JP4104486B2 - Recrystallization rate measuring apparatus and recrystallization rate measuring method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鋼材の再結晶率を非接触で測定する再結晶率測定装置及び再結晶率測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
熱間の鋼材製造プロセスでは、鋼材に、圧延等、さまざまな処理が施される。一般に、鋼材の結晶組織を微細化することにより、高強度・高靭性の特性を有する鋼材が得られる。例えば、鋼材が再結晶率の低い状態にあるほど、結晶内部に格子欠陥が多くあり、そこを起点として核が成長するので、結晶組織が微細化しやすくなる。このように、再結晶率は、鋼材の結晶組織の状態を知るための重要な情報である。
【0003】
また、再結晶率は、当該鋼材について横波音速の異方性を表す音速パラメータと相関があることが知られている。この相関関係は、非特許文献1に開示されている。したがって、かかる音速パラメータを求めれば、当該鋼材の再結晶率を知ることができる。
【0004】
【非特許文献1】
NDT&E International, Vol.33, 2000, p.253-259, “Ultrasonic vel ocity measurements for characterizing the annealing behaviour of cold worked austenitic stainless steel”
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、熱間の鋼材製造プロセスにおいて、再結晶率をオンラインで測定することは行われていない。上記の非特許文献1では、接触型の横波プローブを使って横波音速を測定しており、当然、この方法は、熱間オンラインでの測定に用いることはできない。もし熱間オンラインで再結晶率についての情報が得られれば、例えば、その情報を次工程の圧延条件へフィードフォワードすることにより、組織微細の鋼材を効率的・安定的に製造できるようになり、また、高精度な鋼材の製造技術による材質ばらつきの低減にも貢献できる。
【0006】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、熱間オンラインで測定対象物の再結晶率を測定することができる再結晶率測定装置及び再結晶率測定方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項1 記載の発明は、板状の測定対象物の表面に、ヘッド部により第一レーザビームを集光照射して該測定対象物の内部に超音波を発生させて伝播させ、第二レーザビームを前記表面から所定位置に照射してその反射から、周波数変化検出手段を用いて該前記伝播した超音波を検出するレーザ超音波法により再結晶率を測定する再結晶率測定装置であって、前記ヘッド部は、前記第一レーザビームを前記測定対象物の表面にラインフォーカスビームにして照射することにより、前記測定対象物の内部にラインフォーカスビームのラインに対して所定方向に偏波した横波超音波を発生させる超音波発生部と、前記測定対象の表面において、前記ラインフォーカスビームの中心点を通り且つ直交する直線上であって、前記横波超音波が測定対象物の底面で反射して表面に戻ってきた所定位置に前記第二レーザビームを導くと共に、該所定位置で反射した該第二レーザビームを取得するビーム取得部とで構成され、前記周波数変化検出手段は、前記ビーム取得部で取得された前記第二レーザビームに基づいて、前記横波超音波の振動に起因して生じる前記第二レーザビームの周波数の変化を透過光強度変化として検出し、さらに、前記超音波発生部は回転機構を有して、測定対象表面上で前記ラインフォーカスビームのラインの向きを測定対象の幅方向と長手方向に平行にして第一レーザビームを照射することができて、それぞれのラインの向きで長手方向に偏波した第一の横波超音波と幅方向に偏波した第二の横波超音波を発生させるものであり、前記第一の横波超音波及び前記第二の横波超音波の各々について、前記周波数変化検出手段で検出された前記第二レーザビームの周波数変化を表す透過光強度変化の波形データに基づいて、各横波超音波が前記測定対象物の内部を伝播した伝播時間を求め、その求めた伝播時間と横波超音波の伝播した距離とに基づいて各横波超音波の音速を算出し、前記第一の横波超音波の音速と前記第二の横波超音波の音速とを用いて前記測定対象物についての横波音速の異方性を表す音速パラメータを求め、該音速パラメータを用い、予め設定された前記測定対象物と同種の材料についての再結晶率と横波音速の異方性を表す音速パラメータとの相関関係を示すデータに基づいて前記測定対象物についての再結晶率を得る演算手段を具備することを特徴とするものである。
【0008】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の再結晶率測定装置において、前記超音波発生部は、前記第一レーザビームを導く第一の光ファイバーから入射した該第一レーザビームを前記測定対象物の表面にラインフォーカスビームとして照射するシリンドリカルレンズからなり、前記ビーム取得部は、前記所定位置に前記第二レーザビームを集光するための第一のレンズと、前記所定位置で反射した第二レーザビームを反射して集光するためのハーフミラーと第二レンズとからなり、第二の光ファイバーで前記周波数変化検出手段へ導くことを特徴とするものである。
【0010】
上記の目的を達成するための請求項3記載の発明は、板状の測定対象物の表面に、ヘッド部により第一レーザビームを集光照射して該測定対象物の内部に超音波を発生させて伝播させ、第二レーザビームを前記表面から所定位置に照射してその反射から、周波数変化検出手段を用いて該前記伝播した超音波を検出するレーザ超音波法により再結晶率を測定する再結晶率測定方法であって、前記第一レーザビームを前記ヘッド部により前記測定対象物の表面へラインフォーカスビームにして照射することにより、前記測定対象物の内部にラインフォーカスビームのラインに対して所定方向に偏波した横波超音波を発生させる第一手順と、前記測定対象の表面において前記ヘッド部により、前記ラインフォーカスビームの中心点を通り且つ直交する直線上であって、前記横波超音波が測定対象物の底面で反射して表面に到達する所定位置に前記第二レーザビームを導くと共に、該所定位置で反射した該第二レーザビームを取得する第二手順と、前記第二手順で取得された前記第二レーザビームに基づいて、前記横波超音波の振動に起因して生じる前記第二レーザビームの周波数の変化を前記周波数変化検出手段で透過光強度変化として検出する第三手順と、を繰り返して、前記第一レーザビームを、そのラインの向きが前記測定対象物の幅方向及び長手方向となるようにして前記測定対象物の表面に照射することにより、それぞれ前記測定対象物の内部に長手方向に偏波した第一の横波超音波及び幅方向に偏波した第二の横波超音波を発生させて、それぞれの横波超音波に起因する反射した前記前記第二レーザビームの周波数の変化を表す透過光強度変化の波形データを検出する第一ステップと、前記第一ステップで検出された、前記第一の横波超音波及び第二の横波超音波それぞれについての透過光強度変化を表す波形データに基づいて、第一横波超音波及び第二の横波超音波それぞれについて前記測定対象物の内部を前記所定位置まで伝播した伝播時間を求める第二ステップと、前記第一の横波超音波及び第二の横波超音波それぞれについて、前記伝播時間と伝播した距離とに基づいて各横波超音波の音速を算出する第三ステップと、前記第一の横波超音波の音速と前記第二の横波超音波の音速とを用いて前記測定対象物についての横波音速の異方性を表す音速パラメータを求める第四ステップと、予め設定された、前記測定対象物と同種の材料についての再結晶率と音速パラメータとの相関関係を示すデータに基づいて、前記音速パラメータを用いて前記測定対象物についての再結晶率を得る第五ステップと、で構成されることを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態である再結晶率測定装置の概略構成図、図2はその再結晶率測定装置におけるヘッド部の概略構成図、図3はある鋼種についての再結晶率と音速パラメータとの相関関係を示すグラフである。
【0014】
本実施形態の再結晶率測定装置は、測定対象物の再結晶率を非接触で測定するものである。ここで、測定対象物としては、例えば、製鉄所において、熱間プロセスにより製造される板状の鋼材(厚板)を想定している。かかる厚板の表面温度は、通常、700℃ぐらいである。また、厚板の厚さは10mm〜100mm程度である。尚、本実施形態では、測定対象物の結晶粒アスペクト比が略同じである場合を考える。例えば、結晶粒アスペクト比が2〜3であるような測定対象物を用いることにする。ここで、結晶粒アスペクト比とは、鋼材の幅方向における結晶粒サイズに対する鋼材の長手方向(圧延方向)における結晶粒サイズの比である。
【0015】
各種の鋼材では、再結晶率と当該鋼材の内部を伝播する横波超音波の音速から得られる所定の音速パラメータαとの間に密接な関係がある。図3にある鋼種についての再結晶率と音速パラメータαとの相関関係の一例を示す。図3において、横軸は鋼材の再結晶率、縦軸は音速パラメータαである。再結晶とは、大きいひずみのある結晶粒界に新しい結晶の核が発生し、次第に成長して、もとの結晶粒がこの新しい結晶粒(再結晶粒)に置き換わる現象をいう。そして、再結晶率とは、ある領域において再結晶粒の占める割合をいう。また、音速パラメータαは、当該鋼材中を伝播する横波超音波の音速の異方性を表すものであり、(VS1−VS2)/{(VS1+VS2)/2}で定義される。ここで、VS1は鋼材の長手方向(圧延方向)に偏波した横波超音波の音速であり、VS2は鋼材の幅方向に偏波した横波超音波の音速である。
【0016】
図3のグラフの例では、鋼材の再結晶率が小さいほど、音速パラメータαの絶対値は大きく、したがって、横波音速の異方性が大きいことが分かる。また、鋼材の再結晶率が大きいほど、音速パラメータαの絶対値が小さく、したがって、横波音速の異方性が小さいことが分かる。例えば、鋼材を圧延した直後には、再結晶粒はまだ発生していないので、再結晶率は0%である。そして、この圧延直後の鋼材は、その結晶方位が揃っており、横波音速の異方性が大きい。図3のグラフの例では、最左下にプロットした点が圧延直後の状態に対応している。また、再結晶粒はその結晶方位がランダムになるように成長するので、再結晶率が100%に近づくにつれて、横波音速の異方性は小さくなる。図3のグラフの例では、最右上にプロットした点は再結晶が進んだ状態に対応している。
【0017】
本実施形態の再結晶率測定装置では、鋼材中を伝播する横波の音速VS1,VS2を求めた後、図3に示すような再結晶率と音速パラメータαとの関係を利用して、鋼材の再結晶率を求めることにする。このとき、鋼材における横波の音速はレーザ超音波法を用いて算出する。
【0018】
本実施形態の再結晶率測定装置は、図1に示すように、超音波発生用レーザ10と、超音波検出用レーザ20と、ヘッド部30と、干渉計(周波数変化検出手段)50と、光検出器60と、コンピュータ(演算手段)70とを備える。また、この再結晶率測定装置には、光学部品として、光ファイバ91a,91b,91c、集光レンズ92等が設けられている。
【0019】
超音波発生用レーザ10は、測定対象物2内に超音波を励起させるためのレーザである。超音波発生用レーザ10としては、例えばYAGレーザやCO2 レーザなどの高エネルギーパルスレーザを使用する。超音波発生用レーザ10から発せられたレーザビームは、光ファイバ91aを介してヘッド部30に導かれる。
【0020】
超音波検出用レーザ20は、超音波発生用レーザ10からのレーザビームの照射によって測定対象物2内に発生し、測定対象物2内を伝播してきた超音波を検出するためのレーザである。超音波検出用レーザ20としては、単一周波数のレーザビームを発するものを用いる。超音波検出用レーザ20から発せられたレーザビームは、光ファイバ91bを介してヘッド部30に導かれる。
【0021】
ヘッド部30は、図2に示すように、超音波発生部31と、ビーム取得部41とを備える。超音波発生部31は、測定対象物2の内部に、測定対象物2の圧延方向に偏波した第一の横波超音波(圧延方向偏波横波)を発生させると共に、測定対象物2の内部に、測定対象物2の幅方向に偏波した第二の横波超音波(幅方向偏波横波)を発生させるものである。この超音波発生部31は、シリンドリカルレンズ35と、シリンドリカルレンズ35の回転機構(不図示)とを有する。
【0022】
光ファイバ91aにより超音波発生部31に導かれたレーザビームは、シリンドリカルレンズ35に入射する。シリンドリカルレンズ35は、超音波発生用レーザ10からのレーザビームをライン状に集光させ、ラインフォーカスビーム(第一レーザビーム)L1として測定対象物2の表面に照射するものである。
【0023】
本実施形態では、例えば、光ファイバ91aの出射端において、超音波発生用レーザ10からのレーザビームの直径は約5mmである。レーザビームは進行するにつれてその直径が広がってくる。シリンドリカルレンズ35の入射面においてレーザビームの直径が約10mmとなるように、光ファイバ91aの出射端とシリンドリカルレンズ35との距離を調整している。また、測定対象物2の表面において、長さ10mm、幅0.3mm〜0.5mmのラインフォーカスビームL1が照射されるように、シリンドリカルレンズ35の特性、及びシリンドリカルレンズ35と測定対象物2との距離等を設計している。
【0024】
また、シリンドリカルレンズ35の回転機構により、シリンドリカルレンズ35の長手方向の軸は、測定対象物2の表面に平行な平面内において任意の方向を向くことができる。この回転機構は、例えばコンピュータ70により制御される。
【0025】
ラインフォーカスビームL1を測定対象物2の表面に照射すると、測定対象物2の表面に対して所定の角度φで斜めに進行する超音波を発生させることができる。このとき、横波超音波と縦波超音波が同時に発生し、横波超音波と縦波超音波とでは、その進行方向角度φが異なる。本実施形態では、主として、超音波のうち横波だけ考えることにする。図3に示す再結晶率と音速パラメータαとの関係から再結晶率を求めるには、横波についての音速情報を得れば十分だからである。
【0026】
具体的に、ラインフォーカスビームL1を、そのラインの向きが測定対象物2の幅方向に平行となるようにして測定対象物2の表面に照射すると、圧延方向偏波横波が発生し、一方、ラインフォーカスビームL1を、そのラインの向きが測定対象物2の圧延方向に平行となるようにして測定対象物2の表面に照射すると、幅方向偏波横波が発生する。
【0027】
尚、点状のレーザビームを測定対象物2の表面に照射すると、測定対象物2の表面に対していろいろな方向に進行する超音波が発生する。当然、それらの超音波には、圧延方向偏波横波、幅方向偏波横波が含まれているが、その強度は小さいので、圧延方向偏波横波と幅方向偏波横波を正確に検出することは困難である。このため、本実施形態では、ラインフォーカスビームL1を用い、そのラインの向きを変えることにより、圧延方向偏波横波と幅方向偏波横波をそれぞれ独立に発生させることにしている。
【0028】
ビーム取得部41は、圧延方向偏波横波及び幅方向偏波横波の各超音波について、当該超音波が測定対象物2の底面で反射して再び表面に戻ってきた位置(検出点位置)に、超音波検出用レーザ20から発せられた第二レーザビームL2を導くと共に、測定対象物2の表面で反射した第二レーザビームL2を取得するものである。このビーム取得部41は、集光レンズ45a,45bと、ハーフミラー46とを有する。また、ビーム取得部41は、一体的に構成されており、圧延方向及び幅方向に沿って移動することができる。
【0029】
光ファイバ91bによりビーム取得部41に導かれた第二レーザビームL2は、集光レンズ45aで集光され、ハーフミラー46を透過した後、測定対象物2上の検出点位置に照射される。ここで、測定対象物2の内部を伝播する横波超音波の進行方向角度φは予め分かっているので、その横波超音波の検出点位置も容易に知ることができる。ビーム取得部41は、その検出点位置に、集光レンズ45aによって集光された第二レーザビームL2を導く。
【0030】
また、本実施形態では、ビーム取得部41は、ラインフォーカスビームL1の略中心点を通りそのラインに直交する平面と測定対象物2の表面とが交わる直線上に、第二レーザビームL2を導くことにしている。すなわち、当該直線上の所定位置が検出点位置となる。例えば、ラインフォーカスビームL1の端点では、点状のレーザビームを照射した場合と同じ状況になり、超音波がいろいろな方向に発生する。このため、ラインフォーカスビームL1の端点を通りそのラインに直交する平面と測定対象物2の表面とが交わる直線上には、いろいろな方向に発生した超音波が戻ってくるので、所定方向に偏波した横波を正確に検出することができない。これに対し、ラインフォーカスビームL1の略中心点では、所定方向に偏波した横波だけが発生するので、ラインフォーカスビームL1の略中心点を通りそのラインに直交する平面と測定対象物2の表面とが交わる直線上の所定位置を検出点位置とすることにより、所定方向に偏波した横波を正確に検出することができる。
【0031】
測定対象物2の表面は粗面であるため、第二レーザビームL2は測定対象物2の表面においてほぼ等方的に散乱される。このとき、当該検出点位置に、測定対象物2の内部を伝播してきた超音波が戻ってくると、当該検出点位置が超音波振動をする。これにより、測定対象物2の表面で散乱された第二レーザビームL2は、測定対象物2の表面の超音波振動に起因するドップラーシフトを受けて周波数が変化する。
【0032】
測定対象物2の表面で散乱された第二レーザビームL2のうち、その一部は、ハーフミラー46で反射され、集光レンズ45bで集光された後、光ファイバ91cに入射する。この光ファイバ91cは、かかる第二レーザビームL2を干渉計50に導くものである。光ファイバ91cから出射した第二レーザビームL2は、集光レンズ92で集光された後、干渉計50に入射する。
【0033】
干渉計50としては、例えばファブリ・ペロー干渉計が用いられる。このファブリ・ペロー干渉計50は、超音波振動に起因して生じる第二レーザビームL2の周波数変化を検出するものであり、互いに対向する二つの反射ミラーを有する。この二つの反射ミラーは共振器を構成し、第二レーザビームL2を二つの反射ミラーの間で多重反射させることによりバンドパスフィルタとして機能する。二つの反射ミラー間の距離を調節することにより、この共振器を透過する光の周波数を調節することができる。
【0034】
ここで、ファブリ・ペロー干渉計50における共振曲線について説明する。図4はこの共振曲線の一例を示す図である。図4において、横軸は入射する光の周波数fを、縦軸はファブリ・ペロー干渉計50からの出力、すなわちファブリ・ペロー干渉計50を透過する光の強度Iを示している。図4から分かるように、透過光強度Iは、特定の周波数において急峻なピークを示すが、ピークの前後では速やかに低下する。このピークを示す周波数は、ファブリ・ペロー干渉計50の反射ミラー間の距離を調節することによって変えることができる。そこで、図4に示す曲線の傾きが最大となる点(共振曲線動作点)Aにおける周波数が、ちょうど第二レーザビームL2の発振周波数と一致するように反射ミラー間の距離が調節されていれば、周波数のわずかな変化±Δfを、相対的に大きな透過光強度の変化±ΔIに変換することができる。これにより、ファブリ・ペロー干渉計50は、測定対象物2の表面の超音波振動に起因するドップラーシフトを受けて周波数が変化した第二レーザビームL2が入力したときに、その周波数の変化を透過光強度の変化として出力する。
【0035】
ファブリ・ペロー干渉計50から出力された透過光強度は、光検出器60に送られる。光検出器60は、透過光強度を電気信号に変換するものである。これにより、超音波振動は、最終的に電気的な信号として捉えられる。光検出器60からの信号は、コンピュータ70に送られ、波形データとして記録される。
【0036】
コンピュータ70は、圧延方向偏波横波及び幅方向偏波横波の各横波超音波について、第二レーザビームL2の周波数変化を表す波形データに基づいて、当該横波超音波が測定対象物2の内部を伝播し、その底面で反射して再び表面に戻ってくるまでの伝播時間を求める。超音波発生用レーザ10からレーザビームが発せられたタイミングと、ラインフォーカスビームL1が測定対象物2に照射するタイミングとは予め分かっている。このため、コンピュータ70は、光検出器60から送られた波形データに基づいて、周波数変化を検出したタイミングを調べることにより、横波超音波の伝播時間を求めることができる。
【0037】
また、コンピュータ70は、圧延方向偏波横波の伝播時間に基づいてその圧延方向偏波横波の音速VS1を算出すると共に、幅方向偏波横波の伝播時間に基づいてその幅方向偏波横波の音速VS2を算出する。そして、その算出した圧延方向偏波横波の音速VS1及び幅方向偏波横波の音速VS2を用いて、音速パラメータα=(VS1−VS2)/{(VS1+VS2)/2}を求める。
【0038】
コンピュータ70の記憶部には、図3に示すような、各鋼種について再結晶率と音速パラメータαとの相関関係を示すデータが記憶されている。コンピュータ70は、その求めた音速パラメータαを用いて、記憶部に記憶された当該測定対象物と同じ鋼種についての相関関係を示すデータに基づいて当該測定対象物2についての再結晶率を求める。
【0039】
ユーザは予め、各鋼種について再結晶率と音速パラメータαとの相関関係を示すデータを求めておく必要がある。かかる相関関係を示すデータを得るには、まず、鋼種毎に複数のサンプル(厚板)を用意する。ここで、サンプルとしては、厚さが約5mmであり、また、結晶粒アスペクト比が略同じ、例えば2〜3であるような厚板を用いる。そして、各サンプルについて、再結晶率と音速パラメータαとを個別に求める。具体的には、再結晶率は、当該サンプルをその長手方向に垂直な平面で切断したときの断面を顕微鏡で観察して、ある領域において再結晶粒の占める割合を実測することにより、求められる。一方、音速パラメータαは、例えば本実施形態の装置を用いることにより求められる。こうして求めた、再結晶率と音速パラメータαとをグラフで表すと、図3に示すようなグラフが得られる。尚、一般に、再結晶率と音速パラメータαとの関係は鋼種毎に異なるので、かかる関係を鋼種毎に求めることにしている。
【0040】
ところで、サンプルの音速パラメータαを求める場合には、図1に示す装置の代わりに、図5に示すような装置を用いることが望ましい。図5は本実施形態の再結晶率測定装置の変形例を説明するための図である。図5に示す再結晶率測定装置は、超音波発生用レーザ10と、超音波検出用レーザ20と、超音波発生部31aと、ビーム取得部41aと、干渉計50と、光検出器60と、コンピュータ70と、回転ステージ100とを備える。尚、図5の再結晶率測定装置において、図1の装置と同一の機能を有するものには、同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【0041】
図5の再結晶率測定装置が図1に示す装置と異なる点は、主に二つある。第一は、回転ステージ100に測定対象物2を載置し、回転ステージ100を回転させることによりラインフォーカスビームL1のラインの向きを変える点である。すなわち、超音波発生部31aはシリンドリカルレンズ35の回転機構を有していない。第二は、超音波発生部31aとビーム取得部41aとを別個に構成し、ビーム取得部41aを測定対象物2を介して超音波発生部31aと反対側に配置した点である。すなわち、ビーム取得部41aは、圧延方向偏波横波及び幅方向偏波横波の各超音波について、当該横波超音波が到達する測定対象物2の底面の位置に、第二レーザビームL2を導くと共に、測定対象物2の底面で反射した第二レーザビームL2を取得する。その他の構成は、図1の再結晶率測定装置と略同様である。
【0042】
図5の再結晶率測定装置は、その構成が簡易であり、特に、サイズのそれ程大きくない測定対象物2に対する測定を行う場合に適している。したがって、上述したサンプルについてその音速パラメータを求める場合に好適である。但し、この装置は、測定対象物2を回転ステージ100に載置するので、熱間オンラインでの測定を行う場合に用いることはできない。
【0043】
次に、本実施形態の再結晶率測定装置において、測定対象物2の再結晶率を測定する手順について説明する。図6はその再結晶率測定装置において測定対象物2の再結晶率を測定する手順を説明するためのフローチャートである。
【0044】
まず、コンピュータ70は、シリンドリカルレンズ35の長手方向が幅方向となるように、シリンドリカルレンズ35の回転機構を制御する(S1)。その後、超音波発生用レーザ10からレーザビームを発すると共に、超音波検出用レーザ20から第二レーザビームL2を発する。超音波発生用レーザ10からのレーザビームは、シリンドリカルレンズ35でライン状に集光され、ラインフォーカスビームL1として測定対象物2の表面に照射される。このとき、ラインフォーカスビームL1のラインの向きは測定対象物2の幅方向に平行であるので、測定対象物2の内部には圧延方向偏波横波が発生する。測定対象物2の表面で散乱された第二レーザビームL2がファブリ・ペロー干渉計50に入射することにより、ファブリ・ペロー干渉計50は、圧延方向偏波横波の超音波の振動に起因して生じる第二レーザビームL2の周波数変化を検出する。そして、コンピュータ70は、その周波数変化を表す波形データに基づいて、圧延方向変位横波の伝播時間を求める(S2)。この伝播時間はコンピュータ70の所定のメモリに記憶される。
【0045】
次に、コンピュータ70は、シリンドリカルレンズ35の長手方向が圧延方向となるように、シリンドリカルレンズ35の回転機構を制御する(S3)。その後、超音波発生用レーザ10からレーザビームを発すると共に、超音波検出用レーザ20から第二レーザビームL2を発する。このとき、シリンドリカルレンズ35で集光されたラインフォーカスビームL1のラインの向きは測定対象物2の圧延方向に平行であるので、測定対象物2の内部には幅方向偏波横波が発生する。測定対象物2の表面で散乱された第二レーザビームL2がファブリ・ペロー干渉計50に入射することにより、ファブリ・ペロー干渉計50は、幅方向偏波横波の超音波の振動に起因して生じる第二レーザビームL2の周波数変化を検出する。そして、コンピュータ70は、その周波数変化を表す波形データに基づいて、幅方向偏波横波の伝播時間を求める(S4)。この伝播時間はコンピュータ70の所定のメモリに記憶される。
【0046】
こうして検出された波形データに基づいて、圧延方向偏波横波、幅方向偏波横波についての伝播時間が求められると、次に、コンピュータ70は、圧延方向偏波横波の伝播時間に基づいて圧延方向偏波横波の音速VS1を算出すると共に、幅方向偏波横波の伝播時間に基づいて幅方向偏波横波の音速VS2を算出する(S5)。そして、圧延方向偏波横波の音速VS1と幅方向偏波横波の音速VS2とを用いて、音速パラメータαを求める(S6)。その後、コンピュータ70は、記憶部に記憶された当該測定対象物2と同種の鋼材についての再結晶率と音速パラメータαとの関係を示すデータを利用し、当該測定対象物2の音速パラメータαから当該測定対象物2の再結晶率を求める(S7)。こうして得られた測定対象物2の再結晶率は、例えば、コンピュータ70の画面に表示される。
【0047】
本実施形態の再結晶率測定装置では、レーザ超音波法を用いることにより、測定対象物の内部にその表面に対して斜めに進行する横波超音波を発生させ、圧延方向に偏波した横波超音波、幅方向に偏波した横波超音波の各々について、当該横波超音波が測定対象物の内部を伝播した伝播時間を求め、その求めた伝播時間に基づいて当該横波超音波の音速を算出する。そして、圧延方向偏波横波の音速と幅方向偏波横波の音速とを用いて測定対象物についての音速パラメータを求め、その求めた音速パラメータを用い、コンピュータの記憶部に記憶された測定対象物と同じ鋼種についての再結晶率と音速パラメータとの関係を示すデータに基づいて測定対象物についての再結晶率を得る。したがって、本実施形態の再結晶率測定装置を用いると、熱間オンラインで測定対象物の再結晶率を求めることができる。このため、かかる再結晶率についての情報を、例えば次工程の圧延条件へフィードフォワードすることにより、組織微細の鋼材を効率的・安定的に製造できるようになり、また、高精度な鋼材の製造技術による材質ばらつきの低減にも貢献することができる。
【0048】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
【0049】
例えば、上記の実施形態では、ラインフォーカスビームを測定対象物の表面に照射することにより、測定対象物の内部に横波を発生させ、その発生させた横波を検出することにより、横波の音速を求める場合について説明したが、横波と同時に縦波が発生するので、その縦波が測定対象物の底面で横波にモード変換する成分であるモード変換横波を検出することにより、横波の音速を求めるようにしてもよい。但し、この場合は、測定対象物の底面でモード変換しなかった反射縦波をも検出する必要がある。
【0050】
また、上記の実施形態では、測定対象物として、熱間プロセスで製造される厚板を用いた場合について説明したが、本発明の再結晶率測定装置は、かかる厚板以外のどのような金属に対しても適用することができる。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の再結晶率測定装置では、レーザ超音波法を用いることにより、測定対象物の内部にその表面に対して斜めに進行する横波超音波を発生させ、圧延方向に偏波した第一の横波超音波、幅方向に偏波した第二の横波超音波の各々について、当該横波超音波が測定対象物の内部を伝播した伝播時間を求め、その求めた伝播時間に基づいて当該横波超音波の音速を算出する。そして、第一の横波超音波の音速と第二の横波超音波の音速とを用いて測定対象物についての音速パラメータを求め、その求めた音速パラメータを用い、記憶手段に記憶された測定対象物と同じ鋼種についての再結晶率と音速パラメータとの関係を示すデータに基づいて測定対象物についての再結晶率を得る。したがって、本発明の再結晶率測定装置を用いると、熱間オンラインで測定対象物の再結晶率を求めることができる。
【0052】
また、本発明の再結晶率測定方法によれば、上記と同様に、熱間オンラインで測定対象物の再結晶率を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である再結晶率測定装置の概略構成図である。
【図2】再結晶率測定装置におけるヘッド部の概略構成図である。
【図3】ある鋼種についての再結晶率と音速パラメータとの相関関係を示すグラフである。
【図4】本実施形態の再結晶率測定装置におけるファブリ・ペロー干渉計の共振曲線の一例を示す図である。
【図5】本実施形態の再結晶率測定装置の変形例を説明するための図である。
【図6】本実施形態の再結晶率測定装置において測定対象物の再結晶率を測定する手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
2…測定対象物
10…超音波発生用レーザ
20…超音波検出用レーザ
30…ヘッド部
31,31a…超音波発生部
35…シリンドリカルレンズ
41,41a…ビーム取得部
45a,45b…集光レンズ
46…ハーフミラー
50…干渉計
60…光検出器
70…コンピュータ
91a,91b,91c…光ファイバ
92…集光レンズ
100…回転ステージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a recrystallization rate measuring device and a recrystallization rate measuring method for measuring, for example, a recrystallization rate of a steel material in a non-contact manner.
[0002]
[Prior art]
In the hot steel manufacturing process, various processing such as rolling is performed on the steel. Generally, a steel material having high strength and high toughness characteristics can be obtained by refining the crystal structure of the steel material. For example, as the steel material has a lower recrystallization rate, there are more lattice defects inside the crystal, and nuclei grow from the starting point, so that the crystal structure is more easily refined. Thus, the recrystallization rate is important information for knowing the state of the crystal structure of the steel material.
[0003]
Further, it is known that the recrystallization rate has a correlation with a sound velocity parameter representing the anisotropy of the shear wave sound velocity for the steel material. This correlation is disclosed in Non-Patent Document 1. Therefore, if such a sound speed parameter is obtained, the recrystallization rate of the steel material can be known.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
NDT & E International, Vol.33, 2000, p.253-259, “Ultrasonic velocity measurements for characterizing the annealing behavior of cold worked austenitic stainless steel”
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, the recrystallization rate is not measured online in the hot steel manufacturing process. In the non-patent document 1 described above, the shear wave velocity is measured using a contact-type shear wave probe. Naturally, this method cannot be used for hot online measurement. If information about the recrystallization rate can be obtained online, for example, by feeding the information to the rolling conditions of the next process, it becomes possible to efficiently and stably produce steel with a fine structure. It can also contribute to the reduction of material variations due to high-precision steel manufacturing technology.
[0006]
This invention is made | formed based on the said situation, and it aims at providing the recrystallization rate measuring apparatus and the recrystallization rate measuring method which can measure the recrystallization rate of a measuring object hot on-line. Is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 provides a plate-like measurement object.On the surface, the first laser beam is focused and irradiated by the head unit to generate and propagate an ultrasonic wave inside the measurement object, and the second laser beam is irradiated from the surface to a predetermined position from the reflection, By a laser ultrasonic method for detecting the propagated ultrasonic wave using frequency change detection meansA recrystallization rate measuring device for measuring a recrystallization rate,The head portion isThe first laser beam is applied to the surface of the measurement objectLine focus beamBy irradiating, the inside of the measurement objectPolarized in a predetermined direction with respect to the line focus beam lineAn ultrasonic generator for generating a transverse ultrasonic wave, and the measurement objectThe second laser beam is placed at a predetermined position on the surface of the line focus beam on a straight line passing through the center point of the line focus beam and orthogonal to the bottom surface of the object to be measured and returned to the surface. Guiding and the predetermined positionBeam acquisition to acquire the second laser beam reflected byPartWhenConsists of,The frequency change detecting means includesThe beam acquisitionPartBased on the second laser beam acquired inSaidChanges in the frequency of the second laser beam caused by the vibration of transverse ultrasonic wavesAs transmitted light intensity changeDetectFurthermore, the ultrasonic wave generator has a rotation mechanism, and irradiates the first laser beam with the line focus beam line direction on the surface to be measured parallel to the width direction and the longitudinal direction of the measurement object. The first transverse wave ultrasonic wave polarized in the longitudinal direction in the direction of each line and the second transverse wave ultrasonic wave polarized in the width direction are generated,For each of the first transverse wave ultrasonic wave and the second transverse wave ultrasonic wave, it represents the frequency change of the second laser beam detected by the frequency change detection means.Of transmitted light intensity changeBased on the waveform data,eachObtain the propagation time of the transverse wave ultrasonic wave propagating through the object to be measured, and based on the obtained propagation time and the distance propagated by the transverse wave ultrasonic waveeachCalculate the speed of shear wave ultrasonic wavesAnd beforeUsing the sound velocity of the first transverse wave ultrasonic wave and the sound velocity of the second transverse wave ultrasonic wave, the measurement objectRepresents the anisotropy of shear wave velocityFind the sound speed parameterTheUsing the sound speed parameter,A sound velocity parameter representing the recrystallization rate and the anisotropy of the shear wave sound velocity for the same kind of material as the measurement object set in advance;And calculating means for obtaining a recrystallization rate for the measurement object based on data indicating the correlation between the measurement object and the measurement object.
[0008]
The invention according to
[0010]
The invention according to claim 3 for achieving the above object is a plate-like object to be measured.The first laser beam is focused and irradiated on the surface of the object by generating and propagating ultrasonic waves inside the object to be measured, and the second laser beam is irradiated to the predetermined position from the surface to reflect the reflected light. And a laser ultrasonic method for detecting the propagated ultrasonic wave by using a frequency change detecting means.A recrystallization rate measuring method for measuring a recrystallization rate,Said1st laser beamBy the head partSurface of the measurement objectBy irradiating as a line focus beam, it is polarized in a predetermined direction with respect to the line of the line focus beam inside the measurement object.First to generate shear wave ultrasoundprocedureAnd the measurement objectOn the surface, the transverse ultrasonic waves are reflected on the bottom surface of the measurement object and reach the surface by the head unit on a straight line that passes through the center point of the line focus beam and is orthogonal.A second laser beam that guides the second laser beam to a predetermined position and acquires the second laser beam reflected at the predetermined position.procedureAnd the secondprocedureOn the basis of the second laser beam acquired in step (2), a change in the frequency of the second laser beam caused by the vibration of the transverse ultrasonic wave isAs a change in transmitted light intensity with frequency change detection meansDetect thirdprocedureWhen,Repeatedly irradiating the surface of the measurement object with the first laser beam so that the direction of the line is in the width direction and the longitudinal direction of the measurement object, respectively. A first transverse ultrasonic wave polarized in the longitudinal direction and a second transverse ultrasonic wave polarized in the width direction are generated, and the frequency of the reflected second laser beam caused by each transverse ultrasonic wave is generated. A first step of detecting waveform data of transmitted light intensity change representing a change;SaidoneDetected in step, Transmitted light intensity change for each of the first transverse wave ultrasonic wave and the second transverse wave ultrasonic waveBased on waveform data representing, First shear wave ultrasound and secondShear wave ultrasoundAbout eachThe inside of the measurement objectTo the predetermined positionDetermine the propagation timetwoStepWhen,The first transverse wave ultrasonic wave and the second transverse wave ultrasonic waveFor eachPropagation timeAnd the distance traveledOn the basis of theeachCalculate the sound velocity of shear wave ultrasonic wavethreeA sound velocity parameter that represents the anisotropy of the transverse sound velocity for the measurement object using the step, the sound velocity of the first transverse wave ultrasonic wave, and the sound velocity of the second transverse wave ultrasonic wave.FourSteps,Pre-set material of the same type as the measurement objectData showing the correlation between recrystallization rate and sound velocity parameterToOn the basis of,SaidA recrystallization rate for the object to be measured is obtained using a sound speed parameter.FiveSteps,Consists ofIt is characterized by that.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a recrystallization rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a head portion in the recrystallization rate measuring apparatus, and FIG. 3 is a recrystallization rate and sound velocity of a steel type. It is a graph which shows the correlation with a parameter.
[0014]
The recrystallization rate measuring apparatus of this embodiment measures the recrystallization rate of a measurement object in a non-contact manner. Here, as an object to be measured, for example, a steel plate (thick plate) manufactured by a hot process is assumed in an ironworks. The surface temperature of such a thick plate is usually about 700 ° C. The thickness of the thick plate is about 10 mm to 100 mm. In the present embodiment, a case is considered where the crystal grain aspect ratio of the measurement object is substantially the same. For example, a measurement object having a crystal grain aspect ratio of 2 to 3 is used. Here, the crystal grain aspect ratio is the ratio of the crystal grain size in the longitudinal direction (rolling direction) of the steel material to the crystal grain size in the width direction of the steel material.
[0015]
In various steel materials, there is a close relationship between the recrystallization rate and a predetermined sound velocity parameter α obtained from the sound velocity of the transverse wave ultrasonic wave propagating through the steel material. An example of the correlation between the recrystallization rate and the sound speed parameter α for the steel types shown in FIG. 3 is shown. In FIG. 3, the horizontal axis represents the recrystallization rate of the steel material, and the vertical axis represents the sound velocity parameter α. Recrystallization is a phenomenon in which new crystal nuclei are generated at a grain boundary having a large strain, grow gradually, and the original crystal grains are replaced with the new crystal grains (recrystallized grains). The recrystallization rate is the ratio of recrystallized grains in a certain region. Further, the sound velocity parameter α represents the anisotropy of the sound velocity of the transverse wave ultrasonic wave propagating through the steel material, and (VS1-VS2) / {(VS1+ VS2) / 2}. Where VS1Is the sound velocity of the transverse ultrasonic wave polarized in the longitudinal direction (rolling direction) of the steel material, and VS2Is the speed of sound of transverse ultrasonic waves polarized in the width direction of the steel material.
[0016]
In the example of the graph of FIG. 3, it can be seen that the smaller the recrystallization rate of the steel material, the larger the absolute value of the sound velocity parameter α, and thus the greater the anisotropy of the shear wave sound velocity. It can also be seen that the larger the recrystallization rate of the steel material, the smaller the absolute value of the sound velocity parameter α, and therefore the smaller the anisotropy of the shear wave sound velocity. For example, immediately after rolling the steel material, recrystallized grains have not yet occurred, so the recrystallization rate is 0%. And the steel material just after this rolling has the same crystal orientation, and the anisotropy of a transverse wave sound speed is large. In the example of the graph of FIG. 3, the point plotted at the bottom left corresponds to the state immediately after rolling. In addition, since the recrystallized grains grow so that the crystal orientation becomes random, the anisotropy of the transverse wave speed decreases as the recrystallization rate approaches 100%. In the example of the graph of FIG. 3, the points plotted on the upper right correspond to the state where recrystallization has progressed.
[0017]
In the recrystallization rate measuring apparatus of the present embodiment, the sound velocity V of the transverse wave propagating in the steel material.S1, VS2Then, the recrystallization rate of the steel material is obtained using the relationship between the recrystallization rate and the sound velocity parameter α as shown in FIG. At this time, the sound velocity of the transverse wave in the steel material is calculated using a laser ultrasonic method.
[0018]
As shown in FIG. 1, the recrystallization rate measuring apparatus of the present embodiment includes an
[0019]
The ultrasonic
[0020]
The
[0021]
As shown in FIG. 2, the
[0022]
The laser beam guided to the ultrasonic
[0023]
In the present embodiment, for example, the diameter of the laser beam from the ultrasonic
[0024]
Further, the axis of the
[0025]
When the surface of the
[0026]
Specifically, when the surface of the
[0027]
When the surface of the
[0028]
The
[0029]
The second laser beam L2 guided to the
[0030]
Further, in the present embodiment, the
[0031]
Since the surface of the measuring
[0032]
A part of the second laser beam L2 scattered on the surface of the
[0033]
As the
[0034]
Here, a resonance curve in the Fabry-
[0035]
The transmitted light intensity output from the Fabry-
[0036]
For each of the transverse ultrasonic waves in the rolling direction and in the width direction, the
[0037]
Further, the
[0038]
The storage unit of the
[0039]
The user needs to obtain in advance data indicating the correlation between the recrystallization rate and the sound speed parameter α for each steel type. In order to obtain data indicating such correlation, first, a plurality of samples (thick plates) are prepared for each steel type. Here, as the sample, a thick plate having a thickness of about 5 mm and a crystal grain aspect ratio of approximately the same, for example, 2 to 3, is used. Then, for each sample, the recrystallization rate and the sound speed parameter α are obtained individually. Specifically, the recrystallization rate is obtained by observing a cross section when the sample is cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction with a microscope and measuring the proportion of recrystallized grains in a certain region. . On the other hand, the sound speed parameter α is obtained by using, for example, the apparatus of this embodiment. When the recrystallization rate and the sound speed parameter α thus obtained are represented by a graph, a graph as shown in FIG. 3 is obtained. In general, since the relationship between the recrystallization rate and the sound velocity parameter α differs for each steel type, this relationship is determined for each steel type.
[0040]
By the way, when obtaining the sound speed parameter α of the sample, it is desirable to use an apparatus as shown in FIG. 5 instead of the apparatus shown in FIG. FIG. 5 is a view for explaining a modification of the recrystallization rate measuring apparatus of the present embodiment. The recrystallization rate measuring apparatus shown in FIG. 5 includes an
[0041]
The recrystallization rate measuring apparatus of FIG. 5 is mainly different from the apparatus shown in FIG. The first point is that the direction of the line focus beam L1 is changed by placing the
[0042]
The recrystallization rate measuring apparatus shown in FIG. 5 has a simple configuration, and is particularly suitable for measuring a
[0043]
Next, a procedure for measuring the recrystallization rate of the measuring
[0044]
First, the
[0045]
Next, the
[0046]
Once the propagation times for the rolling direction polarization transverse wave and the width direction polarization transverse wave are determined based on the waveform data thus detected, the
[0047]
In the recrystallization rate measuring apparatus of this embodiment, by using a laser ultrasonic method, a transverse wave ultrasonic wave traveling obliquely with respect to the surface is generated inside a measurement object, and a transverse wave ultrasonic wave polarized in the rolling direction is generated. For each of the sound wave and the transverse wave polarized wave in the width direction, the propagation time of the transverse wave ultrasonic wave propagating through the object to be measured is obtained, and the sound velocity of the transverse wave ultrasonic wave is calculated based on the obtained propagation time. . Then, the sound velocity parameter for the measurement object is obtained using the sound velocity of the transverse polarization transverse wave and the sound velocity of the transverse polarization transverse wave, and the measurement object stored in the storage unit of the computer is obtained using the obtained sound velocity parameter. Based on the data showing the relationship between the recrystallization rate and the sound velocity parameter for the same steel type, the recrystallization rate for the measurement object is obtained. Therefore, if the recrystallization rate measuring apparatus of this embodiment is used, the recrystallization rate of a measuring object can be calculated | required hot online. For this reason, by feeding forward information on the recrystallization rate to, for example, the rolling conditions of the next process, it becomes possible to efficiently and stably manufacture a steel material with a fine structure, and to manufacture a highly accurate steel material. It can also contribute to the reduction of material variations due to technology.
[0048]
In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary.
[0049]
For example, in the above-described embodiment, by irradiating the surface of the measurement object with the line focus beam, a transverse wave is generated inside the measurement object, and the generated transverse wave is detected to obtain the sound velocity of the transverse wave. Although the longitudinal wave is generated at the same time as the transverse wave, the sound velocity of the transverse wave is obtained by detecting the mode-converted transverse wave, which is a component that converts the longitudinal wave into a transverse wave at the bottom surface of the measurement object. May be. However, in this case, it is necessary to detect a reflected longitudinal wave that has not undergone mode conversion on the bottom surface of the measurement object.
[0050]
In the above embodiment, the case where a thick plate manufactured by a hot process is used as a measurement object has been described. However, the recrystallization rate measuring apparatus of the present invention is not limited to any metal other than the thick plate. It can also be applied to.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, in the recrystallization rate measuring apparatus of the present invention, by using the laser ultrasonic method, the transverse wave ultrasonic wave traveling obliquely with respect to the surface is generated inside the measurement object, and the recrystallization rate measuring apparatus is biased in the rolling direction. For each of the first transverse wave ultrasonic wave and the second transverse wave ultrasonic wave polarized in the width direction, the propagation time of the transverse wave ultrasonic wave propagating through the object to be measured is obtained, and based on the obtained propagation time. To calculate the speed of sound of the transverse ultrasonic waves. Then, the sound velocity parameter for the measurement object is obtained using the sound velocity of the first transverse wave ultrasonic wave and the sound velocity of the second transverse wave ultrasonic wave, and the measurement object stored in the storage means using the obtained sound velocity parameter. Based on the data showing the relationship between the recrystallization rate and the sound velocity parameter for the same steel type, the recrystallization rate for the measurement object is obtained. Therefore, when the recrystallization rate measuring apparatus of the present invention is used, the recrystallization rate of the measurement object can be obtained hot online.
[0052]
In addition, according to the recrystallization rate measuring method of the present invention, the recrystallization rate of the measurement object can be obtained hot online as described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a recrystallization rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a head portion in a recrystallization rate measuring apparatus.
FIG. 3 is a graph showing a correlation between a recrystallization rate and a sound velocity parameter for a certain steel type.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a resonance curve of a Fabry-Perot interferometer in the recrystallization rate measuring apparatus of the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining a modification of the recrystallization rate measuring apparatus of the present embodiment.
FIG. 6 is a flowchart for explaining a procedure for measuring a recrystallization rate of a measurement object in the recrystallization rate measuring apparatus of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
2 ... Measurement object
10 ... Laser for ultrasonic generation
20 ... Laser for ultrasonic detection
30 ... Head
31, 31a ... ultrasonic wave generator
35 ... Cylindrical lens
41, 41a ... Beam acquisition unit
45a, 45b ... Condensing lens
46 ... Half Mirror
50 ... Interferometer
60. Photodetector
70: Computer
91a, 91b, 91c ... optical fiber
92 ... Condensing lens
100 ... Rotation stage
Claims (3)
前記ヘッド部は、前記第一レーザビームを前記測定対象物の表面にラインフォーカスビームにして照射することにより、前記測定対象物の内部にラインフォーカスビームのラインに対して所定方向に偏波した横波超音波を発生させる超音波発生部と、
前記測定対象の表面において、前記ラインフォーカスビームの中心点を通り且つ直交する直線上であって、前記横波超音波が測定対象物の底面で反射して表面に戻ってきた所定位置に前記第二レーザビームを導くと共に、該所定位置で反射した該第二レーザビームを取得するビーム取得部とで構成され、
前記周波数変化検出手段は、前記ビーム取得部で取得された前記第二レーザビームに基づいて、前記横波超音波の振動に起因して生じる前記第二レーザビームの周波数の変化を透過光強度変化として検出し、
さらに、前記超音波発生部は回転機構を有して、測定対象表面上で前記ラインフォーカスビームのラインの向きを測定対象の幅方向と長手方向に平行にして第一レーザビームを照射することができて、それぞれのラインの向きで長手方向に偏波した第一の横波超音波と幅方向に偏波した第二の横波超音波を発生させるものであり、
前記第一の横波超音波及び前記第二の横波超音波の各々について、前記周波数変化検出手段で検出された前記第二レーザビームの周波数変化を表す透過光強度変化の波形データに基づいて、各横波超音波が前記測定対象物の内部を伝播した伝播時間を求め、その求めた伝播時間と横波超音波の伝播した距離とに基づいて各横波超音波の音速を算出し、前記第一の横波超音波の音速と前記第二の横波超音波の音速とを用いて前記測定対象物についての横波音速の異方性を表す音速パラメータを求め、該音速パラメータを用い、予め設定された前記測定対象物と同種の材料についての再結晶率と横波音速の異方性を表す音速パラメータとの相関関係を示すデータに基づいて前記測定対象物についての再結晶率を得る演算手段を具備することを特徴とする再結晶率測定装置。 The first laser beam is focused and irradiated onto the surface of the plate-shaped measurement object by the head unit to generate and propagate an ultrasonic wave inside the measurement object, and the second laser beam is moved from the surface to a predetermined position. A recrystallization rate measuring apparatus for measuring a recrystallization rate by a laser ultrasonic method for detecting the propagated ultrasonic wave using a frequency change detection means from irradiation and reflection thereof ,
The head unit irradiates the surface of the measurement target with the first laser beam as a line focus beam , whereby a transverse wave polarized in a predetermined direction with respect to the line of the line focus beam inside the measurement target. an ultrasonic generator for generating ultrasonic waves,
On the surface of the measurement object, the second ultrasonic wave is on a straight line passing through the center point of the line focus beam and orthogonal to the predetermined position where the transverse wave ultrasonic wave is reflected from the bottom surface of the measurement object and returns to the surface. with guiding the laser beam, is composed of a beam acquisition unit for acquiring said second laser beam reflected by the predetermined position,
It said frequency change detecting means, on the basis of the said second laser beam obtained by the beam acquiring unit, as the transmitted light intensity changes a change in frequency of the second laser beam caused by the vibration of the transverse ultrasonic waves Detect
Furthermore, the ultrasonic wave generator has a rotation mechanism, and irradiates the first laser beam with the line focus beam line direction on the surface to be measured parallel to the width direction and the longitudinal direction of the measurement object. The first transverse wave ultrasonic wave polarized in the longitudinal direction in the direction of each line and the second transverse wave ultrasonic wave polarized in the width direction are generated,
Wherein for each of the first transverse ultrasonic waves and said second transverse ultrasonic wave, on the basis of the waveform data of the transmitted light intensity variations representing a frequency change of said detected by the frequency deviation detection means second laser beam, each internally it obtains a propagation time obtained by propagation of transverse ultrasonic waves the measurement object, the determined and calculated respective transverse ultrasonic wave sound velocity on the basis of the propagation time and the transverse ultrasonic propagation distances of the previous SL first calculated sound velocity parameter representative of the anisotropy of the shear wave velocity of the measurement object by using the acoustic velocity of transverse ultrasonic waves of sound velocity and said second transverse ultrasonic waves, using the speed of sound parameters, preset the measuring Computation means for obtaining the recrystallization rate for the measurement object based on data indicating the correlation between the recrystallization rate for the same kind of material as the object and the sound velocity parameter representing the anisotropy of the transverse sound velocity. Characteristic Recrystallization rate measuring device that.
前記第一レーザビームを前記ヘッド部により前記測定対象物の表面へラインフォーカスビームにして照射することにより、前記測定対象物の内部にラインフォーカスビームのラインに対して所定方向に偏波した横波超音波を発生させる第一手順と、
前記測定対象の表面において前記ヘッド部により、前記ラインフォーカスビームの中心点を通り且つ直交する直線上であって、前記横波超音波が測定対象物の底面で反射して表面に到達する所定位置に前記第二レーザビームを導くと共に、該所定位置で反射した該第二レーザビームを取得する第二手順と、
前記第二手順で取得された前記第二レーザビームに基づいて、前記横波超音波の振動に起因して生じる前記第二レーザビームの周波数の変化を前記周波数変化検出手段で透過光強度変化として検出する第三手順と、を繰り返して、
前記第一レーザビームを、そのラインの向きが前記測定対象物の幅方向及び長手方向とな るようにして前記測定対象物の表面に照射することにより、それぞれ前記測定対象物の内部に長手方向に偏波した第一の横波超音波及び幅方向に偏波した第二の横波超音波を発生させて、それぞれの横波超音波に起因する反射した前記前記第二レーザビームの周波数の変化を表す透過光強度変化の波形データを検出する第一ステップと、
前記第一ステップで検出された、前記第一の横波超音波及び第二の横波超音波それぞれについての透過光強度変化を表す波形データに基づいて、第一横波超音波及び第二の横波超音波それぞれについて前記測定対象物の内部を前記所定位置まで伝播した伝播時間を求める第二ステップと、前記第一の横波超音波及び第二の横波超音波それぞれについて、前記伝播時間と伝播した距離とに基づいて各横波超音波の音速を算出する第三ステップと、
前記第一の横波超音波の音速と前記第二の横波超音波の音速とを用いて前記測定対象物についての横波音速の異方性を表す音速パラメータを求める第四ステップと、予め設定された、前記測定対象物と同種の材料についての再結晶率と音速パラメータとの相関関係を示すデータに基づいて、前記音速パラメータを用いて前記測定対象物についての再結晶率を得る第五ステップと、で構成されることを特徴とする再結晶率測定方法。 The first laser beam is focused and irradiated onto the surface of the plate-shaped measurement object by the head unit to generate and propagate an ultrasonic wave inside the measurement object, and the second laser beam is moved from the surface to a predetermined position. A recrystallization rate measurement method for measuring a recrystallization rate by a laser ultrasonic method for detecting the propagated ultrasonic wave using a frequency change detection means from the reflected light, and comprising:
By irradiating with a line-focused beam to the surface of the object by the head portion of the first laser beam, transverse wave than that polarization in a predetermined direction relative to the internal line focus beam line of the measurement object A first step of generating sound waves;
On the surface of the measurement target, the head unit is on a straight line that passes through and is orthogonal to the center point of the line focus beam, and the transverse wave ultrasonic wave is reflected by the bottom surface of the measurement target and reaches a predetermined position. guides the second laser beam, and a second procedure for obtaining said second laser beam reflected by said predetermined position,
On the basis of the said second laser beam obtained by the second procedure, detecting a change in the frequency of the second laser beam caused by the vibration of the transverse ultrasonic wave as transmitted light intensity changes with the frequency change detecting means Repeat the third step ,
By irradiating the first laser beam on the surface of the transverse and longitudinal directions and such the measurement target in the so that the orientation of the line is the measurement object, the longitudinal direction in the interior of each of the measurement object The first transverse wave ultrasonic wave polarized in the direction and the second transverse wave ultrasonic wave polarized in the width direction are generated, and the change in the frequency of the reflected second laser beam caused by the respective transverse wave ultrasonic wave is expressed. A first step of detecting waveform data of transmitted light intensity change;
Based on the waveform data representing the transmitted light intensity change for each of the first transverse wave ultrasonic wave and the second transverse wave ultrasonic wave detected in the first step , the first transverse wave ultrasonic wave and the second transverse wave ultrasonic wave wherein a second step of obtaining the propagation time having propagated inside the measured object to the predetermined position, for each of the first transverse ultrasonic wave and the second transverse ultrasonic waves for each of the distance propagated to the propagation time A third step of calculating the speed of sound of each shear wave based on,
A fourth step of obtaining a sound speed parameter representing the anisotropy of shear wave velocity of the measurement object using the speed of sound in the first transverse ultrasonic wave sound velocity and said second transverse ultrasonic waves, is set in advance based on the data showing the correlation between the recrystallization ratio and the acoustic velocity parameters of the material of the object to be measured the same type, and a fifth step of obtaining a recrystallization ratio of the object to be measured using the acoustic velocity parameters , in configured recrystallization ratio measuring method comprising Rukoto.
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