(57)【要約】   【課題】  複雑な機構・装置を設けることなく鋼線材の振動、偏芯の影響を排除し、鋼線材の軸芯から所定の範囲であれば微小ボイドを検出し、適正な鋼線材の端部の切捨て範囲を決定する方法を提供する。  【解決手段】  鋼線材のトップ側端部の一部から切出し、超音波ビームを入射するＬ断面を設け、該Ｌ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離が焦点型探触子の鋼中焦点距離とほぼ同一となるように設けた、試験試料を使用して取得した超音波探傷結果に基づいて健全部と非健全部を判定し、非健全部を切捨てる。  【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼線材の一部を切出して試験試料を製作する工程と、該試験試料に超音波探傷を行う工程と、該超音波探傷により得られた結果に基づいてボイドの分布状態を確認して健全部と非健全部を判定する工程と、を有する鋼線材の端部の切捨て範囲を決定する方法であって、
上記試験試料は、前記鋼線材のトップ側端部の一部から切出し、超音波ビームを入射するＬ断面が設けられたものであり、該Ｌ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離が焦点型探触子の鋼中焦点距離とほぼ同一となるように設けられていることを特徴とする鋼線材の端部の切捨て範囲を決定する方法。
【請求項２】
上記鋼線材の直径が５乃至２０ｍｍで、上記焦点型探触子の鋼中焦点距離が１．０乃至２．０ｍｍであり、探傷周波数が１０乃至１３０ＭＨｚであり、上記Ｌ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離が上記焦点型探触子の鋼中焦点距離とほぼ同一であることを特徴とする請求項１に記載の鋼線材の端部の切捨て範囲を決定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋼線材の端部の切捨て範囲を決定する方法に関し、特に鋼線材から切出す試験試料の製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼線材の圧延に関して圧延の高速化及びコストダウンが望まれている。かかる要望を満たす熱間圧延による鋼線材の圧延方法は、まず精錬,造塊,分塊圧延等の工程を経て得られた素材（ビレット）を加熱炉において加熱する。次に、このビレットに粗圧延機、中間圧延機、及びブロックミルによる仕上げ圧延によって熱間圧延を施し、この熱間圧延によってビレットは細径化し、且つ長尺化する。その後水冷トラフにより急速に冷却し、続けて搬送コンベア上でブローイングファンにより冷却し、最後にレーイング装置によってコイル材に成形される。
【０００３】
しかし、ブロックミルにおいては短距離の間に塑性変形を繰り返し行うものであるため、鋼線材に生じる１パス毎の発熱量が殆ど放出されずに蓄積され、鋼線材温度が約１０度以上高くなる。鋼線材温度が高くなりすぎると鋼素材に存在する偏析部のオーバーヒートに起因してボイドが発生するため、あらかじめブロックミル入側の温度をコントロールする必要がある。この温度をコントロールする方法の一つとして、中間圧延機とブロックミルとの間に冷却帯を設ける。
【０００４】
しかし、水冷方式により急冷すると圧延ライン内で鋼線材先端に亀裂が生じる場合があるので、それを防止するため、中間圧延機の出側から出た直後は無水とし、その後に水冷を開始するが、その効果が十分に現れるまでの間に、鋼線材のトップ側でオーバーヒートが生じ、ボイドが発生する場合がある。
【０００５】
かかるボイドは、鋼素材を引き伸ばす伸線工程や表面性状が良好な鋼線材を得るために鋼素材の表面を切削・除去するシェービング後においても鋼線材内部に残存することがある。
【０００６】
ボイドは近年の圧延技術の向上により従来に比較して大きなものが発生しなくなってきているが、圧延条件によっては直径０．０２〜０．１ｍｍの微小ボイドが依然として発生する頻度が高い。かかる微小ボイドは鋼線材が実際に使用された場合に鋼線材の強度を低下させ、金属疲労を招いて鋼線材を破損させる原因にもなる。
【０００７】
そこで、高品質の鋼線材を供給するため、鋼線材の微小ボイド、及びそれより大きいボイドの有無を適切に検査する方法が必要である。
【０００８】
鋼線材内に存在するボイドを検出する方法としては、まず顕微鏡観察、放射線探傷試験法が挙げられる。顕微鏡観察は、検査対象である鋼線材より検鏡用試験試料を採取して、精密な研磨面を製作し光学顕微鏡を用いてミクロ組織を観察するものであり、試験試料に存在するボイドを直接確認できる点で優れている。また、放射線探傷試験は、放射線を検査対象に照射し、内部欠陥を二次元影像の透影像として検出し、Ｘ線フィルム等にそのまま記録するもので、客観性・記録性の面で特に優れている。
【０００９】
しかし、顕微鏡観察は特定断面しか観察することが出来ないため、鋼線材の軸芯にないボイドや微小ボイドを見落とし易い。また、Ｔ断面観察ではボイドの連続性が確認しにくい。また、顕微鏡観察はそもそも鋼線材の一断面しか検査することが出来ないため、検査体積が非常に少なく信頼性に欠ける。
【００１０】
一方、放射線探傷試験は、一般にその費用が高いため大量の鋼線材について試験を行った場合には、試験費用が嵩みコスト高となる。
【００１１】
そこで、鋼線材に関する最も一般的な検査方法としては超音波探傷試験を挙げることが出来る。かかる試験方法は、安価に大量の鋼線材について検査を行うことが可能であるため広く用いられており、種々の改良がなされている。
【００１２】
例えば、鋼線材の振動と共に動く探触子ホルダーと、探触子ホルダー内の線材ガイドにより鋼線材の振動を抑制することにより探触子と鋼線材の間隔を常に一定条件に保つ装置を使用したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
また、コイル材をピンチロールで張力を与えて直線状にして搬送装置を通過させながら渦流探傷器や超音波探傷器でその表面疵や内部欠陥を検査するコイル状材料検査装置を使用したものがある（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
また、ダイスにより伸線された鋼線材について、案内装置(ロール)で振動や偏芯を防止しつつ表面欠陥と内部欠陥を検査する装置を設けたものがある。（例えば、特許文献３参照）。                
【特許文献１】特開平０４−０５５７５６号公報
【特許文献２】特開平０７−２９４４９５号公報
【特許文献３】特開２００２−０２８７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、上記の各方法では、探傷周波数が低い場合には、微小ボイドに対する検出能は必ずしも十分ではない。一方探傷周波数が高い場合には、深度が深いところに位置する微小ボイドを検出することが困難な場合がある。これは、超音波探傷における距離振幅特性により超音波ビームの入射点から離れるにつれて入射した超音波の減衰が大きくなるからである。
【００１６】
また、鋼線材について直接超音波探傷をする場合においては超音波ビームの入射面は曲率を有するため、鋼線材に超音波ビームが入射する際に散乱が生じ音圧が下がり、最良の検出能が得られない場合がある。特に、鋼線材の軸芯と超音波ビームの中心軸がずれた状態ではボイドの検出能が低下する。
【００１７】
また、外表面に近い位置に欠陥エコーが存在しても欠陥エコーの波形が表面エコーの波形と重なり欠陥エコーと表面エコーを分離することできない不感帯の問題が生ずるため、欠陥エコー、表面エコーのいずれであるか識別できず、ボイドを検出することが出来ない場合がある。
【００１８】
また、ランニング超音波探傷を行う場合、生じる鋼線材の振動または偏芯を抑えるために上述のような従来の複雑な機構・装置が必要である。
【００１９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明が解決しようとする課題は、鋼線材の圧延の高速化、製造方法の１ビレット化による生産性の向上に対応した高品質の鋼線材の提供を可能とすることであり、第１に線材の軸芯から所定の範囲に存在するボイドであれば確実に検出し、第２に操業解析上検出することが求められる直径０．０２〜０．１ｍｍの微小ボイドを検出し、第３に複雑な機構・装置を設けることなく鋼線材の振動、偏芯の影響を排除して微小ボイド・ボイドを検出して、鋼線材の端部の適正な切り捨て範囲を決定する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題は下記の発明により解決される。
【００２１】
第１の発明は鋼線材の一部を切出して試験試料を製作する工程と、該試験試料に超音波探傷を行う工程と、該超音波探傷により得られた結果に基づいてボイドの分布状態を確認して健全部と非健全部を判定する工程と、を有する鋼線材の端部の切捨て範囲を決定する方法であって、上記試験試料は、前記鋼線材のトップ側端部の一部から切出し、超音波ビームを入射するＬ断面が設けられたものであり、該Ｌ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離が焦点型探触子の鋼中焦点距離とほぼ同一となるように設けられていることを特徴とする鋼線材の端部の切捨て範囲を決定する方法であり、第２の発明は、第１の発明において、上記鋼線材の直径が５乃至２０ｍｍで、上記焦点型探触子の鋼中焦点距離が１．０乃至２．０ｍｍであり、探傷周波数が１０乃至１３０ＭＨｚであり、上記Ｌ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離が上記焦点型探触子の鋼中焦点距離とほぼ同一であることを特徴とする鋼線材の端部の切捨て範囲を決定する方法である。
【００２２】
試験試料を鋼線材の端部の一部に特定することにより健全部を不必要に切り捨てることなく、非健全部のみを的確に切り捨てることが可能となる。
【００２３】
また本発明は、Ｌ断面の表面と鋼線材の軸芯との距離を焦点型探触子（以下「探触子」という。）の鋼中焦点距離とほぼ同一となるようにしたものであるから、入射した超音波ビームの減衰を最大限に防ぐことができ、微小ボイドを検出することが可能となる。
【００２４】
ここで、Ｌ断面とは検査対象の鋼線材の軸芯に平行な軸方向に設けられた断面であり、Ｔ断面とは鋼線材の軸芯に対して垂直な断面をいう。ボイドとは原子空孔が立体的に集合した場合に生じる空洞である。トップ側とはレーイング装置によってコイル状とされた鋼線材の巻き始めの側をいい、その反対側の巻き終わりの側をボトム側という。健全部とはボイドが存在しない範囲、またはボイドの存在が実際の使用にあたり問題とならない程度に限られる範囲をいう。非健全部とはボイドが存在する範囲であって、実際の使用に際してかかるボイドが原因となり鋼線材の引張り強度や疲労強度の低下する範囲をいう。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、鋼線材圧延の高速化及び製造方法の１ビレット化により鋼線材の端部に発生しやすくなったボイドを確実に検出することができ、ボイドの存在する鋼線材の端部の範囲を正確に特定して健全部を不必要に切り捨てることなく非健全部のみを的確に切り捨てることが出来るため、生産性の向上及びコストダウンを図り、かつ高品質の鋼線材を提供することが可能となる。
【００２６】
具体的には、本発明における試験試料の超音波ビームの入射面は平面であるため、入射面の形状が曲率を有する場合と比較して、ボイドをより確実に検出することが可能となる。
【００２７】
また、本発明において用いる試験試料に設けたＬ断面は、その表面と鋼線材の軸芯までの距離が探触子の鋼中焦点距離とほぼ同一となるように設け、この表面から超音波ビームを入射し、探触子を走査して探傷することにより鋼線材の軸芯およびその近傍に存在するボイドを検出することが可能である。
【００２８】
例えば、５０ＭＨｚ、水中焦点距離１２．５ｍｍの探触子を使用し、鋼中焦点距１．５ｍｍの条件で、Ｌ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離が１．０乃至２．０ｍｍとすれば、軸芯およびその近傍に存在するボイドを確実に検出することができる。
【００２９】
また、Ｌ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離を増減するようにＬ断面を創生し、探傷周波数が１０乃至１３０ＭＨｚの探触子の探傷深度を増減することによって、より広い範囲に存在する微小ボイドを検出することが可能となる。
【００３０】
また、本発明は、コイル状に巻かれたコイル材を伸線しながら連続的に探傷するために鋼線材の振動または偏芯が起こる試験方法と異なり、完成品である鋼線材から試験試料を切出し載置台に固定して超音波探傷を行うものであるから、振動又は偏芯の影響を防止するための複雑な機構を設ける必要がなく安定した高い精度の超音波探傷を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の内容を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図１はコイル状に巻き取られた鋼線材（コイル材）の概略図である。
【００３３】
まず、超音波探傷の検査対象となる直径５〜２０ｍｍの鋼線材から試験試料を製作する。試験試料の製作に当たっては、まずコイル状に巻き取られた鋼線材（コイル材）１のトップ側端末から所定の間隔をおいて複数箇所から均等な長さ１５０〜２００ｍｍの鋼線材を切り出す。
【００３４】
試験試料を切り出す間隔は、３〜４ｍとするが、鋼線材操業条件等に基づく経験値も踏まえて適宜増減する。
【００３５】
次に、切出した鋼線材は、その軸線に平行に、Ｌ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離が探触子の鋼中焦点距離とほぼ同一となるようにＬ断面を創生し研磨を行う。
そして、切出し研磨した鋼線材を探傷試験の操作の便宜のため２〜４本に分割する。なお、上記３〜４ｍ間隔において切出した試験試料にＬ断面を創生する前に２〜４本に分割し、その後にＬ断面を創生し研磨してもよい。
【００３６】
そして、その試験試料（図２参照）について超音波探傷を行なう。超音波探傷は各種の方法を用いることができるが、水浸超音波探傷方式を採用するのが一般的である。
【００３７】
研磨した平面から超音波ビームを入射することにより、入射する際の超音波の散乱が防止され、より深い深度に存在するボイドを検出することが可能となる。また散乱が防止されることにより、より強い音圧の超音波ビームが入射され、超音波の鋼中焦点をＬ断面の表面から軸芯までの距離にほぼ一致させ、探触子を走査して探傷することにしたことにより、ボイドの検出領域が広くなり、ボイドの確実な検出が可能となる。
【００３８】
なお、Ｌ断面(超音波入射面)は鋼線材の円周方向の特定部に限定しないで、鋼線材の円周方向の任意の位置を選択すれば、探傷範囲に自由度が生じ結果として探傷領域が広がることになる。
【００３９】
また、いずれの側がトップ側かボトム側か不明となった場合には、両側端について試験試料を製作して超音波探傷を行なうことにより不良製品の流出を防止することができる。
【００４０】
そして、ボイドの有無の判定は、超音波探傷の結果得られる超音波探傷チャートにて、所定の反射波強度を超える連続または断続した線状欠陥の有無の映像をもって、鋼線材の各部分が健全部であるか非健全部であるかの判定を行い、鋼線材の端末から一番離れた部位から切出した試料のすべてからボイドが検出されない場合には、その試料を切出した残りの部分が健全部として製品に供する。
【００４１】
以上は、被検査対象がコイル状に巻き取られたコイル材について説明したが、真直ぐの鋼線材の場合もコイル材に準じて試験試料を切出し、Ｌ断面を創生して探傷試験を行えばよい。
【実施例】
【００４２】
以下発明をより良く理解するために、コイル材について行った探傷試験について具体的に説明する。
【００４３】
試験試料は下記のものを使用した。
【００４４】
コイル径：１ｍ
鋼線材の直径：１０ｍｍ
試料の切出し本数：３本
試料の切出し位置（ａ）：トップ側端末から２ピッチ目の初め
（ｂ）：トップ側端末から３ピッチ目の初め
（ｃ）：トップ側端末から４ピッチ目の初め
（図１参照）
試料の切出し長さ：２００ｍｍ
試料の分割本数：４本
Ｌ断面の表面から軸芯までの距離：１．０、２．０ｍｍの２種
Ｌ断面の表面研磨の有無：あり
【００４５】
そして、図３に示すような、探触子の制御とデータの処理を行うパーソナルコンピュータ３、探触子４、水槽６および試料の載置台５からなる水浸超音波探傷装置により探傷周波数を５０ＭＨｚとし、振動子径５ｍｍ、水中焦点距離１２．５ｍｍの探触子を用い、測定感度３３ｄＢ、鋼中焦点距離１．５ｍｍの条件で超音波探傷を行なった。なお、比較例として試験試料のＬ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離（Ｈ）を変更、その他の条件は実施例と同一として超音波探傷試験を行った。
【００４６】
表１は実施例１〜１２の結果を、表２は比較例１〜１２の結果を一覧表にしたものであり、図４は実施例１、５、９の超音波探傷試験の結果を示した超音波探傷チャートであり、図（ａ）は実施例１、図（ｂ）は実施例５、図（ｃ）は実施例９の超音波探傷チャートである。
実施例１〜４は切出し位置がいずれも端末から２ピッチ目の初め（ａ）、Ｌ断面の表面から軸芯までの距離が、実施例１、２は１．０ｍｍ、実施例３、４は２．０ｍｍであり、いずれの実施例も微小ボイドが検出された（実施例１について図４（ａ）に示す）。
【００４７】
実施例５〜８は切出し位置がいずれも端末から３ピッチ目の初め（ｂ）、Ｌ断面の表面から軸芯までの距離が、実施例５、６は１．０ｍｍ、実施例７、８は２．０ｍｍであり、いずれの実施例も微小ボイドが検出された（実施例５について図４（ｂ）に示す）。
実施例９〜１２は切出し位置がいずれも端末から４ピッチ目の初め（ｃ）、Ｌ断面の表面から軸芯までの距離が、実施例９、１０は１．０ｍｍ、実施例１１、１２は２．０ｍｍであり、いずれの実施例も微小ボイドは検出されなかった（実施例９について図４（ｃ）に示す）。
【００４８】
なお、実施例１〜１２に使用した試験試料をボイド探傷試験後に放射線探傷試験および顕微鏡観察を行ったところ、実施例１〜８に使用したものは軸芯部に微小ボイドの存在が確認され、実施例９〜１２に使用したものはボイドの存在は確認されなかったことから、本発明に係る試験方法が有効であることが実証された。
【００４９】
本実施例では、端末から３ピッチ目の初めまでの試験試料では微小ボイドが存在し、端末から４ピッチ目の初めの試験試料ではボイドが存在しないことから、端末から４ピッチ目の初めのところまでを破棄すれば、残部が健全部として製品に供することになる。
【００５０】
これに対して、比較例１〜４は切出し位置がいずれも２ピッチ目の初め（ａ）、Ｌ断面の表面から軸芯までの距離が、比較例１、２は０．５ｍｍ、比較例３、４は２．５ｍｍでありいずれの実施例もボイドは検出できなかった。
【００５１】
比較例５〜８は切出し位置がいずれも３ピッチ目の初め（ｂ）、Ｌ断面の表面から軸芯までの距離が、比較例５、６は０．５ｍｍ、比較例７、８は２．５ｍｍであり、いずれの実施例もボイドは検出できなかった。
【００５２】
しかし、実施例１〜１２の場合と同様に比較例１〜８に使用した試験試料をボイド探傷試験後に放射線探傷試験および顕微鏡観察を行ったところ、いずれの試験試料にも軸芯部に微小ボイドが検出され、比較例１〜８によるボイドの探傷方法ではボイドを的確に検出できないことが明らかである。
【００５３】
比較例１、２、５、６において、ボイドを検出できなかったのは、Ｌ断面の表面から軸芯までの距離を０．５ｍｍと小さくしたため、外表面に近い位置に欠陥エコーが存在していたにもかかわらず欠陥エコーの波形が表面エコーの波形と重なり欠陥エコーと表面エコーを分離することできない不感帯のためと考えられ、また比較例３、４、７、８において、ボイドを検出できなかったのは、Ｌ断面の表面から鋼線材の軸芯までの距離が２．５ｍｍであるにもかかわらず鋼中焦点距離が１．５ｍｍの条件で超音波探傷を行ったためと考えられる。
【表１】
2005249451.tif 000003
【表２】
2005249451.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態に係るコイル状に巻き取られた鋼線材の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る試験試料の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る超音波探傷装置の説明図である。
【図４】本発明の実施例１、５、９に係る超音波探傷の結果を表した超音波探傷チャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１・・鋼線材(コイル材)
２・・試験試料
３・・パーソナルコンピュータ
４・・探触子
５・・試料載置台
６・・水槽
【図１】
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【図２】
2005249451.tif 000006
【図３】
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【図４】
2005249451.tif 000008