(57)【要約】【課題】  欠陥の発生状況を定量的に評価することが可能な鋼材の表面欠陥評価方法を提供する。【解決手段】  超音波探傷用探触子を鋼材の周囲で回転させ鋼材の断面の少なくとも１つのゲート領域をスパイラル状に鋼材の長手方向にわたって探傷する超音波探傷検査を、少なくとも１つの鋼材について行って欠陥を検出し、各鋼材について、検出された欠陥を、第１の軸を超音波探傷用探触子の回転方向とし第２の軸を鋼材の長手方向としたデータマップ内のメッシュに配置する。【選択図】  図４
2009257896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探傷用探触子を鋼材の周囲で回転させ鋼材の断面の少なくとも１つのゲート領域をスパイラル状に鋼材の長手方向にわたって探傷する超音波探傷検査を、少なくとも１つの鋼材について行って欠陥を検出し、
前記各鋼材について、検出された前記欠陥を、第１の軸を超音波探傷用探触子の回転方向とし第２の軸を鋼材の長手方向としたデータマップ内の対応するメッシュに配置することを特徴とする鋼材の表面欠陥評価方法。
【請求項２】
前記欠陥の存在するメッシュ数を、すべての前記鋼材について合計して不良面積を求め、
前記データマップの全メッシュ数を、すべての前記鋼材について合計して総面積を求め、
前記不良面積を前記総面積で除することにより不良面積率を求め、該不良面積率に基づいて欠陥発生量の定量的評価を行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼材の表面欠陥評価方法。
【請求項３】
前記鋼材断面内のゲート領域を、表面直下ゲート領域と、表面ゲート領域とに区分し、
前記検出された欠陥を、前記表面直下ゲート領域で検出された欠陥と、前記表面ゲート領域で検出された欠陥と、前記表面直下ゲートと表面ゲートとの両方の領域で検出された欠陥と、に区別して、前記データマップ内のメッシュに配置することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の表面欠陥評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の表面欠陥評価方法に関し、特に、欠陥の発生状況を定量的に評価することが可能な鋼材の表面欠陥評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特殊鋼からなる丸棒鋼は、鋼片が圧延されることで得られる。通常は、タンデムに並べられた粗列圧延機、中間列圧延機及び仕上列圧延機による多段圧延が施される。この圧延によって鋼片は徐々に細径化し且つ長尺化して、丸棒鋼が得られる。ユーザーの要求によっては、圧延によって得られた丸棒鋼に、さらに、熱処理、ピーリング加工などを施して丸棒鋼（成品）とする。
【０００３】
このように製造される丸棒鋼には表面及び表面直下に欠陥（以下、疵ともいう）が存在することがある。欠陥の数によっては丸棒鋼の品質を損なうため、丸棒鋼の用途にあわせた表面欠陥の検査を行い、高品質の丸棒鋼のみを出荷する必要がある。
【０００４】
丸棒鋼の表面及び表面直下の欠陥の代表的な検査方法には、斜角探傷用の探触子を備える全自動超音波探傷装置を用いた検査がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一般的な全自動超音波探傷装置は、垂直探傷用の探触子及び斜角探傷用の探触子を備え、垂直探傷用の探触子及び斜角探傷用の探触子から丸棒材内に超音波ビームを入射させることにより、被探傷材内の内部疵を検出している。
【０００６】
ここで、全自動超音波探傷装置を用いた欠陥の検査手法について簡単に説明をする。図１は、斜角探傷による超音波探傷の原理を示す図である。丸棒鋼の表面ゲート（以下、Ｌｏともいう）及び表面直下ゲート（以下、Ｌｉともいう）については斜角探触子で探傷される。図１（ａ）に示すように、丸棒鋼の表面から入射した超音波は45度の角度で屈折して、図１（ｂ）に示すように、表面及び表面直下領域のゲートにある欠陥で反射したエコーを欠陥信号として捕らえる。
【０００７】
図２は、垂直探傷による超音波探傷の原理を示す図である。丸棒鋼の中心部及び中間部については垂直探触子で探傷される。図２（ａ）に示すように、超音波は丸棒鋼の表面から屈折せずにそのまま入射し、図２（ｂ）に示すように、中間部、及び中心部領域のゲートにある欠陥で反射したエコーを欠陥信号として捕らえる。
【０００８】
垂直探傷用の探触子及び斜角探傷用の探触子は、それぞれ水が封入されたホルダーにセットされて、図１及び図２中のＡの方向に丸棒鋼の周囲を回転し、ホルダー内を走行する丸棒鋼の断面の全領域がスパイラル状に丸棒鋼の全長にわたって探傷されることとなる。
【特許文献１】特開２００７−２７１３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図３は、全自動超音波探傷装置を用いた欠陥の検出結果の一例を示す図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、Ｌｏ波形及びＬｉ波形が１本の丸棒鋼の全長（図では6.8ｍ）にわたって探傷され、反射の強度及び欠陥の存在する丸棒鋼の軸方向の位置に応じて反射の強度分布が生じる。
【００１０】
図３（ｃ）は、Ｌｏ波形及びＬｉ波形の強度が所定のしきい値を超えた場合には、欠陥有りと判定してイベントを立たせ、丸棒鋼の軸方向の位置にイベントを表示した図である。
【００１１】
しかしながら、図３（ｃ）に示すチャートからは、欠陥の丸棒鋼の長手方向の位置関係のみしか判明しない。また、従来は、同一ロット内で１個以上のイベントの立った丸棒鋼の本数の比率（以下、不良率とする）の評価方法であり、同一ロット全体の内の何本の鋼材に疵があったかは判断できるが、１本あたりどの程度の疵が発生しているかについては不明であった。また、疵の数は１箇所に重複していなければ計算可能だが、複数の疵が丸棒鋼の軸方向の同一の位置に重複して存在する場合には、疵の数を少なく計測してしまうという問題があった。
【００１２】
このように、従来は鋼材の表面部（Ｌｏ）および表面直下部（Ｌｉ）の欠陥の有無を不良本数率で評価していたが、不良本数率が同等であっても鋼材１本あたりの欠陥個数が大きく違う場合があり、欠陥発生状況の定量的な評価が可能な指標が望まれていた。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、欠陥の発生状況を定量的に評価することが可能な鋼材の表面欠陥評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の鋼材の表面欠陥評価方法は、超音波探傷用探触子を鋼材の周囲で回転させ鋼材の断面の少なくとも１つのゲート領域をスパイラル状に鋼材の長手方向にわたって探傷する超音波探傷検査を、少なくとも１つの鋼材について行って欠陥を検出し、各鋼材について、検出された欠陥を、第１の軸を超音波探傷用探触子の回転方向とし第２の軸を鋼材の長手方向としたデータマップ内の対応するメッシュに配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の鋼材の表面欠陥評価方法によれば、検出された欠陥を、第１の軸を超音波探傷用探触子の回転方向とし第２の軸を鋼材の長手方向としたデータマップ内のメッシュに配置することにより、疵の位置と疵の深さを判別可能としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態である鋼材の表面欠陥評価方法について、図を参照して詳細に説明をする。
【００１７】
図４は、本実施形態の鋼材の表面欠陥評価方法で用いるデータマップを示す図である。
【００１８】
図４に示す本実施形態のデータマップは、図３に示すチャートと同一の条件で、斜角探傷用の探触子により鋼番１の同一の鋼材について全自動超音波探傷を行った結果をマップ状のデータとして出力したものである。
【００１９】
本実施形態では、図１に示す斜角探傷法におけるＬｏを丸棒鋼の直径Ｄに対し表面から0〜5％Ｄの範囲とし、Ｌｉを、直径Ｄに対し5〜15％Ｄの範囲として判定を行っている。
【００２０】
図４に示す本実施形態のデータマップの縦軸は、図１に示す斜角探傷用の探触子を丸棒鋼の周囲の図中のＡの方向に回転させて欠陥を探傷した場合に、１周360°を20メッシュに分割して各位置ごと（すなわち、18°ごと）に探傷を行った場合の検出結果を示す。
【００２１】
また、図４に示す本実施形態のデータマップの横軸は、丸棒鋼１ｍあたり10メッシュに分割して、丸棒鋼の全長（6.8ｍ）にわたって、各位置ごとに探傷を行った場合の丸棒鋼の軸方向の検出結果を示す。
【００２２】
Ｌｏ及びＬｉについては、各々所定のしきい値を超えた場合に、データマップ上の対応する位置にイベントを表示する。
【００２３】
イベントの表示は、Ｌｏでしきい値を超えた場合には「１」、Ｌｉでしきい値を超えた場合には「２」、同一位置（同一メッシュ）にて、Ｌｏ及びＬｉともにしきい値を超えた場合には「３」と表示を出す。これにより、本実施形態のデータマップは、鋼材１本１本について、浅い疵（Ｌｏのみ）、深い疵（Ｌｏ＋Ｌｉ）、及び深いが表面は圧延中に圧着し表面に露出していない疵（Ｌｉのみ）を識別し、疵の位置と疵の深さを判別可能としている。また、イベントの数で鋼材の品質も評価することを可能としている。
【００２４】
図３（ｃ）と図４とを比較した場合には、両図中のＡ領域のように疵が１つの場合には、特に問題は発生しない。両図中のＢ領域のように、同一箇所に疵が複数重複している場合には、図３（ｃ）では、１つの疵データとして表示されてしまうのに対し、図４では、疵の数が正しく表示されている。
【００２５】
また、両図中のＣ領域のように、複数の疵が密集している場合には、図３（ｃ）では長い疵があることだけわかるが、図４からは、広がった疵であることがわかる。また、図４では指標「３」が存在するため、深い疵があることがわかる。
【００２６】
このように、鋼番１の鋼材について、ＬｏとＬｉの波形に対し、しきい値を超えた部分にイベントが立つが、本実施形態によれば、イベント発生位置を円周を20メッシュ、長手方向を10メッシュ／ｍの展開図となるデータマップにて取得し、イベントの立った面積率（以下、不良面積率とする）として評価指標を設けることにより、鋼番１の一本一本の疵の発生量を定量的に把握することを可能としている。図４では、不良面積率は2.72％（＝37個／（20メッシュ＊10メッシュ／ｍ＊6.8ｍ））となり、特に表面からの深い疵についての不良面積率は、0.07％（＝1メッシュ／（10メッシュ／ｍ＊6.8ｍ））となる。
【００２７】
図５は、鋼番１とは異なる鋼番２の鋼材について全自動超音波探傷装置を用いた欠陥の検出を行い、従来の評価を行った結果を示す図である。図６は、鋼番２の鋼材について本実施形態のデータマップを作成した図である。図３と図５からわかるように、鋼番２の鋼材は鋼番１の鋼材と比較して、疵が多く発生している。
【００２８】
表１は、従来の評価方法を用いて、図３と図５の鋼材を含む各鋼番の計130本の鋼材の検出結果から、欠陥の発生状況を評価した結果を示す表である。また、表２は、本実施形態のデータマップによる評価方法を用いて、図４と図６の鋼材を含む各鋼番の計130本の鋼材の検出結果から、欠陥の発生状況を定量的に評価した結果を示す表である
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
なお、表２において「総面積」とは、図４、図６に示す鋼番１、２の各鋼材のデータマップのメッシュ数を検査本数130本の鋼材について合算した面積であり、「Ｌｏ面積」とは、図４、図６に示す鋼番１、２の各鋼材のデータマップのイベント「１」が立った各メッシュ数を検査本数130本の鋼材について合算した面積であり、「Ｌｉ面積」とは、図４、図６に示す鋼番１、２の各鋼材のデータマップのイベント「２」が立ったメッシュ数を検査本数130本の鋼材について合算した面積である。
【００３２】
表１からは、鋼番１と鋼番２との間では、Ｌｏ不良本数率が94.6％、及び97.7％と若干悪化しているものの、大きな差異を認識することはできない。したがって、従来の評価方法によれば、鋼番１と鋼番２とはほぼ同一の品質を有すると判断されてしまう。
【００３３】
一方、表２からは、鋼番１と鋼番２との間では、Ｌｏ不良面積率が0.537％及び1.008％とほぼ倍の数値となっており、疵の発生している総量が非常に多く、次工程の疵取り作業の負荷が増大することがわかる。したがって、本実施形態の評価方法によれば、鋼番１と鋼番２とは品質に大きな差があると判断され、前工程に警告を発することなどにより対処することが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施形態では斜角探傷を行う場合を例として説明したが、垂直探傷を行う場合も同様であり、表面ゲート（Ｌｏ）及び表面直下ゲート（Ｌｉ）に換えて、中間ゲート（ＩＡｆ、ＩＡＢ）及び中心ゲート（ＩＢ）の欠陥信号を取得し、上記実施形態のデータマップを作成して評価を行えばよい。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の実施例について説明をする。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
軸受鋼（ＳＵＪ２）を分塊圧延機にてφ167−7ｍのビレットに圧延し、冷却を経てＲＵＳＴにて超音波探傷を実施した。
【００３７】
データの集計は製鋼での出鋼単位で実施（130本／Ｃ＃）する。
【００３８】
データの集計を行うと、前回集計後から今回集計処理指令を出すまでの間に検査した対象材の検査本数、Ｌｏ不良本数、Ｌｉ不良本数、検査面積、Ｌｏ不良面積、Ｌｉ不良面積、の数値及びＬｏ不良本数率、Ｌｉ不良本数率、Ｌｏ不良面積率、Ｌｉ不良面積率が算出され、プリントアウトされる。
【００３９】
品質管理データとして従来からのＬｏ不良本数率、Ｌｉ不良本数率に加え、本実施例では、Ｌｏ不良面積率、Ｌｉ不良面積率をＰＣに登録し、従来値に比べて増減がないかを評価する。
【００４０】
【表３】
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【００４１】
表３からは、鋼材No.2は、疵取本数多く、かつ疵発生面積も多いことがわかる。また、鋼材No.8は、No.6に比べ疵取本数は少ないが疵取している面積が多いことがわかる。また、鋼材No.11は、疵取本数多く、かつ疵発生面積も多いことがわかる。
【００４２】
（定常の操業中の操業異常を発見する例）
また、表３の鋼材No.1と鋼材No.2からわかるように８月の月単位の集計においてＬｏ不良本数率は95％程度とほぼ同等の値であるが、Ｌｏ不良面積率は0.7％であったものが1.45％と上昇している。このように、疵の発生している本数に変化はないが、疵の総量は増加傾向にあり、上工程および技術管理部（管理部門）へ通報し、原因調査を開始することが可能となる。また、状態としては疵取処置をしている本数に変化はないが疵取している面積が大きくなっており、疵取処理上の負荷が増大していることが判別できる。
【００４３】
以上、説明したように本実施形態の鋼材の表面欠陥評価方法によれば、超音波探傷用探触子を鋼材の周囲を回転させ、鋼材の断面の表面直下ゲートと、表面ゲートと、表面直下ゲートと表面ゲートとの両方とをスパイラル状に鋼材の長手方向にわたって探傷する超音波探傷検査を行って欠陥を検出し、検出した欠陥をデータマップに配置し、データマップから欠陥の存在する不良面積率を求めることにより、欠陥発生状況の定量的な評価を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】斜角探傷による超音波探傷の原理を示す図である。
【図２】垂直探傷による超音波探傷の原理を示す図である。
【図３】従来の全自動超音波探傷装置を用いた欠陥の検出結果の一例を示す図である。
【図４】本実施形態の鋼材の表面欠陥評価方法を用いたデータマップの一例を示す図である。
【図５】従来の全自動超音波探傷装置を用いた欠陥の検出結果の他の例を示す図である。
【図６】本実施形態の鋼材の表面欠陥評価方法を用いたデータマップの他の例を示す図である。
【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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