する場合、上記空洞による無数の乱反射やノイズが発生し、正常に測定できないことがある。そのため、鋳造した金属材料を評価対象とし、測定工程で超音波探傷法を用いる場合、検査面の測定前に、検査面を含む金属材料を圧延又は鍛造することが好ましい。このように検査対象の金属材料を圧延又は鍛造することで、金属材料の圧着により上記空洞が消滅するので、超音波探傷法による上記検査領域の正常な測定ができる。
【００３２】
［変換工程］
変換工程では、上記ｎ個の検査面の鍛伸方向に対する各角度θｉ及び上記評価面の鍛伸方向に対する角度θ’を用い、測定工程で得られた各検査面の最大非金属介在物寸法ａｉを評価面での投影寸法ａ’ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に変換する。
【００３３】
図１及び図２に示すように、同一の金属介在物Ｓを測定する場合でも、鍛伸方向Ｐに対する検査面Ｉの向きにより測定される介在物寸法が変化する。そのため、本変換工程では、検査面で計測した最大非金属介在物寸法ａｉを評価面での投影寸法ａ’ｉに変換する。
【００３４】
評価面の鍛伸方向に対する角度θ’は、上記角度θｉ同様、鍛鋼品の中央縦断面における鍛伸方向に対する角度であり、０°以上９０°未満である。また、角度θ’は、鍛鋼品の断面マクロ観察により、鍛流線を観察することで計測することができる。
【００３５】
具体的には、変換工程は、非金属介在物が鍛伸方向を長軸とする回転楕円体であると仮定することで容易に変換を行うことができる。
【００３６】
また、本変換工程は、上記最大非金属介在物寸法ａｉを鍛伸方向に対する角度が０°の基準面への一次投影寸法ａ’’ｉに一次変換する工程（一次変換工程）と、上記一次投影寸法ａ’’ｉを上記評価面投影寸法ａ’ｉに二次変換する工程（二次変換工程）とを有する。
【００３７】
ここで、鍛鋼品内の領域によって非金属介在物の鍛錬による変形度合いも変化するので、基準面の非金属介在物のアスペクト比γと、評価領域の非金属介在物のアスペクト比γ’とを用いることで、評価精度を高めることができる。
【００３８】
基準面及び評価面の非金属介在物のアスペクト比は、例えばそれぞれの領域での疲労試験破断面を観察することで求めることができる。また、基準面の非金属介在物のアスペクト比は、上記観察から求めた検査面の非金属介在物のアスペクト比から算出してもよい。
【００３９】
＜一次変換工程＞
一次変換工程では、下記式（１）を用い、上記最大非金属介在物寸法ａｉを上記一次投影寸法ａ’’ｉに変換する。
ａ’’ｉ＝ａｉ・（γ／（ｓｉｎ２θｉ＋γ２・ｃｏｓ２θｉ）１／２）１／２  ・・・（１）
【００４０】
＜二次変換工程＞
二次変換工程は、基準面に投影したアスペクト比γの非金属介在物の長径ｌｉ及び短径ｓｉを算出する工程（第一算出工程）と、アスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’ｉ及び短径ｓ’ｉを算出する工程（第二算出工程）と、評価面に投影したアスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’’ｉ及び短径ｓ’’ｉを算出する工程（第三算出工程）と、評価面投影寸法ａ’ｉを算出する工程（第四算出工程）とを有する。
【００４１】
（第一算出工程）
第一算出工程では、下記式（２）及び式（３）を用い、上記一次投影寸法ａ’’ｉから上記基準面に投影したアスペクト比γ’’の非金属介在物の長径ｌｉ及び短径ｓｉを算出する。
ａ’’ｉ＝（ｌｉ・ｓｉ・π）１／２  ・・・（２）
γ＝ｌｉ／ｓｉ  ・・・（３）
【００４２】
（第二算出工程）
第二算出工程では、下記式（４）、式（５）及び評価領域における非金属介在物のアスペクト比γ’を用い、上記長径ｌｉ及び短径ｓｉからアスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’ｉ及び短径ｓ’ｉを算出する。
ｌ’ｉ＝（ｓｉ２・ｌｉ）１／３・（γ’）２／３  ・・・（４）
ｓ’ｉ＝（（ｓｉ２・ｌｉ）／γ’）１／３  ・・・（５）
【００４３】
（第三算出工程）
第三算出工程では、下記式（６）及び式（７）を用い、上記長径ｌ’ｉ及び短径ｓ’ｉから上記評価面に投影したアスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’’ｉ及び短径ｓ’’ｉを算出する。
ｌ’’ｉ＝（ｓｉ２・ｓｉｎ２θ’＋（γ’）２・ｃｏｓ２θ’）１／２  ・・・（６）
ｓ’’ｉ＝ｓ’ｉ  ・・・（７）
【００４４】
（第四算出工程）
第四算出工程では、下記式（８）を用い、上記長径ｌ’’ｉ及び短径ｓ’’ｉから上記評価面投影寸法ａ’ｉを算出する。
ａ’ｉ＝（ｌ’’ｉ・ｓ’’ｉ・π）１／２  ・・・（８）
【００４５】
［算出工程］
算出工程では、極値統計法を用い、変換工程で得られた上記評価面投影寸法ａ’ｉから評価面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出する。
【００４６】
上記極値統計法としては、例えば以下の方法が使用できる。まず、評価面投影寸法ａ’ｉを昇順に並べ、この昇順に並べた評価面投影寸法ａ’ｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、基準化変数ｙｊ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛ｊ／（ｎ＋１）｝］とから、ｙｊを従属変数、ａｊを独立変数とする下記式（９）のｍ次回帰式を導出する。このｍ次回帰式は、一次以上の回帰式の導出ができる例えば最小二乗法や最尤法などの公知の方法を用いて導出できる。
ｙｊ＝ｆｍ（ａｊ）  ・・・（９）
【００４７】
上記導出で得られた上記式（９）のｍ次回帰式と下記式（１０）との解を求め、評価面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出する。
ｆｍ（ａｍａｘ）＝ｙｍａｘ  ・・・（１０）
【００４８】
上記式（９）において、ｆｍ（ａｊ）は例えばａｊ＋ｂとでき（ｂは定数）、式（１０）において、ｙｍａｘは例えばｌｎ［−ｌｎ｛Ｓｄ／（Ｓｄ＋Ｓｅ）｝］とできる。Ｓｄは、評価領域における応力負荷が加わる表面積（危険面積）であり、Ｓｅは、検査領域における応力負荷が加わる表面積（危険面積）である。
【００４９】
なお、本算出工程において、評価面投影寸法ａ’ｉから異常値を除去した上で、最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出することが好ましい。これは、上記測定工程で非金属介在物以外のものが非金属介在物と判断されて非金属介在物寸法として測定される場合があるためである。例えば超音波探傷による測定において、非金属介在物でない空洞からの反射波や外からの飛び込み乱反射ノイズなどが非金属介在物として測定される場合がある。これに対し、異常値を除去することで、非金属介在物でない欠陥からのデータを省くことができる。例えば超音波探傷では、異常値と正常値との波形が異なるので、波形によって容易に異常値を除去することができる。
【００５０】
本算出工程で得られた上記推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘにより、鍛鋼品の評価対象領域での清浄度を評価することができる。
【００５１】
［利点］
当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、複数の検査面から得た最大非金属介在物寸法ａｉを、これらの検査面の鍛伸方向に対する角度θｉと、清浄度を評価したい評価面の鍛伸方向に対する角度θ’とを用いて、評価面への投影寸法ａ’ｉに変換するので、検査面での計測値から評価面での清浄度を比較的高い精度で評価することができる。
【００５２】
〔第二実施形態〕
当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、鍛鋼品内の特定の評価面における清浄度評価方法である。当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、鍛伸方向に対する角度が等しいｎ個の検査面における最大非金属介在物寸法ａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を測定する工程（測定工程）と、極値統計法を用い、上記最大非金属介在物寸法ａｉから検査面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出する工程（算出工程）と、上記検査面の鍛伸方向に対する角度θ及び上記評価面の鍛伸方向に対する角度θ’を用い、検査面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを評価面での推定最大非金属介在物寸法ａ’ｍａｘに変換する工程（変換工程）とを備える。
【００５３】
［測定工程］
上記測定工程は、ｎ個の検査面の鍛伸方向に対する角度を同じにする点以外は、第一実施形態の鍛鋼品の清浄度評価方法の測定工程と同じである。
【００５４】
［算出工程］
上記算出工程は、極値統計法を用い、上記測定工程で得た最大非金属介在物寸法ａｉから検査面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出する。この極値統計法は第一実施形態で説明したものが使用できる。
【００５５】
［変換工程］
上記変換工程は、検査面の鍛伸方向に対する角度θ及び上記評価面の鍛伸方向に対する角度θ’を用い、上記算出工程で得た検査面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを評価面での推定最大非金属介在物寸法ａ’ｍａｘに変換する。検査面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを評価面での推定最大非金属介在物寸法ａ’ｍａｘに変換する方法としては、第一実施形態の鍛鋼品の清浄度評価方法の変換工程で説明した最大非金属介在物寸法ａｉを評価面での投影寸法ａ’ｉに変換する方法が使用できる。
【００５６】
［利点］
当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、検査面及び評価面それぞれの鍛伸方向に対する角度を用い、複数の検査面で測定された最大非金属介在物の寸法ａｉから得た推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを、評価面で測定され得る非金属介在物の推定最大非金属介在物寸法ａ’ｍａｘに変換する。そのため、当該鍛鋼品の清浄度評価方法は、評価面での清浄度を比較的高い精度で評価することができる。
【００５７】
〔その他の実施形態〕
なお、本発明の清浄度評価方法は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００５８】
つまり、当該鍛鋼品の清浄度評価方法においては、検査面における最大非金属介在物寸法ａｉを評価面での投影寸法ａ’ｉに変換する方法は、上記実施形態に限定されず、他の手順を用いて変換を行ってもよい。例えば、一次投影寸法ａ’’ｉを介さずに最大非金属介在物寸法ａｉを評価面での投影寸法ａ’ｉに直接変換してもよい。
【実施例】
【００５９】
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。
【００６０】
まず、評価対象の鍛鋼品として、直径３５０ｍｍの軸系鍛鋼品を製鋼した。この軸系鍛鋼品は、図３に示すように半径方向の一方向から鍛錬することで、軸の中央部Ａが端部Ｂよりも中心軸がオフセット（偏心）するように加工されており、この中央部Ａを評価領域とした。また、この鍛錬により、中央部Ａでは鍛伸方向（鍛流線の向き）Ｐが図示するように軸方向に沿って変化している。
【００６１】
次に、この軸系鍛鋼品の端部Ｂから、鍛伸方向Ｐに対する角度が０°、９０°となる面で疲労破断する小型疲労試験片を６本ずつ、計１２本採取した。また、中央部Ａから、鍛伸方向Ｐに対する角度が６０°となる面で疲労破断する大型疲労試験片を一本採取した。これらの試験片は、破壊起点部位が鍛造前の鋼塊の１／３Ｒ位置に想到する部位になるように採取した。さらに、これらの試験片について、疲労試験において最大負荷応力から最大負荷応力の９０％の応力が加わる危険領域を検査領域又は評価領域とした。疲労試験の結果、小型疲労試験片の検査領域の表面積は６７６ｍｍ２、大型疲労試験片の評価領域の表面積は３３２０ｍｍ２であった。
【００６２】
上記小型疲労試験片及び大型疲労試験片について疲労試験破断面を観察し、最大非金属介在物寸法を求めた。この小型疲労試験片における最大非金属介在物寸法について、昇順に並べた結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
0006630191.tif 000002
【００６４】
一方、上記大型疲労試験片の評価面（疲労破断面）での最大介在物寸法は９８μｍ、アスペクト比γ’は１４．１であった。
【００６５】
さらに、鍛伸方向Ｐに対する角度が７５°（θ１）となる面で疲労破断する別の小型疲労試験片に対し、疲労試験破断面を観察したところ非金属介在物の平均アスペクトγ１は３．１５であった。このアスペクト比γ１を鍛伸方向Ｐに対する角度が０°となる基準面のアスペクト比γに下記式（１１）を用いて変換したところ、３．９２が得られた。なお、鍛鋼方向Ｐに対する角度が０°となる検査面（疲労破断面）を有する試験片を用いて、基準面のアスペクト比γを観察により直接求めてもよい。
γ＝（（γ１２−ｓｉｎ２θ１）／ｃｏｓ２θ１）１／２  ・・・（１１）
【００６６】
上述の鍛伸方向Ｐに対する角度が９０°となる検査面（疲労破断面）を有する小型疲労試験片の最大非金属介在物寸法を上記式（１）を用いて、基準面における一次投影寸法ａ’’ｉに変換し、さらに上記式（２）、（３）を用いて、アスペクト比γの非金属介在物の長径ｌｉ及び短径ｓｉを算出した結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
0006630191.tif 000003
【００６８】
さらに、上記式（４）、（５）を用いて、長径ｌｉ及び短径ｓｉからアスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’ｉ及び短径ｓ’ｉを算出した結果を表３に示す。
【００６９】
【表３】
0006630191.tif 000004
【００７０】
さらに、上記式（６）、（７）を用いて、長径ｌ’ｉ及び短径ｓ’ｉからアスペクト比γ’の非金属介在物の長径ｌ’’ｉ及び短径ｓ’’ｉを算出した結果を表４に示す。
【００７１】
【表４】
0006630191.tif 000005
【００７２】
さらに、上記式（８）を用いて、長径ｌ’’ｉ及び短径ｓ’’ｉから評価面投影寸法ａ’ｉを算出した。この結果を基準化変数ｙｊ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛ｊ／（ｎ＋１）｝］と共に表５に示す。
【００７３】
【表５】
0006630191.tif 000006
【００７４】
最後に、得られた評価面投影寸法ａ’ｉに対し、基準化変数の近似式をｙｊ＝ａｊ＋ｂ（ｂは定数）、ｙｍａｘ＝ｌｎ［−ｌｎ｛Ｓｄ／（Ｓｄ＋Ｓｅ）｝］として極値統計法を用い、評価面での推定最大非金属介在物寸法ａｍａｘを算出したところ、ａｍａｘとして９９．８μｍが得られた。これにより、本発明により実測値９８μｍに近い評価ができることがわかる。一方で、表１の最大非金属介在物寸法を用いて極値統計法を用いた場合、鍛伸方向Ｐに対する角度が０°となる検査面の結果のみを用いると推定最大非金属介在物寸法は１２９．１μｍ、上記角度が９０°となる検査面の結果のみを用いると推定最大非金属介在物寸法は３７．４μｍとなり、実測値と大きく乖離する。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上説明したように、当該清浄度評価方法は、比較的高い精度で鍛鋼品の清浄度を評価できるので、クランクシャフトのような高い疲労強度が求められる鍛鋼品の清浄度を保証できる。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ  中央部
Ｂ  端部
Ｉ  検査面
Ｐ  鍛伸方向
Ｓ  非金属介在物
【図１】
0006630191.tif 000007
【図２】
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【図３】
0006630191.tif 000009