专利名称：组织材质测定装置及组织材质测定方法
技术领域：
本发明涉及通过测量材料内产生的超声波振荡来评价该材料的组织材质测定装置及组织材质测定方法，特别涉及采用超声波振荡测量的金属材料的组织材质测定。
背景技术：
钢铁材料的组织材质中具有被称为机械性质的强度和延展性，这些机械性质一般通过拉伸试验等各种试验来测量。另外，由于这些钢铁材料的机械性质与结晶粒径等金属组织有关，因此也可以通过掌握结晶粒径等金属组织来计算出上述机械性质。但是，在以往的上述各种试验和结晶粒径测量中，需要有试片切制、研磨、显微镜观察等多个工序，而各个工序中需要花费大量的工夫和时间。因此，迫切希望预先无损地测量结晶粒径，最近提出了使用超声波振荡的方法作为一种无损地进行结晶粒径测量的方法。另外，作为无损地进行结晶粒径测量的已有技术，提出了如下方案即从Nd-YAG 激光器等超声波振荡器对被测材料的一侧表面照射脉冲激光，使被测材料的另一侧表面发生振荡位移，同时利用零差干涉仪等超声波检测器检测在上述被测材料的另一侧表面产生的振荡位移(例如参照专利文献1)。另外，图10是表示以往的组织材质测定装置的构成图，表示上述已有技术。专利文献1 日本专利第3184368号公报
发明内容
专利文献1记载的内容中并没有设定各种测定对象，根据被测材料的状态，有时不适用于结晶粒径的分析。尤其是在与超声波检测器对向的被测材料的另一侧表面上附有氧化膜时，存在返回到超声波检测器的光通量很少、从而无法充分实施结晶粒径的分析的问题。本发明是为了解决上述问题而进行的，其目的在于提供一种可以通过除去附着于被测材料表面的氧化膜、来确实地实施无损结晶粒径测量的组织材质测定装置及组织材质测定方法。本发明有关的组织材质测定装置具备对轧制产品的一侧表面照射激光、使得在轧制产品的另一侧表面发生超声波振荡的超声波振荡器；通过对轧制产品的另一侧表面照射激光并接收来自轧制产品的另一侧表面的反射光、从而检测在轧制产品的另一侧表面发生的超声波振荡的超声波检测器；根据超声波检测器得出的检测结果、算出轧制产品的结晶粒径的粒径计算装置；以及向从超声波检测器对轧制产品的另一侧表面照射激光的照射位置照射激光、以除去轧制产品的另一侧表面的氧化膜的表面除去装置。另外，本发明有关的组织材质测定方法具备向从超声波检测器对轧制产品的另一侧表面照射激光的照射位置、从表面除去装置照射激光而除去轧制产品的另一侧表面的氧化膜的步骤；在除去轧制产品的另一侧表面的氧化膜后从超声波振荡器对轧制产品的一侧表面照射激光、使得在轧制产品的另一侧表面发生超声波振荡的步骤；通过从超声波检测器对轧制产品的另一侧表面照射激光并利用超声波检测器接收来自轧制产品的另一侧表面的反射光、从而检测在轧制产品的另一侧表面发生的超声波振荡的步骤；以及根据超声波检测器得出的检测结果、算出轧制产品的结晶粒径的步骤。本发明通过采用如下结构，即具备对轧制产品的一侧表面照射激光、使得在轧制产品的另一侧表面发生超声波振荡的超声波振荡器；通过对轧制产品的另一侧表面照射激光并接收来自轧制产品的另一侧表面的反射光、从而检测在轧制产品的另一侧表面发生的超声波振荡的超声波检测器；根据超声波检测器得出的检测结果、算出轧制产品的结晶粒径的粒径计算装置；以及向从超声波检测器对轧制产品的另一侧表面照射激光的照射位置上照射激光、以除去轧制产品的另一侧表面的氧化膜的表面除去装置，从而可以除去附着于被测材料表面的氧化膜，确实地实施无损结晶粒径测量。同样地，本发明通过采用如下结构，即具备向从超声波检测器对轧制产品的另一侧表面照射激光的照射位置、从表面除去装置照射激光而除去轧制产品的另一侧表面的氧化膜的步骤；在除去轧制产品的另一侧表面的氧化膜后从超声波振荡器对轧制产品的一侧表面照射激光、使得在轧制产品的另一侧表面发生超声波振荡的步骤；通过从超声波检测器对轧制产品的另一侧表面照射激光并利用超声波检测器接收来自轧制产品的另一侧表面的反射光、从而检测在轧制产品的另一侧表面发生的超声波振荡的步骤；以及根据超声波检测器得出的检测结果、算出轧制产品的结晶粒径的步骤，从而可以除去附着于被测材料表面的氧化膜，确实地实施无损结晶粒径测量。
图1是表示本发明实施方式1中的组织材质测定装置的构成图。图2是表示本发明实施方式1中的组织材质测定装置的主要部分构成图。图3是表示本发明实施方式1中的组织材质测定装置的配置图。图4是表示本发明实施方式1中的组织材质测定装置的主要部分构成图。图5是表示本发明实施方式2中的组织材质测定装置的主要部分构成图。图6是表示本发明实施方式3中的组织材质测定装置的配置图。图7是表示本发明实施方式4中的轧制设备主要部分的构成图。图8是表示组织材质的预测模型的构成图。图9是表示本发明实施方式4中的轧制设备的其他构成图。图10是表示以往的组织材质测定装置的构成图。标号说明1 被测材料2超声波振荡器3超声波检测器4信号处理装置5粒径计算装置
6表面除去装置
7Cff激光器
8反射器
9分束器
10分束器
11法布里-珀罗干涉仪
12光检测器
13a反射镜
13b反射镜
14执行机构
15纵波回波提取装置
16频率分析装置
17不同频率衰减曲线辨识装置
18多次函数拟合装置
19光折变元件
20气体喷射装置
21轧钢机
22带材
23输出台
24卷材
25机械性质实测装置
26组织材质信息实测装置
27组织材质测定装置
28组织材质信息采集装置
29第1组织材质信息比较装置
30温度计
31工艺流程数据采集装置
32组织材质信息预测装置
33第2组织材质信息比较装置
34机械性质预测装置
35机械性质比较装置
具体实施例方式首先，在说明本发明的具体构成之前，对无损地测定金属材料的结晶粒径的方法进行说明。在无损地进行金属材料结晶粒径的测定的方法中，提出了利用瑞利散射的方法、 利用超声波传播速度的方法、以及利用超声波显微镜的方法等。另外，虽然各测定方法也都适用于本发明，但是这里，说明利用超声波因晶粒引起的散射(瑞利散射)而产生的衰减的代表性的方法。超声波根据其振荡形态的不同而分为纵波和横波等。在利用瑞利散射的结晶粒径测定方法中，使用其中的超声波的纵波(体波)。另外，体波的衰减可知用下式表述。
ρ = p0 · exp (_a · χ)......(1)式中，ρ和P(l为声压，a为衰减常数，χ为钢板中的传播距离。另外，当体波的频率为“瑞利区域”时，上述衰减常数a用下式表述。a = B1 · f+a4 · f4......(2)式中，％和&为系数，f为超声波频率，如上所述衰减常数a近似为超声波频率f 的四次函数。另外，( 式的第1项表示因内部摩擦所引起的吸收衰减项，第2项表示瑞利散射项。另外，上述瑞利区域是指结晶粒径与体波的波长相比为足够小的区域，例如是满足下式的范围。0. 03 < d/ λ < 0. 3......(3)式中，d表示结晶粒径，λ表示体波的波长。另外，(2)式的四次系数 可知满足下式关系。a4 = S · d3......式中，S为散射常数。S卩，系数 与结晶粒径d的三次方成正比。由于超声波振荡器所发送的体波的波形中含有某一分布的频率成分，因此通过对超声波检测器所接收的波形进行频率分析，可以获得各个频率成分的衰减率。而且，由于通过检测收发的时间差来确定钢板内的传播距离，因此根据各个频率成分的衰减率和传播距离，可以导出(2)式的各个系数。然后，通过用标准样品等预先决定散射常数S，可以利用 ⑷式得出结晶粒径d。接着，为了更详细地说明本发明有关的材质测定装置，根据附图进行说明。另外， 各图中，对同一或相当的部分采用同一标号，适当地简化甚至省略其重复说明。实施方式1图1是表示本发明实施方式1中的组织材质测定装置的构成图。另外，后述的组织材质测定装置设置于由轧制原材料(板坯)制造轧制产品(也包括从板坯到完成为成品的途中的状态。以下相同)的轧制线上，测定经过轧制线的上述轧制产品的组织材质。图1中，1是由上述轧制产品(钢板)形成的被测材料，2是设置于经过轧制线的轧制产品的下方、对轧制产品的一侧表面照射激光而使得在轧制产品的另一侧表面发生超声波振荡的超声波振荡器(发送侧激光器)，3是设置于经过轧制线的轧制产品的上方、通过对轧制产品的另一侧表面照射激光并接收来自轧制产品的另一侧表面的反射光从而检测在轧制产品的另一侧表面发生的超声波振荡的超声波检测器(接收侧激光器)，4是与超声波检测器3连接的、接收来自超声波检测器3的检测信号并且为了计算轧制产品的结晶粒径而处理接收的检测信号的信号处理装置，5是根据信号处理装置4的处理结果、算出轧制产品的结晶粒径的粒径计算装置，6是设置于经过轧制线的轧制产品的上方、向从超声波检测器3对轧制产品的另一侧表面照射激光的照射位置照射激光而除去轧制产品另一侧表面的氧化膜的表面除去装置(追加激光器)。上述超声波振荡器2对被测材料1 (轧制产品)的一侧表面照射大功率脉冲状的激光，使得在被测材料1的一侧表面产生超声波脉冲。另外，作为从超声波振荡器2发出脉冲激光的脉冲激光器，使用例如可调Q的YAG激光器等。从超声波振荡器2发出的脉冲激光通过透镜(未图示)等聚焦到目标光束直径，而照射到被测材料1的一侧表面。然后，因从超声波振荡器2照射的脉冲激光而在被测材料1的一侧表面产生的超声波脉冲，在被测材料1中传播并使被测材料1的另一侧表面发生振荡，同时在被测材料1中往返，反复进行多次反射。另外，在上述超声波检测器3中，通过使用CW(连续波)激光器，检测出因上述超声波脉冲而在被测材料1的另一侧表面产生的超声波振荡的位移。为了检测在被测材料1 的另一侧表面产生的超声波振荡的位移(以下简称为“振荡位移”)，采用例如使用光折变的干涉仪。还有，除使用光折变的干涉仪之外，在超声波检测器3的设置环境良好的情况下，也可适当采用法布里-珀罗干涉仪，在被测材料1的另一侧表面为非粗糙面的情况下， 也可适当采用迈克耳孙干涉仪等。这里，图2是表示本发明实施方式1中的组织材质测定装置的主要部分构成图，具体表示使用法布里-珀罗干涉仪时的超声波检测器3的构成。下面，详细说明利用法布里-珀罗方式的超声波检测器3检测上述振荡位移的情况。图2中，7是CW激光器，8是反射器，9和10是分束器，11是法布里-珀罗干涉仪， 12是光检测器。上述法布里-珀罗干涉仪11由一对反射镜13a和13b、调节反射镜13a和 1 之间距离的执行机构14、以及控制执行机构14的控制机构(未图示)构成。还有，上述执行机构14由例如压电元件构成，利用控制机构依次操作，以确保反射镜13a和1 之间的距离为期望的值。在具有上述构成的超声波检测器3中，从CW激光器7输出的激光经反射器8反射后入射至分束器9，分为照射到被测材料1的另一侧表面的激光、和作为参考光直接入射至法布里-珀罗干涉仪11的激光。照射到被测材料1的另一侧表面的激光被进行超声波振荡的被测材料1的另一侧表面反射，入射到法布里-珀罗干涉仪11。在法布里-珀罗干涉仪11中，利用反射镜13a和1 使得在被测材料1的另一侧表面反射的激光(反射光)和参考光发生谐振。另外，反射镜13a和13b的间隔由执行机构14调整，使得反射光和参考光发生谐振。在法布里-珀罗干涉仪11中发生谐振的激光成为干涉光，并通过分束器10 入射到光检测器12。然后，在光检测器12中，根据入射的干涉光，检测因反射光和参考光的光程差而产生的干涉波形、即干涉光的强度变化。另一方面，上述表面除去装置6具备具有引起烧蚀的程度的高能量密度的脉冲激光器，通过对被测材料1的表面照射脉冲激光，除去被测材料1表面的氧化膜。另外，所谓烧蚀，是指照射具有高能量密度的激光时发生的、伴随着等离子体发光和冲击声的固体表面层的爆发性剥离。接着，对上述超声波振荡器2、超声波检测器3和表面除去装置6的设置位置进行说明。另外，图3是表示本发明实施方式1中的组织材质测定装置的配置图。图3中，超声波振荡器2设置为与被测材料1的一侧表面(底面)有规定距离。而且，上述超声波振荡器2配置为使得照射被测材料1的一侧表面的脉冲激光的光路、与垂直于被测材料1的一侧表面的直线具有0度以上45度以下的倾斜。还有，图3中表示来自超声波振荡器2的脉冲激光的光路与被测材料1的一侧表面垂直的情况。另外，超声波检测器3设置为与成为被测材料1的一侧表面的反向侧的另一侧表面(上表面)有规定距离。而且，上述超声波检测器3配置为使得从CW激光器7发射的激光的光路、与被测材料1的另一侧表面近似垂直，同时还配置为使其通过从超声波振荡器2照射的脉冲激光的光路与被测材料1的一侧表面相交的点(超声波振荡的声源)、以及与上述超声波振荡的声源对应的(实施例1中为上述超声波振荡的声源的正上方部)被测材料1的另一侧表面上的点中的至少一方。而且，超声波检测器3还配置为可以接收来自被测材料1的另一侧表面的反射光。还有，为了防止来自超声波振荡器2的脉冲激光直接入射到超声波检测器3中，也可以在从超声波振荡器2输出的脉冲激光光路的延长线上不设置超声波检测器3的接收部(例如透镜等)。另一方面，上述表面除去装置6配置为与被测材料1的另一侧表面有规定的距离， 使得从与超声波检测器3照射CW激光的方向相同的方向对被测材料1的另一侧表面照射脉冲激光。然后，为了防止照射被测材料1的脉冲激光直接入射到超声波检测器3中，表面除去装置6配置为使上述脉冲激光的光路与从超声波检测器3输出的CW激光的光路具有 0度以上90度不到的规定倾斜θ。在具有上述构成的超声波振荡器2、超声波检测器3和表面除去装置6中，在测定被测材料1的组织材质时，首先，向从超声波检测器3对被测材料1的另一侧表面(轧制产品的上表面)照射CW激光的照射位置，从表面除去装置6照射脉冲激光，除去附着于被测材料1的另一侧表面的氧化膜。然后，在除去了被测材料1的另一侧表面的氧化膜后，从超声波振荡器2对被测材料1的一侧表面(轧制产品的底面)照射脉冲激光，使得在被测材料1的另一侧表面发生超声波振荡。接着，通过从超声波检测器3对被测材料1的另一侧表面照射CW激光，并利用超声波检测器3接收在被测材料1的另一侧表面反射的CW激光的反射光，从而利用上述超声波检测器3检测出在被测材料1的另一侧表面发生的超声波振荡。另外，利用超声波检测器3检测的检测信号被数字波形存储器(例如数字示波器) 等存储，并向信号处理装置4输出。另外，为了除去作为对象的氧化膜，要求上述过程中的表面除去装置6的激光输出为规定值以上的功率。因此，实际上需要进行表面除去装置6的激光输出的调整。在相关调整中，例如从表面除去装置6对被测材料1的另一侧表面照射脉冲激光后，通过确认超声波检测器3的输出，来判断氧化膜的除去状态。当判断为氧化膜的除去不充分的时候，即未获得足够的超声波检测器3的输出时，增大表面除去装置6的激光输出，并对被测材料1 的另一侧表面再次照射脉冲激光，实施超声波检测器3的输出确认。另外，当确认即使通过再次照射但超声波检测器3的输出也不足够时，一边缓慢增大表面除去装置6的激光输出， 一边对被测材料1的另一侧表面照射脉冲激光，并对每次照射确认超声波检测器3的输出。 然后，当获得足够且适当的超声波检测器3的输出时，停止表面除去装置6的激光输出的上升。接着，对接收来自超声波检测器3的检测信号的信号处理装置4的工作进行说明。 图4是表示本发明实施方式1中的组织材质测定装置的主要部分构成图，尤其是表示信号处理装置4和粒径计算装置5的结构。图4中，信号处理装置4例如由纵波回波提取装置 15、频率分析装置16、不同频率衰减曲线辨识装置17、以及多次函数拟合装置18构成。信号处理装置4中，首先，根据从超声波检测器3输入的检测信号，利用纵波回波提取装置15采集多个纵波回波信号。接着，利用频率分析装置16进行采集的多个纵波回波信号的频率分析，从来自被测材料1表面的多重回波信号的光谱强度差计算出每个频率的衰减量。接着，若有需要，进行扩散衰减修正、透射损耗修正，算出衰减常数的频率特性。另外，衰减常数的频率特性通过以最小二乘法等对四次曲线等多次函数进行拟合，求出多次函数的系数向量。然后，从以最小二乘法等对上述衰减常数将四次曲线进行拟合时得出的多次函数的系数向量、以及校正用的从被测材料1得出的散射系数S，算出因各个微组织的体积率而进行的修正前的结晶粒径的测定值(V还有，下面具体说明上述处理工序。利用上述超声波检测器3测定称为第1超声波脉冲、第2超声波脉冲、……的超声波脉冲序列。此时，各超声波脉冲中含有的能量随着反射时的损耗和被测材料1中的传播而衰减，从而逐渐变小。即，若仅取出第1超声波脉冲和第2超声波脉冲的部分进行频率分析，求出各自的能量(能谱)，则由于第2超声波脉冲与第1超声波脉冲相比，其传播距离长出被测材料1的板厚t的2倍大�。虼耍萆鲜�(1)式产生能量衰减。另外，若求出两者间的衰减量作为与第1超声波脉冲的能谱之差，则成为向右上升的曲线。该曲线相当于对上述( 式的衰减常数a乘以传播距离的差2t。由此，通过最小二乘法等求出单位传播距离的上述( 式的各个系数。然后，从预先由标准样品求出的散射常数S、和如上所述求出的系数中的&，通过倒算上述(3)式，可以求出结晶粒径的测定值dQ。根据本发明的实施方式1，通过具备表面除去装置6，可以除去附着于被测材料1 的另一侧表面的氧化膜。即，在上述构成的组织材质测定装置中，利用从表面除去装置6产生的脉冲激光除去被测材料1的另一侧表面的氧化膜后，从超声波振荡器2对被测材料1 照射脉冲激光，利用超声波检测器3检测被测材料1上产生的超声波振荡。因此，在从超声波检测器3对被测材料1照射CW激光时，被测材料1的另一侧表面的氧化膜被除去，从而可以使返回到超声波检测器3的光通量增加，可以使超声波检测器3的分辨率大幅提高。另外，表面除去装置6配置为使其输出的脉冲激光的光路与从超声波检测器3发射的CW激光的光路具有0度以上90度不到的倾斜θ。因此，可以防止从表面除去装置6 输出的脉冲激光在被测材料1反射后直接入射到超声波检测器3。另外，由于表面除去装置 6具有上述配置，因此能够将超声波检测器3与被测材料1近似垂直地配置，可以高效地进行超声波振荡的检测。还有，由于在超声波检测器3工作前使表面除去装置6工作而除去氧化膜，因此来自表面除去装置6的脉冲激光不会对超声波检测器3的性能造成产生板波等不良影响。另外，在轧制线上使用上述材质测定装置时，通过将超声波检测器3和表面除去装置6设置于轧制产品的上方，将超声波振荡器2设置于轧制产品的下方，可以避免由轧制线产生的水蒸汽或灰尘等落下物在轧制产品的下表面滞留，可以将超声波振荡检测的不良影响抑制为最小限度。因此，即使是在轧制线上轧制产品运动的环境下，也可以利用超声波检测器3高效且安全地进行超声波振荡的检测，能够确实无损地实施结晶粒径的测量。此外，实施方式1中说明了将超声波振荡器2设置于经过轧制线的轧制产品的下方、将超声波检测器3和表面除去装置6设置于经过轧制线的轧制产品的上方的情况，但是根据设置组织材质测定装置的环境条件，可以任意选择其配置。即，根据设置环境也可以采用以下结构将超声波振荡器2设置于轧制产品的上方，而对轧制产品的上表面照射来自超声波振荡器2的脉冲激光，同时将超声波检测器3和表面除去装置6设置于轧制产品的下方，而对轧制产品的底面照射来自超声波检测器3的CW激光和来自表面除去装置6的脉冲激光。实施方式2图5是表示本发明实施方式2中的组织材质测定装置的主要部分构成图，尤其是具体表示超声波检测器3的构成。图5中，超声波检测器3由CW激光器7、反射器8、分束器9、光折变元件19、以及光检测器12构成。即，上述超声波检测器3是使用光折变元件19 的光折变方式的超声波检测器，其他具有与实施方式1相同的结构。在具有相关结构的超声波检测器3中，从CW激光器7输出的激光经反射器8反射后，入射到分束器9，被分为照射被测材料1的另一侧表面的激光、和作为参考光而直接入射到光折变元件19中的激光。另外，在进行超声波振荡的被测材料1的另一侧表面反射的反射光，通过分束器9入射到光折变元件19。在光折变元件19中，在晶体内使反射光和参考光产生干涉，并将该干涉光直接入射到检测器12。另外，在干涉仪中使用光折变元件19时，有无法检测超过接收光波长的1/8的表面位移的限制条件。该限制尤其是在2mm以下的薄板测定时会成为问题。因此，为了使振幅位于上述限制值范围内，而要降低超声波振荡器2的激光输出，所以在表面位移超过 66. 5nm(波长532nm =绿色)或133nm(波长1064nm =红外)时，必须限制超声波振荡器2 的激光输出，减小表面位移。或者，不降低超声波振荡器2的激光输出，而是需要通过减小光斑直径来抑制板波振荡。还有，来自超声波振荡器2的激光在到达被测材料1之前，以在空间内不引起烧蚀的程度作为下限来减小光斑直径。根据本发明的实施方式2，通过采用光折变方式的超声波检测器3，与采用法布里-珀罗方式的超声波检测器3的情况相比较，能够减少反射镜13a和1 那样的容易因外部振动等干扰而受影响的部位、和执行机构14以及控制机构等精密机构部。因此，可以实现不易受振动等干扰引起的影响、且即使在环境差的轧制线上也可以长时间进行稳定的测定。尤其是在热轧线上实施在线测量时，会产生由轧机和被轧材料的通过等引起的振动、或者为了被轧材料的温度控制而从冷却线对被轧材料喷射冷却水时产生的水蒸汽等， 其测量环境十分恶劣。另外，热轧过程中的被轧材料还会达到约500度至约900度，被轧材料附近的温度非常高。因此，通过采用光折变方式的超声波检测器3，能够提供也适用于上述环境的组织材质测定装置。另外，不降低来自超声波振荡器2的脉冲激光的输出，而是通过减小光斑直径，来减小低频振荡的振幅，取而代之的是结晶粒径的测量所需的超声波成分的振幅增大。从而可以避免成为测定精度降低的原因之一的板波振荡，能够检测对组织材质的测定有效的超声波振荡。实施方式3图6是表示本发明实施方式3中的组织材质测定装置的配置图。图6中，超声波振荡器2、超声波检测器3和表面除去装置6具有与实施方式1或2同样的结构和配置。20是气体喷射装置，该气体喷射装置设置于经过轧制线的轧制产品(被测材料1)的上方，在从表面除去装置6对被测材料1的另一侧表面照射脉冲激光的照射位置以及该照射位置的附近，喷射氮气等惰性气体，从而防止除去了氧化膜的被测材料1的另一侧表面重新被氧化。在具有相关结构的组织材质测定装置中，从表面除去装置6对被测材料1的另一侧表面照射脉冲激光而除去了氧化膜后，从气体喷射装置20向除去了氧化膜的部分喷出惰性气体。其他结构及工作与实施方式1和2相同。根据本发明的实施方式3，由于能够使被测材料1的从另一侧表面除去了氧化膜的状态持续某一程度的时间，因此可以提高超声波检测器3的灵敏度，能够实现更可靠的结晶粒径的测定。实施方式4该实施方式有关的组织材质测定装置是在实施方式1或2中，利用跟踪信息等决定表面除去装置的测定点，以使其与轧制产品的检查线中的机械性质或组织材质信息的测定目标点一致。下面利用图7和图8说明其结构。图7是表示本发明实施方式4中的轧制设备的主要部分的构成图，图8是表示组织材质的预测模型的构成图。图7中，从轧机21出来的带材22在输出台23上冷却后，用卷取机卷取并成为卷材对。然后，将卷材M搬运到检查线上，切取其中一部分并加工成试片。还有，在检查线上，利用机械性质实测装置25实测上述试片的拉伸强度或屈服应力等机械性质。另外，利用根据显微镜观察等的组织材质信息实测装置沈，实测上述试片的组织材质信息，即铁素体粒径或铁素体·珠光体·贝氏体等各相的体积率。组织材质测定装置27设置于轧机21的出口侧以及卷取机前，利用组织材质信息采集装置观，采集由上述组织材质测定装置27测定的结晶粒径等组织材质信息。由组织材质信息采集装置观采集的来自组织材质测定装置27的指示值、和根据组织材质信息实测装置沈的实测值，通过第1组织材质信息比较装置四进行比较。然后，将第1组织材质信息比较装置四的比较结果反馈到组织材质信息采集装置观，用于组织材质测定装置27的校正或精度确认。另外，第1组织材质信息比较装置四的比较结果也可用于在组织材质测定装置27算出结晶粒径时的辨识手法的调整参数精度的提高。另一方面，从轧机21获得的载荷和速度数据、以及从设置于轧机21的前后的温度计30获得的温度数据即工艺流程数据被工艺流程数据采集装置31采集。所测定的工艺流程数据与检查线中的机械性质或组织材质信息的测定目标点以及时刻有关，作为数据库存储于例如未图示的数据存储装置中。而且，从轧制时刻等起检索数据存储装置内的材质和工艺流程数据，控制组织材质测定装置27，使得表面除去装置的测定点与检查线中的机械性质或组织材质信息的测定目标点一致。另外，将从工艺流程数据采集装置31获得的变形、变形速度、温度等工艺流程数据发送到组织材质信息预测装置32，由组织材质信息预测装置32根据数学模型算出组织材质信息。下面，根据图8说明组织材质信息预测装置32中的计算方法。计算组织材质信息用的组织材质模型大致可分为由热轧加工模型和相变模型构成。热轧加工模型是为了通过对被轧机21的轧辊压下的最中间所发生的动态再结晶、接着动态再结晶发生的恢复、静态再结晶、晶粒生长等现象进行公式化，来计算轧制中以及轧制后的粒径(每单位面积的晶界面积)、残留转移密度等奥氏体状态而准备的。该热轧加工模型根据Y粒径、基于温度和速度的温度·通过期间时间信息、和基于压下模式的等效变形·变形速度信息，计算轧制Y粒径和转移密度等中间组织状态。还有，上述温度·通过期间时间信息和等效变形 变形速度信息是根据轧制条件(入口侧板厚、出口侧板厚、加热温度、通过期间时间、轧辊直径、轧辊转速)而算出的。
相变模型是为了分离成核与生长，推测粒径、珠光体及贝氏体的分率等相变后的组织状态而具备的。该相变模型根据基于输出台23上的冷却模式的温度信息，计算铁素体粒径和各相的组织分率等。还有，上述温度信息是根据冷却条件(分为气冷以及水冷、水量密度、冷却装置内的通板速度、成分)和相变模型产生的相变量的各信息而计算的。另外，除热轧加工模型以及相变模型以外，考虑到Nb、V、Ti等微量添加元素的影响时，由于考虑到析出粒子的影响，因此也可以适当使用析出模型。另外，对于铝或不锈钢等一部分金属材料，由于不发生相变，因此也可以不使用上述相变模型。将利用具有上述结构的组织材质信息预测装置32计算出的组织材质信息、和利用组织材质信息实测装置26得到的实测值，通过第2组织材质信息比较装置33进行比较。 然后，通过将第2组织材质信息比较装置33的比较结果反馈到组织材质信息预测装置32， 进行组织材质模型的调整，从而可以力图提高预测精度。进一步，将从工艺流程数据采集装置31获得的工艺流程数据、和由组织材质信息预测装置32算出的组织材质信息，发送给机械性质预测装置34，在该机械性质预测装置34 中，根据规定的预测模型算出机械性质。将利用机械性质预测装置34算出的机械性质、和利用机械性质实测装置25得到的实测值，通过机械性质比较装置35进行比较。然后，通过将机械性质比较装置35的比较结果反馈到机械性质预测装置34，进行机械性质的预测模型的调整，从而可以力图提高预测精度。根据本发明的实施方式4，即使是在环境恶劣的轧制线上，也可以提供一种对组织材质测定的目标点、有效检测超声波振荡的组织材质测定装置。还有，图9是表示本发明实施方式4中的轧制设备的其他构成图。实施方式4的构成也可以如图9所示改变输入构成。即，向第2组织材质信息比较装置33的输入也可以是由组织材质信息采集装置观采集的来自组织材质测定装置27的指令值，来代替来自组织材质信息实测装置26的实测值。另外，向机械性质预测装置34的输入也可以是由组织材质信息采集装置观采集的来自组织材质测定装置27的指令值，来代替由组织材质信息预测装置32算出的组织材质信息。利用上述构成也可以起到与上述同样的效果。还有，本发明并不照原样限定于上述实施方式，在实施阶段不脱离其要点的范围内，可以改变构成要素并具体化。另外，通过适当地组合上述实施方式中揭示的多个构成要素，可以形成多种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。而且，也可以对所有不同实施方式中的构成要素进行适当组合。工业上的实用性如上所述，根据本发明有关的组织材质测定装置，由于在除去了被测材料的氧化膜的状态下检测在其另一侧表面所发生的超声波振荡，因此，可以使返回到检测超声波振荡的超声波检测器上的光通量大幅增加，可以确实地实施被测材料的结晶粒径的测定。另外，由于除去了附着于被测材料上的氧化膜，而且可以无损地进行结晶粒径的测定，因此，尤其能适应热轧线上的在线测定。
权利要求
1.一种组织材质测定系统，其特征在于，包括组织材质测定装置07)，设在轧制线上，非接触地测定经过所述轧制线的轧制产品的组织材质信息；组织材质信息采集装置( )，采集由所述组织材质测定装置(XT)测定的组织材质信息；工艺流程数据采集装置(31)，采集所述轧制线的工艺流程数据； 组织材质信息预测装置(32)，基于由所述工艺流程数据采集装置(31)采集的工艺流程数据，根据预定的组织材质预测模型，算出所述轧制产品的组织材质信息；以及组织材质信息比较装置(33)，对由所述组织材质信息采集装置08)采集的组织材质信息、与由所述组织材质信息预测装置(32)算出的组织材质信息进行比较。
2.如权利要求1所述的组织材质测定系统，其特征在于，所述组织材质信息预测装置(32)基于所述组织材质信息比较装置(33)的比较结果， 对所述组织材质预测模型进行调整。
3.如权利要求1或2所述的组织材质测定系统，其特征在于，还包括第二组织材质信息比较装置( )，对由所述组织材质信息采集装置08)采集的组织材质信息、与所述轧制产品的组织材质信息的实测值进行比较。
4.如权利要求3所述的组织材质测定系统，其特征在于，所述组织材质测定装置(XT)根据预定的辨识手法，算出所述轧制产品的结晶粒径，并且基于所述第二组织材质信息比较装置09)的比较结果，对所述辨识手法的参数进行调離整。
5.如权利要求1或2所述的组织材质测定系统，其特征在于，还包括机械性质预测装置(34)，基于由所述工艺流程数据采集装置(31)采集的工艺流程数据和由所述组织材质信息采集装置08)采集的组织材质信息，根据预定的预测模型，算出所述轧制产品的机械性质；以及机械性质比较装置(35)，对由所述机械性质预测装置(34)算出的机械性质、与所述轧制产品的机械性质的实测值进行比较。
6.如权利要求5所述的组织材质测定系统，其特征在于，所述机械性质预测装置(34)基于所述机械性质比较装置(3 的比较结果，对所述预测模型进行调整。
7.如权利要求1或2所述的组织材质测定系统，其特征在于，还包括机械性质预测装置(34)，基于由所述工艺流程数据采集装置(31)采集的工艺流程数据和由所述组织材质信息预测装置(3 算出的组织材质信息，根据预定的预测模型，算出所述轧制产品的机械性质；以及机械性质比较装置(35)，对由所述机械性质预测装置(34)算出的机械性质、与所述轧制产品的机械性质的实测值进行比较。
8.如权利要求7所述的组织材质测定系统，其特征在于，所述机械性质预测装置(34)基于所述机械性质比较装置(3 的比较结果，对所述预测模型进行调整。
全文摘要
本发明提供一种组织材质测定装置及组织材质测定方法，通过除去被测材料的表面附着的氧化膜，来确实地实施无损结晶粒径测量。为此在测定时，首先，向从超声波检测器对轧制产品的另一侧表面照射激光的照射位置，从表面除去装置照射激光，除去轧制产品的另一侧表面的氧化膜。除去了轧制产品的另一侧表面的氧化膜后，从超声波振荡器对轧制产品的一侧表面照射激光，使得在轧制产品的另一侧表面发生超声波振荡。然后，通过从超声波检测器对轧制产品的另一侧表面照射激光，并利用超声波检测器接收来自轧制产品的另一侧表面的反射光，从而检测在轧制产品的另一侧表面发生的超声波振荡，根据超声波检测器的检测结果，算出轧制产品的结晶粒径。
文档编号G01N29/04GK102253120SQ20111006606
公开日2011年11月23日 申请日期2007年6月18日 优先权日2006年6月20日
发明者今成宏幸, 佐野光彦, 北乡和寿, 告野昌史, 小原一浩 申请人:东芝三菱电机产业系统株式会社
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