JFE 技報 No. 39（2017 年 2 月）p. 55-57

製品・技術紹介

高周波超音波探傷による軸受鋼清浄度評価法
Evaluation Method of Bearing Steels
using High-Frequency Ultrasonic Testing
1． はじめに軸受（ベアリング）は自動車など多くの機械における重要部品であり，このような軸受の素材として使われる軸受鋼には，繰返し応力に対する寿命（転動疲労寿命）の長寿命化が求められる。JFE スチールでは従来から長寿命化のた
1）めの取組を行なっている 。
長寿命化の取組のためには，製造条件毎に疲労寿命の評価を行ない，最適な製造条件を見出すことが求められる。しかし，転動疲労寿命試験は長期間に渡る試験であり，結果が出るまで時間がかかるため，改善取組の律速となっていた。
そこで，寿命特性良否を迅速に評価するため，高周波超音波探傷法を用いて疲労割れの起点となる鋼中介在物を評価する手法を新たに開発したので紹介する。

図 1 超音波 C スキャン探傷法の概要
Fig. 1

Schematic diagram of ultrasonic C-scan testing

2． 評価方法
転動疲労割れの原因となる介在物に関して，数 10 μ m 以2）下の微小介在物でも起点となることが報告されている 。そのため，鋼中介在物の評価法に対しては微小介在物を検出可能であることが求められる。一方で，評価の精度を上げるためには大体積の評価も求められる。そこで，超音波 C
スキャン探傷法3）による評価を検討した。

図 1 に超音波 C スキャン探傷法の概要を示す。試験体の

写真 1 超音波 C スキャン探傷の様子

表面に沿ったプローブ 2 次元走査を行ないつつ，深さ方向

Photo 1 View of ultrasonic C-scan testingについて一定の範囲（検査範囲）にある欠陥を検出する手法である。写真 1 には超音波 C スキャン探傷を行なう測定4）

装置の写真を示す。となるため ，ビーム直径を小さくして検出性能を向上させ

超音波 C スキャン探傷法を含む超音波探傷の特徴として，ることと検査深度を大きくすることは両立できないという問使用する超音波探触子により検出性能・検査速度・検査範題がある。そのため，探触子は目的に応じて選ぶ必要がある。

囲が大きく異なるという特徴がある。ここで，ビーム直径 d

本 評 価 で は，微 小 介 在 物 の 検 出 性 能 を 重 視 し，周 波 数と検査深度 l について，探触子の周波数 f，振動子直径 D，50 MHz 以上，ビーム直径 100 μ m 以下の高集束探触子を主焦点距離 F とするとに使用している。接触方式としては水浸法

d∝l∝

Ff・D
F2f・D2

2016 年 8 月 4 日受付を用いている。

超音波 C スキャン探傷により得られた信号を解析するにあたっては，介在物の圧延方向の長さにより，介在物が軸受製品の転走面近傍に出現する確率が変化することを考慮し，以下のような評価法を開発した。すなわち，所定の閾値以上の信号が取得された領域（指示領域）について圧延方向長さを算出し，さらに各領域についてそれらを足し合せて指示長さ総和を算出し，これを評価結果の主要な 1 項目と－ 55 －Copyright © 2017 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved.

5）高周波超音波探傷による軸受鋼清浄度評価法

図 4 検出された微小介在物画像の例
Fig. 4

Examples of inclusion images

図 2 指示長さ総和による評価の考え方
Fig. 2Concept of evaluation by summing indicated length

図 3 検査領域全体を評価した例
Fig. 3

Evaluating all of the testing area

図 5 本手法および顕微鏡観察による評価と寿命の比較して出力するようにした。この評価値は図 2 に示すように介Fig. 5 Comparing fatigue life with evaluated results ofconventional method and developed method

在物が実際の軸受製品の転走面近傍に出現する確率と対応すると考えられ，転動疲労寿命と良く対応するという期待ができる。

小介在物画像の例，およびそれらを個々に評価した結果を3． 評価例示す。図 4 左側の介在物は圧延方向に延伸しており，その結果，右側に示した点状の介在物より指示長さ総和が大き

図 3 に，本手法により超音波 C スキャン探傷，評価したな値となっていることがわかる。このように，探傷面全体を結果の例を示す。この図に示すように，検査領域内で検出評価するほかに個々の介在物を詳細に評価することも可能

された全ての介在物の指示長さを足し合せて指示長さ総和であり，これらを解析して製造条件の改善に反映することもとして取得し，評価している。ここに示すような広範囲の探できる。

2傷について，10 000 mm あたり 0.5～2 時間程度
（条件による）

図 5 には本手法を用いて高清浄度軸受鋼を評価した結果で評価が可能である。このとき，検査深度は 0. 数 mm～と，その軸受鋼の転動疲労寿命試験結果（スラスト寿命）

1.0 mm 程 度（ 使 用 す る 探 触 子 に よ り 決 ま る ） で あ り，との比較を示す。本手法との比較として，光学顕微鏡を用

2310 000 mm の 検 査 は 検 査 体 積 と し て は 数 1 000 mm ～3

図 4 に超音波 C スキャン探傷により検出された個々の微JFE 技報 No. 39（2017 年 2 月）

いて同一の軸受鋼の一部を評価した結果と疲労寿命との比較も示している。これらの疲労寿命との比較によると，今回10 000 mm に対応する。

評価した高清浄度軸受鋼においては，光学顕微鏡による評－ 56 －

高周波超音波探傷による軸受鋼清浄度評価法

価と寿命とは良い相関が見られない（一見すると正の相関より，製品清浄度および疲労寿命のさらなる改善取組を迅があるように見えるが，これは介在物が大きいほど寿命が長速化し，今後ともさらなる軸受鋼の長寿命化に取り組んでいことになり不合理である）のに対し，今回開発した手法にいく。

よる評価は寿命との相関が見られ，高清浄度軸受鋼の評価法として有効であることがわかる。

参考文献

4． おわりに3）廣瀬壮一．応用力学論文集．2004, vol. 7, p. 3-12.

1）JFE 技報．2009, no. 23, p. 55-56.
2）藤松威史，平岡和彦，山本厚之．鉄と鋼．2008, vol. 94, no. 1, p. 13-20.
4）（社）日本非破壊検査協会．超音波探傷試験 III（2001 年版）．p. 47.
5）（社）日本非破壊検査協会．超音波探傷試験 III（2001 年版）．p. 95.

軸受鋼の疲労寿命に影響をおよぼす鋼中微小介在物の評価のため，高周波超音波 C スキャン探傷法を用い，検査体〈問い合わせ先〉

積中の介在物指示長さ総和を評価する手法を開発した。本JFE スチール スチール研究所 計測制御研究部

手法による評価は転動疲労寿命試験と良い相関が得られてTEL：044-322-6444

いる。本手法を用いて軸受鋼の迅速な評価を行なうことに－ 57 －JFE 技報 No. 39（2017 年 2 月）
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