(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
均熱工程、加熱工程および圧延工程をこの順で経た高炭素鋼材を磁気探傷検査するに当たり、前記均熱工程と加熱工程との間で、表面層をピーリングで研削して鋼材表面の脱炭層厚を薄くし、前記加熱工程における900℃を超える高温域での保持を60分以内に抑えることを特徴とする高炭素鋼材の表面欠陥検査方法。
【請求項２】
前記圧延工程後に、鋼材の表面欠陥を磁気探傷検査するに先立って、さらに、固溶炭素濃度を減少させる熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査方法。
【請求項３】
前記熱処理は、球状化焼鈍であることを特徴とする請求項２に記載の表面欠陥検査方法。
【請求項４】
製品の最大脱炭層厚Ｙ(×10-2mm)を、鋼材中の固溶炭素濃度Ｘ(×10-2wt％)との関係において、次式；
アズロール材：Ｙ≦−0.73Ｘ＋112.7
熱処理材：Ｙ≦−0.73Ｘ＋137.7
を満足するように調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表面欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気探傷法や渦流探傷法のような磁気探傷によって、鉄鋼材料の表面欠陥を非破壊検査する方法に関し、特に探傷ノイズを減少させて誤検査をなくするのに好適な方法を提案する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気探傷法や渦流探傷法のような磁気探傷による鉄鋼材料の表面欠陥検出において、ノイズを減少させて欠陥の誤検出を防止する方法としては、特開昭５５ー１２８１５１号公報に記載されているような方法が知られている。この方法は、磁気探傷や渦流探傷に先立ち、２本ロール式曲がり矯正機を用いて黒皮極細丸鋼を曲がり矯正したり、スケールの除去、かえりの矯正、真円度の向上等の丸鋼の表面性状を改善することで、表面欠陥の検査能率や精度を向上させる技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、検査対象である鋼材の種類によっては、上述したような表面性状の改善だけでは十分にノイズを減少させることができない場合がある。例えば、この方法を高炭素鋼材に対して適用した場合には、固溶炭素の含有量が大きいため、鋼材内部の固溶炭素濃度や脱炭層厚のばらつきに起因するノイズが大きくなり、欠陥の誤検出率が高くなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、従来技術が抱える上述したような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、鉄鋼材料の表面欠陥を検査する際のノイズを低減させて、誤検出をなくすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題につき鋭意研究した結果、発明者らは、鉄鋼材料中の固溶炭素濃度が透磁率、誘電率、電気抵抗等の物性値に影響を与えること、鋼材の表面脱炭層厚にばらつきがある場合にもまた透磁率が大きく変化して漏洩磁束が発生し(磁気探傷)または誘導磁界が乱れたり(渦流探傷)して検査ノイズ発生の原因となることを突き止め、本発明に想到した。
即ち、本発明は、均熱工程、加熱工程および圧延工程をこの順で経た高炭素鋼材を磁気探傷検査するに当たり、前記均熱工程と加熱工程との間で、表面層をピーリングで研削して鋼材表面の脱炭層厚を薄くし、前記加熱工程時における900℃を超える高温域での保持を60分以内に抑えることを特徴とする高炭素鋼材の表面欠陥検査方法である。
また、本発明の表面欠陥検査方法は、前記圧延工程後に、鋼材の表面欠陥を磁気探傷検査するに先立って、さらに、固溶炭素濃度を減少させる熱処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明において、固溶炭素濃度を減少させる熱処理方法は、球状化焼鈍であることが好ましい。
【０００９】
また本発明においては、製品の最大脱炭層厚Ｙ（×１0-2ｍｍ）を鋼材中の固溶炭素濃度Ｘ（×１０-2ｗｔ％）との関係において、アズロール材については、Ｙ≦−０．７３Ｘ＋１１２．７、熱処理材についてはＹ≦−０．７３Ｘ＋１３７．７を満足するように調整することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
一般に、磁性材料は固溶炭素［Ｃ］含有量に応じて透磁率や誘電率、電気抵抗が異なることはよく知られており、とりわけ透磁率の差異が大きい。そのため、鋼材表面欠陥を磁気探傷検査する場合に、その透磁率に影響する外乱要因があると、信号出力のノイズが大きくなり、欠陥の誤検出につながることになる。
【００１１】
例えば、鋼材表面の脱炭層厚あるいは鋼中の固溶炭素量にばらつきがあると、磁気探傷時に欠陥と無関係な漏洩磁束が出るとか、渦流探傷時に誘導磁界が乱れたりしてノイズの方が大きくなり、ひいては正確な検出を阻害することになる。しかも、この傾向は固溶炭素含有量が大きい材料ほど顕著である。
【００１２】
図１は、鋼材表面の磁気探傷時の表層部における磁束挙動を示す概略図であるが、脱炭層の薄い個所（Ａ）と厚い個所（Ｂ）とでは、漏洩磁束密度に差があり、この差がノイズとなって精度の高い欠陥検出を阻害するのである。
【００１３】
本発明は上述した現象に鑑み、非破壊検査時の信号出力の外乱要因をなくして、ノイズの低減を図ることで、誤検出のない精度の高い検出を行う方法を提案する。そのための方法として、本発明は、ａ）鋼材表面の脱炭層厚を薄くする方法、ｂ）鋼材表面層の固溶炭素濃度を減少させる熱処理を行う方法のいずれか少なくとも１つの方法を採用する。
【００１４】
ノイズの少ない非破壊検査を行う本発明の第１の方法としては、まず鋼材表面の脱炭層厚を薄くすることである。すなわち、この方法は鋼材表面の脱炭層厚を薄くすることにより、検査個所の差を少なくするために鋼材表面を研削除去する方法である。この方法は、ピーリング、スカーフィングもしくはグラインディングによって鋼材表面を研削除去することで、鋼材表面の脱炭層厚を薄くかつ均一にすることでノイズの発生を相対的に少なくしかつ均一にして、傷部分の出力を極立たせる方法である。なお、この処理は、製造工程の中間段階（半製品）でも最終段階（製品）のいずれで行っても良く、また鋼材表面の研削方法はピーリング、スカーフィングまたはグラインディングを適宜組み合わせて行っても良い。
【００１５】
また、鋼材表面の脱炭層厚を薄くする他の方法としては、鋼材を均熱、加熱するときに、９００℃を超える高温雰囲気での処理を６０分以内の短時間保持とすることで達成される。即ち、均熱炉、加熱炉の高温域での在炉時間を短くすることが有効である。均熱または加熱温度が９００℃を超える高温雰囲気であることの理由は、そのような高温雰囲気において鋼材の脱炭速度が急激に増加するためである。また、鋼材の溶融点やエネルギーコストを考慮した場合に、高温領域の上限値を約１３００℃とすることが望ましい。また、高温雰囲気での保持時間の下限値は、鋼材温度を均一にするために必要な時間であることが望ましい。この時間は鋼材の種類、形状、サイズ等によって若干異なるが、一般的には、１０分以上の時間であることが望ましい。
【００１６】
次に、ノイズの少ない非破壊検査を行う本発明の第２の方法は、鋼中の固溶炭素量を少なくする方法である。この方法の実現のために本発明では圧延後に熱処理を行う。特に、球状化焼鈍が好ましい。この球状化焼鈍は非酸化性雰囲気下で行うことが好ましい。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の作用効果を確認するために、軸受鋼（ＳＵＪ２）により丸鋼（丸棒鋼）を製造するプロセスに適用した例を説明する。
【００１８】
図２は、丸鋼の製造プロセスの概略を示すものであり、均熱工程１０、加熱工程２０、圧延工程３０、そして磁気探傷か渦流探傷による非破壊検査工程４０で構成されており、さらに前記均熱工程１０と加熱工程２０との間に表面研削工程５０が、また圧延工程３０と検査工程４０との間に球状化焼鈍工程６０が設けられる。
【００１９】
さて、図３は本発明の第１の方法の効果を確かめるためにＳＵＪ２の丸棒鋼素材（１７０ｍｍφ）を６５ｍｍφの丸鋼に成形した際、表面研削工程５０においてピーリングして脱炭層を除去した場合の製品の最大脱炭層厚と磁気探傷（ＭＦＬＴ）のノイズレベル（％）との関係を示したものである。この図に示すとおり、最大脱炭層厚が大きくなれば、磁気探傷（ＭＬＦＴ）のノイズレベルもそれにほぼ比例して大きくなっている。つまりノイズを抑えて誤検出を防止するには、鋼材表面の炭層厚を薄くすればよいことが確認された。
【００２０】
また、図４および図５はピーリングによる表面層の削除量に対する最大脱炭層厚および磁気探傷ノイズレベルとの関係を調べたものであり、表面層の削除量が大きくなれば、製品最大脱炭層厚が薄くなると同時にノイズレベルが低下することが確認された。
【００２１】
なお、上記実施例においては、脱炭層厚のばらつきを減少させるための処理としてのピーリングを均熱工程１０と加熱工程２０との中間において実施したが、この処理は圧延工程３０を終了した後に実施してもほぼ同じ効果を得ることができる。また、この研削処理はピーリングに代えてスカーフィングまたはグラインディングでも良いことは勿論であり、さらに、これらを組み合わせた表面研削を行うこともできる。
【００２２】
図６は、鋼材を均熱炉または加熱炉において９００℃以上の高温の雰囲気内に所定時間だけ保持することによって、最終的には直径を３８ｍｍの棒鋼としたときの在炉時間と磁気探傷合格率との関係を示すグラフである。この図に示される磁気探傷合格率は、磁気探傷合格ｔｏｎ数／磁気探傷検査ｔｏｎ数で定義され、誤検出したものを除いた最終合格率を表している。この図からわかるように、在炉時間が４０分前後の場合の合格率は７０〜９０％と高く、６０分を超えると４０％前後と次第に低くなっている。このことは、９００℃以上の高温の雰囲気における在炉時間は６０分以下であれば、誤検出が減少して良好な磁気探傷合格率を得ることができることを意味している。
【００２３】
この実施例は、鋼材を加熱炉において特に９００℃以上の高温雰囲気に３０分未満保持する例を述べたが、これは加熱炉に限定されるべきでなく、均熱炉や再加熱を行うプロセスにおいても同様のことが言える。
【００２４】
次に、探傷ノイズを減少させるための他の実施例として、鋼材中の固溶炭素濃度［Ｃ］を減少させる方法について実験した。この実験は、図２に示す製造プロセスにおいて、圧延工程３０の直後に非酸化性雰囲気下で行った球状化焼鈍工程６０の例である。図７は、このような熱処理を行って最終製品とした熱処理材の直径とノイズレベルとの関係を、熱処理を行わないで最終製品としたアズロール材との比較で示したものである。この図からわかるように、熱処理材の方が明らかにアズロール材よりもノイズレベルが小さいことであり、また最終製品の直径を小さくする程ノイズレベルが小さくなっていることである。すなわち、このような熱処理を施すことで、鋼材の表面層における脱炭層と非脱炭層との境界がブロードになり、ここでの透磁率の変化分が減少し、その結果磁気探傷ノイズが減少して、正確な検査ができるようになることが確認された。
【００２５】
また、図８は、熱処理を行った上記軸受鋼について、固溶炭素濃度と表面傷の探傷に必要な許容最大脱炭層厚との関係を、熱処理を行わないアズロール材との比較で示す。許容最大脱炭層厚は、誤検出率が２０％以下となるような脱炭層厚として定義される。この図からわかるように、固溶炭素濃度が小さい程、表面探傷の許容最大脱炭層厚が大きい。すなわち、固溶炭素濃度が小さければ小さい程、許容され得る脱炭層厚の最大値が大きいことがわかった。
なお、熱処理材とアズロール材について、固溶炭素濃度（Ｘ）と許容される製品最大脱炭層厚（Ｙ）との望ましい関係は、以下のような一次関数（１）および（２）で表され、
Ｙ＝−０．７３Ｘ＋１３７．７    ・・・（１）
Ｙ＝−０．７３Ｘ＋１１２．７    ・・・（２）
各固溶炭素濃度に対する許容最大脱炭層厚の範囲は上式の負領域で表される範囲（Ｙ≦ａＸ＋ｂ）であり、熱処理材の方が許容範囲が広く、ノイズの少ない検査ができることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、非破壊検査時のノイズ低減を実現することができるから、高い精度の鋼材表面欠陥検査ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼材表面における磁束挙動を説明するためのグラフである。
【図２】鋼材製造工程の一例を示す概略的説明図である。
【図３】製品最大脱炭層厚とノイズレベルとの関係を示すグラフである。
【図４】ピーリングによる削除量と製品最大脱炭層厚との関係を示すグラフである。
【図５】ピーリングによる削除量とノイズレベルとの関係を示すグラフである。
【図６】在炉時間と磁気探傷合格率との関係を示すグラフである。
【図７】最終製品径とノイズレベルとの関係を示すグラフである。
【図８】固溶炭素濃度と許容最大脱炭層厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  均熱工程
２０  加熱工程
３０  圧延工程
４０  検査工程
５０  表面研削工程
６０  球状化焼鈍工程
【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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