(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検材に磁界を生じさせずに、被検材の電気抵抗値を測定する第１測定工程と、
被検材に異なる強さの磁界を生じさせて、被検材の電気抵抗値を測定する第２測定工程と、
前記第１測定工程で測定された電気抵抗値と前記第２測定工程で測定された電気抵抗値とから前記被検材に磁界を加えることにより変化する電気抵抗値の変化分を算出する算出工程と、
前記算出された電気抵抗値の変化分と磁界の強さとの関係及び前記電気抵抗値の変化分と予め磁界による電気抵抗値の変化分と材料特性との相関関係を求めた特性データとに基づいて、前記被検材の材料特性を評価する評価工程と、
を含むことを特徴とする材料特性評価方法。
【請求項２】
被検材に対し磁界を生じさせる着脱可能な一対の磁石と、
被検材の電気抵抗値を測定する測定手段と、
被検材から前記磁石を外して測定した電気抵抗値と、被検材に前記磁石を取り付けて測定した電気抵抗値とから前記被検材に磁界を加えることにより変化する電気抵抗値の変化分を算出する算出手段と、を備え、
前記算出された電気抵抗値の変化分と、予め磁界による電気抵抗値の変化分と材料特性との相関関係を求めた特性データとに基づいて前記被検材の材料特性を評価することを特徴とする材料特性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料の残留応力レベル、疲労損傷度、照射損傷度、熱脆化度等の特性を非破壊検査手法により評価する方法及び装置に関するものであり、特に被検材の磁気抵抗効果を利用した評価方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
材料の特性、特に材料の加工時の残留応力レベルを非破壊測定する方法としては、従来からＸ線残留応力測定法や、磁気的手法としてのバルクハウゼン法が一般的に知られている。
【０００３】
Ｘ線残留応力測定法は、材料の応力は結晶粒子の微少な変形に基づくことから、被検材にＸ線を透過して結晶の格子点の変位を測定することにより残留応力を算出する手法である。
【０００４】
バルクハウゼン法は、強磁性体に磁化を与えた場合に磁壁の不連続的な移動によって磁化するために、二次コイルに雑音（バルクハウゼンノイズ）が生じる現象が起きるが、この雑音は残留応力等の状態を指示するものであるため、これを利用して被検材の応力場とその状態を診断するという手法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
Ｘ線残留応力測定法は測定結果に信頼性が高い点で優れており、Ｘ線残留応力測定法を利用した搬送可能な測定装置も一般に知られている。しかしながら、Ｘ線残留応力測定法、Ｘ線を放射させるために装置の寸法が過大となり、また重量も大きい。このため、測定場所が狭い等空間的に制限のある場所では測定装置を設置できない。また、重量も大きいのでたとえ広い場所でも搬送して設置することに過大な労力を要する。更には、このようなＸ線残留応力測定装置は水中では使用できない。
【０００６】
一方、バルクハウゼン法を利用した測定装置の場合には、比較的狭い設置場所でも測定可能であるが、一般に強磁性体の材料を測定対象としているため、アルミ、銅、オースナイト系ステンレス鋼等の非磁性体の残留応力を測定することはできないという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、測定場所を選ばずにコンパクトな構成で、非磁性体、磁性体問わずに材料の特性を評価できる材料特性評価方法及び装置を提供することを主な目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、被検材に磁界を生じさせずに、被検材の電気抵抗値を測定する第１測定工程と、被検材に異なる強さの磁界を生じさせて、被検材の電気抵抗値を測定する第２測定工程と、前記第１測定工程で測定された電気抵抗値と前記第２測定工程で測定された電気抵抗値とから前記被検材に磁界を加えることにより変化する電気抵抗値の変化分を算出する算出工程と、前記算出された電気抵抗値の変化分と磁界の強さとの関係及び前記電気抵抗値の変化分と予め磁界による電気抵抗値の変化分と材料特性との相関関係を求めた特性データとに基づいて、前記被検材の材料特性を評価する評価工程と、を含むことを特徴とする材料特性評価方法に係るものである。
【０００９】
この請求項１に係る発明は、磁気抵抗効果を利用して被検材の材料特性を評価する方法である。磁気抵抗効果は、一定温度下で固有の電気抵抗を有する物質に、磁界を加えることにより電気抵抗値が変化する現象であり、その電気抵抗値の変化分、即ち電流の流れている導体を磁場中に置くことによって現れる電気抵抗を磁気抵抗という。磁気抵抗効果としては、電流の流れる方向と平行な方向に磁界を加えた場合に生じる縦磁気効果と、電流の流れる方向に対して直角に磁界を加えた場合に生じる横磁気効果がある。
【００１０】
この磁界による電気抵抗値の変化分は、材料の特性と相関関係にある。一例として被検材に引張応力を加えた場合（６８０ＭＰａ）と加えない場合（０ＭＰａ）とにおける磁気抵抗と磁界の強さとの関係を示す説明図を図４に示す。横軸は被検材に加えた磁界の強さを示し、縦軸はΔρ／ρ1を示している。ここで、Δρは磁気抵抗であり、ρ1は磁界を生じていない状態での電気抵抗値である。また図４では、縦磁気効果と横磁気効果の両方を示している。図４からわかるように、引張応力を加えた材料（▲，●）には、引張応力を加えない材料（□，△）に比べて磁気抵抗が生じていることがわかる。
【００１１】
従って、予め磁界による電気抵抗値の変化分と材料特性との相関関係を求めた特性データを用意しておけば、被検材の磁界による電気抵抗値の変化分を求めることにより、被検材の材料特性を評価することが可能となる。例えば材料特性として残留応力レベルを測定する場合であれば、被検材となる材料に所定の引張応力を与えた場合の残留応力の絶対値及び方位等と磁界による電気抵抗値の変化分との相関関係を示す曲線を特性データとして求めておく。特性データで用いる磁界による電気抵抗値の変化分は本発明の第１測定工程、第２測定工程、及び算出工程により求めればよい。尚、本発明における材料特性とは、残留応力レベルの他、疲労損傷度、照射損傷度、熱脆化度、不純物含有量、ジルカロイの水素吸収量等も含まれる。
【００１２】
本発明では、まず第１測定工程で被検材に磁界を生じさせない状態で被検材の電気抵抗値を測定して、第２測定工程で被検材に磁界を生じさせた状態で被検材の電気抵抗値を測定する。ここで、電気抵抗値を測定する方法としては、被検材に電流を流し、流した電流と電圧とを測定して電気抵抗値を求める公知の方法で行う。
【００１３】
そして、算出工程で、この２つの測定工程で測定された２つ電気抵抗値から磁界による電気抵抗値の変化分を算出する。評価工程では、この電気抵抗値の変化分と先に求めた特性データとに基づいて被検材の材料特性を評価する。
【００１４】
このように本発明では、磁気抵抗効果を利用して被検材の材料特性を評価するので、被検材が強磁性体である場合には勿論、非磁性体であっても材料特性の評価を行うことが可能となる。また、本発明では、被検材に磁界を発生させるための磁石等と、電気抵抗を測定するための簡単な回路とによって材料特性の評価ができるので、過大な設備を必要とするＸ線等放射線を利用した材料特性評価方法に比べて、小型で軽量な設備で材料特性の評価を行うことが可能となる。
【００１５】
本発明では、縦磁気効果、横磁気効果のいずれも、あるいは縦磁気効果と横磁気効果の両方を算出して材料特性の評価に用いることができる。従って、縦磁気効果を利用する場合には、第２測定工程で電流の流れる方向と平行な方向に磁界を生じさせた上で電気抵抗値を測定し、横磁気効果を利用する場合には、第２測定工程で電流の流れる方向と直角の方向に磁界を生じさせた上で電気抵抗値を測定するように構成することは任意である。
【００１６】
尚、本発明では、磁界の有無による電気抵抗の差から磁界による電気抵抗値の変化分を求めれば良いので、第１測定工程と第２測定工程はいずれを先に行っても良い。
【００１７】
請求項２に係る発明は、被検材に対し磁界を生じさせる着脱可能な一対の磁石と、被検材の電気抵抗値を測定する測定手段と、被検材から前記磁石を外して測定した電気抵抗値と、被検材に前記磁石を取り付けて測定した電気抵抗値とから前記被検材に磁界を加えることにより変化する電気抵抗値の変化分を算出する算出手段と、を備え、前記算出された電気抵抗値の変化分と、予め磁界による電気抵抗値の変化分と材料特性との相関関係を求めた特性データとに基づいて前記被検材の材料特性を評価することを特徴とする材料特性評価装置に係るものである。
【００１８】
この請求項２に係る発明は、請求項１に係る材料特性評価方法を実施するための装置であり、本発明の作用効果は請求項１に係る発明と同様である。
【００１９】
また、一対の磁石は被検材に対し磁界を発生させた状態で電気抵抗を測定できると共に、磁界を発生させない状態で電気抵抗を測定できるようにするために、着脱可能に構成されていれば良く、両方の磁石を着脱可能に構成する他、一方の磁石のみを着脱可能に構成してもよい。
【００２０】
本発明の測定手段は、被検材の電気抵抗値を測定できるものであれば良く、２個の電流端子、２個の電圧端子、電流端子から被検材に電流を流す電源、電圧端子間の電圧を測定する電圧計等の簡易な構成を採用することができる。
【００２１】
本発明では、このように一対の磁石と、測定手段と、算出手段とを設ければ、材料特性の評価が可能となるので、簡易な構成で評価を行うことができ、Ｘ線等の放射線を利用した従来の材料特性評価装置に比べて、装置の小型化及び軽量化が図りながら非磁性体、磁性体を問わず材料特性の評価が可能となる。
【００２２】
本発明においても、縦磁気効果、横磁気効果のいずれも利用することができる。縦磁気効果を利用する場合には、一対の磁石を電流の流れる方向と平行な方向に磁界を生じさるように配置し、横磁気効果を利用する場合には、一対の磁石を電流の流れる方向と直角の方向に磁界を生じさせるように配置すれば良い。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態について、以下図示例とともに説明する。本実施形態は、本発明の材料特性評価装置を材料の残留応力を非破壊評価する残留応力評価装置に適用したものであり、図１はその概略構成を示す模式図である。
【００２４】
図１に示すとおり、本実施形態の残留応力評価装置１は、一対の磁石２ａ，２ｂと、２個の電流端子３と、２個の電圧端子４と、電圧端子４間の電圧を測定する電圧計Ｖと、電流端子３間に電流を供給する電池５と、磁界による電気抵抗値の変化分を算出する算出部６とを備えている。
【００２５】
一対の磁石２ａ，２ｂは、被検材７に磁界を生じさせるものである。一対の磁石のうち、磁石２ａは被検材７と着脱可能となっており、図１に示すように被検材７に取り付けた状態で被検材７に磁界を生じさせるようになっている。このときの磁界方向は図１のＡ方向となっている。一方、図２は磁石２ａを被検材７から取り外した状態を示しており、このような状態では、当然被検材７に磁界は生じない。
【００２６】
２個の電流端子３は、被検材７に所定間隔で取り付けられており、電池５からの電流の供給によって被検材７に電流を流すものである。電流方向は図１におけるＢ方向となっており、磁界方向Ａと平行であるため、縦磁気効果が生じるようになっている。この電流端子３の間隔は被検材７のサイズ等によって任意に定めることができる。
【００２７】
２個の電圧端子４も所定間隔で被検材７に取り付けられており、この電圧端子４間に電圧を電圧計Ｖで測定するようになっている。電圧端子４の間隔は、各電圧端子４が夫々電流端子３の近傍に取り付けるように構成する。
【００２８】
２個の電流端子３、２個の電圧端子４、電圧計Ｖ、電池５は本発明の測定手段を構成するものであり、電圧計Ｖで測定された電圧値（２個の電圧端子４間の電圧）を２個の電流端子３に供給された電流値で除算することにより電気抵抗値が求められる。
【００２９】
算出部６は、被検材７から磁石２ａを外して測定した電気抵抗値と、被検材７に磁石２ａを取り付けて測定した電気抵抗値とから磁界による電気抵抗値の変化分を算出し、更にこの電気抵抗値の変化分と磁界を生じていない状態での電気抵抗値との比を算出するものであり、本発明の算出手段を構成する。算出部６は、簡易な電子式卓上計算機等で構成することができる。
【００３０】
ここで、被検材７から磁石２ａを外して測定した電気抵抗値をρ１、被検材７に磁石２ａを取り付けて測定した電気抵抗値をρ２とすると、磁界による電気抵抗値の変化分Δρは数１式で示される。本実施形態では、この電気抵抗値の変化分Δρをρ１で除した評価値Δρ／ρ１を材料の残留応力レベルの評価に用いている。
【００３１】
【数１】
Δρ＝ρ２−ρ１
評価値Δρ／ρ１
【００３２】
尚、本実施形態では、被検材７の縦磁気効果を利用して残留応力の評価を行っているが、磁界方向Ａが電流方向Ｂと直交するように一対の磁石２ａを図３に示すように配置して、横磁気効果を利用して残留応力の評価を行うようにしても本発明の効果は達成される。
【００３３】
以上のように構成された残留応力評価装置１を使用して、被検材としてのＳＵＳ３０４材７の残留応力（残留歪み）の評価を行う方法について説明する。本実施形態では、１１００℃において溶体化熱処理を行った非磁性体であるＳＵＳ３０４材７に対して、６８０ＭＰａの引張応力を加えた場合の残留応力の評価を行っている。図５は、本実施形態の残留応力の評価方法のフローチャートである。
【００３４】
まず、図２のようにＳＵＳ３０４材７から磁石２ａを取り外し（ステップ５０１）、この状態で電流端子３に流した電流値と、電圧計Ｖにより測定した電圧値とにより磁界が生じていない状態での電気抵抗値ρ１を測定する（ステップ５０２）。
【００３５】
次に、図１のようにＳＵＳ３０４材７に磁石２ａを取り付け（ステップ５０３）、この状態で電流端子３に流した電流値と、電圧計Ｖにより測定した電圧値とにより磁界が生じている状態での電気抵抗値ρ２を測定する（ステップ５０４）。
【００３６】
次いで、電気抵抗値ρ２とρ1との差から磁界による電気抵抗値の変化分Δρを求め（ステップ５０５）、磁界による電気抵抗値の変化分Δρと電気抵抗値ρ1の比を評価値として算出する（ステップ５０６）。
【００３７】
ここで、図４は、ＳＵＳ３０４材７に６８０ＭＰａの引張応力を加えた場合の磁界による電気抵抗値の変化分と磁界との関係（▲，●）と、引張応力を加えない場合（０ＭＰａ）の磁界による電気抵抗値の変化分と磁界との関係（□，△）とを示している。図４からわかるように、引張応力を加えた材料には、引張応力を加えない材料に比べて磁界による電気抵抗値の変化分が生じている。このような磁界による電気抵抗値の変化分が現れる理由としては、ステンレス鋼材の引張による歪みに伴うマルテンサイト変態及び磁化が挙げられる。このため、予め残留応力と、Δρ／ρ1との相関関係を残留応力特性データとして求めておく。このような特性データの一例を図６に示す。図６は、ＳＵＳ３０４材の応力付加に伴う磁気抵抗効果の変化をグラフで示した説明図であり、横軸が付加応力（ＭＰａ）であり、縦軸がΔρ／ρ（％）となっている。尚、磁場の強さは０．４Ｔとしている。
【００３８】
そして、この残留応力特性データを参照して（ステップ５０７）、評価値Δρ／ρ1の値から残留応力（残留歪み）の絶対値及び方位を非破壊的に評価する（ステップ５０８）。
【００３９】
このように本実施形態の残留応力評価装置１及び方法では、被検材７の磁気抵抗効果を利用しているので、ＳＵＳ３０４材７のような非磁性体に対しても残留応力の評価を行うことが可能となる。また、装置の構成も簡易なものとなり、過大な装置は必要としないので小型化及び軽量化を図ることができる。
【００４０】
尚、本実施形態では被検材として非磁性体のＳＵＳ３０４材７を用いているが、他の非磁性体の材料を用いても良く、磁性体の材料の特性評価に適用できることはいうまでもない。
【００４１】
また、本実施形態では残留応力の評価に本発明を適用しているが、この他疲労損傷度、照射損傷度、熱脆化度、不純物含有量、ジルカロイの水素吸収量等の特性の評価にも適用できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明は、被検材に磁界を生じさせずに被検材の電気抵抗値を測定し、被検材に磁界を生じさせて被検材の電気抵抗値を測定し、磁界を生じさせない状態における電気抵抗値と磁界を生じた状態における電気抵抗値とから磁界による電気抵抗値の変化分を算出し、この算出された電気抵抗値の変化分と、予め磁界による電気抵抗値の変化分と材料特性との相関関係を求めた特性データとに基づいて、被検材の材料特性を評価するので、被検材が強磁性体、非磁性体を問わず、簡易な構成かつ小型で軽量な設備で材料特性の評価を行うことができるという効果を有する。このため、検査場所への材料特性評価装置の搬入が容易となり、また検査場所が狭い等空間的な制限がある場所の場合でも、容易に材料特性評価装置を設置して非磁性体の材料の特性評価を行えるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態の残留応力評価装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】  本実施形態の残留応力評価装置において、一方の磁石を取り外した状態を示す説明図である。
【図３】  本実施形態の残留応力評価装置において、横磁気効果を利用する場合の磁石の配置を示す構成図である。
【図４】  本実施形態の残留応力評価装置において、被検材に引張応力を加えた場合と加えない場合とにおける磁界による電気抵抗値の変化分と磁界の強さとの関係を示す説明図である。
【図５】  本実施形態の残留応力評価方法のフローチャートである。
【図６】  本実施形態で用いる残留応力特性データの一例としてのＳＵＳ３０４材の応力付加に伴う磁気抵抗効果の変化をグラフで示した説明図である。
【図１】
0004159013.tif 000002
【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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