JP3948594B2 - Method for measuring Si concentration in steel - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は厚板や型鋼、熱延鋼板、冷延鋼板、電磁鋼板、鉄箔などの鋼材のSi濃度を渦電流計測(電磁誘導計測)により測定する方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】
電磁鋼板など磁気的な性質が重要な鋼材においては、鋼中のSi濃度により磁気的性質が大きく変わるため、Si濃度を所定のレベルに作り込むことが品質管理上重要である。従来Si濃度の測定方法としては、例えば、特開平3-68850号公報「鋼材のSi濃度測定方法および装置」に記載されるような4端子触針接触式のSi濃度計が提案されている。
【0003】
これは、図11に示すように一般に電磁鋼板に使用される鋼材のSi濃度の範囲では抵抗率がSi濃度に対して単調に変化することを利用したもので、図12に示すように鋼材11に4端子(12a、12b、12c、12d)からなる触針を接触させ、4端子間の電流−電圧の関係から抵抗率を求め、その抵抗率からSi濃度を測定するものである。ただしこの方法においては触針を対象に接触させる必要があることから、接触状態によっては精度が低下したり、また、対象鋼材の移動中に測定する場合には、精密なセンサヘッドの鋼材追従装置が必要になるという問題がある。
【0004】
上記問題はセンサと対象を接触させることに起因するものなので、非接触測定方式によれば上記のような問題は生じない。非接触抵抗率測定法として、一般的に図13に示すような渦電流法による測定が考えられる。鋼材11に対して渦電流センサ13と渦電流センサ電子回路14を用いて渦電流測定を行う。測定される渦電流の大きさは鋼材11の抵抗率により変化するため、上記接触式Si濃度計と同様、抵抗率との相関からSi濃度が求まることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一般に渦電流センサ出力は、対象の抵抗率だけでなく、微分透磁率によっても変化するため、渦電流センサ出力からSi濃度を求めるためには、図11に示したSi濃度と抵抗率との関係だけでなく、Si濃度と微分透磁率との関係が重要になる。しかしながら、透磁率は抵抗率とは異なり、図14に示すようにSi濃度に対して単調には変化しない。
【0006】
また、鋼材の応力状態や結晶粒径、結晶方位によっても微分透磁率が変動する。このため、単純な渦電流法の適用では精度の高い測定は困難である。図15に10kHzの励磁周波数にて、0.2mm厚の鋼板を対象に、プローブ型コイルを用いて渦電流測定を行った結果を示すが、蛍光X線分析にて測定したSi濃度(横軸)を真値とすると、渦電流出力とSi濃度との相関は余り無いことが分かる。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、従来測定精度が不十分であった渦電流法を改良することにより、非接触で鋼材のSi濃度を正確に測定する方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第1の手段は、鋼材の Si 濃度が変化しても鋼材の微分透磁率が一定となるように、鋼材に直流磁場を印加することで鋼材の微分透磁率を制御し、鋼材の当該磁化部分に対して渦電流計測を行い、求められた計測値からSi濃度を測定することを特徴とする鋼材のSi濃度測定方法(請求項1)である。
【0009】
前述のように、渦電流法でSi濃度を測定する場合は、鋼材の微分透磁率の影響を受けて測定精度が悪化する。本手段においては、この微分透磁率を一定に制御して測定を行うので、微分透磁率の影響が無くなり、渦電流法を用いても、精度の良いSi濃度の測定が可能となる。微分透磁率は、例えば鋼材を直流磁化し、直流磁化の大きさを制御することにより制御できる。
【0010】
前記課題を解決するための第2の手段は、厚さ方向にSi濃度分布がある鋼材に直流磁場を印加することで鋼材の厚み方向の Si 濃度が変化しても微分透磁率が一定となるように制御し、鋼材の当該磁化部分に対して渦電流計測を行い、求められた計測値からSi濃度を測定することを特徴とする鋼材のSi濃度測定方法(請求項2)である。
【0011】
鋼材の中には、その厚さ方向でSi濃度が変化しているものがあり、それにより厚さ方向での微分透磁率が変化し、渦電流法を用いた場合には、前述のように正確な測定ができない。本手段においては、直流磁場を印加することで鋼材の微分透磁率を略均一に制御しているので、微分透磁率の影響が無くなり、渦電流法を用いても、精度の良いSi濃度の測定が可能となる。微分透磁率は、例えば鋼材を直流磁化し、直流磁化の大きさを制御することにより制御できる。
【0012】
前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段又は第2の手段であって、直流磁化レベルを飽和磁化レベルあるいは飽和磁化レベル近傍とすることを特徴とするもの(請求項3)である。
【0013】
図2に例示するように、成分あるいは履歴により、磁気特性が異なる鋼材Aと鋼材Bにおいて、磁化レベルの小さい(Hの小さい)領域では微分透磁率(傾き)は大きく異なるが、飽和磁化レベルおよび飽和磁化レベル近傍においては、差は小さくなっている。しかし、鋼材を飽和磁化レベルあるいはその近傍まで磁化することにより、鋼材の成分や結晶粒径には余り影響を受けない回転磁化過程により磁化が進行するため、微分透磁率は成分や製造履歴等の影響を受けず、かつ、図2、図16に示すように、その絶対値や、磁化レベルの変動に対する変化率が小さくなる。よって、微分透磁率を一定値に制御することが容易であるので、渦電流法を用いても、精度の良いSi濃度の測定が可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の第1の例であるSi濃度の測定方法を実施するための装置の概要を示す図である。図1において、1は鋼材、2は渦電流センサ、3は直流磁化器、4は磁化力コントローラ、5は渦電流センサ電子回路である。
【0017】
第1の発明の実施の形態においては、あらかじめ直流磁化器3の設定と被測定鋼材1の微分透磁率との関係を別途調べておき、渦電流測定時にはある一定の微分透磁率になるよう磁化力コントローラ4により直流磁化器3の設定を行う。
【0018】
Si濃度が未知の鋼材を測定する前に、まずSi濃度が既知のサンプルを用いて、測定に使用する微分透磁率におけるセンサ出力からSi濃度を求める校正線を作成する。具体的には、校正用サンプル毎に同じ微分透磁率となるよう、磁化力コントローラ4により直流磁化器3の設定を行い、渦電流センサ2の出力を渦電流センサ電子回路5にて読みとる。その出力値とSi濃度から校正線を作成する。
【0019】
そして未知のSi濃度を測定するためには、被測定鋼材1が所定の微分透磁率となるよう磁化力コントローラ4により直流磁化器3の設定を行い、渦電流センサ2の出力を渦電流センサ電子回路5にて読みとる。その出力値からあらかじめ作成しておいた校正線により、Si濃度を求める。
【0020】
なおここで述べた磁化の設定の条件決めは、被測定鋼材自身を用いなくとも、それと同様の性質を持つもの(成分、板厚、製造履歴などが近いもの)にて代用しても良いし、また、性質の異なる別の鋼材の値から、類推して求めても良い。
【0021】
本発明の実施の形態の第2の例であるSi濃度の測定方法においては、図1の装置を使用するが、渦電流測定時には、鋼材1を磁化力コントローラ4により設定された直流磁化器3により、図2に示すように微分透磁率が鋼材によって大きく変わることのない飽和磁化レベルあるいはその近傍に磁化するものとする。
【0022】
Si濃度が未知の鋼材を測定する前に、まずSi濃度が既知のサンプルを用いて、測定に使用する微分透磁率におけるセンサ出力からSi濃度を求める校正線を作成する。具体的には、被測定校正用サンプルを飽和磁化レベルあるいはその近傍に磁化し、渦電流センサ2の出力を渦電流センサ電子回路5にて読みとる。その出力値とSi濃度から校正線を作成する。
【0023】
次に未知のSi濃度を測定するためには、被測定鋼材1が飽和レベルあるいは飽和レベル近傍に磁化されるよう磁化力コントローラ4により直流磁化器3の設定を行い、渦電流センサ2の出力を渦電流センサ電子回路5にて読みとる。その出力値からあらかじめ作成しておいた校正線により、Si濃度を求める。
【0024】
図3は、本発明の実施の形態の第3の例であるSi濃度の測定方法を実施するための装置の概要を示す図である。以下の図において、発明の実施の形態の欄以後の図のうち前出の図中に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。図3において、6a、6bは微分透磁率測定用センサ、7は微分透磁率測定電子回路である。
【0025】
渦電流測定時には、直流磁化器3により鋼材1を磁化し、その状態で、微分透磁率測定用センサ6aから交流磁束を発生させ、鋼材1を透過した磁束を微分透磁率測定用センサ6bで測定して、微分透磁率測定電子回路7により鋼材1の微分透磁率、あるいは微分透磁率と相関のある物理量を測定し、その測定値があらかじめ定めた値と同じになるよう、磁化器コントローラ4をコントロールし、磁化力コントローラ4により設定された直流磁化器3により、鋼材1を磁化するものとする。
【0026】
Si濃度が未知の鋼材を測定する前に、まずSi濃度が既知のサンプルを用いて、測定に使用する微分透磁率におけるセンサ出力からSi濃度を求める校正線を作成する。具体的には、被測定校正用サンプルを上記微分透磁率測定用センサ6a、6bを用いた手法にて一定微分透磁率となるよう磁化し、渦電流センサ2の出力を渦電流センサ電子回路5にて読みとる。その出力値とSi濃度から校正線を作成する。
【0027】
次に未知のSi濃度を測定するためには、被測定鋼材1を上記微分透磁率測定用センサ6a、6bを用いた手法にて一定微分透磁率となるよう磁化し、渦電流センサ2の出力を渦電流センサ電子回路5にて読みとる。その出力値からあらかじめ作成しておいた校正線により、Si濃度を求める。
【0028】
本発明の第4の実施の形態においては、Si濃度が厚さ方向で変化している鋼材を測定する。測定装置は図1に示したものを使用する。渦電流測定時には、鋼材1を磁化力コントローラ4により設定された直流磁化器3により、図2に示すように微分透磁率が深さ位置によって大きく変わることのない磁化レベルあるいはその近傍に磁化するものとする。
【0029】
Si濃度が未知の鋼材を測定する前に、まずSi濃度が既知のサンプルを用いて、測定に使用する微分透磁率におけるセンサ出力からSi濃度を求める校正線を作成する。具体的には、被測定校正用サンプルを測定に使用する磁化レベルに磁化し、渦電流センサ2の出力を渦電流センサ電子回路5にて読みとる。その出力値とSi濃度から校正線を作成する。
【0030】
次に未知のSi濃度を測定するためには、被測定鋼材1の被測定部が測定に使用する磁化レベルに磁化されるよう磁化力コントローラ4により直流磁化器3の設定を行い、渦電流センサ2の出力を渦電流センサ電子回路5にて読みとる。その出力値からあらかじめ作成しておいた校正線により、Si濃度を求める。
【0031】
なお、この実施例において磁化は、Si濃度による微分透磁率変動が少ないレベルであれば特に限定はされないが、飽和磁化レベルあるいはその近傍としてもよいことは当然である。
【0032】
【実施例】
(実施例1)
図1に示した装置を使用して、鋼材のSi濃度を測定した。測定対象としては、Si濃度約2〜7%の板厚0.2mmの鋼板を使用した。鋼板の厚み方向のSi濃度の平均値を測定するため、渦電流測定の一次側励磁周波数を10kHzとし、浸透深さが板厚に比べ、十分深くなるようにした。コイルの形状はプローブ型とし、センサと鋼板の距離は2mmとした。
【0033】
磁化レベルは、あらかじめ測定しておいたそれぞれの鋼板のB−Hカーブより、十分に飽和レベルに近く、サンプルによる微分透磁率の変動が、渦電流測定に大きく影響しないレベルとなるよう、磁化レベルコントローラ4により磁化電流を制御することで直流磁化器3により設定した。渦電流センサ2の出力は、渦電流センサ電子回路5に含まれるロックインアンプにより処理され、渦電流測定値を得る。そして、鋼板Si濃度が既知のサンプルを用いて事前に求めておいた、渦電流測定値と鋼板のSi濃度との関係を示す校正線を使用し、渦電流測定値より、Si濃度を求めた。
【0034】
測定結果を、図4、図5に示す。図4は、真値としている蛍光X線分析から求めたSi濃度と渦電流測定値の関係を示したもので、図15に示す従来法の結果と比べ、両者の相関があることがわかる。図5は蛍光X線分析から求めたSi濃度と本実施例による渦電流測定から求めたSi濃度を比較したもので、精度良く測定されていることがわかる。
【0035】
(実施例2)
図3に示したような構成の測定器を用いて、鋼材のSi濃度を測定した。測定対象としては、Si濃度約2〜7%の板厚0.2mmの鋼板を使用した。鋼板の厚み方向のSi濃度の平均値を測定するため、渦電流測定の一次側励磁周波数は10kHzとし、浸透深さが板厚に比べ、十分深くなるようにした。コイルの形状はプローブ型とし、センサと鋼板の距離は2mmした。
【0036】
微分透磁率に相関のある物理量を求めるため、微分透磁率測定用センサ6a、6bを鋼板を挟んでお互いに反対側に対向して、渦電流センサが測定する鋼板部位と同等の磁化レベルにある部位を測定できるよう配置した。6aにより交流磁束を発生させ、鋼板1を透過した交流磁束をもう一方のセンサ6bにて測定する。
【0037】
サンプルによる微分透磁率の変動が、渦電流測定に大きく影響しないレベルとするため、上記微分透磁率測定用センサ6の出力がサンプルによらず一定となるよう磁化レベルコントローラ4を介して磁化電流を制御することで直流磁化器3により磁化レベルを設定した。渦電流センサ2の出力は、渦電流センサ電子回路5に含まれるロックインアンプにより処理され、渦電流測定値を得る。
【0038】
鋼板Si濃度が既知のサンプルを用いて事前に求めておいた、渦電流測定値と鋼板のSi濃度との関係を示す校正線を使用し、渦電流測定値より、Si濃度を求める。
【0039】
測定結果を、図6、図7に示す。図6は、真値としている蛍光X線分析から求めたSi濃度と渦電流測定値の関係を示したもので、従来法の結果図4と比べ、両者の相関があることがわかる。図7は蛍光X線分析から求めたSi濃度と本実施例による渦電流測定から求めたSi濃度を比較したもので、精度良く測定されていることがわかる。
上記の微分透磁率測定のための交流透過磁束の周波数は、渦電流励磁周波数と近いことが望ましいが、必ずしも上記の例のように同じである必要はない。
【0040】
またここで微分透磁率、および微分透磁率に相関のある物理量を測定する方法は上記の例に特に限定するものではない。図3においては鋼板を透過する交流磁束量を測定しているが、たとえば、鋼板の一方の側にだけ、センサ6aおよび6bを設置しても同様の効果が実現できる。
【0041】
(実施例3)
図1に示す測定回路を用いて、厚さ方向でSi濃度が変化する鋼板のSi濃度の測定を行った。測定対象としては、Si濃度約3〜7%の板厚1mmの鋼板を使用した。この鋼板の厚み方向のSi濃度は、図8に2種の鋼板の例を示すように、表面で高く、深くなるに従って低くなる。渦電流測定の一次側励磁周波数は500kHzとし、コイルの形状はプローブ型とし、センサと鋼板の距離は2mmとした。磁化レベルは、あらかじめ測定しておいたそれぞれの鋼板のB−Hカーブより、十分に飽和レベルに近く、サンプルによる微分透磁率の変動が、渦電流測定に大きく影響しないレベルとなるよう、磁化レベルコントローラ4により磁化電流を制御することで直流磁化器3により設定した。渦電流センサ2の出力は、渦電流電子回路5に含まれるロックインアンプにより処理され、渦電流測定値を得る。
【0042】
鋼板Si濃度が既知のサンプルを用いて事前に求めておいた、渦電流測定値と鋼板のSi濃度との関係を示す校正線を使用し、渦電流測定値より、Si濃度を求める。
【0043】
測定結果を、図9、図10に示す。図9は、真値としている鋼板表面から機械的に深さ0.2mmまで研削しながら蛍光X線分析から求めたSi濃度と渦電流測定値の関係を示したもので、図15に示された従来法の結果と比べ、両者の相関があることがわかる。図10は蛍光X線分析から求めたSi濃度と本実施例による渦電流測定から求めたSi濃度を比較したもので、精度良く測定されていることがわかる。
【0044】
なお、上記3つの実施例について、図1、図3においては、渦電流センサ2と直流磁化器3は鋼材1を挟んで反対側に設置されている例を示しているが、渦電流センサ2と直流磁化器3が鋼材1に関し、同じ側に配置されても構わない。
【0045】
本発明において、直流磁化器による磁化力の制御は、磁化電流を変えることによってもよいし、ヨークの間隔や、磁化器と鋼材との距離を変更すること、あるいは磁化器コイルを分割しておいて、使用するコイルを選択することによるなど様々な方法が考えられ、特に上記の例に限定されるものではない。
【0046】
【発明の効果】
本発明により、非接触にて微分透磁率変動の影響を受けにくく高精度なSi濃度の測定が実現でき、それにより鋼材、とりわけ電磁鋼板の品質管理が容易に、かつ精密に行うことができる。
【0047】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の第1の例であるSi濃度の測定方法を実施するための装置の概要を示す図である。
【図2】鋼材の種類ごとの磁化曲線の例を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態の第3の例であるSi濃度の測定方法を実施するための装置の概要を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施例におけるセンサ出力と、蛍光X線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図5】本発明の第1の実施例によって求められたSi濃度と、蛍光X線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施例におけるセンサ出力と、蛍光X線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施例によって求められたSi濃度と、蛍光X線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図8】鋼板の厚さ法方向でのSi濃度分布の例を示す図である。
【図9】本発明の第3の実施例におけるセンサ出力と、蛍光X線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図10】本発明の第3の実施例によって求められたSi濃度と、蛍光X線分析によるSi濃度との関係を示す図である。
【図11】鋼材のSi濃度と抵抗率の関係の例を示す図である。
【図12】従来の4端子触針接触式Si濃度計の概要を示す図である。
【図13】従来の渦電流法によるSi濃度計の概要を示す図である。
【図14】透磁率とSi濃度の関係の例を示す図である。
【図15】従来の渦電流法によるSi濃度計の測定値と、蛍光X線分析で測定したSi濃度との関係の例を示す図である。
【図16】B−Hカーブと微分透磁率の例を示す図である。
【符号の説明】
1…鋼材
2…渦電流センサ
3…直流磁化器
4…磁化力コントローラ
5…渦電流センサ電子回路
6a、6b…微分透磁率測定用センサ
7…微分透磁率測定電子回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring the Si concentration of steel materials such as thick plates, die steel, hot-rolled steel plates, cold-rolled steel plates, electromagnetic steel plates and iron foils by eddy current measurement (electromagnetic induction measurement).
[0002]
[Prior art]
In steel materials, such as electromagnetic steel sheets, in which magnetic properties are important, the magnetic properties vary greatly depending on the Si concentration in the steel. Therefore, it is important for quality control to make the Si concentration at a predetermined level. As a conventional method for measuring Si concentration, for example, a 4-terminal stylus contact type Si concentration meter as described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-68850 “Method and apparatus for measuring Si concentration of steel” has been proposed.
[0003]
This utilizes the fact that the resistivity changes monotonically with respect to the Si concentration in the Si concentration range of steel materials generally used for electromagnetic steel sheets as shown in FIG. 11, and as shown in FIG. A stylus consisting of four terminals (12a, 12b, 12c, 12d) is brought into contact with this, and the resistivity is obtained from the current-voltage relationship between the four terminals, and the Si concentration is measured from the resistivity. However, in this method, it is necessary to bring the stylus into contact with the target, so the accuracy may deteriorate depending on the contact state, and when measuring while the target steel is moving, the precision sensor head steel tracking device There is a problem that is necessary.
[0004]
Since the above problem is caused by bringing the sensor and the object into contact, the above problem does not occur according to the non-contact measurement method. As a non-contact resistivity measurement method, measurement by an eddy current method as shown in FIG. 13 is generally considered. Eddy current measurement is performed on the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In general, the eddy current sensor output varies depending not only on the resistivity of the object but also on the differential permeability. Therefore, in order to obtain the Si concentration from the eddy current sensor output, the relationship between the Si concentration and the resistivity shown in FIG. Not only is the relationship between the Si concentration and the differential permeability important. However, unlike the resistivity, the magnetic permeability does not change monotonously with the Si concentration as shown in FIG.
[0006]
In addition, the differential permeability varies depending on the stress state, crystal grain size, and crystal orientation of the steel material. For this reason, it is difficult to measure with high accuracy by applying a simple eddy current method. Fig. 15 shows the results of eddy current measurement using a probe-type coil for a 0.2 mm-thick steel plate at an excitation frequency of 10 kHz. The Si concentration measured by X-ray fluorescence analysis (horizontal axis) It can be seen that there is not much correlation between the eddy current output and the Si concentration, where is a true value.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for accurately measuring the Si concentration of a steel material in a non-contact manner by improving the eddy current method, which has previously had insufficient measurement accuracy. Is an issue.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The first means for solving the above problem is to control the differential permeability of the steel material by applying a DC magnetic field to the steel material so that the differential permeability of the steel material becomes constant even if the Si concentration of the steel material changes. Then, an eddy current measurement is performed on the magnetized portion of the steel material, and the Si concentration is measured from the obtained measurement value (Claim 1).
[0009]
As described above, when the Si concentration is measured by the eddy current method, the measurement accuracy deteriorates due to the influence of the differential permeability of the steel material. In this means, since the differential permeability is measured while being controlled to be constant, the influence of the differential permeability is eliminated, and the Si concentration can be measured with high accuracy even by using the eddy current method. The differential permeability can be controlled by, for example, direct current magnetizing a steel material and controlling the magnitude of the direct current magnetization.
[0010]
The second means for solving the above problem is that the differential permeability is constant even if the Si concentration in the thickness direction of the steel material changes by applying a DC magnetic field to the steel material having the Si concentration distribution in the thickness direction. Thus, the Si concentration measurement method for steel material is characterized in that the eddy current measurement is performed on the magnetized portion of the steel material, and the Si concentration is measured from the obtained measurement value (Claim 2).
[0011]
Some steel materials have a change in Si concentration in the thickness direction, which changes the differential permeability in the thickness direction, and when using the eddy current method, Accurate measurement is not possible. In this measure, the differential permeability of the steel material is controlled almost uniformly by applying a DC magnetic field, so the influence of the differential permeability is eliminated, and accurate measurement of Si concentration is possible even using the eddy current method. Is possible. The differential permeability can be controlled by, for example, direct current magnetizing a steel material and controlling the magnitude of the direct current magnetization.
[0012]
A third means for solving the problem is the first means or the second means, wherein the DC magnetization level is set to a saturation magnetization level or a saturation magnetization level vicinity. 3).
[0013]
As illustrated in FIG. 2, in the steel materials A and B having different magnetic characteristics depending on the component or history, the differential magnetic permeability (gradient) is greatly different in the region where the magnetization level is small (H is small). In the vicinity of the saturation magnetization level, the difference is small. However, by magnetizing the steel material to the saturation magnetization level or in the vicinity thereof, the magnetization proceeds by a rotational magnetization process that is not significantly affected by the steel material composition and crystal grain size. As shown in FIGS. 2 and 16, the rate of change with respect to fluctuations in absolute value and magnetization level is small. Therefore, since it is easy to control the differential permeability to a constant value, it is possible to measure the Si concentration with high accuracy even using the eddy current method.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of an apparatus for carrying out a Si concentration measuring method which is a first example of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a steel material, 2 is an eddy current sensor, 3 is a DC magnetizer, 4 is a magnetizing force controller, and 5 is an eddy current sensor electronic circuit.
[0017]
In the embodiment of the first invention, the relationship between the setting of the
[0018]
Before measuring a steel material with an unknown Si concentration, first, a calibration line for obtaining the Si concentration from the sensor output at the differential permeability used for the measurement is created using a sample with a known Si concentration. Specifically, the
[0019]
In order to measure the unknown Si concentration, the
[0020]
It should be noted that the conditions for setting the magnetization described here may be substituted with materials having the same properties (components, thicknesses, manufacturing history, etc.) that do not use the steel material to be measured itself. Further, it may be obtained by analogy from values of other steel materials having different properties.
[0021]
In the Si concentration measuring method as the second example of the embodiment of the present invention, the apparatus shown in FIG. 1 is used. At the time of eddy current measurement, the
[0022]
Before measuring a steel material with an unknown Si concentration, first, a calibration line for obtaining the Si concentration from the sensor output at the differential permeability used for the measurement is created using a sample with a known Si concentration. Specifically, the calibration sample to be measured is magnetized at or near the saturation magnetization level, and the output of the
[0023]
Next, in order to measure the unknown Si concentration, the
[0024]
FIG. 3 is a diagram showing an outline of an apparatus for carrying out the Si concentration measuring method which is the third example of the embodiment of the present invention. In the following drawings, the same reference numerals are given to the same components as those shown in the previous drawings in the drawings after the column of the embodiment of the invention, and the description thereof will be omitted. In FIG. 3, 6a and 6b are differential permeability measuring sensors, and 7 is a differential permeability measuring electronic circuit.
[0025]
At the time of eddy current measurement, the steel material 1 is magnetized by the
[0026]
Before measuring a steel material with an unknown Si concentration, first, a calibration line for obtaining the Si concentration from the sensor output at the differential permeability used for the measurement is created using a sample with a known Si concentration. Specifically, the sample for calibration to be measured is magnetized so as to have a constant differential permeability by the method using the differential
[0027]
Next, in order to measure the unknown Si concentration, the steel material 1 to be measured is magnetized by the technique using the differential
[0028]
In the fourth embodiment of the present invention, a steel material whose Si concentration changes in the thickness direction is measured. The measuring apparatus shown in FIG. 1 is used. At the time of eddy current measurement, the steel material 1 is magnetized at or near the magnetization level at which the differential permeability does not change greatly depending on the depth position, as shown in FIG. 2, by the
[0029]
Before measuring a steel material with an unknown Si concentration, first, a calibration line for obtaining the Si concentration from the sensor output at the differential permeability used for the measurement is created using a sample with a known Si concentration. Specifically, the calibration sample to be measured is magnetized to a magnetization level used for measurement, and the output of the
[0030]
Next, in order to measure the unknown Si concentration, the
[0031]
In this embodiment, the magnetization is not particularly limited as long as the differential permeability variation due to the Si concentration is small, but it is natural that the magnetization may be at or near the saturation magnetization level.
[0032]
【Example】
Example 1
The Si concentration of the steel material was measured using the apparatus shown in FIG. As a measuring object, a steel sheet having a Si concentration of about 2 to 7% and a thickness of 0.2 mm was used. In order to measure the average value of the Si concentration in the thickness direction of the steel plate, the primary excitation frequency of eddy current measurement was set to 10 kHz, and the penetration depth was made sufficiently deeper than the plate thickness. The coil shape was a probe type, and the distance between the sensor and the steel plate was 2 mm.
[0033]
The magnetization level is sufficiently close to the saturation level from the BH curve of each steel plate measured in advance, so that the fluctuation of the differential permeability due to the sample does not greatly affect the eddy current measurement. The DC
[0034]
The measurement results are shown in FIGS. FIG. 4 shows the relationship between the Si concentration obtained from the fluorescent X-ray analysis as a true value and the measured eddy current value. It can be seen that there is a correlation between the results of the conventional method shown in FIG. FIG. 5 shows a comparison between the Si concentration obtained from the fluorescent X-ray analysis and the Si concentration obtained from the eddy current measurement according to the present example, and it can be seen that the measurement was performed with high accuracy.
[0035]
(Example 2)
The Si concentration of the steel material was measured using a measuring instrument configured as shown in FIG. As a measuring object, a steel sheet having a Si concentration of about 2 to 7% and a thickness of 0.2 mm was used. In order to measure the average value of the Si concentration in the thickness direction of the steel sheet, the primary excitation frequency of the eddy current measurement was 10 kHz, and the penetration depth was made sufficiently deeper than the sheet thickness. The coil shape was a probe type, and the distance between the sensor and the steel plate was 2 mm.
[0036]
In order to obtain a physical quantity having a correlation with the differential permeability, the differential
[0037]
In order that the fluctuation of the differential permeability due to the sample is set to a level that does not greatly affect the eddy current measurement, the magnetization current is changed via the
[0038]
The Si concentration is obtained from the eddy current measurement value using a calibration line indicating the relationship between the eddy current measurement value and the Si concentration of the steel plate, which has been obtained in advance using a sample with a known steel plate Si concentration.
[0039]
The measurement results are shown in FIGS. FIG. 6 shows the relationship between the Si concentration obtained from the fluorescent X-ray analysis as a true value and the eddy current measurement value, and it can be seen that there is a correlation between the two as compared with FIG. 4 as a result of the conventional method. FIG. 7 shows a comparison between the Si concentration obtained from the fluorescent X-ray analysis and the Si concentration obtained from the eddy current measurement according to the present example, and it can be seen that the measurement was performed with high accuracy.
The frequency of the AC transmission magnetic flux for the above-described differential permeability measurement is desirably close to the eddy current excitation frequency, but it is not necessarily the same as in the above example.
[0040]
In addition, the differential permeability and the method for measuring the physical quantity correlated with the differential permeability are not particularly limited to the above example. In FIG. 3, the amount of alternating magnetic flux passing through the steel plate is measured. However, for example, the same effect can be realized even if the
[0041]
(Example 3)
Using the measurement circuit shown in FIG. 1, the Si concentration of a steel sheet whose Si concentration varies in the thickness direction was measured. As a measuring object, a steel sheet having a Si thickness of about 3 to 7% and a thickness of 1 mm was used. The Si concentration in the thickness direction of the steel sheet is high on the surface and lowers as it becomes deeper, as shown in FIG. The primary excitation frequency for eddy current measurement was 500 kHz, the coil shape was a probe type, and the distance between the sensor and the steel plate was 2 mm. The magnetization level is sufficiently close to the saturation level from the BH curve of each steel plate measured in advance, so that the fluctuation of the differential permeability due to the sample does not greatly affect the eddy current measurement. The DC
[0042]
The Si concentration is obtained from the eddy current measurement value using a calibration line indicating the relationship between the eddy current measurement value and the Si concentration of the steel plate, which has been obtained in advance using a sample with a known steel plate Si concentration.
[0043]
The measurement results are shown in FIGS. FIG. 9 shows the relationship between the Si concentration and the measured eddy current value obtained by fluorescent X-ray analysis while mechanically grinding the steel plate surface to a depth of 0.2 mm from the true value, and is shown in FIG. It can be seen that there is a correlation between the results of the conventional method. FIG. 10 shows a comparison between the Si concentration obtained from the fluorescent X-ray analysis and the Si concentration obtained from the eddy current measurement according to the present embodiment, and it can be seen that the measurement was performed with high accuracy.
[0044]
1 and 3, the
[0045]
In the present invention, the magnetizing force can be controlled by the DC magnetizer by changing the magnetizing current, changing the interval between the yokes, the distance between the magnetizer and the steel material, or dividing the magnetizer coil. Various methods such as by selecting a coil to be used are conceivable and are not particularly limited to the above example.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a highly accurate measurement of Si concentration which is not affected by differential magnetic permeability fluctuations in a non-contact manner, thereby making it possible to easily and precisely perform quality control of steel materials, particularly electromagnetic steel sheets.
[0047]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an apparatus for carrying out a Si concentration measuring method which is a first example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a magnetization curve for each type of steel material.
FIG. 3 is a diagram showing an outline of an apparatus for carrying out a Si concentration measuring method as a third example of an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the sensor output and the Si concentration by fluorescent X-ray analysis in the first example of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the Si concentration obtained by the first embodiment of the present invention and the Si concentration by fluorescent X-ray analysis.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between sensor output and Si concentration by fluorescent X-ray analysis in the second example of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the Si concentration obtained by the second embodiment of the present invention and the Si concentration by fluorescent X-ray analysis.
FIG. 8 is a diagram showing an example of Si concentration distribution in the thickness direction of a steel plate.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between sensor output and Si concentration by fluorescent X-ray analysis in a third example of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the Si concentration obtained by the third embodiment of the present invention and the Si concentration by fluorescent X-ray analysis.
FIG. 11 is a diagram showing an example of the relationship between the Si concentration of steel and the resistivity.
FIG. 12 is a view showing an outline of a conventional 4-terminal stylus contact type Si densitometer.
FIG. 13 is a diagram showing an outline of a Si densitometer by a conventional eddy current method.
FIG. 14 is a diagram showing an example of the relationship between magnetic permeability and Si concentration.
FIG. 15 is a diagram showing an example of the relationship between the measured value of a Si densitometer by a conventional eddy current method and the Si concentration measured by fluorescent X-ray analysis.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a BH curve and a differential permeability.
[Explanation of symbols]
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