JPH07270130A - 酸化膜厚さ測定方法 - Google Patents
酸化膜厚さ測定方法Info
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- JPH07270130A JPH07270130A JP6252494A JP6252494A JPH07270130A JP H07270130 A JPH07270130 A JP H07270130A JP 6252494 A JP6252494 A JP 6252494A JP 6252494 A JP6252494 A JP 6252494A JP H07270130 A JPH07270130 A JP H07270130A
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- Japan
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- oxide film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱間圧延工程等で鋼板表面に生成する酸化膜
の厚さを、熱間ライン上で連続的にかつ非接触で測定す
る。 【構成】 酸化膜の厚さに対応して分光放射率が変化す
る遠赤外域の特定波長で分光放射輝度を検出する。また
酸化膜の厚さによらず分光放射率が既知で一定の任意の
波長で分光放射輝度を検出する。これらの検出値から特
定波長の未知分光放射率を演算し、予め測定した分光放
射率と酸化膜厚さの関係に基づき酸化膜厚さを求める。
の厚さを、熱間ライン上で連続的にかつ非接触で測定す
る。 【構成】 酸化膜の厚さに対応して分光放射率が変化す
る遠赤外域の特定波長で分光放射輝度を検出する。また
酸化膜の厚さによらず分光放射率が既知で一定の任意の
波長で分光放射輝度を検出する。これらの検出値から特
定波長の未知分光放射率を演算し、予め測定した分光放
射率と酸化膜厚さの関係に基づき酸化膜厚さを求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延工程等で鋼材
上に生成する酸化膜の厚さを熱間ライン上で連続的に非
接触で測定する方法に関する。
上に生成する酸化膜の厚さを熱間ライン上で連続的に非
接触で測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱間圧延工程等では高温の鋼板が直接大
気にさらされるため、鋼材表面に酸化スケールと言われ
る酸化鉄皮膜が生成する。このとき酸化スケール（以下
単にスケールという）は鋼種は勿論のこと鋼板の温度、
雰囲気、あるいは熱延履歴等さまざま要因によりその厚
さが著しく異なる。そのため同一条件で圧延した鋼板で
あっても熱延後にコイルに巻き取られる時点ではスケー
ル厚さが数倍も異なり、また鋼板表面上でもスケール厚
さにむらができる。
気にさらされるため、鋼材表面に酸化スケールと言われ
る酸化鉄皮膜が生成する。このとき酸化スケール（以下
単にスケールという）は鋼種は勿論のこと鋼板の温度、
雰囲気、あるいは熱延履歴等さまざま要因によりその厚
さが著しく異なる。そのため同一条件で圧延した鋼板で
あっても熱延後にコイルに巻き取られる時点ではスケー
ル厚さが数倍も異なり、また鋼板表面上でもスケール厚
さにむらができる。
【０００３】熱延鋼板の一部は耐食性を高めるためスケ
ールを付着させた状態でコイルとして出荷されるが、今
のところコイル巻き取り前にスケールの厚さを非破壊で
測定する方法が確立していないため、スケール厚さにば
らつきがあり表面品質である美感に問題があるばかり
か、スケールが厚すぎる場合には塗装後にスケールの部
分から塗装が剥離する等、スケール厚さ不均一に起因し
た品質問題が多くある。
ールを付着させた状態でコイルとして出荷されるが、今
のところコイル巻き取り前にスケールの厚さを非破壊で
測定する方法が確立していないため、スケール厚さにば
らつきがあり表面品質である美感に問題があるばかり
か、スケールが厚すぎる場合には塗装後にスケールの部
分から塗装が剥離する等、スケール厚さ不均一に起因し
た品質問題が多くある。
【０００４】一方、熱間圧延後に次の冷延工程に送られ
る鋼板は酸洗処理が施されスケールが完全に除去され
る。酸洗時間はスケールの厚さに関係しており、スケー
ルが厚いほど酸洗時間を長くする必要があるが、前述し
たようにスケールの厚さは各コイルあるいは同じコイル
であっても場所で異なるため、現在は酸洗時間が長くな
るものを基準に酸洗処理を行うことでスケールの未溶解
を防止している。しかしこの方法ではスケール厚さが薄
い場合、酸洗槽での地鉄溶解損失や酸液の過剰消費が避
けられない。酸洗処理を効率的に行い生産効率をより向
上させるためには酸洗処理以前、例えば熱間圧延後にコ
イルを巻取る時点でスケールの厚さを測定しおき、その
測定値に基づき酸洗時間を設定することが必要である。
る鋼板は酸洗処理が施されスケールが完全に除去され
る。酸洗時間はスケールの厚さに関係しており、スケー
ルが厚いほど酸洗時間を長くする必要があるが、前述し
たようにスケールの厚さは各コイルあるいは同じコイル
であっても場所で異なるため、現在は酸洗時間が長くな
るものを基準に酸洗処理を行うことでスケールの未溶解
を防止している。しかしこの方法ではスケール厚さが薄
い場合、酸洗槽での地鉄溶解損失や酸液の過剰消費が避
けられない。酸洗処理を効率的に行い生産効率をより向
上させるためには酸洗処理以前、例えば熱間圧延後にコ
イルを巻取る時点でスケールの厚さを測定しおき、その
測定値に基づき酸洗時間を設定することが必要である。
【０００５】しかしながら、圧延後の鋼板のスケール厚
さを熱間ライン上で連続的に測定する方法は存在しな
い。通常スケールの厚さを測定する場合はオフラインの
破壊測定として、鋼板の端部から試験片を切り出し、そ
の断面を研磨し光学顕微鏡で研磨面を直接観察して求め
る等の方法が行われている。
さを熱間ライン上で連続的に測定する方法は存在しな
い。通常スケールの厚さを測定する場合はオフラインの
破壊測定として、鋼板の端部から試験片を切り出し、そ
の断面を研磨し光学顕微鏡で研磨面を直接観察して求め
る等の方法が行われている。
【０００６】常温まで冷却された熱延鋼板に限ればスケ
ール厚さを非接触で測定する方法として、例えば特開昭
６２−９０５２７号公報にあるようにＸ線回折を利用す
るものがある。これは鋼板上にＸ線を照射し、鋼板素地
の結晶格子面からの回折Ｘ線強度とスケール組成の酸化
鉄からの回折Ｘ線強度を検出し、各々の回折Ｘ線強度と
予め求められたスケール厚さ、組成の関係を対比させ、
厚さと組成を求める方法である。
ール厚さを非接触で測定する方法として、例えば特開昭
６２−９０５２７号公報にあるようにＸ線回折を利用す
るものがある。これは鋼板上にＸ線を照射し、鋼板素地
の結晶格子面からの回折Ｘ線強度とスケール組成の酸化
鉄からの回折Ｘ線強度を検出し、各々の回折Ｘ線強度と
予め求められたスケール厚さ、組成の関係を対比させ、
厚さと組成を求める方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述のように鋼
板端部から試験片を切り出しその研磨面を顕微鏡観察す
る等のオフラインの破壊測定では各測定に多くの労力を
要し、さらに鋼板上のスケール厚さのむらまでは測定す
ることができない。また鋼板上にＸ線を照射しその回折
Ｘ線強度からスケール厚さを測定する方法は、測定対象
が高温の熱間ラインに応用することができない。さらに
回折Ｘ線強度が微弱であるため原理的に測定精度が低く
なる他、装置が大型になるといった問題点がある。
板端部から試験片を切り出しその研磨面を顕微鏡観察す
る等のオフラインの破壊測定では各測定に多くの労力を
要し、さらに鋼板上のスケール厚さのむらまでは測定す
ることができない。また鋼板上にＸ線を照射しその回折
Ｘ線強度からスケール厚さを測定する方法は、測定対象
が高温の熱間ラインに応用することができない。さらに
回折Ｘ線強度が微弱であるため原理的に測定精度が低く
なる他、装置が大型になるといった問題点がある。
【０００８】従って本発明は、前述した従来方法の問題
点に鑑み、熱間圧延工程等で鋼板表面に生成するスケー
ルの厚さを熱間ライン上で連続的にかつ非接触で測定で
きる方法を提供することを課題とする。
点に鑑み、熱間圧延工程等で鋼板表面に生成するスケー
ルの厚さを熱間ライン上で連続的にかつ非接触で測定で
きる方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成する方法として、酸化膜の厚さに対応して分光放射率
が変化する遠赤外域の特定波長帯域で分光放射輝度を検
出し、同時に酸化膜厚さによらず分光放射率が既知で安
定している任意の波長で分光放射輝度を検出し、これら
の検出値から特定波長帯域の未知分光放射率を求め、予
め測定した分光放射率と酸化膜厚の関係に基づき酸化膜
厚を測定することにより達成できる。
成する方法として、酸化膜の厚さに対応して分光放射率
が変化する遠赤外域の特定波長帯域で分光放射輝度を検
出し、同時に酸化膜厚さによらず分光放射率が既知で安
定している任意の波長で分光放射輝度を検出し、これら
の検出値から特定波長帯域の未知分光放射率を求め、予
め測定した分光放射率と酸化膜厚の関係に基づき酸化膜
厚を測定することにより達成できる。
【００１０】
【作用】以下に本発明方法によるスケール厚さ測定の原
理を詳細に説明する。発明者らの研究によれば、大気雰
囲気で高温酸化が進行し厚さ２μｍ以上のスケールが生
成した鋼板表面の分光放射率は可視域から赤外域ではス
ケール厚さによらず安定した値をとるが、これより長波
長側の遠赤外域では特定の波長に限りスケール厚さの増
加に伴い分光放射率が減少する現象があることが明らか
になった。スケールの成分である鉄酸化物の光学的半透
明性に起因すると考えられ、具体的には波長１８μｍ付
近、波長２２μｍ付近等いくつかの波長でこの現象を確
認した。また遠赤外域であっても前述した特定の波長以
外の帯域ではスケール表面の分光放射率が安定している
ことも確認した。本発明はこのような知見をもとに考案
したものであり、スケール厚さに対応して分光放射率が
変化する波長と安定している波長で熱放射の分光放射輝
度を検出し、これらの検出値を演算することでスケール
厚さを求めることを測定原理としている。
理を詳細に説明する。発明者らの研究によれば、大気雰
囲気で高温酸化が進行し厚さ２μｍ以上のスケールが生
成した鋼板表面の分光放射率は可視域から赤外域ではス
ケール厚さによらず安定した値をとるが、これより長波
長側の遠赤外域では特定の波長に限りスケール厚さの増
加に伴い分光放射率が減少する現象があることが明らか
になった。スケールの成分である鉄酸化物の光学的半透
明性に起因すると考えられ、具体的には波長１８μｍ付
近、波長２２μｍ付近等いくつかの波長でこの現象を確
認した。また遠赤外域であっても前述した特定の波長以
外の帯域ではスケール表面の分光放射率が安定している
ことも確認した。本発明はこのような知見をもとに考案
したものであり、スケール厚さに対応して分光放射率が
変化する波長と安定している波長で熱放射の分光放射輝
度を検出し、これらの検出値を演算することでスケール
厚さを求めることを測定原理としている。
【００１１】次に本発明方法を、図１に示したフローチ
ャート等を参照しながら説明する。まずステップ１（図
１中ではステップという語を省略してＳと記す）とし
て、スケール厚さに対応して分光放射率が変化する波長
λ1 で、表面温度Ｔの鋼板表面からの分光放射輝度を検
出する。この分光放射輝度をＬ1 とすると Ｌ1 ＝ε1 （ｄ）・Ｌb （Ｔ, λ1 ） …（１） ここで ε1 （ｄ）：波長λ1 での分光放射率、スケ
ール厚さｄの関数 Ｌb （Ｔ, λ1 ）：温度Ｔ、波長λ1 での黒体放射輝度
であり
ャート等を参照しながら説明する。まずステップ１（図
１中ではステップという語を省略してＳと記す）とし
て、スケール厚さに対応して分光放射率が変化する波長
λ1 で、表面温度Ｔの鋼板表面からの分光放射輝度を検
出する。この分光放射輝度をＬ1 とすると Ｌ1 ＝ε1 （ｄ）・Ｌb （Ｔ, λ1 ） …（１） ここで ε1 （ｄ）：波長λ1 での分光放射率、スケ
ール厚さｄの関数 Ｌb （Ｔ, λ1 ）：温度Ｔ、波長λ1 での黒体放射輝度
であり
【数１】 （１）式では分光放射率ε1 （ｄ）と温度Ｔが未知数で
ある。
ある。
【００１２】さらに分光放射率がスケール厚さによらず
安定している波長λ2 で同一の測定点からの分光放射輝
度Ｌ2 を検出する。 Ｌ2 ＝ε2 ・Ｌb （Ｔ, λ1 ） …（３） ここで ε2 ：波長λ2 での分光放射率、定数 Ｌb （Ｔ, λ1 ）：温度Ｔ、波長λ2 での黒体放射輝度 （３）式では分光放射率ε2 が定数であるので、予め測
定しておけば温度Ｔのみが未知数である。
安定している波長λ2 で同一の測定点からの分光放射輝
度Ｌ2 を検出する。 Ｌ2 ＝ε2 ・Ｌb （Ｔ, λ1 ） …（３） ここで ε2 ：波長λ2 での分光放射率、定数 Ｌb （Ｔ, λ1 ）：温度Ｔ、波長λ2 での黒体放射輝度 （３）式では分光放射率ε2 が定数であるので、予め測
定しておけば温度Ｔのみが未知数である。
【００１３】次にステップ２として分光放射輝度Ｌ2 の
検出値から鋼板表面温度（スケール表面温度）Ｔを計算
する。分光放射率ε2 の既知の値を用いて、一般的な放
射温度測定と同様に（２）式から容易に温度Ｔを求める
こができる。
検出値から鋼板表面温度（スケール表面温度）Ｔを計算
する。分光放射率ε2 の既知の値を用いて、一般的な放
射温度測定と同様に（２）式から容易に温度Ｔを求める
こができる。
【００１４】ステップ３ではステップ２で求めた温度Ｔ
を（１）式右辺の黒体放射式に代入し、未知数である分
光放射率ε1 （ｄ）を求める。そして予め測定した分光
放射率スケール厚さの関係より目的とするスケール厚さ
ｄを求めることができる。
を（１）式右辺の黒体放射式に代入し、未知数である分
光放射率ε1 （ｄ）を求める。そして予め測定した分光
放射率スケール厚さの関係より目的とするスケール厚さ
ｄを求めることができる。
【００１５】
【実施例】以下図面等を参照して、本発明方法の一実施
例を説明する。図２は図１に示したフローチャートに従
い本発明方法を実施する際のスケール厚さ測定装置の構
成例である。１は測定対象からの分光放射輝度Ｌ1 を検
出する放射計であり、放射計前面の受光部に波長選択フ
ィルタ１−１を配置して、分光放射率がスケール厚さに
対応して変化する特定波長λ1 の分光放射輝度のみを検
出する。２は放射計１と同一の測定点からの放射光を検
出するが、波長選択フィルタ２−２により分光放射率が
スケール厚さに依存しない波長λ2 の分光放射輝度Ｌ2
を検出する。各放射計が検出する分光放射輝度Ｌ1 およ
び分光放射輝度Ｌ2 の信号は演算装置３に印可される。
演算装置３では、記憶装置４に記憶された分光放射率ε
2 の値および分光放射率ε1 （ｄ）とスケール厚さｄの
関係式を参照して測定対象のスケール厚さｄを演算す
る。５は演算装置３で求められたスケール厚さを表示す
る出力装置である。
例を説明する。図２は図１に示したフローチャートに従
い本発明方法を実施する際のスケール厚さ測定装置の構
成例である。１は測定対象からの分光放射輝度Ｌ1 を検
出する放射計であり、放射計前面の受光部に波長選択フ
ィルタ１−１を配置して、分光放射率がスケール厚さに
対応して変化する特定波長λ1 の分光放射輝度のみを検
出する。２は放射計１と同一の測定点からの放射光を検
出するが、波長選択フィルタ２−２により分光放射率が
スケール厚さに依存しない波長λ2 の分光放射輝度Ｌ2
を検出する。各放射計が検出する分光放射輝度Ｌ1 およ
び分光放射輝度Ｌ2 の信号は演算装置３に印可される。
演算装置３では、記憶装置４に記憶された分光放射率ε
2 の値および分光放射率ε1 （ｄ）とスケール厚さｄの
関係式を参照して測定対象のスケール厚さｄを演算す
る。５は演算装置３で求められたスケール厚さを表示す
る出力装置である。
【００１６】発明者らはこのスケール厚さ測定装置を熱
間圧延ラインのコイル巻き取り装置直前に設置し性能確
認を行った。各放射計は鋼板に対して鉛直上方約２ｍの
位置に２台並べて取り付け、それぞれ視野５０mmφの同
一観測点からの分光放射輝度を検出した。また本装置に
よる測定で得られた結果を光学顕微鏡で求めた値と比較
するため、測定した位置を記録した。
間圧延ラインのコイル巻き取り装置直前に設置し性能確
認を行った。各放射計は鋼板に対して鉛直上方約２ｍの
位置に２台並べて取り付け、それぞれ視野５０mmφの同
一観測点からの分光放射輝度を検出した。また本装置に
よる測定で得られた結果を光学顕微鏡で求めた値と比較
するため、測定した位置を記録した。
【００１７】放射計１は波長２２．４μｍでの分光放射
輝度をサーモパイルで検出する。波長２２．４μｍでは
分光放射率がスケール厚さに対応して図３に示すような
関係を有する。また放射計２は波長０．９μｍの分光放
射輝度をシリコン赤外線センサで検出する。波長０．９
μｍではスケール表面の分光放射率がスケール厚さによ
らず安定しており、その値は０．８３に設定した。
輝度をサーモパイルで検出する。波長２２．４μｍでは
分光放射率がスケール厚さに対応して図３に示すような
関係を有する。また放射計２は波長０．９μｍの分光放
射輝度をシリコン赤外線センサで検出する。波長０．９
μｍではスケール表面の分光放射率がスケール厚さによ
らず安定しており、その値は０．８３に設定した。
【００１８】図４には前記の測定装置を用い、いくつか
の鋼板に対しての本発明方法を実施した結果として、横
軸に光学顕微鏡によるスケール厚さの測定値を、縦軸に
本発明方法により得られたスケール厚さ示す。これによ
ると鋼板上に生成するスケールの厚さは鋼種、圧延時の
温度等によりさまざまに変化しても、本発明方法による
測定値と光学顕微鏡に求めた値が極めて高い精度で一致
していることが分かる。
の鋼板に対しての本発明方法を実施した結果として、横
軸に光学顕微鏡によるスケール厚さの測定値を、縦軸に
本発明方法により得られたスケール厚さ示す。これによ
ると鋼板上に生成するスケールの厚さは鋼種、圧延時の
温度等によりさまざまに変化しても、本発明方法による
測定値と光学顕微鏡に求めた値が極めて高い精度で一致
していることが分かる。
【００１９】
【発明の効果】本発明は以上のようにして熱間圧延工程
で鋼板上に生成するスケールの厚さが測定されるが、前
述のごとく遠赤外域の特定波長でのスケール厚さと分光
放射率の相関関係に基づき、測定対象からの熱放射輝度
の検出値からスケール厚さを測定することができるた
め、非接触で高精度な測定が可能である。
で鋼板上に生成するスケールの厚さが測定されるが、前
述のごとく遠赤外域の特定波長でのスケール厚さと分光
放射率の相関関係に基づき、測定対象からの熱放射輝度
の検出値からスケール厚さを測定することができるた
め、非接触で高精度な測定が可能である。
【００２０】従って、本発明により、熱延鋼板の表面品
質管理が行えるようになる。さらにオンラインで測定し
た値に基づき温度等の圧延条件を制御して、スケール厚
さを抑制し酸洗性を向上させたり、あるいはその逆に故
意にスケールを生成させ鋼板の耐食性を高める等、本発
明は品質、コストの両面で優れた効果がある。
質管理が行えるようになる。さらにオンラインで測定し
た値に基づき温度等の圧延条件を制御して、スケール厚
さを抑制し酸洗性を向上させたり、あるいはその逆に故
意にスケールを生成させ鋼板の耐食性を高める等、本発
明は品質、コストの両面で優れた効果がある。
【図１】本発明の測定方法を簡潔に示したフローチャー
ト。
ト。
【図２】図１に示す手順に従いスケール厚さを測定する
装置実施例の構成図。
装置実施例の構成図。
【図３】本発明の測定原理であるスケール厚さと分光放
射特性との関係の一例を示す図。
射特性との関係の一例を示す図。
【図４】前記実施例に示した装置を用いて求めたスケー
ル厚さと従来行われているオフライン光学顕微鏡観察よ
り求めたスケール厚さと比較した図。
ル厚さと従来行われているオフライン光学顕微鏡観察よ
り求めたスケール厚さと比較した図。
【符号の説明】 １，２ 放射計 １ー１，２ー１ 波長選択フィルタ ３ 演算装置 ４ 記憶装置 ５ 出力装置 １１ スケール １２ 鋼板地鉄
Claims (1)
- 【請求項１】 酸化膜の厚さに対応して分光放射率が変
化する遠赤外域の特定波長で分光放射輝度を検出し、か
つ酸化膜の厚さによらず分光放射率が既知で一定の任意
の波長で分光放射輝度を検出し、これらの検出値から前
記特定波長の未知分光放射率を求め、予め測定した分光
放射率と酸化膜厚の関係に基づき酸化膜厚を測定するこ
とを特徴とする酸化膜厚さ測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6252494A JPH07270130A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 酸化膜厚さ測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6252494A JPH07270130A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 酸化膜厚さ測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270130A true JPH07270130A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13202669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6252494A Withdrawn JPH07270130A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 酸化膜厚さ測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07270130A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005241282A (ja) * | 2004-02-24 | 2005-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 膜厚検出方法，成膜方法および膜厚検出装置，成膜装置 |
| WO2013035726A1 (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-14 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 測定方法および測定装置 |
| JP2019023635A (ja) * | 2017-07-21 | 2019-02-14 | 新日鐵住金株式会社 | 温度測定装置、温度測定方法及びプログラム |
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| KR20190123766A (ko) * | 2017-04-25 | 2019-11-01 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 스케일 조성 판정 시스템, 스케일 조성 판정 방법, 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체 |
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| CN112805531A (zh) * | 2018-11-09 | 2021-05-14 | 株式会社神户制钢所 | 氧化膜厚测量装置以及该方法 |
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-
1994
- 1994-03-31 JP JP6252494A patent/JPH07270130A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
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