JPH02140660A - 複合金属部材境界部の非破壊評価方法 - Google Patents
複合金属部材境界部の非破壊評価方法Info
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- JPH02140660A JPH02140660A JP63294426A JP29442688A JPH02140660A JP H02140660 A JPH02140660 A JP H02140660A JP 63294426 A JP63294426 A JP 63294426A JP 29442688 A JP29442688 A JP 29442688A JP H02140660 A JPH02140660 A JP H02140660A
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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。
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、複合金属部材の境界部の非破壊評価方法に関
する。
する。
二種もしくはそれ以上の金属を冶金学的に溶着させ一体
化した複合金属部材の境界部には隣接する金属からなる
合金層が形成される。この境界部のミクロ的状態、ある
いは境界部における欠陥の有無等は、破壊強度、材料強
度や信頼性等の観点から重要な評価項目となっている。
化した複合金属部材の境界部には隣接する金属からなる
合金層が形成される。この境界部のミクロ的状態、ある
いは境界部における欠陥の有無等は、破壊強度、材料強
度や信頼性等の観点から重要な評価項目となっている。
現在熱間薄板圧延仕上前段用ロール等の熱間圧延用ロー
ルのほとんどには、複合ロールが使用されているが、こ
の複合ロールは、例えば外殻層が高クロム鋳鉄からなり
、内層が普通鋳鉄かもしくは球状黒鉛鋳鉄からなるいわ
ゆる複合金属部材である。このような複合ロールにおい
ては、外殻層と内層とは通常溶着されており、その間に
境界部が形成されているが、外殻層と内層とが溶着する
際に境界部にクロム炭化物等の炭化物が偏析し、その程
度、形態によっては脆弱な境界層となることが知られて
いる。このような脆弱な境界層が生成されると、ロール
表面から進展してきた亀裂が境界層で一気に拡大進展し
、いわゆるスポーリングを起こし、大事故に至るおそれ
がある。
ルのほとんどには、複合ロールが使用されているが、こ
の複合ロールは、例えば外殻層が高クロム鋳鉄からなり
、内層が普通鋳鉄かもしくは球状黒鉛鋳鉄からなるいわ
ゆる複合金属部材である。このような複合ロールにおい
ては、外殻層と内層とは通常溶着されており、その間に
境界部が形成されているが、外殻層と内層とが溶着する
際に境界部にクロム炭化物等の炭化物が偏析し、その程
度、形態によっては脆弱な境界層となることが知られて
いる。このような脆弱な境界層が生成されると、ロール
表面から進展してきた亀裂が境界層で一気に拡大進展し
、いわゆるスポーリングを起こし、大事故に至るおそれ
がある。
従って、このような事故を未然に防ぐため、境界部の材
料特性を把握することが必要であるが、現状では、ロー
ル製品の胴端余長部から切り出した試験片での破壊テス
トをサンプリング的に行い品質管理を行っている。
料特性を把握することが必要であるが、現状では、ロー
ル製品の胴端余長部から切り出した試験片での破壊テス
トをサンプリング的に行い品質管理を行っている。
しかしながら、このような方法では、本来ばらつきがあ
る材料特性をロール胴体余長部から切り出した試験片の
試験結果のみで評価しているわけで、ロール境界部全域
を評価するには到っておらず、事故を未然に防止するに
は不完全である。その上、このようないわゆる破壊試験
法では、評価に多大のコストと手間を要するという問題
点がある。
る材料特性をロール胴体余長部から切り出した試験片の
試験結果のみで評価しているわけで、ロール境界部全域
を評価するには到っておらず、事故を未然に防止するに
は不完全である。その上、このようないわゆる破壊試験
法では、評価に多大のコストと手間を要するという問題
点がある。
従って本発明の目的は、複合ロール等の腹合金属部材の
境界部全域を非破壊的に評価する方法を提供することで
ある。
境界部全域を非破壊的に評価する方法を提供することで
ある。
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、超音波探
傷法において複合金属部材の境界部からの反射波の幅及
び超音波探触子を走査させた時の反射波の変位が、複合
金属部材の境界部におけるミクロ的形態と相関している
ことを発見し、本発明を完成させた。
傷法において複合金属部材の境界部からの反射波の幅及
び超音波探触子を走査させた時の反射波の変位が、複合
金属部材の境界部におけるミクロ的形態と相関している
ことを発見し、本発明を完成させた。
すなわち、超音波探傷法により複合金属部材の境界部を
評価する本発明の方法は、前記部材の一方の表面上の探
触子より前記部材内に超音波パルスを送出し、前記部材
内の境界部により反射された超音波パルスからなる反射
波の幅を測定することにより、前記境界部の幅を評価す
ることを特徴とする。
評価する本発明の方法は、前記部材の一方の表面上の探
触子より前記部材内に超音波パルスを送出し、前記部材
内の境界部により反射された超音波パルスからなる反射
波の幅を測定することにより、前記境界部の幅を評価す
ることを特徴とする。
さらに本発明の方法は、超音波パルスを送出する探触子
を走査し、観測される反射波の変位を測定することによ
って、前記境界部の蛇行状況を評価することを特徴とす
る。
を走査し、観測される反射波の変位を測定することによ
って、前記境界部の蛇行状況を評価することを特徴とす
る。
次に、本発明においては、測定された反射波の輻又は走
査探傷による反射波の変位より複合金属部材境界部の破
壊強度を求めることを特徴とする。
査探傷による反射波の変位より複合金属部材境界部の破
壊強度を求めることを特徴とする。
境界部に右けるミクロ的形態や金属組織と破壊強度との
間には以下のような関係があるので、超音波探傷法によ
り境界部の破壊強度を高い信頼度で求めることができる
。
間には以下のような関係があるので、超音波探傷法によ
り境界部の破壊強度を高い信頼度で求めることができる
。
（ａ）境界部における炭化物の偏析は避けがたいが、境
界部が厚くなるに応じて炭化物の密度が低下しく炭化物
が広く分散し）、破壊強度が向上する。
界部が厚くなるに応じて炭化物の密度が低下しく炭化物
が広く分散し）、破壊強度が向上する。
わ）一般に境界部に蛇行がみられるほど破壊強度が高い
。
。
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
第１図は本発明の方法で複合金属部材の境界部の厚さを
評価する原理を示す概略図である。複合金属部材は二つ
の金属層１．２ とその境界部３とからなり、一方の金
属層１の表面１ａに超音波探触子４が固着される。
評価する原理を示す概略図である。複合金属部材は二つ
の金属層１．２ とその境界部３とからなり、一方の金
属層１の表面１ａに超音波探触子４が固着される。
超音波は異なる媒質間の境界面で反射されるので、感知
される反射波としては、金属層１と境界部３の境界面３
ａからくるものと、境界部３と金属層２の境界面３ｂか
ら来るものがある。ここで、仮に入射超音波パルスの幅
が無限小であるとすると、原理的には、この二つの反射
波は第２図（ａ）に示すように２本の細い棒状ピークと
して観測されるはずであるが、境界部３は通常２００μ
ｍ〜１ｍｍ程度と薄い層であるために、実際は二つの反
射波が合成され、第２図ら）に示すように一つの波とし
て観測される。また境界部が厚くなると、第２図（Ｃ）
に示すように境界部３ａ及び３ｂによる反射波が探触子
４に戻る時間の差が大きくなるので、観測される反射波
は第２図（ｄ）に示すように、幅が広くなる。
される反射波としては、金属層１と境界部３の境界面３
ａからくるものと、境界部３と金属層２の境界面３ｂか
ら来るものがある。ここで、仮に入射超音波パルスの幅
が無限小であるとすると、原理的には、この二つの反射
波は第２図（ａ）に示すように２本の細い棒状ピークと
して観測されるはずであるが、境界部３は通常２００μ
ｍ〜１ｍｍ程度と薄い層であるために、実際は二つの反
射波が合成され、第２図ら）に示すように一つの波とし
て観測される。また境界部が厚くなると、第２図（Ｃ）
に示すように境界部３ａ及び３ｂによる反射波が探触子
４に戻る時間の差が大きくなるので、観測される反射波
は第２図（ｄ）に示すように、幅が広くなる。
従って、反射波の幅は境界部３の厚さを示す指標となる
。
。
次に第３図に示すように探触子４を走査し、観測される
反射波の位置の変位に着目する。まず、探触子４により
反射波を観測し、次いで探触子を４′の地点にずらして
再び反射波を観測する。もし境界部３が第３図に示すよ
うに蛇行していれば、探触子４と境界部３ａとの距離は
探触子４′と境界面３ａとの距離より大きいので、観測
される二つの反射波は、第４図に示すようにその位置に
差を生じる。ここで実線で示した波が探触子４における
反射波で、鎖線の波が探触子４′における反射波である
。従って、二つの反射波の位置の変位ｄは境界部３の蛇
行の度合いを示すパラメータとなる。
反射波の位置の変位に着目する。まず、探触子４により
反射波を観測し、次いで探触子を４′の地点にずらして
再び反射波を観測する。もし境界部３が第３図に示すよ
うに蛇行していれば、探触子４と境界部３ａとの距離は
探触子４′と境界面３ａとの距離より大きいので、観測
される二つの反射波は、第４図に示すようにその位置に
差を生じる。ここで実線で示した波が探触子４における
反射波で、鎖線の波が探触子４′における反射波である
。従って、二つの反射波の位置の変位ｄは境界部３の蛇
行の度合いを示すパラメータとなる。
従って、複合金属部材内に送出された超音波パルスの反
射波の幅、及び探触子を走査することによって観測され
る反射波の変位から、複合金属部材の境界部の幅及び蛇
行のミクロ的状態について知見を得ることができる。
射波の幅、及び探触子を走査することによって観測され
る反射波の変位から、複合金属部材の境界部の幅及び蛇
行のミクロ的状態について知見を得ることができる。
ところで、複合金属部材境界部の破壊強度は、境界部の
形態（幅及び蛇行状態）と深い関係があり、一般に境界
部が厚くなるに従ってその強度が増し、また蛇行状態が
激しくなるに従ってやはり強度が増す。これは以下の理
由による。二種の金属層が溶着され境界部を形成する際
、その境界部には溶着される金属層中のクロム等の炭化
物が偏析する。この炭化物が存在することにより境界部
の破壊強度は低下するが、境界部が厚くなるに従って炭
化物の密度が低下し、その結果境界部の強度は向上する
。また境界部の蛇行が大きくなると両側の金属層との密
着が良好となり、境界部の強度は同様に向上する。従っ
て反射波の幅及び反射波の変位のいずれか一方又は両方
を測定することにより、境界部の破壊強度を求めること
ができる。
形態（幅及び蛇行状態）と深い関係があり、一般に境界
部が厚くなるに従ってその強度が増し、また蛇行状態が
激しくなるに従ってやはり強度が増す。これは以下の理
由による。二種の金属層が溶着され境界部を形成する際
、その境界部には溶着される金属層中のクロム等の炭化
物が偏析する。この炭化物が存在することにより境界部
の破壊強度は低下するが、境界部が厚くなるに従って炭
化物の密度が低下し、その結果境界部の強度は向上する
。また境界部の蛇行が大きくなると両側の金属層との密
着が良好となり、境界部の強度は同様に向上する。従っ
て反射波の幅及び反射波の変位のいずれか一方又は両方
を測定することにより、境界部の破壊強度を求めること
ができる。
第５図は、本発明の方法を実施するのに用いる装置を示
す概略図であり、装置は超音波探傷器９、探触子４とデ
イスプレィ１０とを有する。ここで複合金属部材の一例
として、高クロム鋳鉄層５、球状黒鉛鋳鉄層６及び境界
部７を有するものについて説明する。
す概略図であり、装置は超音波探傷器９、探触子４とデ
イスプレィ１０とを有する。ここで複合金属部材の一例
として、高クロム鋳鉄層５、球状黒鉛鋳鉄層６及び境界
部７を有するものについて説明する。
探触子４は、例えば周波数３ＭＨｚの分割型探触子であ
り、高クロム鋳鉄層５の表面５ａに固着され、ここから
複合金属部材内に超音波パルスを送出し、また部材内か
らの反射波を感知する。探触子４によって感知された反
射波は探傷器９により処理され、デイスプレィ１０に表
示される。なおデイスプレィ１０に表示される境界反射
波は、評価を容易にするために時間軸を第６図に示すよ
うに拡大する。
り、高クロム鋳鉄層５の表面５ａに固着され、ここから
複合金属部材内に超音波パルスを送出し、また部材内か
らの反射波を感知する。探触子４によって感知された反
射波は探傷器９により処理され、デイスプレィ１０に表
示される。なおデイスプレィ１０に表示される境界反射
波は、評価を容易にするために時間軸を第６図に示すよ
うに拡大する。
二の際、波高がデイスプレィ１０の縦軸のフルスケール
の５０％になるように調整すると、反射波の底辺の幅り
が実際の反射波のいわゆる半値幅となる。
の５０％になるように調整すると、反射波の底辺の幅り
が実際の反射波のいわゆる半値幅となる。
なお、幅の評価は、３〜４点の測定値を平均することに
より行うが、このとき同時に反射波の立上り位置の変位
を記録する。すなわち探触子４を走査することにより、
第４図に示すような変位量を求める。この幅及び変位量
の測定は、一定の範囲内で行うが、その範囲としては、
例えば２Ｑｍｍ程度であればよい。
より行うが、このとき同時に反射波の立上り位置の変位
を記録する。すなわち探触子４を走査することにより、
第４図に示すような変位量を求める。この幅及び変位量
の測定は、一定の範囲内で行うが、その範囲としては、
例えば２Ｑｍｍ程度であればよい。
次に上記の範囲内の各測定箇所において、第５図の鎖線
８で、示すように、試験片を切り出し、実際に引張試験
を行い、各測定箇所における境界引張り強さを測定する
。なお第５図から明らかなように、試験片８の軸が境界
部とほぼ垂直となり、かつ境界部が、試験片の中央にく
るように切り出すのが好ましい。
８で、示すように、試験片を切り出し、実際に引張試験
を行い、各測定箇所における境界引張り強さを測定する
。なお第５図から明らかなように、試験片８の軸が境界
部とほぼ垂直となり、かつ境界部が、試験片の中央にく
るように切り出すのが好ましい。
次に、試験片８の引張り試験により求めた境界部の破壊
強度の実測値と、上記反射波の幅及び変位との相関関係
を求めるために、グラフ上にプロットし、回帰式を求め
る。このようにして得られた回帰式を基準にして、実際
に評価すべき複合金属部材の超音波試験法により得られ
た反射波の幅及び／又は変位から、境界部の破壊強度を
非破壊的に求める。
強度の実測値と、上記反射波の幅及び変位との相関関係
を求めるために、グラフ上にプロットし、回帰式を求め
る。このようにして得られた回帰式を基準にして、実際
に評価すべき複合金属部材の超音波試験法により得られ
た反射波の幅及び／又は変位から、境界部の破壊強度を
非破壊的に求める。
実施例１
外層材及び内層材がそれぞれ表１に示した組成の鋳鉄か
らなる複合部材について、第５図に示したような方法で
、境界部の超音波の反射波の幅、及び探触子の位置を２
０ｍｍの範囲内でずらした時に得られる反射波の変位を
測定した。なお試験片の境界部は表面より７０ｍｍ±５
ｍｍ深さであった。
らなる複合部材について、第５図に示したような方法で
、境界部の超音波の反射波の幅、及び探触子の位置を２
０ｍｍの範囲内でずらした時に得られる反射波の変位を
測定した。なお試験片の境界部は表面より７０ｍｍ±５
ｍｍ深さであった。
次に測定箇所から引張試験片を切出し、そのうちの２つ
について、境界部の金属組織を顕微鏡により観察した。
について、境界部の金属組織を顕微鏡により観察した。
結果を第９図及び第１０図に示す。
なお図中１１．１３は高クロム鋳鉄層で、１２及び１４
は球状黒鉛鋳鉄である。また各試験片について、結合部
の破壊強度を測定した。反射波の幅と破壊強度との関係
を第７図に、反射波の変位と破壊強度との関係を第８図
に示す。
は球状黒鉛鋳鉄である。また各試験片について、結合部
の破壊強度を測定した。反射波の幅と破壊強度との関係
を第７図に、反射波の変位と破壊強度との関係を第８図
に示す。
第７図から明らかなように境界反射波の幅と境界引張り
強さ（破壊強度）には相関係数がｒ＝０゜７９の相関が
あり、回帰直線は、 ｙ＝４．０Ｘｔ＋１９．４ −−−（ｔ）ただしｙ：境
界引張り強さ、ＸＩ：反射波の幅であった。
強さ（破壊強度）には相関係数がｒ＝０゜７９の相関が
あり、回帰直線は、 ｙ＝４．０Ｘｔ＋１９．４ −−−（ｔ）ただしｙ：境
界引張り強さ、ＸＩ：反射波の幅であった。
同様に反射波の変位量と境界引張り強さ間にも相関係数
ｒ＝０．８９の相関があり、回帰直線は、ｙ ＝５．５
Ｘ２＋２９．４ ・・（２）ただしｙ＝境界引張り
強さ、Ｘ２＝反射波変位量であった。
ｒ＝０．８９の相関があり、回帰直線は、ｙ ＝５．５
Ｘ２＋２９．４ ・・（２）ただしｙ＝境界引張り
強さ、Ｘ２＝反射波変位量であった。
次に第９図及び第１０図に示す境界部の破壊強度の実測
値と、この部位における反射波の幅、及び反射波の変位
との相関関係を調べた。
値と、この部位における反射波の幅、及び反射波の変位
との相関関係を調べた。
また上で得られた回帰式〔１）及び（２）を用いて、反
射波の幅及び反射波の変位の測定値から境界部の引張り
強さを求めた。結果を以下に示す。
射波の幅及び反射波の変位の測定値から境界部の引張り
強さを求めた。結果を以下に示す。
以上に詳述した通り、複合金属部材内に超音波パルスを
送出し、前記部材の境界部による反射波の幅及び探触子
を走査することによって得られる反射波の変位から、前
記部材の境界部のミクロ的形態（幅、蛇行状態）を非破
壊的に評価することができ、これにより境界部の破壊強
度を非破壊的に求めることができる。
送出し、前記部材の境界部による反射波の幅及び探触子
を走査することによって得られる反射波の変位から、前
記部材の境界部のミクロ的形態（幅、蛇行状態）を非破
壊的に評価することができ、これにより境界部の破壊強
度を非破壊的に求めることができる。
第１図は本発明の方法により複合金属部材の境界部の厚
さを評価する原理を示す概略断面図であり、 第２図（ａ）〜（ｄ）は複合金属部材の境界部により反
射される超音波反射波を示す模式図であり、第３図は探
触子を走査させることにより境界部の蛇行状況を知る原
理を示す概略断面図であり、第４図は第３図の方法によ
って得られる超音波反射波の変位を示す模式図であり、 第５図は本発明の方法を実施するのに用いる装置を示す
概略図であり、 第６図はデイスプレィに表示された反射波を拡大する状
況を示す模式図であり、 第７図は複合金属部材の境界部による超音波反射波の幅
と境界引張り強さとの関係を示すグラフであり、 第８図は、複合金属部材の境界部による超音波反射波の
変位と境界引張り強さとの関係を示すグラフであり、 第９図及び第１０図はそれぞれ高クロム鋳鉄と球状黒鉛
鋳鉄からなる複合金属部材の境界部付近の金Ｒ組織を示
す顕微鏡写真である。 １、２．５．６・・・金属層 ３．７・・・・・境界部 ４・ ・・・・超音波探触子 ８・・・・・・引張試験片切出し部位 ９・・・・・・探傷器 １０・・・・ ・デイスプレィ
さを評価する原理を示す概略断面図であり、 第２図（ａ）〜（ｄ）は複合金属部材の境界部により反
射される超音波反射波を示す模式図であり、第３図は探
触子を走査させることにより境界部の蛇行状況を知る原
理を示す概略断面図であり、第４図は第３図の方法によ
って得られる超音波反射波の変位を示す模式図であり、 第５図は本発明の方法を実施するのに用いる装置を示す
概略図であり、 第６図はデイスプレィに表示された反射波を拡大する状
況を示す模式図であり、 第７図は複合金属部材の境界部による超音波反射波の幅
と境界引張り強さとの関係を示すグラフであり、 第８図は、複合金属部材の境界部による超音波反射波の
変位と境界引張り強さとの関係を示すグラフであり、 第９図及び第１０図はそれぞれ高クロム鋳鉄と球状黒鉛
鋳鉄からなる複合金属部材の境界部付近の金Ｒ組織を示
す顕微鏡写真である。 １、２．５．６・・・金属層 ３．７・・・・・境界部 ４・ ・・・・超音波探触子 ８・・・・・・引張試験片切出し部位 ９・・・・・・探傷器 １０・・・・ ・デイスプレィ
Claims (5)
- （１）超音波探傷法により複合金属部材の境界部を評価
する方法において、前記部材の一方の表面上の探触子よ
り前記部材内に超音波パルスを送り出し、前記部材内の
境界部により反射された超音波パルスからなる反射波の
幅を測定することにより、前記境界部の幅を評価するこ
とを特徴とする方法。 - （２）請求項１に記載の方法において、前記超音波パル
スを送出する探触子を走査し、観測される反射波の変位
を測定することによって、前記境界部の蛇行状況を評価
することを特徴とする方法。 - （３）超音波探傷法により複合金属部材の境界部を評価
する方法において、前記部材の一方の表面上に超音波パ
ルスを送出する探触子を走査し、前記部材内の境界部に
より反射された超音波パルスからなる反射波の幅及びそ
の変位から、前記境界部の幅及び蛇行状況を同時に測定
し、もって前記境界部のミクロ的形態を非破壊的に評価
することを特徴とする方法。 - （４）請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において
、前記境界部による反射波の幅及び／又は反射波の変位
より、前記複合金属部材の境界部の破壊強度を評価する
ことを特徴とする方法。 - （５）請求項１乃至４のいずれかに記載の方法において
、複合金属部材の一方が高クロム鋳鉄からなり、他方が
普通鋳鉄又は球状黒鉛鋳鉄からなり、前記複合部材の境
界部のミクロ的形態及び破壊強度を評価することを特徴
とする方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63294426A JPH02140660A (ja) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | 複合金属部材境界部の非破壊評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63294426A JPH02140660A (ja) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | 複合金属部材境界部の非破壊評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02140660A true JPH02140660A (ja) | 1990-05-30 |
Family
ID=17807611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63294426A Pending JPH02140660A (ja) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | 複合金属部材境界部の非破壊評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02140660A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010190660A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Toyota Motor Corp | 接合部検査方法及び接合部検査装置 |
-
1988
- 1988-11-21 JP JP63294426A patent/JPH02140660A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010190660A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Toyota Motor Corp | 接合部検査方法及び接合部検査装置 |
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