[发明专利]金属材料的组织材质计测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于计测金属材料的组织材质的组织材质计测装置。

背景技术

近几年，完成了试图根据用途来区分制作金属材料的组织材质的各种各样的尝试。例如开始采用如下方法，即在冷却经过热轧后的金属材料时，通过用高压喷射大量冷水以提高钢板的冷却速度，使其金属组织变化，从而使其具有所希望的拉伸强度和延展性。然而，以往这样的制造方法在实际应用时，并没有有效地计测制造出的金属材料是否满足要求的组织材质的方法。

即，以往利用拉伸试验等的破坏试验来计测金属材料的拉伸强度，延展性、成型性这样的机械性质。但是，这样的计测方法存在如下问题，即需要花费几小时到几天的时间才能得到结果；另外，因为是破坏试验，所以不可能实施全数计测。因此，从以前开始就强烈希望在非破坏的情况下计测金属材料的组织材质。

针对这样的问题，作为在非破坏的情况下计测金属材料的组织材质的方法之一，已知向金属材料、例如金属片发送超声波，并根据其传播特性来计测金属片的组织材质的方法。在该方法中，能够根据利用哪种超声波的振动模式来计测各种组织材质的特征值。例如，能够由纵波高频成分的衰减特性来检测出金属片的结晶颗粒直径，而且能够得到与结晶颗粒直径具有强相关的屈服应力或拉伸应力。另外，能够由横波的传播速度来检测出金属片的弹性系数，而且能够由弹性系数的各向异性来得到表示金属片成型性的组织材质的一个特性值、即朗克福特值(r值)的计测值。

在利用上述方法计测金属片(金属材料)的组织材质时，作为向金属片内发送超音波的方法以及接收金属片内传播的超声波的方法，例如众所周知的使金属片和压电元件接触的方法。但是，该方法存在如下问题，即由于必须通过液体等使压电元件和金属片靠紧，所以尤其不适合生产线上的在线计测的问题，以及由于振荡频率较低(<1MHz)，所以尤其不适合结晶颗粒直径的计测的问题。

针对这点，近些年开始采用通过向金属片表面照射脉冲激光，从而使脉冲状的超声波发送到金属片内的方法(例如，参照专利文献1)。在该方法中，例如具有如下优点：即从离开金属片的位置照射脉冲激光，从而能够向金属片内发送超声波；以及通过缩短激光的脉冲幅度等，可以向金属片内发送包含几十MHz以上的高频成分的脉冲超声波。

另外，近些年开始采用利用激光干涉仪来接收在金属片内传播的超声波的方法。在该方法中，通过对用途与超声波发送用不同的金属片照射激光，使其反射光与基准光产生干涉，从而读取在金属片的表面所出现的微小的超声波振动。所以，上述方法具有可以从离开金属片的位置接收金属片表面所出现的微小的超声波振动的优点，以及可以接收数十MHz以上的高频超声波振动。

专利文献1：日本专利特公昭61-54179号公报

然而，通过照射脉冲状的激光而向金属片内发送的脉冲超声波具有与其振动模式相应的较强的方向性。这里，图7是向金属片内发送的脉冲超声波方向性的示意图。(a)是纵波的振动强度分布的示意图，(b)是横波的振动强度分布的示意图。如图7所示，向与金属片的一面垂直方向上照射激光的情况下，纵波在与被激光照射的上述金属片的一面垂直的方向上具有较强的方向性。另外，横波在与上述金属片的一面大约45度的方向上具有较强的方向性。

因此，在利用激光干涉仪接收金属片内所传播的脉冲超声波的情况下，按照想要检测出的脉冲超声波的振型，存在着最合适的接收位置，即照射接收用的激光的位置。例如，在接收用时采用照射范围微小的激光来向金属片的一面(以下称为「超声波发送面」)照射激光的情况下，在纵波的情况下，从超声波发送面引出的垂直线和与金属片的上述一面相反侧的另一面(以下称为「超声波接收面」)交叉的位置成为最合适的接收位置；在横波的情况下，与从超声波发送面引出的铅垂线成45度角的直线和超声波接收面交叉的位置成为最合适的接收位置。所以，通过向上述最合适的接收位置照射接收用的激光，可以得到较强信号强度。

总之，如果能够将照射接收用激光的位置(激光干涉仪检测出的位置)与上述最合适的接收位置高精度地对准，则可以良好地只接收所需要的振型的超声波振动，并且能够在不受其他振型的超声波振动或各种外部噪音影响的情况下，减少测量误差。但是，在也包括专利文献1记载的方法在内的以往的方法中，发送用的激光照射位置和接收用的激光照射位置的位置关系通过手动进行调整，调整者技能的好坏会对计测精度产生偏差，这是一个无法避免的问题。