(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材のSi濃度が変化しても鋼材の微分透磁率が一定となるように、鋼材に直流磁場を印加することで鋼材の微分透磁率を制御し、鋼材の当該磁化部分に対して渦電流計測を行い、求められた計測値からSi濃度を測定することを特徴とする鋼材のSi濃度測定方法。
【請求項２】
厚さ方向にSi濃度分布がある鋼材に直流磁場を印加することで鋼材の厚み方向のSi濃度が変化しても微分透磁率が一定となるように制御し、鋼材の当該磁化部分に対して渦電流計測を行い、求められた計測値からSi濃度を測定することを特徴とする鋼材のSi濃度測定方法。
【請求項３】
直流磁化レベルを飽和磁化レベルあるいは飽和磁化レベル近傍とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼材のSi濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は厚板や型鋼、熱延鋼板、冷延鋼板、電磁鋼板、鉄箔などの鋼材のSi濃度を渦電流計測（電磁誘導計測）により測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
電磁鋼板など磁気的な性質が重要な鋼材においては、鋼中のSi濃度により磁気的性質が大きく変わるため、Si濃度を所定のレベルに作り込むことが品質管理上重要である。従来Si濃度の測定方法としては、例えば、特開平３-６８８５０号公報「鋼材のSi濃度測定方法および装置」に記載されるような４端子触針接触式のSi濃度計が提案されている。
【０００３】
これは、図１１に示すように一般に電磁鋼板に使用される鋼材のSi濃度の範囲では抵抗率がSi濃度に対して単調に変化することを利用したもので、図１２に示すように鋼材１１に４端子（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）からなる触針を接触させ、４端子間の電流−電圧の関係から抵抗率を求め、その抵抗率からSi濃度を測定するものである。ただしこの方法においては触針を対象に接触させる必要があることから、接触状態によっては精度が低下したり、また、対象鋼材の移動中に測定する場合には、精密なセンサヘッドの鋼材追従装置が必要になるという問題がある。
【０００４】
上記問題はセンサと対象を接触させることに起因するものなので、非接触測定方式によれば上記のような問題は生じない。非接触抵抗率測定法として、一般的に図１３に示すような渦電流法による測定が考えられる。鋼材１１に対して渦電流センサ１３と渦電流センサ電子回路１４を用いて渦電流測定を行う。測定される渦電流の大きさは鋼材１１の抵抗率により変化するため、上記接触式Si濃度計と同様、抵抗率との相関からSi濃度が求まることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に渦電流センサ出力は、対象の抵抗率だけでなく、微分透磁率によっても変化するため、渦電流センサ出力からSi濃度を求めるためには、図１１に示したSi濃度と抵抗率との関係だけでなく、Si濃度と微分透磁率との関係が重要になる。しかしながら、透磁率は抵抗率とは異なり、図１４に示すようにSi濃度に対して単調には変化しない。
【０００６】
また、鋼材の応力状態や結晶粒径、結晶方位によっても微分透磁率が変動する。このため、単純な渦電流法の適用では精度の高い測定は困難である。図１５に10ｋHzの励磁周波数にて、0.2mm厚の鋼板を対象に、プローブ型コイルを用いて渦電流測定を行った結果を示すが、蛍光Ｘ線分析にて測定したSi濃度（横軸）を真値とすると、渦電流出力とSi濃度との相関は余り無いことが分かる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、従来測定精度が不十分であった渦電流法を改良することにより、非接触で鋼材のSi濃度を正確に測定する方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、鋼材のSi濃度が変化しても鋼材の微分透磁率が一定となるように、鋼材に直流磁場を印加することで鋼材の微分透磁率を制御し、鋼材の当該磁化部分に対して渦電流計測を行い、求められた計測値からSi濃度を測定することを特徴とする鋼材のSi濃度測定方法（請求項１）である。
【０００９】
前述のように、渦電流法でSi濃度を測定する場合は、鋼材の微分透磁率の影響を受けて測定精度が悪化する。本手段においては、この微分透磁率を一定に制御して測定を行うので、微分透磁率の影響が無くなり、渦電流法を用いても、精度の良いSi濃度の測定が可能となる。微分透磁率は、例えば鋼材を直流磁化し、直流磁化の大きさを制御することにより制御できる。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、厚さ方向にSi濃度分布がある鋼材に直流磁場を印加することで鋼材の厚み方向のSi濃度が変化しても微分透磁率が一定となるように制御し、鋼材の当該磁化部分に対して渦電流計測を行い、求められた計測値からSi濃度を測定することを特徴とする鋼材のSi濃度測定方法（請求項２）である。
【００１１】
鋼材の中には、その厚さ方向でSi濃度が変化しているものがあり、それにより厚さ方向での微分透磁率が変化し、渦電流法を用いた場合には、前述のように正確な測定ができない。本手段においては、直流磁場を印加することで鋼材の微分透磁率を略均一に制御しているので、微分透磁率の影響が無くなり、渦電流法を用いても、精度の良いSi濃度の測定が可能となる。微分透磁率は、例えば鋼材を直流磁化し、直流磁化の大きさを制御することにより制御できる。
【００１２】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、直流磁化レベルを飽和磁化レベルあるいは飽和磁化レベル近傍とすることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１３】
図２に例示するように、成分あるいは履歴により、磁気特性が異なる鋼材Ａと鋼材Ｂにおいて、磁化レベルの小さい（Ｈの小さい）領域では微分透磁率（傾き）は大きく異なるが、飽和磁化レベルおよび飽和磁化レベル近傍においては、差は小さくなっている。しかし、鋼材を飽和磁化レベルあるいはその近傍まで磁化することにより、鋼材の成分や結晶粒径には余り影響を受けない回転磁化過程により磁化が進行するため、微分透磁率は成分や製造履歴等の影響を受けず、かつ、図２、図１６に示すように、その絶対値や、磁化レベルの変動に対する変化率が小さくなる。よって、微分透磁率を一定値に制御することが容易であるので、渦電流法を用いても、精度の良いSi濃度の測定が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例であるSi濃度の測定方法を実施するための装置の概要を示す図である。図１において、１は鋼材、２は渦電流センサ、３は直流磁化器、４は磁化力コントローラ、５は渦電流センサ電子回路である。
【００１７】
第１の発明の実施の形態においては、あらかじめ直流磁化器３の設定と被測定鋼材１の微分透磁率との関係を別途調べておき、渦電流測定時にはある一定の微分透磁率になるよう磁化力コントローラ４により直流磁化器３の設定を行う。
【００１８】
Si濃度が未知の鋼材を測定する前に、まずSi濃度が既知のサンプルを用いて、測定に使用する微分透磁率におけるセンサ出力からSi濃度を求める校正線を作成する。具体的には、校正用サンプル毎に同じ微分透磁率となるよう、磁化力コントローラ４により直流磁化器３の設定を行い、渦電流センサ２の出力を渦電流センサ電子回路５にて読みとる。その出力値とSi濃度から校正線を作成する。
【００１９】
そして未知のSi濃度を測定するためには、被測定鋼材１が所定の微分透磁率となるよう磁化力コントローラ４により直流磁化器３の設定を行い、渦電流センサ２の出力を渦電流センサ電子回路５にて読みとる。その出力値からあらかじめ作成しておいた校正線により、Si濃度を求める。
【００２０】
なおここで述べた磁化の設定の条件決めは、被測定鋼材自身を用いなくとも、それと同様の性質を持つもの（成分、板厚、製造履歴などが近いもの）にて代用しても良いし、また、性質の異なる別の鋼材の値から、類推して求めても良い。
【００２１】
本発明の実施の形態の第２の例であるSi濃度の測定方法においては、図１の装置を使用するが、渦電流測定時には、鋼材１を磁化力コントローラ４により設定された直流磁化器３により、図２に示すように微分透磁率が鋼材によって大きく変わることのない飽和磁化レベルあるいはその近傍に磁化するものとする。
【００２２】
Si濃度が未知の鋼材を測定する前に、まずSi濃度が既知のサンプルを用いて、測定に使用する微分透磁率におけるセンサ出力からSi濃度を求める校正線を作成する。具体的には、被測定校正用サンプルを飽和磁化レベルあるいはその近傍に磁化し、渦電流センサ２の出力を渦電流センサ電子回路５にて読みとる。その出力値とSi濃度から校正線を作成する。
【００２３】
次に未知のSi濃度を測定するためには、被測定鋼材１が飽和レベルあるいは飽和レベル近傍に磁化されるよう磁化力コントローラ４により直流磁化器３の設定を行い、渦電流センサ２の出力を渦電流センサ電子回路５にて読みとる。その出力値からあらかじめ作成しておいた校正線により、Si濃度を求める。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態の第３の例であるSi濃度の測定方法を実施するための装置の概要を示す図である。以下の図において、発明の実施の形態の欄以後の図のうち前出の図中に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。図３において、６ａ、６ｂは微分透磁率測定用センサ、７は微分透磁率測定電子回路である。
【００２５】
渦電流測定時には、直流磁化器３により鋼材１を磁化し、その状態で、微分透磁率測定用センサ６ａから交流磁束を発生させ、鋼材１を透過した磁束を微分透磁率測定用センサ６ｂで測定して、微分透磁率測定電子回路７により鋼材１の微分透磁率、あるいは微分透磁率と相関のある物理量を測定し、その測定値があらかじめ定めた値と同じになるよう、磁化器コントローラ４をコントロールし、磁化力コントローラ４により設定された直流磁化器３により、鋼材１を磁化するものとする。
【００２６】
Si濃度が未知の鋼材を測定する前に、まずSi濃度が既知のサンプルを用いて、測定に使用する微分透磁率におけるセンサ出力からSi濃度を求める校正線を作成する。具体的には、被測定校正用サンプルを上記微分透磁率測定用センサ６ａ、６ｂを用いた手法にて一定微分透磁率となるよう磁化し、渦電流センサ２の出力を渦電流センサ電子回路５にて読みとる。その出力値とSi濃度から校正線を作成する。
【００２７】
次に未知のSi濃度を測定するためには、被測定鋼材１を上記微分透磁率測定用センサ６ａ、６ｂを用いた手法にて一定微分透磁率となるよう磁化し、渦電流センサ２の出力を渦電流センサ電子回路５にて読みとる。その出力値からあらかじめ作成しておいた校正線により、Si濃度を求める。
【００２８】
本発明の第４の実施の形態においては、Si濃度が厚さ方向で変化している鋼材を測定する。測定装置は図１に示したものを使用する。渦電流測定時には、鋼材１を磁化力コントローラ４により設定された直流磁化器３により、図２に示すように微分透磁率が深さ位置によって大きく変わることのない磁化レベルあるいはその近傍に磁化するものとする。
【００２９】
Si濃度が未知の鋼材を測定する前に、まずSi濃度が既知のサンプルを用いて、測定に使用する微分透磁率におけるセンサ出力からSi濃度を求める校正線を作成する。具体的には、被測定校正用サンプルを測定に使用する磁化レベルに磁化し、渦電流センサ２の出力を渦電流センサ電子回路５にて読みとる。その出力値とSi濃度から校正線を作成する。
【００３０】
次に未知のSi濃度を測定するためには、被測定鋼材１の被測定部が測定に使用する磁化レベルに磁化されるよう磁化力コントローラ４により直流磁化器３の設定を行い、渦電流センサ２の出力を渦電流センサ電子回路５にて読みとる。その出力値からあらかじめ作成しておいた校正線により、Si濃度を求める。
【００３１】
なお、この実施例において磁化は、Si濃度による微分透磁率変動が少ないレベルであれば特に限定はされないが、飽和磁化レベルあるいはその近傍としてもよいことは当然である。
【００３２】
【実施例】
（実施例１）
図１に示した装置を使用して、鋼材のSi濃度を測定した。測定対象としては、Si濃度約２〜７％の板厚0.2mmの鋼板を使用した。鋼板の厚み方向のSi濃度の平均値を測定するため、渦電流測定の一次側励磁周波数を10kHzとし、浸透深さが板厚に比べ、十分深くなるようにした。コイルの形状はプローブ型とし、センサと鋼板の距離は２mmとした。
【００３３】
磁化レベルは、あらかじめ測定しておいたそれぞれの鋼板のＢ−Ｈカーブより、十分に飽和レベルに近く、サンプルによる微分透磁率の変動が、渦電流測定に大きく影響しないレベルとなるよう、磁化レベルコントローラ４により磁化電流を制御することで直流磁化器３により設定した。渦電流センサ２の出力は、渦電流センサ電子回路５に含まれるロックインアンプにより処理され、渦電流測定値を得る。そして、鋼板Si濃度が既知のサンプルを用いて事前に求めておいた、渦電流測定値と鋼板のSi濃度との関係を示す校正線を使用し、渦電流測定値より、Si濃度を求めた。
【００３４】
測定結果を、図４、図５に示す。図４は、真値としている蛍光Ｘ線分析から求めたSi濃度と渦電流測定値の関係を示したもので、図１５に示す従来法の結果と比べ、両者の相関があることがわかる。図５は蛍光Ｘ線分析から求めたSi濃度と本実施例による渦電流測定から求めたSi濃度を比較したもので、精度良く測定されていることがわかる。
【００３５】
（実施例２）
図３に示したような構成の測定器を用いて、鋼材のSi濃度を測定した。測定対象としては、Si濃度約２〜７％の板厚0.2mmの鋼板を使用した。鋼板の厚み方向のSi濃度の平均値を測定するため、渦電流測定の一次側励磁周波数は10kHzとし、浸透深さが板厚に比べ、十分深くなるようにした。コイルの形状はプローブ型とし、センサと鋼板の距離は２mmした。
【００３６】
微分透磁率に相関のある物理量を求めるため、微分透磁率測定用センサ６ａ、６ｂを鋼板を挟んでお互いに反対側に対向して、渦電流センサが測定する鋼板部位と同等の磁化レベルにある部位を測定できるよう配置した。６ａにより交流磁束を発生させ、鋼板１を透過した交流磁束をもう一方のセンサ６ｂにて測定する。
【００３７】
サンプルによる微分透磁率の変動が、渦電流測定に大きく影響しないレベルとするため、上記微分透磁率測定用センサ６の出力がサンプルによらず一定となるよう磁化レベルコントローラ４を介して磁化電流を制御することで直流磁化器３により磁化レベルを設定した。渦電流センサ２の出力は、渦電流センサ電子回路５に含まれるロックインアンプにより処理され、渦電流測定値を得る。
【００３８】
鋼板Si濃度が既知のサンプルを用いて事前に求めておいた、渦電流測定値と鋼板のSi濃度との関係を示す校正線を使用し、渦電流測定値より、Si濃度を求める。
【００３９】
測定結果を、図６、図７に示す。図６は、真値としている蛍光Ｘ線分析から求めたSi濃度と渦電流測定値の関係を示したもので、従来法の結果図４と比べ、両者の相関があることがわかる。図７は蛍光Ｘ線分析から求めたSi濃度と本実施例による渦電流測定から求めたSi濃度を比較したもので、精度良く測定されていることがわかる。
上記の微分透磁率測定のための交流透過磁束の周波数は、渦電流励磁周波数と近いことが望ましいが、必ずしも上記の例のように同じである必要はない。
【００４０】
またここで微分透磁率、および微分透磁率に相関のある物理量を測定する方法は上記の例に特に限定するものではない。図３においては鋼板を透過する交流磁束量を測定しているが、たとえば、鋼板の一方の側にだけ、センサ６ａおよび６ｂを設置しても同様の効果が実現できる。
【００４１】
（実施例３）
図１に示す測定回路を用いて、厚さ方向でSi濃度が変化する鋼板のSi濃度の測定を行った。測定対象としては、Si濃度約３〜７％の板厚１mmの鋼板を使用した。この鋼板の厚み方向のSi濃度は、図８に２種の鋼板の例を示すように、表面で高く、深くなるに従って低くなる。渦電流測定の一次側励磁周波数は500kHzとし、コイルの形状はプローブ型とし、センサと鋼板の距離は２mmとした。磁化レベルは、あらかじめ測定しておいたそれぞれの鋼板のＢ−Ｈカーブより、十分に飽和レベルに近く、サンプルによる微分透磁率の変動が、渦電流測定に大きく影響しないレベルとなるよう、磁化レベルコントローラ４により磁化電流を制御することで直流磁化器３により設定した。渦電流センサ２の出力は、渦電流電子回路５に含まれるロックインアンプにより処理され、渦電流測定値を得る。
【００４２】
鋼板Si濃度が既知のサンプルを用いて事前に求めておいた、渦電流測定値と鋼板のSi濃度との関係を示す校正線を使用し、渦電流測定値より、Si濃度を求める。
【００４３】
測定結果を、図９、図１０に示す。図９は、真値としている鋼板表面から機械的に深さ0.2mmまで研削しながら蛍光Ｘ線分析から求めたSi濃度と渦電流測定値の関係を示したもので、図１５に示された従来法の結果と比べ、両者の相関があることがわかる。図１０は蛍光Ｘ線分析から求めたSi濃度と本実施例による渦電流測定から求めたSi濃度を比較したもので、精度良く測定されていることがわかる。
【００４４】
なお、上記３つの実施例について、図１、図３においては、渦電流センサ２と直流磁化器３は鋼材１を挟んで反対側に設置されている例を示しているが、渦電流センサ２と直流磁化器３が鋼材１に関し、同じ側に配置されても構わない。
【００４５】
本発明において、直流磁化器による磁化力の制御は、磁化電流を変えることによってもよいし、ヨークの間隔や、磁化器と鋼材との距離を変更すること、あるいは磁化器コイルを分割しておいて、使用するコイルを選択することによるなど様々な方法が考えられ、特に上記の例に限定されるものではない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明により、非接触にて微分透磁率変動の影響を受けにくく高精度なSi濃度の測定が実現でき、それにより鋼材、とりわけ電磁鋼板の品質管理が容易に、かつ精密に行うことができる。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例であるSi濃度の測定方法を実施するための装置の概要を示す図である。
【図２】鋼材の種類ごとの磁化曲線の例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の第３の例であるSi濃度の測定方法を実施するための装置の概要を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例におけるセンサ出力と、蛍光Ｘ線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例によって求められたSi濃度と、蛍光Ｘ線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例におけるセンサ出力と、蛍光Ｘ線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例によって求められたSi濃度と、蛍光Ｘ線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図８】鋼板の厚さ法方向でのSi濃度分布の例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施例におけるセンサ出力と、蛍光Ｘ線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施例によって求められたSi濃度と、蛍光Ｘ線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図１１】鋼材のSi濃度と抵抗率の関係の例を示す図である。
【図１２】従来の４端子触針接触式Si濃度計の概要を示す図である。
【図１３】従来の渦電流法によるSi濃度計の概要を示す図である。
【図１４】透磁率とSi濃度の関係の例を示す図である。
【図１５】従来の渦電流法によるSi濃度計の測定値と、蛍光Ｘ線分析で測定したSi濃度との関係の例を示す図である。
【図１６】Ｂ−Ｈカーブと微分透磁率の例を示す図である。
【符号の説明】
１…鋼材
２…渦電流センサ
３…直流磁化器
４…磁化力コントローラ
５…渦電流センサ電子回路
６ａ、６ｂ…微分透磁率測定用センサ
７…微分透磁率測定電子回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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