(57)【要約】【課題】本発明の目的は、鋼鈑の製造ラインにおいて、厚鋼板の板厚方向の材質分布をオンラインにて迅速に測定可能な鋼板の材質試験方法及び装置を提供することにある。【解決手段】鋼鈑の先尾端の剪断面あるいは先尾端剪断面に対応する鋼板切片の剪断面において、板厚方向の複数の点でビッカース硬さ測定を行い、その板厚方向の硬度の分布により鋼鈑の板厚方向の引張強度、降伏強度、及び伸び量などの材質の分布を決定することを特徴とする鋼板の材質試験方法。及び、鋼鈑の製造ラインに、鋼板の剪断面に寄り付き、且つ退避可能なビッカース硬度測定装置、及び前記装置により打刻された圧痕を撮影するカメラと、当該撮影された圧痕の大きさを読み取る画像処理装置と、当該圧痕の大きさから硬度を演算し、且つ、当該硬度から引張強度、降伏強度、及び伸び量などの材質を演算する演算装置とを有したことを特徴とする鋼板の材質試験装置。【選択図】      図５
2004156973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の先尾端剪断面あるいは先尾端剪断面に対応する鋼板切片の剪断面において、板厚方向の複数の点でビッカース硬さ測定を行い、その板厚方向の硬度の分布により鋼板の板厚方向の引張強度分布を決定することを特徴とする鋼板の材質試験方法。
【請求項２】
鋼板の製造ラインにおいて、請求項１記載の鋼板の材質試験方法を行なうにあたり、前記ビッカース硬さ測定のための圧痕を付与し、それを撮影した画像から圧痕の大きさを測定し、硬度を算出し、板厚方向の硬度の分布より鋼板の板厚方向の引張強度分布を決定することを特徴とする鋼板の材質試験方法。
【請求項３】
鋼板の製造ラインに、鋼板剪断面に寄り付き、且つ退避可能なビッカース硬度測定装置、及び前記装置により打刻された圧痕を撮影するカメラと、当該撮影された圧痕の大きさを読み取る画像処理装置と、当該圧痕の大きさから硬度を演算し、且つ、当該硬度から引張強度を演算する演算装置とを有したことを特徴とする鋼板の材質試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板先尾端の剪断面あるいは先尾端剪断面に対応する鋼板切片の剪断面において、ビッカース硬さ測定方法に基づいて硬度を算出し、その板厚方向の硬度の分布より鋼板の板厚方向の引張強度分布を決定することを特徴とする材質試験方法及びそのような材質試験方法を実現する材質試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板に要求される品質には、強度、靭性等の機械的材質、寸法形状、外観がある。とくに、建築、橋梁、船舶等の構造物に使用される厚鋼板では、機械的材質が極めて重要である。さらに、厚鋼板においては、製造中に不可避的に発生する板厚方向の温度偏差、熱履歴差異に起因する板厚方向の材質偏差を精密に検出することが、品質保証上重要な問題である。
【０００３】
通常、鋼板の製造ラインでは、鋼板より試験片を採取し、それより引張試験片、衝撃試験片等をオフラインにて加工して材質試験を行い、品質保証を行っている。
【０００４】
しかし、この方法では、▲１▼オフラインでの試験片加工、試験実施に長時間を要する、▲２▼試験片採取により歩留落ちが生じる、▲３▼試験片ハンドリング時のトラッキングが煩雑といった問題がある。また、鋼材の材質を予測する方法として、鋼片の厚みと鋼成分情報及び圧延条件に基づいて、圧延後のγ粒径を算出し、この算出結果、及び鋼板の冷却条件に基づいてα粒径、組織分率及び加工組織の平均生成温度を算出し、これらによって鋼板の材質を予測する方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかし、このような従来の方法では、プロセス条件のばらつきなどに起因する例えば鋼板内での材質のばらつきによる誤差は回避できず、精度がまだ不十分な面があった。
【０００６】
そこで、一部の比較的低グレードの薄鋼板の製造においては、成分、温度履歴等のプロセス条件と材質の関係をモデル化、定式化し、製造時に発生するプロセス条件の変動代から材質の変動代を予測可能とし、その予測値を持って品質保証を行う、いわゆる「造り込み保証」システムを構築して、オフラインの材質試験に換えようする試みもなされている。
【０００７】
さらに、上記の材質予測モデルによる「造り込み保証」システムに加えて、オンラインにて鋼板表面にビッカース硬さ試験を実施して、得られた硬さ情報に基づきモデル予測値の補正、確認を実施して、保証システムの信頼性の向上を図ろうとする試みもなされている。
【０００８】
しかし、このように鋼板表面の材質のみを確認する方法は、主として構造物に使用され、機械的材質の信頼性が重要であり、とくに、板厚方向の材質分布が問題となる厚鋼板に対しては使用できない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−４９１１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、鋼板の製造ラインにおいて、厚鋼板の板厚方向の材質分布をオンラインにて迅速に測定可能な鋼板の材質試験方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明の要旨は、次のとおりである。
【００１２】
（１）  鋼板の先尾端剪断面あるいは先尾端剪断面に対応する鋼板切片の剪断面において、板厚方向の複数の点でビッカース硬さ測定を行い、その板厚方向の硬度の分布により鋼板の板厚方向の引張強度分布を決定することを特徴とする鋼板の材質試験方法。
【００１３】
（２）  鋼板の製造ラインにおいて、上記（１）記載の鋼板の材質試験方法を行なうにあたり、前記ビッカース硬さ測定のための圧痕を付与し、それを撮影した画像から圧痕の大きさを測定し、硬度を算出し、板厚方向の硬度の分布より鋼板の板厚方向の引張強度分布を決定することを特徴とする鋼板の材質試験方法。
【００１４】
（３）  鋼板の製造ラインに、鋼板の剪断面に寄り付き、且つ退避可能なビッカース硬度測定装置、及び前記装置により打刻された圧痕を撮影するカメラと、当該撮影された圧痕の大きさを読み取る画像処理装置と、当該圧痕の大きさから硬度を演算し、且つ、当該硬度から引張強度を演算する演算装置とを有したことを特徴とする鋼板の材質試験装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細は以下に示す通りである。
オンライン材質試験システムの概要を図１及び図２に示す。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本発明に供する一実施例の装置は、鋼板の製造ラインにおいて、鋼板１の先尾端剪断面あるいは先尾端剪断面に対応する鋼板切片の剪断面に対して、鋼板の進行方向水平位置より、板厚方向に、試験荷重と材料強度（硬さ）に応じて決定される適正な間隔毎（後述）に複数点の圧痕を、油圧、空気圧、あるいは他に機械的に発生させる１ｇ〜５０ｋｇの荷重にて作成可能な圧痕作成装置（圧痕打刻機）を内蔵する。また、同様に鋼板の進行方向水平位置より、板厚方向に試験荷重と材料強度（硬さ）に応じて決定される適正な間隔毎（後述）に作成された圧痕の画像を、２００倍〜７５０００倍の倍率にて拡大して、硬度測定に必要とされる高分解能（後述）にて連続的に撮影が可能な高解像度ＣＣＤカメラを内蔵する。さらに、これらの圧痕作成装置と高解像度ＣＣＤカメラを内蔵する筐体２を、鋼板の搬送テーブルロール３位置、移動速度に応じて、適正なタイミングに自動的に昇降可能な機構を有する。
【００１７】
即ち、搬送テーブル上の鋼板１は鋼板進行方向（→印で示す）の測定位置にて停止する。鋼板停止後、鋼板前面に圧痕打刻機及び高解像度ＣＣＤ内蔵筐体２を下降させ、圧痕打刻後ＣＣＤにて圧痕サイズを計測する。計測後上昇（⇔印で昇降を示す）させる。ＣＣＤ計測結果は、画像処理硬さ演算装置４により、板厚方向の硬度の分布に基づき鋼板の板厚方向に引張強度分布を求める。
【００１８】
このような装置構成によればオンラインでの鋼板の材質試験も可能である。
また、例えば、母材から切り離したクロップでも、当該母材に対応する剪断面において、本発明方法による材質試験方法を実施すれば、オフラインでの材質試験でも、それにより従来よりも迅速に効率よく材質試験を行なうことができる。
【００１９】
図３に１０ｇの荷重にて圧痕作成装置にて圧痕を作成した例を示す。ここに見られるように、ビッカース硬さ試験では、一般に菱形のインデントを使用して、菱形圧痕５の両対角線長さの平均値を測定することにより、（１）式を用いて材料の硬度を決定する。
【数１】
2004156973.tif 000003
ここで、  ＨＶ：  ビッカース硬さ値
Ｆ：  試験荷重  ［Ｎ／ｋｇｆ］
ｄ：  圧痕の対角線長さの平均値  ［ｍｍ］
【００２０】
ビッカース硬さ値と引張強度（ＴＳ）の関係は一般に（２）式にて表されることが知られている。（１）及び（２）式より求められる（３）式によって、材料強度及び試験荷重毎の圧痕サイズ（圧痕平均対角線長さ）の近似予測値を表１に示す。
【数２】
2004156973.tif 000004
【数３】
2004156973.tif 000005
ここで、  ＴＳ：  引張強度  ［ＭＰａ］
【００２１】
【表１】
2004156973.tif 000006
【００２２】
なお、表中のＥについては、例えば４．３Ｅ−０６は、４．３×１０（ｓｕｐｅｒ  ｓｃｒｉｐｔ：−６）を意味する。
【００２３】
試験荷重は、材料の強度及び予想される材料のミクロ組織粒径サイズより、表１に示す圧痕対角線長さの平均値に基づき決定する。すなわち、
圧痕対角線長さ平均値＜予測される材料のミクロ組織粒径
となる試験荷重を１ｇ〜５０ｋｇの範囲内にて選択する。
【００２４】
（３）式より、圧痕平均対角線長さの測定誤差と引張強度の予測誤差について、（４）式で表される関係式が導出される
【数４】
2004156973.tif 000007
ここで、    δＴＳ：  引張強度予測誤差  ［ＭＰａ］
δｄ  ：  圧痕平均対角線長さ測定誤差  ［ｍｍ］
【００２５】
さらに、（４）式の両辺を（３）式で除し、絶対値をとることにより、（５）式が得られる。（５）式から圧痕平均対角線長さ測定誤差の絶対値を求めると（６）式が得られる。
【数５】
2004156973.tif 000008
あるいは
【数６】
2004156973.tif 000009
【００２６】
（６）式より、引張強度の予測誤差を０．５％未満とした場合の圧痕平均対角線長さの必要測定分解能、あるいは許容測定誤差が算出される。結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
2004156973.tif 000010
【００２８】
また、画素数１２８０×１０２４ピクセル及び０．２ｍｍ／ピクセルを前提とした場合に、表１に示す圧痕対角線長さを適正な視野サイズ（約２００ｍｍ×約２００ｍｍ）にて測定するために必要とされる倍率サイズを表３に示す。これより、３００〜８００ＭＰａの材料強度に対して、試験荷重を１ｇ〜５０ｋｇとした場合に必要とされる倍率は、２００〜７５０００倍であることが見出された。
【００２９】
【表３】
2004156973.tif 000011
【００３０】
圧痕付与後、表３に示す適正な倍率を選択し、高解像度ＣＣＤカメラにて圧痕を撮影し、画像情報を演算装置に送信し、画像処理を行なって圧痕サイズを測定し、（３）式にしたがい、予測引張強度を算出する。
【００３１】
以上述べたように表１は、試験荷重と鋼材強度（ＴＳ）とで決まるインデント対角線長さを一覧表にしたものです。
【００３２】
表２は、表１の「対角線長さ」に対応して、その対角線長さを測定する際に必要な測定精度を示したものです。
【００３３】
表３は、表２の測定精度に対応して、その測定精度を確保するための顕微鏡などの必要倍率を示したものです。
【００３４】
例えば、０．０１ｋｇｆの試験荷重で、ＴＳが４９０ＭＰａ級の鋼材に対してビッカース硬度測定をした場合、表１よりその時のインデント対角線長さは、１．１Ｅ−０５ｍ（１１μｍ）になると推定される。
【００３５】
その際の必要測定精度（測定分解能）は、表２より２．８Ｅ−０８ｍ（０．０２８μｍ）となり、必要倍率は、表３より１．８Ｅ＋０４（１８０００倍）となる。
【００３６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示す。
【００３７】
熱間圧延にて製造した厚鋼板について、板先端の剪断面について、１０ｋｇの荷重にて板厚方向に等間隔に圧痕を付与し、高解像度ＣＣＤカメラを用いてその画像情報を取り込み、上位に接続された演算装置に圧痕の画像情報を送信し、画像処理により圧痕の大きさを決定するとともに、（１）式に基づき、板厚方向のビッカース硬さ分布を算出した結果を図４に示す。
【００３８】
さらに、（３）式に基づき板厚方向の引張強度分布を算出した結果を図５に示す。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、鋼板の先尾端の剪断面あるいは先尾端剪断面に対応する鋼板切片の剪断面において、ビッカース硬さ測定法に基づいて硬度を算出することにより、厚鋼板の板厚方向の引張強度分布を迅速に測定することを可能とした。即ち、硬度を算出することにより、図５に示すように板厚方向位置に対する引張強度分布が決定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する装置の一実施例を示す図である。
【図２】図１の平面から見た図である。
【図３】鋼板断面にビッカース硬度測定のための圧痕を付与した図である。
【図４】板厚方向の硬度の分布を示した図である。
【図５】板厚方向の引っ張り強度の分布を示した図である。
【符号の説明】
１  鋼板
２  圧痕打刻機及び高解像度ＣＣＤ内蔵筐体
３  搬送テーブルロール
４  画像処理硬さ演算装置
５  圧痕
【図１】
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【図２】
2004156973.tif 000013
【図３】
2004156973.tif 000014
【図４】
2004156973.tif 000015
【図５】
2004156973.tif 000016