JPH01214757A - 金属薄板の深絞り性評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低炭素冷延鋼板等の圧延された金属薄板の深絞
り性を評価するのに使用する装置に関する。

〔従来技術〕

自動車、家電製品等の製品の外装に用いられる冷延鋼板
は一般に、プレス成形によって深絞り加工が施されるた
め、その加工性特に深絞り性が重要視されているが、該
深絞り性は、前記鋼板が伸ばされたときに生じる板幅方
向の歪みと板厚方向の歪みとの比、所謂塑性歪み比（ラ
ンクフォード値又はｒ値ともいう）によって評価されて
いる。

そして、該深絞り性を評価すべ（塑性歪み比を求めるに
は、次に述べるような方法が用いられている。例えば引
張り試験を行って塑性歪み比を直接的に求める直接法が
用いられている。該直接法による場合は、前記鋼板から
引張り試験片を採取し、該引張り試験片に対して１５〜
２０％の伸びを与える車軸引張り試験を行い、それによ
って生じた板幅方向の歪みと板厚方向の歪みとを実測す
ることによって塑性歪み比（ｒ　””　ｊ！　ｎ（Ｗ／
Ｗｅ／　７！ｎ（ｔ／ｌｏ）　。

讐、匈。、１，１．　　：引き伸し前後の試験片の板巾
、板厚）を直接的に求める。なお実際に用いられる塑性
歪み比としては、次式によって与えられる面内平均値７
が採用される。

ｒ”　（ｒｏＯ＋２　ｒ４ｓ・＋　ｒｑｏ・）　／　４
　　・＝（１）但し、ｒ６・　：圧延方向に沿って採取
した引張り試験片による塑性歪み比 ｒ４ｓ・　：圧延方向に対して４５°方向に採取した引
張り試験片による塑性 歪み比 ｒ、。・　：圧延方向に対して直交する方向に採取した
引張り試験片による 塑性歪み比 また所定の大きさのサンプルを共振させることによって
求めたヤング率から塑性歪み比を推定する共振法も用い
られる。該共振法による場合は、先ず前記鋼板から所定
の大きさのサンプルを採取し、該サンプルに対して電磁
誘導にて磁気歪みを与えて該サンプルを共振させる。そ
して共振するサンプルの共振周波数を電磁誘導にて求め
、該共振周波数よりサンプルのヤング率を求める。なお
実際に用いられるヤング率としては次式によって与えら
れる平均ヤング率πが採用される。

Ｖ　＝　（Ｅｏｅ　＋　２　Ｅａｓｏ”　Ｅ＊ｏｏ）　
／　４　−（２）但し、Ｅｏ・　：圧延方向に沿って採
取したサンプルのヤング率 Ｅ４５・　：圧延方向に対して４５°方向に採取したサ
ンプルのヤング率 Ｅ９６・　：圧延方向に対して直交する方向に採取した
サンプルのヤング率 かくして求められた平均ヤング率［は塑性歪み比（面内
平均値）７との間で相関関係があるため、該相関関係に
基づいて塑性歪み比？を求める。

またＸ線回折によって特定結晶方位によって進路変更さ
れるＸ線の強度から塑性歪み比を求めるＸ線法も用いら
れる。該Ｘ線法による場合は、試料として前記鋼板から
試験片、サンプル等を採取せず、試料としての前記鋼板
に直接Ｘ線を照射する。そして該Ｘ線は試料に特定な結
晶面にて回折されるが、その回折により進路変更されて
くるＸ線の強度を測定することによって試料の集合組織
を推定し、それによって塑性歪み比を導き出す。

かかるＸ線法は、前述の直接法、共振法等のように公式
に認められた方法ではないが、非破壊測定による評価が
可能であるという利点がある。

かくして塑性歪み比を求めて深絞り性を評価する従来方
法にあっては、次に述べるような問題点があった。即ち
、前記直接法による場合は引張り試験片の採取及び歪み
の実測に多大な時間及び労力がかかるという問題点があ
り、また前記共振法による場合もサンプル採取に伴う作
業効率の低下は避けられないという問題点があった。し
かも上述の方法はいずれも原理的に破壊測定が必要とな
るため、オンライン的な評価方法としては適切な方法で
あるとはいい難かった。一方、前記Ｘ線法による場合は
、非破壊測定による評価が可能となってオンライン的に
適切な評価方法となり得るものの、使用する装置がかな
り大掛かりなものとなって経費が嵩む上、塑性歪み比の
測定精度を一定の水準に保つためには１０秒／同程度の
間隔にて塑性歪み比を求める必要があってオンライン的
な評価方法としてはやはり不満が残るという問題点があ
った。

そこで、本発明者等は、従来の直接法、共振法等と異な
ってオンライン的な評価方法として適切な非破壊測定に
よる評価が可能である上、従来のＸ線法に比しては簡易
且つ迅速に塑性歪み比を求め得る手段として、圧延され
た金属薄板中に８０モードの超音波板波を圧延方向と圧
延方向に対して４５°だけ傾斜する方向（以下圧延４５
°方向という）と圧延方向に対して直交する方向（以下
圧延直交方向という）との３方向に一定距離だけ伝播さ
せてその各伝播時間を測定し、その測定値より得た音速
に関するデータを用いて塑性歪み比を求める手段を創案
した。なお前記３方向に伝播する超音波板波の各伝播時
間を測定するには、前記３方向へ超音波板波を夫々送信
する各送信子と該送信子から送信された超音波板波を一
定距離を隔てて夫々受信する各受信子とからなる３対の
送受信子が用いられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

然るに、６対の送受信子の測定位置、評価対象の金属薄
板等が変化した場合、送受信子の性能及びその他の送受
条件が一定であっても、受信子にて得られる受信エコー
の波形が変化するため、該受信エコーに基づいて受信子
による超音波板波の受信のタイミングを正確に読み取る
ことは困難になるという問題があった。

第４図（イ）、（ロ）、（ハ）は同一の受信子にて得た
受信エコーであっても評価対象の金属薄板が変化した場
合には該受信エコーの波形が変化する実例を示したもの
である。かくして受信エコーの波形が変化する場合、一
定の閾値Ｔを定めてそれを上回る点から前記受信タイミ
ングを読み取るとしても、（イ）の場合は２番目の波を
、（ロ）の場合は１番目の波を、（ハ）の場合は３番目
の波を夫々読み取り、最大２波に及ぶ読み取り誤差が生
じ、その誤差を前記超音波板波の音速誤差に換算すると
約±５００ｍ／ｓの誤差となる（但し、探傷周波数は５
００ｋＨｚとし送受信子の相互離隔距離は１００１■と
する）、これに対し、実際には±ｌＯｍ／ｓ以内の精度
が必要とされるので、前記誤差の発生は大きな問題とな
る。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、従来
の直接法、共振法等と異なってオンライン的な評価が可
能であり、従来のＸ線法に比して簡易且つ迅速に塑性歪
み比を求めることができる、より実用的な金属薄板の深
絞り性評価方法を実施するに際し、前記問題を解決して
その評価精度を向上させ得る装置を提供することを目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る深絞り性評価装置は、圧延された金属薄板
中に３０モードの超音波板波を圧延方向と圧延方向に対
して４５゛だけ傾斜する方向と圧延方向に対して直交す
る方向との３方向に一定距離だけ伝播させてその各伝播
時間を測定すべく、前記超音波板波を前記３方向へ送信
する送信子と、該送信子から送信された超音波板波を前
記一定距離を隔てて受信する受信子とを設けると共に、
該送受信子を用いて得た前記伝播時間の測定値から前記
超音波の音速を求めてそのデータに基づいて塑性歪み比
を演算する演算手段を設けた深絞り性評価装置において
、前記受信子はいずれも、同一形状である一対のプロー
ブコイルが相互に絶縁されつつ二層に配置されてなり、
しかもその両プロ、　　−ブコイルは前記超音波板波の
伝播方向へ、その波長よりも十分小さい距離だけずらさ
れていることを特徴とする。

〔作用〕

かかる本発明装置による場合は、前記受信子の両プロー
ブコイルにて夫々測定される前記超音波板波の受信のタ
イミングが、該プローブコイル相互間のずれを前記超音
波板波の音速にて除した分だけ異なることとなり、再受
信波間には一定の位相差が生じる。しかも本発明装置に
あっては前記ずれが前記超音波板波の波長よりも十分に
小さい距離に設定されているので、前記両プローブコイ
ルにて夫々測定される両受信波の位相差より、前記超音
波板波の音速を正確に求めることができる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明装置の全体的な構成を模式的に示す説明
図であり、図中１０は、Ｓ０モードの超音波板波を送受
するセンサ部を示している。そして該センサ部１０は第
２図にも示す如く、試料としての冷延鋼板（以下単に試
料Ｐという）の圧延方向ヘ一定距離だけ伝播する前記゛
超音波板波を送受するために試料Ｐ上に配される圧延方
向伝播板波探触子１１と、試料Ｐの圧延４５°方向へ一
定距離だけ伝播する前記超音波板波を送受するために試
料Ｐ上に配される圧延４５°方向伝播板波探触子１２と
、試料Ｐの圧延直交方向へ一定距離だけ伝播する前記超
音波板波を送受するために試料Ｐ上に配される圧延直交
方向伝播板波探触子１３とからなっている。

前記各板波探触子１１，１２．１３は具体的には第２図
（底面図）に示す如く、長さ方向が圧延方向に一一致す
るように配され該方向へ前記超音波板波を送信する送信
子１１ａと長さ方向が圧延４５°方向に一致するように
配され該方向へ前記超音波板波を送信する送信子１２ａ
と長さ方向が圧延直交方向に一致するように配され該方
向へ前記超音波板波を送信する送信子１３ａとの王者が
同一個所にまとめられて一体的に配された送信プローブ
群、及び前記送信子１１ａより一定距離を隔てると共に
その長さ方向延長線上に配置され該送信子１１ａからの
超音波板波を受信する受信子１１ｂと前記送信子１２ａ
より一定距離を隔てると共にその長さ方向延長線上に配
置され該送信子１２ａからの超音波板波を受信する受信
子１２ｂと前記送信子１３ａより一定距離を隔てると共
にその長さ方向延長線上に配置され該送信子１３ａから
の超音波板波を受信する受信子１３ｂとの王者が個別に
配された受信プローブ群からなる。なお、第２図中の１
０ａは前記送信子１１ａ、　１２ａ。

１３ａ上に配された電磁石である。

そして前記受信子１１ｂは、その断面を示す第３図をみ
ると明らかなように、同一形状である一対のプローブコ
イル１ｌｂａ、　１ｌｂｂが相互に絶縁されつつ上下二
層に配置されてなり、しかもその両プローブコイル１ｌ
ｈａ、　１ｌｂｂは前記超音波板波の伝播方向へ、その
波長よりも十分小さい距離Ｓだけずらされている。なお
図中のｌ１ｂｃは前記両プローブコイル１ｌｂａ、　１
ｌｂｂ上に配された電磁石である。

また、前記受信子１２ｂ及び１３ｂも上述の受信子１１
ｂと同様の構造とされ、上下一対のプローブコイル１２
ｂａ、　１２ｂｂ及び１３ｂａ、　１３ｂｂとその上に
配される電磁石１２ｂｃ及び１３ｂｃとの組合せからな
っている。

前記各探触子１１．１２．１３は、パルサ及びレシーバ
を備える超音波探傷器２１，２２．２３に夫々接続され
ており、また該超音波探傷器２１，２２．２３は伝播時
間測定器３１，３２．３３に夫々接続されている。そし
て該超音波探傷器３１．３２．３３においては、超音波
探傷器２１゜２２．２３で個々に得られる超音波波形か
ら、前記３種類の超音波板波が一定距離だけ伝播するの
に要する伝播時間Ｔ０・、Ｔ４．・ｌ　Ｔ９゜・が個々
に測定される。かくして測定される伝播時間Ｔ、・。

Ｔ４．・ｌ　Ｔ９゜０に関するデータは演算器４ｏへ入
力される。そして該演算器４ｏはそのデータを用いて試
料Ｐの結晶方位分布関数の展開係数ｗ４゜。１ｗ４．。

を求める。そして上述の如く求められた展開係数Ｗ４゜
。、Ｗ４４゜に関するデータは換算器５ｏへ入力され、
該換算器５０はそのデータを用いて塑性歪み比の面内平
均値７及び面内方位差Δｒを換算する。

そして該換算器５０にて求められた結果は表示器６゜に
表示されるようになっている。

次に、前記演算器４０にて行われる演算及び前記換算器
５０にて行われる換算の根拠となる考え方について説明
する。

先ず、試料Ｐの結晶方位分布を考えるに、その結晶方位
分布関数Ｆ（ξ、ψ、φ）は次式にて表される。

・・・（３） 但し、ξ、ψ、φ：結晶軸と試料に固定した軸との間の
関係を示すオイラ 一角 Ｚ、□　：展開関数 Ｗ０７　：展開係数 そして試料Ｐが立方晶の結晶からなる直交異方性を持つ
斜方晶系とすると、Ｓ０モードの超音波板波が角度θ（
圧延方向に対する角度）方向へ伝播する速度■（θ）は
、速度分散を考慮した次式を用いて計算できる。

λ＋２　μ 但し、λ、μ：ラメの定数 ρ　：試料Ｐの密度 ｆ　：探傷周波数 ｄ　：試料Ｐの板厚の半分 Ｃ：弾性定数 Ｗ４゜。１Ｗ４２゜、Ｗ４４゜：試料Ｐの結晶方位分布
関数を球展開したとき の展開係数 ところで、試料Ｐ即ち冷延鋼板において発生し深絞り性
に影響を与える代表的な結晶方位としては、（１１０）
　＜１１０＞、　（１１１）　＜１１２＞、　（１１０
）　＜００１＞。

（１００）　＜０１１＞　、　　（１００）　＜００１
＞等が考えられるが、これらの結晶方位の存在確率が１
である場合、展開係数Ｗ０７は計算することが可能であ
る。また逆に展開係数Ｗ　ｔ　ｍ　ｈが分かれば、塑性
歪み比の面内平均値７及び面内方位差Δｒの値が予測で
きることになる。

具体的には、下記（４）式より導かれる下記（５）式。

（６）式を用いて展開係数Ｗ４゜。、Ｗ、４゜を求める
ことができる。

Ｗ２Ｏ３＝　（Ｖ”（０’）＋　２　Ｖ”（４５°）＋
Ｖ２（９０°）−４Ｖ。′　）　／４八Ｄ　　　　　　
　　　　　　　　　・・・（５）Ｗ４４）＝　　（Ｖ”
（０”）引＜Ｖ”（４５°）＋Ｖ”（９０°））　／４
ＣＤ・・・（６） 但し、 ４μ　（λ十μ） λ＋２μ Ｃ：　−７７０ ３５ρ なおかかる演算は演算器４０にて行われる。

そして、前記展開係数Ｗ４゜。と塑性歪み比の面内平均
値下とは一定の相関関係を示し、かかる相関関係に基づ
き、展開係数Ｗ４゜。から塑性歪み比の面内平均値７が
換算できる。また前記展開係数Ｗ４４゜と塑性歪み比の
面内方位差Δｒとは一定の相関関係を示し、かかる相関
関係に基づき、展開係数Ｗ４４゜から塑性歪み比の面内
方位差が換算できる。なおかかる換算は換算器５０にて
行われる。

かかる本発明装置を用いて試料Ｐ即ち金属薄板の塑性歪
み比（詳しくはその面内平均値下及び面内方位差Δｒ）
を上述の如く求めるに際し、前記受信子１１ｂを用いて
試料Ｐの圧延方向へ伝播する超音波板波を受信する場合
、その受信のタイミングはプローブコイル１ｌｂａ、　
１ｌｂｂ相互間のずれＳを前記超音波板波の音速Ｖにて
除した分だけ異なることとなり、再受信波間には位相差
φ（ラジアン）が生じる。しかも前記ずれＳは前記超音
波板波の波長よりも十分に小さい距離とされているため
、前記両プローブコイル１ｌｂａ、　１ｌｂｂにて夫々
測定される両受倍波の位相差φより、下記（７）式、（
８）式に示す如く、前記超音波板波の音速■を正確に求
めることができる。

φ＝２πｆ□　　　　　　・・・（７）■ φ 但し、ｆ：探傷周波数（ＭＨ２） ■：板波速度（＋＋ｎ／μｓ） Ｓ：ずれ（１１） なお、前記受信子１２ｂを用いた試料Ｐの圧延４５゜方
向へ伝播する超音波板波を受信する場合、また前記受信
子１３ｂを用いて試料Ｐの圧延直交方向へ伝播する超音
波板波を受信する場合にも、上述の場合と同様、超音波
板波の音速の正確な演算が行える。

かくして正確に演算された超音波板波の音速を用いて前
記塑性歪み比を演算する場合は、その演算精度が向上し
、金属薄板の深絞り性が適正に評価されることとなる。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明装置を用いて金属薄板の深絞
り性を評価する場合は、簡易且つ迅速にしかも高精度に
前記深絞り性の評価が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の全体的な構成を模式的に示す説明
図、第２図はその要部を試料側からみた底面図、第３図
は第２図のＩ［［−１１１線による断面図、第４図（イ
）、（ロ）、（ハ）は同一の受信子で得た受信エコーの
波形例を示すグラフである。 ｌＯ・・・センサ部　１１・・・圧延方向伝播板波探触
子１１ａ・・・送信子　１１ｂ・・・受信子　１１ｈａ
、　１ｌｂｂ・・・プローブコイル　１２・・・圧延４
５°方向伝播板波探触子１２ａ・・・送信子　１２ｂ・
・・受信子　１２ｈａ、　１２ｂｂ・・・プローブコイ
ル　１３・・・圧延直交方向伝播板波探触子１３ａ・・
・送信子　１３ｂ・・・受信子　１３ｂａ、　１３ｂｂ
・・・プローブコイル　３１，３２．３３・・・伝播時
間測定器　４０・・・演算器　５０・・・換算器　Ｐ・
・・試料として′の冷延鋼板（金属薄板） 代理人　弁理士　　河　　野　　登　　夫蓼　　３　　
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧延された金属薄板中にＳ＿０モードの超音波板波
   を圧延方向と圧延方向に対して４５°だけ傾斜する方向
   と圧延方向に対して直交する方向との３方向に一定距離
   だけ伝播させてその各伝播時間を測定すべく、前記超音
   波板波を前記３方向へ送信する送信子と、該送信子から
   送信された超音波板波を前記一定距離を隔てて受信する
   受信子とを設けると共に、該送受信子を用いて得た前記
   伝播時間の測定値から前記超音波の音速を求めてそのデ
   ータに基づいて塑性歪み比を演算する演算手段を設けた
   金属薄板の深絞り性評価装置において、前記受信子はい
   ずれも、同一形状である一対のプローブコイルが相互に
   絶縁されつつ二層に配置されてなり、しかもその両プロ
   ーブコイルは前記超音波板波の伝播方向へ、その波長よ
   りも十分小さい距離だけずらされていることを特徴とす
   る金属薄板の深絞り性評価装置。