DE2817742B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen technologischer Kennwerte - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen technologischer KennwerteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen solcher technologischer Kennwerte
von kaltgewalzten und rekristallisierend geglühten Fein- und Feinstblechbändern, die von ihrer
kristallographischen Textur abhängen, insbesondere des Anisatorpiewertes, bei dem die Bänder mit einer
einfallenden Röntgen-Primärstrahlung durchstrahlt werden und die an Kristallgittern der Bänder unter
einem bestimmten Beugungswinkel 20 gegenüber der einfallenden Primärstrahlung gebeugten Röntgenstrahlen
detektiert werden, indem die Intensität des von den
ίο die Orientierung der Blechebene zur Ebene des
Strahlengangs angebenden Breitenwinkel α und Azimutwinkel β abhängigen Beugungsreflexes gemessen
wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Röntgenstrahlenquelle und einem Detektor mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Intensität der gebeugten Röntgenstrahlen, die auf je einer Seite des zu messenden Bandes angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Röntgenstrahlenquelle und einem Detektor mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Intensität der gebeugten Röntgenstrahlen, die auf je einer Seite des zu messenden Bandes angeordnet sind.
Es ist bereits bekannt, die Anisotropiekennzahl rm von
Blechen und Bändern zerstörungsfrei durch Umrechnung von Intensitätsmessungen aus röntgenographischen
Reflexionstexturmessungen und den aus diesen gewonnenen inversen Polfiguren zu bestimmen. Abgesehen
davon, daß bei diesem bekannten Verfahren ein einzelner Meßvorgang sehr lange Zeit beansprucht,
wird nur eine sehr dünne Oberflächenschicht des zu untersuchenden Prüflings erfaßt und daher auch kein
repräsentatives Ergebnis für die Gesamtdicke des Prüflings erhalten; außerdem muß die Meßfläche in
aufwendiger Weise für die Messung durch Schleifen und Polieren vorbereitet werden, so daß nur einzelne
Proben erfaßbar sind. Aus diesen Gründen ist die Anwendung des bekannten Verfahrens zum Messen und
Kontrollieren der Anisotropiekennzahl während des Produktionsvorganges, d. h. während des Kaltwalzens
von Stahlblechen und -bändern nicht durchführbar. Bekannt ist es weiterhin, vgl. H. Neff »Grundlagen und
Anwendung der Röntgen-Feinstruktur-Analyse«
2. Aufl., München 1962, S. 354/363, mit Hilfe der röntgenographischen Reflexionstechnik die Lage von
Kristallen in der Oberflächenschicht von Metallen zu beschreiben. Wegen der auch dazu erforderlichen
Oberflächenpräparierung (Schleifen, Polieren) ist eine
Überwachung von Fertigungsprozessen, wie es die Herstellung und Weiterverarbeitung von kaltgewalztem
Fein- und Feinstblechband darstellt, mit einer Verfolgung und Feststellung (Messung) der technologischen
Kennwerte nicht zu verwirklichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verhältnismäßig einfaches und genaues Verfahren
anzugeben, mittels dessen die Messung repräsentativer, texturabhängiger technologischer Werte, insbesondere
des Anisotropiewertes rm an einem kontinuierlich durchlaufenden kaltgewalzten und rekristallisierend
geglühten Band über die Gesamtdicke möglich ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
daß der Breiten- und Azimutwinkel während der Messung festgehalten wird, daß eine polychromatische
Primärstrahlung mit Energien von über 20 keV verwendet wird, daß vor der Messung der Intensität von
wenigstens zwei Beugungsreflexen die detektierten Röntgenquanten in energieproportionale Spannungsimpulse
umgewandelt und die Spannungsimpulse nach Impulshöhe diskriminiert werden, daß die Maxima der
Häufigkeitsverteilung der Impulshöhen den im voraus bestimmten Beugungsreflexen zugeordnet werden und
ORIGINAL IMSPECTED
der Zusammenhang zwischen der Intensität an diesen Maxima und dem betrachteten technologischen Kennwert
angezeigt wird.
In zweckmäßiger und gleichzeitig vorteilhafter Weise wird zum Trennen zweier nebeneinander liegender
Reflexe die Primärstrahlung kollimiert.
Eine bisher nicht erreichbare Schnelligkeit der Messungen an einem Band, und zwar über die gesamte
Länge des Bandes wird erzielt, wenn die Intensität an einem durchlaufenden Band kontinuierlich gemessen
wird. Der Einfachheit der Messungen dient es, wenn die Intensität des bei α = 0° und β = 0° liegenden Pols des
(220)-Beugungsreflexes gemessen wird.
Die bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist so aufgebaut, daß die
Strahlenquelle zur Aussendung von polychromatischer Röntgenstrahlung ausgebildet und zusammen mit dem
Detektor innerhalb einer Produktionslinie angeordnet ist und daß der Detektor ein energiedispersiver
Detektor ist, an den ein Impulshöhenanalysator und ein Anzeigegerät angeschlossen sind, wobei bevorzugter
Weise als Strahlungsquelle eine Röntgenröhre mit Wolfram- oder Goldanode vorgesehen ist und vorteilhafter
Weise auch mehrere Detektoren verwendbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als energiedispersiver Detektor ein Halbleiterdetektor,
vorzugsweise ein Reinst-Germanium-Detektor eingesetzt, so daß eine optimale Quantenausbeute im
geforderten Energiebereich ermöglicht wird.
Mit weiteren Vorteilen wie optimal angepaßter Energie für die Messung an Feinblechen bestimmter
Dicke, geringem apparativen Aufwand ist es verbunden, wenn als Strahlungsquelle ein radioaktiver Strahler,
vorzugsweise ein Americium 241-Strahler verwendet wird, wobei in einfachster Weise als Detektor ein
Auslösezählrohr vorgesehen ist.
Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß repräsentative,
texturabhängige technologische Werte, wie insbesondere die Anisotropiekennzahl rm von Bändern in verhältnismäßig
einfacher, wenig aufwendiger Weise schnell und kontinuierlich über deren Gesamtdicke während
des schnellaufenden Produktionsprozesses feststellbar sind. Insbesondere ist eine arbeits- und zeitaufwendige
Materialvorbereitung vor Durchführung der Messungen nicht erforderlich. Darüberhinaus entfällt die
aufwendige Messung (Reflexionstechnik) sowie die daran anschließende aufwendige Berechnung der
technologischen Werte, z. B. der Anisotropiekennzahl.
Ferner ist das neue Verfahren auch bei oberflächenbeschichteten Bändern, wie z. B. verzinkten und
verzinnten Bändern durchführbar. Nicht zuletzt wird die Bestimmung genauer, da unterschiedliche Texturen in
verschiedenen Dickenlagen eines Bleches als Mittelwerte gemessen werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Prinzipskizze der Meßeinrichtung,
Fig.2 eine Häufigkeitsverteilung der Impulshöhen
einer Messung,
F i g. 3 eine (220)-Polfigur,
F i g. 4 ein Blockschaltbild der Meßeinrichtung und
F i g. 5 ein Diagramm mit Meßwerten.
Wie aus F i g. 1 hervorgeht, besteht die Meßeinrichtung, die beispielsweise in Walzrichtung hinter dem
Dressiergerüst eines Kaltwalzwerkes angeordnet ist, aus der die Primärstrahlung aussendenden Strahlungsquelle,
z. B. einer Röntgenröhre 1 mit Kollimationseinrichtung und einem auf der gegenüberliegenden Seite
des Stahlbandes 2 angeordneten energiedispersiven Strahlungsdetektors 3. Die Röntgenröhre 1 wird mit
einer elektrischen Spannung von 60 kV betrieben. Bei dieser Betriebsspannung entsteht als Primärstrahlung
eine Röntgenbremsstrahlung mit einer oberen Grenzenergie von 60 keV.
Die aus der Röntgenröhre 1 austretende Primärstrahlung durchstrahlt das durch- bzw. vorbeilaufende
Stahlband 2 mit einer Dicke von 1 mm und trifft auf den Strahlungsdetektor 3 unter einem Beugungswinkel
20 = 16°. Bei dieser Winkelstellung der Strahlenquelle 1 und dem Detektor 3 zueinander tritt der Beugungsreflex
(220) unter einer Strahlungsenergie von 44 keV auf, vgl. F i g. 2. Neben dem Beugungswinkel 20 sind für die
Messungen der mit der Werkstoffkenngröße rm die ein
Maß für die Tiefziehbarkeit eines Bleches bzw. Bandes angibt, korrelierenden Intensität A des (220)-Beugungsreflexes
wesentlich die Winkel λ und ß. Während der Winkel 0 die Orientierung des Detektors 3 zur
Strahlungsquelle 1 kennzeichnet, geben der Breitenwinkel κ und der Azimutwinkel β die Orientierung der
Blechebene zur Ebene des Strahlenganges an. Zur Durchführung der verfahrensgemäßen Messung wird
α = 0° und β = 0° bzw. β = 180° eingestellt. Dabei
entspricht der Winkel von β mit 0° der Walzrichtung und 180° der entgegengesetzten Richtung. In Fig.3
sind die Winkel α und β innerhalb einer Polfigur dargestellt, wobei die Intensitäten in cps (Impulse pro
Sekunde) für die gemessenen Polbereiche angegeben sind. Die eingezeichnete Intensität A kennzeichnet die
Intensität bei α = 0° und β = 0°.
In dem energiedispersiven Detektor 3, vorzugsweise einem Reinst-Germanium-Detektor, werden die auftreffenden
Röntgenquanten in energieproportionale Spannungsimpulse umgewandelt. Die Spannungsimpulse
werden nachfolgend mit Hilfe eines Vielkanalanalysators 4, dem sie über einen Verstärker 5 zugeleitet
werden, nach ihrer Impulshöhe diskriminiert (Impulshöhenanalyse) vgl. F i g. 4. Die so gemessene Häufigkeitsverteilung
in Abhängigkeit von der Strahlungsenergie zeigt F ig. 2.
Die Zuordnung der in F i g. 2 dargestellten Maxima zu den dort eingetragenen Beugungsreflexen (211) und
(220) ist gegeben durch die Bragg'sche Gleichung.
In dem Vielkanalanalysator 4 wird aus der in F i g. 2 dargestellten Häufigkeitsverteilung die integrale Intensität
des (220)-Beugungsreflexes gewonnen. Der erhaltene Meßwert A wird zur Berücksichtigung unterschiedlicher
Blechdicken der Dicke nach in einem elektronischen Rechner 6, Fig.4, korrigiert. Der
erhaltene lineare Zusammenhang zwischen der Intensität A und der Anisotropiekennzahl rm entsprechend
F i g. 5 wird in einem Anzeigegerät 7 angezeigt.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen solcher technologischer Kennwerte von kaltgewalzten
und rekristallisierend geglühten Fein- und Feinstblechbändern, die von ihrer kristallographischen
Textur abhängen, insbesondere des Anisotropiewertes, bei dem die Bänder mit einer einfallenden
Röntgen-Primärstrahlung durchstrahlt werden und die an Kristallgittern der Bänder unter einem
bestimmten Beugungswinkel 20 gegenüber der einfallenden Primärstrahlung gebeugten Röntgenstrahlen
detektiert werden, indem die Intensität des von den die Orientierung der Blechebene zur Ebene
des Strahlengangs angebenden Breitenwinkel α und Azimutwinkel β abhängigen Beugungsreflexes gemessen
wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Breiten- und der Azimutwinkel während der Messung festgehalten wird, daß eine polychromatische
Primärstrahlung mit Energien von über 20 keV verwendet wird, daß vor der Messung der Intensität
von wenigstens zwei Beugungsreflexen die detektierten Röntgenquanten in energieproportionale
Spannungsimpulse umgewandelt und die Spannungsimpulse nach Impulshöhe diskriminiert werden,
daß die Maxima der Häufigkeitsverteilung der Impulshöhen den im voraus bestimmten Beugungsreflexen zugeordnet werden und der Zusammenhang
zwischen der Intensität an diesen Maxima und dem betrachteten technologischen Kennwert angezeigt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärstrahlung kollimiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität an einem durchlaufenden
Band kontinuierlich gemessen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des bei λ = 0°
und β = 0° liegenden Pols des (220)-Beugungsreflexes gemessen wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer
Röntgenstrahlenquelle und einem Detektor mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Intensität
der gebeugten Röntgenstrahlen, die auf je einer Seite des zu messenden Bandes angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle zur Aussendung von polychromatischer Röntgenstrahlung
ausgebildet und zusammen mit dem Detektor (3) innerhalb einer Produktionslinie angeordnet ist
und daß der Detektor (3) ein energiedispersiver Detektor ist, an den ein Impulshöhenanalysator (4)
und eine Anzeigegerät (7) angeschlossen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle (1) eine Röntgenröhre
mit Wolfram- oder Goldanode vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als energiedispersiver
Detektor ein Halbleiterdetektor, vorzugsweise ein Reinst-Germanium-Detektor eingesetzt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor (3) ein Auslösezählrohr
vorgesehen ist.
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