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技術 介在物の抽出評価方法

出願人 株式会社神戸製鋼所
発明者 杉村朋子太田裕己萩原修
出願日 2008年12月1日 (12年1ヶ月経過) 出願番号 2008-306746
公開日 2010年6月10日 (10年6ヶ月経過) 公開番号 2010-127916
状態 特許登録済
技術分野 特有な方法による材料の調査、分析 サンプリング、試料調製
主要キーワード 抽出評価 種介在物 溶解液体 存在個数 各溶解液 種結晶化 鉄水和物 Si鋼
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この項目の情報は公開日時点(2010年6月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

CaO−SiO2に代表されるようなアルカリ土類金属を含む介在物(特に複合酸化物)を、SiO2ゲルの生成による不都合を回避しつつ有効に抽出評価するための有用な方法を提供する。

解決手段

介在物を鋼材中から抽出するに当り、前記鋼材臭素メタノール溶液中投入して前記鋼材を溶解し残渣を濾過した後、得られる介在物含有物質フッ化水素アンモニウム溶液で処理することによって、介在物含有物質中に含まれる介在物を抽出評価する。

概要

背景

鉄鋼材料鋼材)に含まれる酸化物系介在物は、該鋼材の諸性質、例えば強度、靭性加工性表面性状等に多大な影響を及ぼしている。こうしたことから、酸化物系介在物の鋼中における存在個数、大きさ等を評価することは鋼材を扱う技術者にとって大きな関心事である。

鋼材中介在物を評価する方法は様々提案されているが、被検体積をできるだけ大きくし、介在物の形態を三次元的に観察できる方法としては、鋼を溶解し、介在物を抽出する方法が代表的なものとして挙げられ、こうした方法を実施するときには下記の手順に従って行なわれる。

鋼の溶解→溶液濾過する(溶け残った介在物を濾紙上に残存させる)→濾紙上の残渣を、光学顕微鏡、SEM、EPMA等で観察および分析する、または残渣の総量を化学分析により評価する。また、上記方法で介在物を評価するに当たっては、下記(a)〜(c)の要件が要求される。

(a)必要な被検量の鋼材が溶解でき、評価の対象となる介在物を溶解しないこと:
介在物を抽出する上で当然要求される要件であり、必要な被検量の鋼材を溶解でき、しかも対象となる介在物が溶けない(少なくとも、抽出作業中には、大部分が溶解しない)ことが必要である。

(b)鋼材中の評価対象とする介在物以外のものを抽出しないこと:
対象とする介在物以外の介在物が大量に存在すると、対象とする介在物が埋もれてしまい、介在物を正確に観察できないことになる。

(c)溶解、抽出の妨げとなる反応生成物が形成されないこと:
抽出した物質を観察するときに、対象とする介在物以外のものが多く存在すると、観察に支障を来すことになる。従って、鋼の溶解液中に鋼中の合金元素等との反応により何らかの固体生成物が、鋼の溶解液中に形成されないことが好ましい。鋼中の介在物抽出時に問題となりやすいものの一例として、SiO2の水和物[SiO2・nH2O]を主体とするゲルの生成が挙げられる。

一般的な介在物であるAl2O3等の抽出評価方法については、これまでにも様々な技術が報告されており、例えば非特許文献1には、各種方法が概説されている。近年、鋼の高清浄化への要求がますます厳しくなる中、Al2O3等以外の介在物についても、多量の被検量を確保できる介在物の抽出評価方法の確立が望まれている。

例えば酸化物系介在物の1種であるMgO−SiO2系複合介在物を抽出するに当たっては、この複合介在物を溶解しない溶解法が必要になるが、こうした溶解法に関する技術は報告されていない。酸溶解抽出法に比べて、介在物の溶損を著しく抑制できる溶解法として、ハロゲン有機溶剤による溶解法も知られているが、この方法では、アルカリ土類金属を含む酸化物(CaO,MgO等)や硫化物等の介在物は溶解することが知られている。

これらの介在物の抽出法に対して、鋼材を電解によって溶解する方法等が知られており、適正な電解条件を選ぶことによって、ほとんど全ての介在物の定量的な抽出分離が可能であることが報告されている(前記非特許文献1)。

上記したハロゲン−有機溶剤としては、ヨウ素−メタノール溶液臭素−メタノール溶液が知られているが、CaO−SiO2,3CaO−2SiO2,MgO等の酸化物は、これらの溶液に対して溶解する(即ち、抽出できない)ので(前記非特許文献1)、これらの介在物の抽出に当たっては、電解法が採用されるのが一般的である。

一方、電解法によって鋼材を溶解した場合には、MnSやTiN等、鋼材中に比較的多く存在する非金属介在物も抽出されることから、対象とする介在物の評価がしにくいという問題がある。

ところで、ハロゲン−有機溶剤を用いて鋼材を溶解した場合には、鋼材中の溶存Siが溶液中でゲル化して水和物を主体とするゲル(以下、「SiO2ゲル」と呼ぶ)が生成する等、反応性が強く、適用できる介在物の種類が制限されていた。また、ヨウ素−メタノール溶液で溶解した場合には、水または雰囲気酸素により鉄水和物沈殿することも報告されている(前記非特許文献1)。これらが生成すると、抽出の阻害となるうえに、抽出された評価対象介在物の測定(観察、分析)の妨げとなるという問題がある(例えば特許文献1)。
鋼中介在物抽出法の現状と問題点」 超清浄鋼研究の最近の展開井上、水渡等、1999年発行、P326、P330、P341、P348、P349、P357
特開2005−315645号公報

概要

CaO−SiO2に代表されるようなアルカリ土類金属を含む介在物(特に複合酸化物)を、SiO2ゲルの生成による不都合を回避しつつ有効に抽出評価するための有用な方法を提供する。介在物を鋼材中から抽出するに当り、前記鋼材を臭素−メタノール溶液中投入して前記鋼材を溶解し残渣を濾過した後、得られる介在物含有物質フッ化水素アンモニウム溶液で処理することによって、介在物含有物質中に含まれる介在物を抽出評価する。なし

目的

本発明はこうした従来技術における課題を解決する為になされたものであって、その目的は、MgO−SiO2に代表されるようなアルカリ土類金属を含む介在物(特に複合酸化物)を、SiO2ゲルの生成による不都合を回避しつつ有効に抽出評価するための有用な方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

介在物鋼材中から抽出するに当り、前記鋼材臭素メタノール溶液中投入して前記鋼材を溶解し、残渣を濾過した後、得られる介在物含有物質フッ化水素アンモニウム溶液で処理することによって、介在物含有物質中に含まれる介在物を抽出評価することを特徴とする介在物の抽出評価方法。

請求項2

前記介在物が、酸化物主体とするものであり、少なくともAl2O3,SiO2,MgO−SiO2のいずれかを含むものである請求項1に記載の抽出評価方法。

請求項3

前記酸化物系介在物は、少なくともMgO−SiO2を含むものである請求項2に記載の抽出評価方法。

請求項4

前記鋼材は、Si含有量が0.1質量%以上である請求項1〜3のいずれかに記載の抽出評価方法。

技術分野

0001

本発明は、鋼材中に含まれる介在物を有効に抽出評価する方法に関するものである。

背景技術

0002

鉄鋼材料鋼材)に含まれる酸化物系介在物は、該鋼材の諸性質、例えば強度、靭性加工性表面性状等に多大な影響を及ぼしている。こうしたことから、酸化物系介在物の鋼中における存在個数、大きさ等を評価することは鋼材を扱う技術者にとって大きな関心事である。

0003

鋼材中の介在物を評価する方法は様々提案されているが、被検体積をできるだけ大きくし、介在物の形態を三次元的に観察できる方法としては、鋼を溶解し、介在物を抽出する方法が代表的なものとして挙げられ、こうした方法を実施するときには下記の手順に従って行なわれる。

0004

鋼の溶解→溶液濾過する(溶け残った介在物を濾紙上に残存させる)→濾紙上の残渣を、光学顕微鏡、SEM、EPMA等で観察および分析する、または残渣の総量を化学分析により評価する。また、上記方法で介在物を評価するに当たっては、下記(a)〜(c)の要件が要求される。

0005

(a)必要な被検量の鋼材が溶解でき、評価の対象となる介在物を溶解しないこと:
介在物を抽出する上で当然要求される要件であり、必要な被検量の鋼材を溶解でき、しかも対象となる介在物が溶けない(少なくとも、抽出作業中には、大部分が溶解しない)ことが必要である。

0006

(b)鋼材中の評価対象とする介在物以外のものを抽出しないこと:
対象とする介在物以外の介在物が大量に存在すると、対象とする介在物が埋もれてしまい、介在物を正確に観察できないことになる。

0007

(c)溶解、抽出の妨げとなる反応生成物が形成されないこと:
抽出した物質を観察するときに、対象とする介在物以外のものが多く存在すると、観察に支障を来すことになる。従って、鋼の溶解液中に鋼中の合金元素等との反応により何らかの固体生成物が、鋼の溶解液中に形成されないことが好ましい。鋼中の介在物抽出時に問題となりやすいものの一例として、SiO2の水和物[SiO2・nH2O]を主体とするゲルの生成が挙げられる。

0008

一般的な介在物であるAl2O3等の抽出評価方法については、これまでにも様々な技術が報告されており、例えば非特許文献1には、各種方法が概説されている。近年、鋼の高清浄化への要求がますます厳しくなる中、Al2O3等以外の介在物についても、多量の被検量を確保できる介在物の抽出評価方法の確立が望まれている。

0009

例えば酸化物系介在物の1種であるMgO−SiO2系複合介在物を抽出するに当たっては、この複合介在物を溶解しない溶解法が必要になるが、こうした溶解法に関する技術は報告されていない。酸溶解抽出法に比べて、介在物の溶損を著しく抑制できる溶解法として、ハロゲン有機溶剤による溶解法も知られているが、この方法では、アルカリ土類金属を含む酸化物(CaO,MgO等)や硫化物等の介在物は溶解することが知られている。

0010

これらの介在物の抽出法に対して、鋼材を電解によって溶解する方法等が知られており、適正な電解条件を選ぶことによって、ほとんど全ての介在物の定量的な抽出分離が可能であることが報告されている(前記非特許文献1)。

0011

上記したハロゲン−有機溶剤としては、ヨウ素−メタノール溶液臭素−メタノール溶液が知られているが、CaO−SiO2,3CaO−2SiO2,MgO等の酸化物は、これらの溶液に対して溶解する(即ち、抽出できない)ので(前記非特許文献1)、これらの介在物の抽出に当たっては、電解法が採用されるのが一般的である。

0012

一方、電解法によって鋼材を溶解した場合には、MnSやTiN等、鋼材中に比較的多く存在する非金属介在物も抽出されることから、対象とする介在物の評価がしにくいという問題がある。

0013

ところで、ハロゲン−有機溶剤を用いて鋼材を溶解した場合には、鋼材中の溶存Siが溶液中でゲル化して水和物を主体とするゲル(以下、「SiO2ゲル」と呼ぶ)が生成する等、反応性が強く、適用できる介在物の種類が制限されていた。また、ヨウ素−メタノール溶液で溶解した場合には、水または雰囲気酸素により鉄水和物沈殿することも報告されている(前記非特許文献1)。これらが生成すると、抽出の阻害となるうえに、抽出された評価対象介在物の測定(観察、分析)の妨げとなるという問題がある(例えば特許文献1)。
鋼中介在物抽出法の現状と問題点」 超清浄鋼研究の最近の展開井上、水渡等、1999年発行、P326、P330、P341、P348、P349、P357
特開2005−315645号公報

発明が解決しようとする課題

0014

本発明はこうした従来技術における課題を解決する為になされたものであって、その目的は、MgO−SiO2に代表されるようなアルカリ土類金属を含む介在物(特に複合酸化物)を、SiO2ゲルの生成による不都合を回避しつつ有効に抽出評価するための有用な方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0015

上記課題を解決することのできた本発明方法とは、介在物を鋼材中から抽出するに当り、前記鋼材を臭素−メタノール溶液中投入して前記鋼材を溶解し残渣を濾過した後、得られる介在物含有物質フッ化水素アンモニウム溶液で処理することによって、介在物含有物質中に含まれる介在物を抽出評価する点に要旨を有するものである。

0016

本発明方法において、対象とする介在物は、酸化物を主体とするものであり、Al2O3,SiO2,MgO−SiO2のいずれかを含むもの等が挙げられるが、特に少なくともMgO−SiO2を抽出評価するときにその効果を発揮する。

0017

本発明方法は、上記のようなSiO2ゲルが生成しやすいような鋼材、特にSi含有量が0.1質量%以上であるような鋼材に適用したときにその効果が有効に発揮される。

発明の効果

0018

本発明では、介在物を鋼材中から抽出するに際して、鋼材を臭素−メタノール溶液中に投入して前記鋼材を溶解し残渣を濾過した後、得られる介在物含有物質をフッ化水素アンモニウム溶液で処理することによって、SiO2ゲル等の生成による不都合を回避しつつ、MgO−SiO2系複合酸化物に代表される介在物を効果的に抽出評価することができた。

発明を実施するための最良の形態

0019

本発明者らは、鋼材中に含まれるMgO−SiO2系複合酸化物(即ち、複合介在物)を効果的に濾過、抽出評価するための有用な方法について、様々な角度から検討した。その結果、鋼を溶解するための溶液として、特に臭素−メタノール溶液を用いれば、鋼を溶解させつつMgO−SiO2系複合介在物は溶解しないことが判明した。

0020

MgO−SiO2系複合介在物等に代表される複合過酸化物については、上述の如く酸やハロゲン−有機溶剤等に溶解してしまい、これらの介在物を抽出することは困難であると考えられていた。こうしたことが、MgO−SiO2を濾過・抽出して評価する方法が確立されていなかった理由と考えられる。

0021

一方、MgOと同じアルカリ金属であるCaOとSiO2の化合物を、溶解させない方法は、電解法以外には知られていない。また、MgO−SiO2系の複合介在物である例えばフォルステライト(Forsterite)を生成する鋼は或る程度の高Si鋼である場合が多いが、高Si鋼の評価には臭素−メタノール溶液の適用はできないことも知られている(前記特許文献1)。

0022

本発明者らは、従来の既成概念にとらわれず、特殊溶解炉によって作製した各種組成比、各種結晶化状態(Forsterite,Enstatite,非晶質)のMgO−SiO2を用いて、その溶解性について検討した。その結果、臭素−メタノール溶液を溶解液体として用いた場合であっても、フォルステライトやMgO−SiO2系複合介在物は溶解することなく濾過・抽出させることができ、これらの成分を含む酸化物系介在物を評価できることを見出した。

0023

また、臭素−メタノール溶液を用いてSi濃度が高い鋼を溶解した場合には、酸化物系介在物の抽出工程においてSiO2ゲルが生成し、こうしたSiO2ゲルが生成すると抽出後の介在物分析の妨げとなることは上述した通りである。本発明者らは、SiO2ゲル生成による不都合を回避するという観点からも検討を重ねた。その結果、鋼材を臭素−メタノール溶液中に投入して前記鋼材を溶解した後、フィルタ上の残渣を、フッ化水素アンモニウム溶液によって処理(即ち、洗浄)すれば、SiO2ゲルが効果的に除去でき、SiO2ゲルよる介在物分析の妨げを回避できることも見出し、本発明を完成した。

0024

本発明は、上記趣旨から明らかなように、MgO−SiO2系複合介在物の抽出評価を可能とするものであるが、その他の介在物として当然にアルミナ(Al2O3)系やシリカ(SiO2)系の介在物の抽出評価にも有効であることは勿論である。

0025

本発明方法においては、SiO2ゲルよる介在物分析の妨げを回避できるものであるので、上記のようなSiO2ゲルが生成しやすいような鋼材、特にSi含有量が0.1質量%以上であるような鋼材に適用したときにその効果が有効に発揮されるものとなる。

0026

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

0027

[実施例1]
下記表1に示した化学成分組成となるようなラボ溶製材を作製した。このとき、MgO−SiO2系複合介在物を生成させるため、少量のMgを含有させた。

0028

作製した鋼材から20gの小片を7個切り出し、表面のスケールを処理して、試料とした。切り出した試料を、下記表1に示す各種溶解液で溶解し(各溶解液の入ったビーカに、洗浄した試料を投入)、介在物を濾過・抽出した。

0029

この濾過・抽出に際しては、抽出液(試料を溶解した後の溶解液)を、孔径:1μmのフィルタで濾過した後、下記表1に示す溶液を用い、フィルタを洗浄した。

0030

このフィルタ上の残渣をX線マイクロアナライザー(Erectron Probe X−ray Micro Analyzer:EPMA)で長径:10μm以上の介在物を分析し、SiまたはAlを含む介在物の組成と大きさを測定し、シリカ系(SiO2系)、アルミナ系(Al2O3系)およびMgO−SiO2系の各介在物の個数を測定した。尚、本評価においては、ブランク測定(鋼材を溶解せずに同じ操作を行うこと)において、評価対象となる介在物がゼロ個であること確認したうえで実施した。

0031

尚、分析した介在物は、MgOおよびSiO2が夫々25質量%以上、且つMgOとSiO2の総量が60質量%以上であるものをMgO−SiO2系、SiO2を60質量%以上、且つMgOを25質量%未満(0質量%を含む)含有するものをSiO2系、Al2O3を60質量%以上含有するものをAl2O3系とした。これらの結果を、下記表1に併記する。

0032

0033

この結果から次のように考察できる。試験No.1のものは、溶解液として臭素−メタノール溶液を用い、しかもフッ化水素アンモニウム溶液を用いてSiO2ゲル処理を行ったものであり、SiO2系およびMgO−SiO2系の各介在物の評価が有効に行えていることが分かる。

0034

これに対して、硝酸塩酸等の酸を用いて溶解したもの(試験No.2、3)や、臭素−メタノール溶液を用いてもフッ化水素アンモニウム溶液を用いてSiO2ゲル処理を行なわなかったもの(試験No.4、5)では、介在物の評価が行えないか、測定ができない(SiO2ゲルが多量に生成)状態であった。尚、上記表1には電解法によって鋼材を溶解したものも示したが(試験No.6、7)、これらの方法では介在物の抽出自体ができなかった(残渣が多く濾過できなかった)。

0035

[実施例2]
種介在物を評価するため、下記表2に示した各種化成分組成となるようなラボ溶製材を作製し、実施例1と同様にして評価した、その結果を、抽出時の処理(溶解液、SiO2ゲル処理)と共に、下記表2に示す。

0036

0037

この結果から明らかなように、アルミキルド鋼におけるAl2O3系介在物(試験No.8)、シリコンキルド鋼におけるSiO2系介在物およびMgO−SiO2系複合介在物の評価が有効に行なえていることが分かる(試験No.9〜11)。

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