JPH0353016A - 鋼材の脱炭層深さ測定方法 - 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、簡便な手順で鋼材の脱炭層深さの評価を行う
のに好適な、鋼材の脱炭層深さ測定方法に関する．

【従来の技術】

然間圧延、熱間鍛遣あるいは熱処理等によって高温で処
理した鋼材表層の脱炭は避け難い．脱炭した表層は、熱
処理しても所定の硬さにならず疲れ強さが低下し、耐摩
耗性も悪い．従って、鋼材を高温で処理する場合はでき
るだけ脱炭しないように注意が払われている． そこで、鋼製品、特に機械部品の脱炭Ｎ深さを測定する
ことは重要なことである。従来、この脱炭層は、顕ｇ＆
鏡による組織試験、硬さ試験、あるいは、化学分析試験
等により測定されていた．顕微鏡組織試験による測定方
法においては、ＪＩｓ　　Ｇ　　０５５８に示されてい
るように、まず、鯛材の試験片を切断し、その切断面を
エッチングにより腐蝕して組織を出す．次いで、顕微鏡
を介して当該ｆｆｌ織を目視により［察し、鋼中の７エ
ラ７イト、バーライトの面積率から炭素濃度を求め、脱
炭層深さを測定する．しかしながら、この測定方法は、
目視による官能検査であり、その測定値に個人差が生じ
るため、精度上問題がある．又、炭素の濃度が０．８％
を超えた過共折鋼については、試料断面の全面がパーラ
イトに変化し、フエライトの部分がないため、脱炭層深
さの測定が困難である． 又、硬さ試験による測定方法においては、まず、試験片
をその表面に垂直に切断し、その切断面を研磨して被研
面とする．次いで、被研面についてビツカース硬さ試験
を行い、表面から生地の硬さが得られる位置までの深さ
を測定し、脱炭層深さを求める．しかしながら、この測
定方法においては、測定対象材が、主に、焼入や焼戻し
状態の鋼等、限定されたものである．又、硬さ試験を行
う際の測定ピッチには圧痕サイズによる制約があり、深
さ方向の測定精度が不十分となる場合がある．又、化学
分析による測定方法においては、試料表面の不純物を除
去した後、試料表面から順次、できるだけ薄く、等間隔
にサンプルを採取して当該サンプルから正確な炭素量推
移曲線を求め、脱炭層厚さを測定する．しかしながら、
この方法では、ｆ！薄層のサンプリングは困難であるこ
とから、あまり薄い脱炭層深さを測定することができず
、測定限界がある． なお、電子ブローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）
をコンピュータと結合して制御し、多数点の元素の特性
Ｘ線を二次元に採取し、画（ｉ解析を行い元素分布状態
を把握するシステムが採用されるようになっている．こ
のシステムにより鋼材中の炭素の分布を知り脱炭層深さ
を知ることが考えられる．しかしながら、このシステム
においては、電子プローブによる走査や各種演算等複雑
な手順を必要とするため、試験処理の迅速性に欠けるも
のである．

【発明が解決しようとする課題】

以上のように、従来は、鋼材の脱炭層深さを、簡易的な
手順で精度良く測定可能な技術がないという問題点があ
った． 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、簡易的な手順により鋼材の脱炭層深さを精度良く
測定することができる鋼材の脱炭層深さ測定方法を提供
することを課題とする．

【課題を達戒するための手段】

本発明は、鋼材の脱炭層の深さを測定する際に、鋼材の
表層部を斜め研削し、当該研削面をグロー放電分光分析
して研削面の炭素濃度を検出し、検出された研削面の炭
素濃度分布を鋼材表面からの深さ方向の炭素濃度分布に
換算して、脱炭層の深さを求めることにより、前記課題
を達或したものである．

【作用】

鋼材の脱炭層深さを測定する方法には前記のＪＩＳ　　
Ｇ０５５８等種々のものがあるが、発明者らはそれら方
法によらず、グロー放電分光分析法により脱炭層深さを
測定することを着想した，グロー放電分光分析法は、一
般的に、メッキ層の深さ方向の連続分析に適用されてい
る．この分析法でメッキ層を深さ方向に垂直分析する際
に連続分析が可能な深さは、最大１００μｍ程度である
．従って、脱炭層深さの測定に適用するには測定深さが
不足する場合がある． そこで、発明者らは種々検討を行った結果、第１図に斜
線で示すように、供試材１０の表層部を斜め研削すれば
、深さ方向の長さｄを長手方向の長さしに置換し、脱炭
層深さｄＯを拡大して把握できることを見出した．例え
ば供試材が棒鋼である場合には斜め研削は第２図（Ａ）
に示すように行い、供試材が厚鋼板である場合には第２
図（Ｂ）に示すように行う． この斜め切削された研削面をグロー放電分光分析して炭
素の濃度を検出し、検出炭素濃度の分布を求める．この
炭素濃度の分布は、深さ方向の炭素濃度分布を長手方向
の分布に変換したものであるから、逆に深さ方向に変換
すればその濃度分布から脱炭層の深さが求められる．又
、脱炭層は、表面からの深さによって炭素濃度が変化し
ている層であり、一方、地鉄では炭素濃度が一定となる
ことから、炭素濃度の一定となる位置が脱炭層深さに相
当し、炭素濃度から脱炭層深さを知ることができる．例
えば検出された炭素含有Ｊｉ（炭素濃度に相当）が第１
図のように分布する場合、炭素含有量の変化する℃の部
分が脱炭層に相当し、脱炭層深さｄＯは次式（１）から
求められる．ｄｏ＝１・（ｄ／Ｌ）　　　　　　　　・
・・（１）以上のような知見に基づき本発明は創案され
たものである．本発明においては、前述のＥＰＭＡのよ
うに供試片を鏡面研磨するまでの手順を必要とせずに、
単に表層部を斜め切削し電極でグロー放電分光分析して
測定できるため、ＰＪｊ便な手順で脱炭Ｎ深さを定量的
に測定することが可能となる．又、その測定精度も前記
顕微鏡による測定方法等と比較して過共析鋼に対しても
困難性なく測定できるため、測定精度は高い． な゛お、前記のようにグロー放電分光分析する際に使用
する放電Ｔｏ　［ｉの大きさ及び斜め研削の角度か測定
精度に影響を及ぼすため、それらに適切なものを選ぶ必
要がある．そこで、発明者らは、第３図に示すような棒
鋼端部を種々の角度で斜め研削し、種々の直径Ｄの電極
を用いて分析する際に、当該電極の直径Ｄが供試材１０
の深さ方向にはどのくらいの深さΔｄに相当するか調査
した．調査の結果を第４図に示す．この深さΔｄが分析
の精度となるため、所望される精度に応じた直径の電極
を使用し、あるいは、研削面の角度を選ぶ．前記の電極
で研削面をグロー放電分光分析し、その測定対象点を適
切なピッチで移動させて炭素Ｃの濃度が一定となる位置
をみつけ、当該位置を前記（１）式で表面からの深さに
換算して脱炭層深さを求めることができる．

【実施例】

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する． この実施例は、第５図に示すようなグロー放亀分光分析
装置１２で、第２［Ｊ（Ａ）に示す棒鋼の供試材１０を
分析し、その結果から脱炭層深さを測定するものである
． 第５図のグロー放電分光分析装置１２は、グロー発光部
１４と、分光部１６と、測光部１８と、分析データ処理
部２０とで主に構成される．前記グロー発光部１４には
、供試材１０の試料２４をグロー放電させるためのグロ
ー電極１５が設けられており、当該グロー電極１５、試
料２４間には、直流電源２２から電源が供給される．こ
のグロ一発光部ｌ４でのグロー放電で試料２４から生じ
たグロー光は、前記分光部１６に入射する．前記分光部
１６は、入射したグロー光をスリット光とする入口スリ
ット２６と、当該スリット光を元素毎に分光するための
回折格子２８、分光されたグロー光（スペクトル）をス
リット光とするための出口スリット３０、当該各スリッ
ト光の光量（以下、スペクトル強度という）を検出する
ための各光電子増倍管３２を有する．なお、この分光部
１６には、その内部を所定の真空度に保つための真空ボ
ンプ３４が設けられている．前記測光部■８には、各光
電子増倍管３２の測定感反を設定するためのアツテネー
タ３５と、各光電子増倍管３２の出力信号をミラー積分
回路により積分する積分回ｆＩ４３６と、積分されて得
られたスペクトル強度データをデジタルデータに変換す
るＡ／Ｄ変換器３８と、インターフエイス４２を介し、
分析条件や測定グループに応じてアツテネータ３５を設
定するためのマイクロコンピュータ４０と、変換された
スペクトル強度データを外部へ出力等するためのインタ
ーフエイス４２とを有する． 前記データ処理部２０は、出力されたスペクトル強度デ
ータを、予め与えられた検量線を用いて処理し、例えば
炭素含有量（炭素濃度に相当〉を求めるものである．こ
のデータ処理部２０には、その処理されたデータをＣＲ
Ｔ（陰極線管）やプリンターで表示するディスプレイ４
４が設けられている。 前記供試材１０の試料２４は、第６図に示すような治具
５０で、電極１５の移動方向と平行に研削面が向くよう
に保持される．この治具により、グロー電極を研削面に
対して精度良く水平に走査させることができる． 前記グロー放電分光分析装置１２で試料２４の分析を行
う際には、まず、グロー発光部１４において試料２４表
面からグロー放電させる．グロー放電光は分光器１６内
に入射し、入口スリット２６を介して回折格子２８に照
射される．該回折格予２８は、グロー放電光を分光し、
各出口スリット３０に照射する．該出口スリット３０は
照射光をスリット光にして光電子増ｆＢ　ｇ３　２に入
射する．光電子増倍管３２は入射光から、各分光のスペ
クトル強度を電気信号に変換し、積分器３６に入力する
．積分器３６は、入力信号を積分してスペクトル強度の
データとし、Ａ／Ｄ変換器３８に伝達する，Ａ／Ｄ変換
器３８は、伝達データをデジタル処理し、インターフエ
イス４０を介してデータ処理部２０に入力する．該デー
タ処理部２０は、入力データから元素の定量を行い各元
素の含有量をデスブレイ４４に表示する． 従って、前記電極１５を試料２４の研削面上を水平に走
査させることにより、研削面の炭素含有量の分布を、例
えば前出第１図のように求める．この分布において、炭
素含有量が一定となる位置及び前出（１）式から脱炭層
深さを測定する．次に、鋼材について本発明法により脱
炭層深さを設定した例を説明する．この場合、測定対象
となった鋼材は、その断面組織が写真（１）、写真（２
）となる２つのものについて行った．各鋼材の試料１、
２は、前出第２図＜Ａ）に示すような棒鋼であり、その
直径が５０１のものである．又、この試料１、２を長手
方向長さしが１００１となり、深さ方向高さｄが１．０
１となるように斜め研削した．更に、グロー放電させる
電極の直径は１■であった． 前記試料１、試料２を前記条件でグロー放電分光分析し
た結果を第７図＜Ａ）、（Ｂ）に示す．第７図（Ａ＞に
示すように試料１においては表面から深さ０．４１にか
けて次第に炭素Ｃの含有量（濃度）が増えていき、０．
４１を超えたところで平坦となった。従って、この試料
１においては脱炭層深さは表面から０．４ｎｌ′Ｎと判
別できる．又、第７図（Ｂ）に示すように、試料２にお
いては、炭素Ｃの含有量（濃度）は、試料の表面から深
さ０．３１を超える位置まで徐々に増えており、０．：
Ｉｎを超えてから平坦となった．従って、試料２におけ
る脱炭層深さはＱ．３ｎｕｎと判別される。 この測定例から本発明により精度良く脱炭層深さを測定
できることが理解される． なお、この分析においては、第７図（Ａ）、（Ｂ）に示
すように他の成分の含有量も同時に検出でき、そのデー
タを有効に利用できる．

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、簡易な手順で鋼材
の脱炭Ｎ深さを定量的に精度良く測定することができる
という漫れた効果が得られる．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を説明するための脱炭ＮＪ深さ
の求め方を示す、一部線図を含む断面図、第２図（Ａ）
、（Ｂ）は、同じく、脱炭層深さ測定のための供試材加
工例を示す要部斜視図、第３図は、試料片の研削角度と
使用電極径の測定精度に対する影響を説明するための測
面図、第４図は、同じく、線図、 第５図は、本発明の実施例に係るグロー放電分光分析装
置の構成を示す、一部ブロック図を含む配置図、 第６図は、前記装置で用いる試料保持具による保持状態
を示す測面図、 第７図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を採用して、鋼材をグ
ロー放電分光分析し脱炭層深さを測定した例を示す線図
である． Ｏ・・・供試材、 ２・・・グロー放電分光分析装置、 ４・・・グロ一発光部、 ５・・・電極、 ６・・・分光部、 ８・・・測光部、 ０・・・データ処理部、 ４・・・試料、 ８・・・回折格子、 ２・・・光電子増倍管．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼材の脱炭層の深さを測定する際に、鋼材の表層
   部を斜め研削し、 当該研削面をグロー放電分光分析して研削面の炭素濃度
   を検出し、 検出された研削面の炭素濃度分布を鋼材表面からの深さ
   方向の炭素濃度分布に換算して、脱炭層の深さを求める
   ことを特徴とする鋼材の脱炭層深さ測定方法。