JP2001242144A

JP2001242144A - 金属試料中の非金属介在物組成及び／又は粒径の分析法

Info

Publication number: JP2001242144A
Application number: JP2000054690A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Suito; 英昭水渡; Akira Inoue; 亮井上; Karasefu Andrae; カラセフアンドレイ; Ikuo Hoshikawa; 郁生星川; Masamitsu Wakao; 昌光若生; Yoshiaki Kusano; 祥昌草野
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-07
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP3964594B2

Abstract

(57)【要約】【課題】鉄鋼または非鉄金属中に存在する非金属介在
物の組成及び粒径を迅速に測定する。【解決手段】金属表面及び／又は内部に存在する非金
属介在物の組成及び／又は粒径を、レーザー励起−ＩＣ
Ｐ分析法により定量する。好ましくは、鉄鋼または非鉄
金属から切り出した試料、または大型塊状試料にレーザ
ー光を照射することにより介在物を蒸発させた後、高温
の誘導結合プラズマ中でイオン化して、生成したイオン
の個数を質量分析装置または発光分光光度計で計測し、
各元素についてのスペクトルの時間曲線から介在物によ
るピークを積分処理して求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼あるいは非鉄
金属中に存在する非金属介在物の組成及び／又は粒径を
レーザー励起−ＩＣＰ分析法を用いて迅速に測定する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属中に存在する非金属介在物は、引張
強度の低下や転動疲労等の様な機械的性質への悪影響、
及び腐食や水素誘起割れ等の様な金属素材の化学的性質
への悪影響を引き起こす原因となる。また、表面疵の原
因ともなる。従って、金属中に存在する非金属介在物の
組成及び粒径を把握することは、金属製品の品質評価の
為、あるいは非金属介在物を減少させる精錬方法の評価
の為に非常に重要であり、非金属介在物の組成及び粒径
の高精度且つ迅速な測定方法の確立が求められている。

【０００３】従来、非金属介在物の組成及び粒度を調べ
るに当たっては、化学的処理法で金属成分を溶解して、
非金属介在物を抽出した後に、該介在物の化学成分組成
は化学分析法で、また粒径は光学顕微鏡観察で夫々調べ
られているが、通常２〜３日もの長時間を要するという
欠点がある。また、対象とする金属の化学成分組成によ
っては、炭化物等が溶解せずに残る為、非金属介在物の
みを抽出することができないという問題もある。

【０００４】一方、非金属介在物の組成及び粒度を同時
に迅速に測定する方法として、Ｘ線マイクロアナライザ
ーと画像解析装置とを組み合わせる方法があるが、高真
空下で測定する必要があること、及び金属試料の大きさ
が著しく制約されること等の問題がある。またこの方法
では、測定できる介在物は素材表面に露出した介在物の
みであり、金属内部の介在物は測定できない為、測定結
果の代表性の点で問題がある。

【０００５】Reinholdssonらは、学術誌ISIJ Internat
ional、３７巻、１９９７年、第6号、６３７〜６３９頁
において、発光分光光度装置を用いた方法を示してい
る。しかし、発光分光光度装置の制約から、測定範囲約
１ｍｍ以内に存在する複数の介在物は１個とみなされて
評価されること、介在物の組成によって励起効率が異な
るため各介在物組成に応じた検量線が必要なこと、及び
素材表面に露出した介在物のみが測定対象であることか
ら、全ての鋼種・非鉄金属への適用は困難であると思わ
れる。

【０００６】秋吉は、特開平９−６８５００号公報にお
いて、レーザー励起−ＩＣＰ発光分光光度法により鋼鋳
片の組成を迅速に測定する方法を提案している。しか
し、この方法では、ＩＣＰ発光分光光度法の定量下限の
制約から極微量の溶質成分の定量は行えない。また介在
物組成の定量については言及していない。

【０００７】勝又と古谷は、材料とプロセス、１２巻、
１９９９年、第6号、Ｐ−５５において、レーザー励起
−ＩＣＰ質量分析法を用いて鋼中に固溶したアルミニウ
ムとアルミナ介在物の濃度比を測定しているが、それら
の絶対濃度を求めることはできていない。彼らのレーザ
ー励起法は、レーザー光の一点照射を多数の試料部位に
ついて繰り返すものであり、測定対象が１ミクロン程度
の微小な酸化物系介在物に限られる上に、迅速性に問題
がある。また、アルミナ介在物が励起されてＡｌＯ⁺が
生成すると考えているが、アルミナ介在物からのＡｌ³⁺
イオンの発生は考慮していない。彼らは、鋼中に固溶し
た元素と鉄マトリックスとのマススペクトル強度比、及
びその元素の酸化物と鉄マトリックスとのマススペクト
ル強度比を測定して頻度解析を行うことで、微細介在物
の粒径とその量を測定できることを予測しているが、手
法についの記述は全くない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記いずれの方法にお
いても、非金属介在物の組成及び広範囲にわたる粒径
を、十分な精度をもって迅速に測定することは現実には
困難であり、現場での生産効率向上の面から迅速分析法
の確立が極めて重要な課題となっている。

【０００９】本発明はこの様な事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、鉄鋼及び非鉄金属
中に存在する非金属介在物の組成及び粒径を、十分な精
度をもって迅速に測定する方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の非金属介在物の組成及び／又は粒径の
分析法とは、金属表面及び／又は内部に存在する非金属
介在物の組成及び／又は粒径を、レーザー励起−ＩＣＰ
分析法により定量することを要旨とする。

【００１１】上記非金属介在物の組成及び／又は粒径の
分析は、金属試料表面にレーザー光を照射して、介在物
の組成及び／又は粒径をＩＣＰ分析法により定量するこ
とが好ましい。

【００１２】以下、上記レーザー励起−ＩＣＰ分析法に
より非金属介在物の組成及び粒径を測定する原理を説明
する。レーザー励起−ＩＣＰ分析法とは、鉄鋼及び非鉄
金属表面にレーザー光を照射して介在物を蒸発させ、こ
れをキャリアガスにより搬送し、高温の誘導結合プラズ
マ（Inductively Coupled Plasma、以下「ＩＣＰ」と
略す）中でイオン化させて、生成したイオンの個数を質
量分析法、あるいは生成したイオンの発光強度を発光分
光光度法で計測する方法である。一般に発光分光光度法
より質量分析法の方が分析精度が高い為、質量分析法を
用いる方が好ましい。

【００１３】また、本発明法では、分析用試料上にレー
ザー光を走査させ、前記レーザー励起−ＩＣＰ分析法に
より得られるスペクトル強度の時間曲線の積分値を用い
て非金属介在物の組成及び粒径を測定することが好まし
い。以下、図１に示す様に、鋼表面に、Ａ元素及びＢ元
素を含有する酸化物系介在物であるＡＢ酸化物系介在物
１が存在する場合、及び鋼内部の表面近傍に存在するＡ
Ｂ酸化物系介在物１’が存在する場合を例に説明する。

【００１４】図１に示す様に、鋼試料の部位２から部位
３までレーザー光を走査して照射した場合、鋼試料のう
ち４で示す部分が励起されて蒸発する。この際、ＡＢ酸
化物系介在物１及び１’も励起されて蒸発する。励起・
蒸発する鋼試料部分４の幅及び深さは、レーザー出力が
高いほど、また走査速度が低いほど大きくなる。例え
ば、レーザー出力が２ｍＪ、走査速度０．０２ｍｍ／ｓ
の場合、励起された鋼試料部分４の幅は約５０ミクロ
ン、深さは約５０ミクロンである。また、レーザー光の
焦点を故意に偏倚させることで、鋼試料の蒸発部分４の
幅を広く、且つ深さを浅くすることも可能である。

【００１５】蒸発した試料は、高流量のアルゴンキャリ
アガスにより高速でＩＣＰ部に搬送され、ＩＣＰ部１９
（図３参照）でイオン化され、質量分析装置２０（図３
参照）でイオンの個数が計測される。Ａ元素及びＢ元素
は、それぞれ図１の時間曲線５及び６に示される様にマ
ススペクトルとして表わされる。また、質量分析装置の
代わりに発光分光光度計を用いた場合には、図１の時間
曲線５及び６は、Ａ元素イオン及びＢ元素イオンの特定
波長における発光強度として表される。

【００１６】図１に示すピーク７及び８は介在物１に対
応し、ピーク９及び１０は介在物１’に対応している。
ピーク７〜１０の斜線部分をそれぞれ積分して得られた
ピーク面積値を用いて、検量線から介在物１及び１’中
のＡ及びＢ元素の量をそれぞれ求めることができる。さ
らに、（％ＡＯ）＋（％ＢＯ）＝１００であるから、計
算により介在物１及び１’の組成（割合）を求めること
ができる。

【００１７】本発明法は、介在物が、上述の様なＡ元
素，Ｂ元素及び酸素からなるＡＯ及びＢＯの２成分系酸
化物である場合に限らず、例えば、3成分系以上の酸化
物、2成分系以上の硫化物、あるいは２成分系以上のり
ん化物の場合にも適用することができる。

【００１８】介在物１及び１’の粒径に対するピーク７
と９及びピーク８と１０との比較から明らかな様に、介
在物の粒径はピーク面積値に比例する。即ち、介在物の
粒径を、上記ピーク面積値から求めることができる。以
下、アルミナを例に挙げて詳述する。

【００１９】まず、検量線の作成例について以下に示
す。日本粉体工業技術協会で頒布しているＪＩＳ試験用
白色溶融アルミナ粉体を、更にふるい分けして得られた
狭い粒度分布範囲の粉末を、純鉄微粉末と混合し、ホッ
トプレスで焼結した。得られた試料を研磨し、レーザー
励起−ＩＣＰ質量分析法でアルミニウムについてのマス
スペクトル曲線を求めた。多数のピークについて積分を
行ってピーク面積値を得た後、アルミナ粒度との関係を
求め、検量線として用いる図2を得た。

【００２０】次に、実試料としてアルミナ介在物が存在
する鋼試料を用い、レーザー励起−ＩＣＰ質量分析法に
よりアルミニウムのマススペクトル曲線を求める。ピー
ク曲線を積分して得られたピーク面積値を用いて、図2
の検量線からアルミナ介在物の粒径（球相当径）を求め
ることができる。

【００２１】図1において、介在物が存在しない部位を
レーザー励起した場合、マススペクトル曲線あるいは発
光強度曲線は、元素Ａでは１１、元素Ｂでは１２の強度
を示す。これらの強度は、マトリックス中に溶存してい
るＡ及びＢ元素の濃度に対応している為、Ａ及びＢ元素
の溶存濃度とピーク高さとの関係を示す検量線を用いる
ことによって、マトリックス試料中のＡ及びＢ元素の溶
存濃度も求めることができる。

【００２２】尚、上記の方法では、例えば、レーザー出
力が２ｍＪ、レーザー光の走査速度が０．０２ｍｍ／ｓ
の場合には、鉄鋼及び非鉄金属表面から深さ約５０ミク
ロンまでの領域に存在する介在物が測定される。この測
定深さは、レーザー出力が大きい場合には更に大きくな
る。また、レーザー光の走査速度を小さくする場合に更
に大きくなる。

【００２３】また、金属試料から抽出した非金属介在物
粒子にレーザー光を照射して、介在物の組成及び／又は
粒径をレーザー励起−ＩＣＰ分析法により定量すること
も好ましい。

【００２４】出力の大きなレーザー装置を用いれば、数
十ｇ以上の大きな金属試料中の介在物を測定することが
できるが、レーザー出力の小さい装置を用いる場合であ
っても、化学的処理法で金属成分を溶解して抽出された
介在物にレーザー励起−ＩＣＰ分析法を適用すること
で、より高精度に非金属介在物の組成及び粒径を評価す
ることができる。上記方法を用いることによって、大量
の金属試料中の介在物を短時間で測定することもでき
る。

【００２５】介在物の抽出法については、何ら限定する
ものではなく、介在物の化学的安定性に応じて、酸抽出
法、ハロゲン−アルコール抽出法、定電位電解法、定電
流電解法等を用いればよい。これらの化学的抽出法によ
り抽出された介在物は、例えば、ろ過操作を行うことに
よりろ紙上に残存する。

【００２６】ろ紙上の介在物にレーザー光を照射した場
合、ろ紙が容易に溶融、燃焼するので、介在物の飛散、
あるいはレーザー光の焦点の偏倚が起こり、介在物をレ
ーザー光によって効率よく励起することができない。従
って、ろ紙、樹脂等の有機物を用いずに介在物を固定す
ることが好ましい。

【００２７】本発明法では、金属試料から抽出した非金
属介在物粒子を溶融ガラス表面に移行させた後、ガラス
を凝固させて分析用試料とすることが推奨される。

【００２８】詳しくは、化学的処理で抽出した後にろ過
して得られた介在物粒子が存在するろ紙の裏面に、銅等
の金属円柱を付着させ、この金属円柱を溶融ガラスに押
し付け、ろ紙上の介在物を溶融ガラス表面に食い込ませ
る方法が推奨される。金属円柱を溶融ガラスに押し付け
る際に、金属円柱によって溶融ガラスから抜熱が起こ
り、金属円柱を押し付けた部分の溶融ガラスは速やかに
凝固するので、介在物と溶融ガラスとの間で反応は進行
しない。

【００２９】金属円柱の材質としては、例えば、銅やス
テンレス鋼が用いられ、その材質及び大きさを適宜変更
することで、金属円柱を押し付けた部分の溶融ガラスの
凝固速度をコントロールすることが可能である。つま
り、金属円柱として熱伝導性の高い金属を用い、且つ円
柱の体積（溶融ガラスとの接触面積）を大きくして、金
属円柱による溶融ガラスからの抜熱量を多くすること
で、溶融ガラスの熱による有機物ろ紙の溶解・燃焼を防
ぐことが可能である。また、逆に、金属円柱として熱伝
導性の低い金属を用い、円柱の体積（溶融ガラスとの接
触面積）を小さくして、金属円柱による溶融ガラスから
の抜熱量を少なくすることで、有機物ろ紙の適度な溶解
・燃焼を起こさせ、ろ過操作段階でろ紙の中に食い込ん
だ介在物をガラス表面に固着させることができる。

【００３０】介在物を固着させるガラスの成分は、測定
する介在物の成分を含まず、且つ低融点であることが望
ましく、例えば、Ｌｉ₂Ｏ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系、Ｌｉ₂
Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系、Ｎａ₂Ｏ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系
ガラスを用いることができる。

【００３１】上記本発明法では、炭化物等の析出物と介
在物がろ紙上に混在する場合にも適用できる。即ち、金
属の化学成分組成によっては、化学的な処理で金属成分
を溶解した場合に多量の炭化物等の析出物が溶解されず
に残り、金属の溶解液をろ過した後、ろ紙上で非金属介
在物が析出物の中に埋もれて観察できない状態となるこ
とがある。例えば、約１ｗｔ％の炭素を含有する軸受鋼
等の高炭素鋼を、１０ｖ／ｖ％アセチルアセトン−１ｗ
／ｖ％テトラメチルアンモニウムクロライド−メタノー
ルを用いた定電位電解法により溶解した場合、多量の鉄
炭化物が溶解されずに残るため、事実上介在物の選択的
な抽出は不可能であった。しかし、本発明法では、炭化
物等の析出物と介在物がろ紙上に混在する場合でも、両
者をそのまま溶融ガラス上に付着させてレーザー励起−
ＩＣＰ分析法を行うことで、介在物を構成する元素は正
確に測定できるため、精度の高い介在物の測定が可能で
ある。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるレーザー励
起−ＩＣＰ分析法による非金属介在物の組成及び粒径の
迅速分析法の実施形態を、図３〜５を用いて詳細に説明
する。尚、ここでは質量分析装置を用いた場合を例示す
る。

【００３３】図３は、本発明の実施の形態を模式的に示
す説明図である。切り出された鉄鋼、又は非鉄金属試
料、又は介在物が表面に固着したガラス試料１３を、上
面が透明ガラスである容器１４に入れ、キャリアガスと
してアルゴンガスを流しながらレーザー光１５を試料上
部から照射する。レーザー光が照射している間に、あら
かじめ設定された移動パターンで容器１４を水平方向に
移動させる。試料の上面１６において、レーザー光照射
による励起痕は例えば１７のごとく現れる。前述したと
同様に、励起された試料部分（レーザー照射痕）１７の
幅及び深さは、レーザー出力が高いほど、走査速度が低
いほど大きくなる。例えば、出力が大きいレーザー光の
照射装置を用いることでレーザー光の照射幅及び深さは
大きくなるため、走査速度を高くして、広い試料範囲を
迅速に測定することが可能になる。また、微細な介在物
が多数存在する場合には、レーザー光の照射幅を小さく
し、走査速度を低くすることで、個々の介在物について
の正確な組成及び粒径を測定することができる。

【００３４】大きな塊状の鉄鋼又は非鉄金属試料１３’
に本発明を適用する場合には、上面が透明ガラスである
小型容器１４’を通してレーザー光１５を照射する。こ
の場合もキャリアガスとしてアルゴンガスを流す。小型
容器１４’内でレーザー光１５の照射により蒸発した元
素をＩＣＰ部１９に十分導入させる為、大きな塊状の鉄
鋼または非鉄金属試料１３’と小型容器１４’とを、例
えばゴム製等の密着用シール材１８で密着する。小型容
器１４’とレーザー光１５とを、あらかじめ設定された
移動パターンで同時に移動させる。この場合のレーザー
光照射による励起痕も、大きな塊状の鉄鋼または非鉄金
属試料１３’の表面において、例えば１７のごとく現れ
る。

【００３５】レーザー光の照射により励起された蒸気
は、アルゴンキャリアガスによって高速でＩＣＰ部１９
に連続的に導入され、蒸気中の各元素はイオン化され
る。各元素のイオン数は、質量分析装置２０により遂次
計測され、各元素のマススペクトルの時間曲線として表
示される。これをデータ処理装置２１を用いて処理し、
個々の介在物の組成及び粒径は、数値及びグラフとして
出力される。更に、介在物以外のマトリックス部分につ
いての測定結果から、鉄鋼または非鉄金属試料１３及び
１３’についてのマトリックス部分の組成を求めること
ができる。

【００３６】切り出された鉄鋼または非鉄金属試料１３
について測定を行う場合には、試料１３を容器１４に設
置し、測定箇所の位置決めがなされた後、直ちに分析が
開始される。分析時間は、レーザー光の照射出力、測定
する試料範囲、及び目的とする介在物の粒径によって変
動するが、例えば、走査速度０．２ｍｍ／ｓ、励起され
た鋼試料部分４の幅が約１００ミクロンの場合には、１
０分間の測定で１２ｍｍ²の面積を測定することができ
る。これに対し、ＥＰＭＡと画像解析装置を用いて同程
度の面積を測定を行う場合には、２ないし３日が必要で
あることから、本発明法の迅速性が明らかである。ま
た、ＥＰＭＡによる測定では、ほぼ試料表面に限定され
るのに対し、本発明法では数十ミクロンから数百ミクロ
ンの深さまで測定できる点でも優れている。

【００３７】化学処理により抽出された介在物をガラス
表面に固着させた試料について本発明の方法を適用する
場合、鉄鋼または非鉄金属試料からの介在物の抽出操作
に時間を要するものの、切り出された鉄鋼または非鉄金
属試料１３、または大きな塊状の鉄鋼または非鉄金属試
料１３’について測定する場合と比較して、はるかに広
範囲の試料を測定することが可能となる。即ち、例えば
鋼試料１ｇから介在物を抽出した場合、鋼の体積は約１
４０ｍｍ³であることから、深さ５０ミクロンとして換
算すると測定面積は２８００ｍｍ²になる。

【００３８】この様な試料から抽出した介在物を表面に
固着させたガラス試料１３を測定する場合も、ガラス試
料１３を容器１４に設置し、所定の位置に位置決めされ
た後、直ちに分析が開始される。介在物がガラス表面の
みに存在するため、レーザー光による介在物の励起は容
易になされ、例えば、走査速度０．５ｍｍ／ｓ、ガラス
試料１３の励起された部分の幅が約２０ミクロンの場
合、２０〜３０分間で測定が終了する。

【００３９】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範
囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、そ
れらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

【００４０】（実施例１）Ｃ含有量が０．８９mass％の
合金鋼塊から３１ｍｍ×３１ｍｍ×４ｍｍの試料を切り
出し、片面を鏡面研磨して、試料面全体について非金属
介在物の粒径を光学顕微鏡観察で測定した。測定には約
３０時間を要した。

【００４１】さらに、本発明法であるレーザー励起−Ｉ
ＣＰ質量分析法で、非金属介在物の粒径（球相当径）及
び組成を求めた。レーザー励起条件は、レーザー出力が
２ｍＪ、走査速度０．０２ｍｍ／ｓ、走査時間２０分で
ある。

【００４２】光学顕微鏡観察法及びレーザー励起−ＩＣ
Ｐ質量分析法による粒径分布の比較を図4に示す。光学
顕微鏡観察法と比べて、レーザー励起−ＩＣＰ質量分析
法による観察面積は小さいにもかかわらず、レーザー励
起−ＩＣＰ質量分析法による粒径分布の方が２〜４ミク
ロンの微小介在物の存在割合が高く、また、１０〜１５
ミクロン、２０〜３０ミクロン及び７０〜８０ミクロン
の介在物が検出されている。この結果より、光学顕微鏡
観察法では、試料表面に露出している介在物断面部分の
みが観察され、試料内に隠れた部分についての情報は得
られず、また、微小な介在物ほど、観察するのが困難で
あるのが分かる。これに対し、本発明であるレーザー励
起−ＩＣＰ質量分析法では、深さ約５０ミクロンまで測
定できることから、介在物を３次元的に測定することが
可能である。すなわち、試料内に隠れた介在物部分及び
完全に埋没して光学顕微鏡では認識されない介在物粒子
も検出対象となっている。

【００４３】（実施例２）Ｃ含有量が０．８９mass％の
合金鋼塊から３１ｍｍ×３１ｍｍ×４ｍｍの試料を切り
出し、本発明法であるレーザー励起−ＩＣＰ質量分析法
で、非金属介在物の粒径及び組成を求めた。レーザー励
起条件は、レーザー出力が２ｍＪ、走査速度０．０５ｍ
ｍ／ｓ、走査時間２０分である。

【００４４】同じ鋼試料についてＸ線マイクロアナライ
ザーで非金属介在物の組成を求めた。また、同じ鋼試料
中の介在物を抽出して測定を行った。詳しくは、非水有
機溶媒系電解液として１０ｖ／ｖ％アセチルアセトン−
１ｗ／ｖ％テトラメチルアンモニウムクロライド−メタ
ノールを用いた定電位電解法で、０．５０２ｇの鋼試料
を溶解し、介在物を抽出した後、ろ過して集めた介在物
の化学分析を行った。これらの結果を表１に示す。Ｘ線
マイクロアナライザー測定の所要時間は６時間、化学分
析の所要時間は５時間であった。

【００４５】

【表１】

【００４６】化学分析では個々の介在物の組成を求める
ことはできない。Ｘ線マイクロアナライザーによる結果
と、本発明法であるレーザー励起−ＩＣＰ質量分析法に
よる結果とは、同様の結果となっているが、Ｘ線マイク
ロアナライザーによる測定は、長時間を要しており、本
発明法の迅速性が明らかである。

【００４７】（実施例３）Ｃ含有量が１．０mass％の合
金鋼塊の表面を研磨し、図3に示した小型容器１４’を
用いて、本発明であるレーザー励起−ＩＣＰ質量分析法
により、非金属介在物の粒径及び組成を求めた。レーザ
ー励起条件は、レーザー出力が２．５ｍＪ、走査速度
０．１ｍｍ／ｓ、走査時間２０分である。

【００４８】また、同じ試料中の介在物を抽出して測定
を行った。詳しくは、同じ合金鋼塊から２５ｍｍ×２５
ｍｍ×４ｍｍの試料を切り出し、非水有機溶媒系電解液
として１０ｖ／ｖ％アセチルアセトン−１ｗ／ｖ％テト
ラメチルアンモニウムクロライド−メタノールを用いた
定電位電解法で、０．４１１ｇの鋼試料を溶解し、介在
物を抽出した。次にろ紙上の介在物をＬｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃
系ガラス表面に固着させ、本発明であるレーザー励起−
ＩＣＰ質量分析法により、非金属介在物の粒径及び組成
を求めた。レーザー励起条件は、レーザー出力が２．０
ｍＪ、走査速度０．０５ｍｍ／ｓ、走査時間１５分であ
る。合金鋼塊及び抽出した介在物について、粒径測定の
結果を図5に、組成の結果を表2に与える。粒径に関して
は、抽出した介在物を光学顕微鏡と画像解析装置を組み
合わせた方法によっても測定を行った。その結果を図５
の下図に示す。尚、光学顕微鏡と画像解析装置を組み合
わせた方法による測定の所要時間は、２時間であった。

【００４９】

【表２】

【００５０】図5及び表２より、鋼塊を直接測定した場
合の粒径分布及び介在物組成の測定結果は、介在物を抽
出した場合の測定結果と良く一致している。また、介在
物を抽出した場合、及び本発明であるレーザー励起−Ｉ
ＣＰ質量分析法から求めた結果（図5の中図）は、光学
顕微鏡と画像解析装置を組み合わせた方法による結果
（図5の下図）と良く一致している。

【００５１】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、金
属表面及び／又は内部に存在する非金属介在物の組成及
び／又は粒径を、レーザー励起−ＩＣＰ分析法により定
量することにより、鉄鋼及び非鉄金属中に存在する非金
属介在物の粒径及び組成を迅速に測定することが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】介在物を含有する金属にレーザー光を照射した
ときの模式図、及び得られるスペクトル強度の時間曲線
を表わす説明図である。

【図２】Ａｌ³⁺のマススペクトル曲線の積分値（ピーク
面積値）とアルミナ粒径との関係を示す図である。

【図３】本発明の実施形態を模式的に示す説明図であ
る。

【図４】実施例１において、光学顕微鏡観察法及び本発
明の方法で求めた合金鋼試料中の介在物粒径分布を比較
したグラフである。

【図５】実施例３において、塊状合金鋼に直接レーザー
を照射して本発明のレーザー励起−ＩＣＰ分析法を適用
して得られた介在物粒径分布のグラフ、抽出した介在物
についてレーザー励起−ＩＣＰ分析法を適用して得られ
た介在物粒径分布のグラフ、及び抽出した介在物につい
て光学顕微鏡と画像解析装置を組み合わせた方法で求め
た介在物粒径分布のグラフである。

【符号の説明】

１、１’ 非金属介在物２レーザー照射開始点３レーザー照射終了点４蒸発する鋼試料部分５Ａ元素のスペクトルの時間曲線６Ｂ元素のスペクトルの時間曲線７非金属介在物１によるＡ元素のスペクトルピーク８非金属介在物１によるＢ元素のスペクトルピーク９非金属介在物１’によるＡ元素のスペクトルピーク１０非金属介在物１’によるＢ元素のスペクトルピー
ク１１マトリックス中のＡ元素のスペクトル強度１２マトリックス中のＡ元素のスペクトル強度１３切り出し鉄鋼または非鉄金属試料１３’ 塊状の鉄鋼または非鉄金属試料１４、１４’ 小型容器１５レーザー光１６上から見た鉄鋼または非鉄金属試料１７レーザー照射痕１８密着用シール材１９誘導結合プラズマ装置２０質量分析装置２１データ処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水渡英昭宮城県仙台市太白区八木山本町１丁目25番１号 (72)発明者井上亮宮城県仙台市泉区南中山４丁目29番４号 (72)発明者アンドレイカラセフ宮城県仙台市青葉区東照宮１丁目13番60号宮城県営アパート305号室 (72)発明者星川郁生兵庫県加古川市尾上町池田2222番１号株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所技術研究センター内 (72)発明者若生昌光大分県大分市大字西ノ洲１番地新日本製鐵株式会社大分製鐵所大分技術研究部内 (72)発明者草野祥昌北海道室蘭市仲町12 新日本製鐵株式会社室蘭製鐵所室蘭技術部内Ｆターム(参考） 2G043 AA01 CA05 DA01 DA05 EA08 GA07 GB07 GB21 KA09 LA01 NA01 2G055 AA01 BA01 EA10 FA02 FA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属表面及び／又は内部に存在する非金
属介在物の組成及び／又は粒径を、レーザー励起−ＩＣ
Ｐ分析法により定量することを特徴とする非金属介在物
の組成及び／又は粒径の分析法。
【請求項２】金属試料表面にレーザー光を照射して、
介在物の組成及び／又は粒径をレーザー励起−ＩＣＰ分
析法により定量する請求項１に記載の非金属介在物の組
成及び／又は粒径の分析法。
【請求項３】金属試料から抽出した非金属介在物粒子
にレーザー光を照射して、介在物の組成及び／又は粒径
をレーザー励起−ＩＣＰ分析法により定量する請求項１
に記載の非金属介在物の組成及び／又は粒径の分析法。
【請求項４】金属試料から抽出した非金属介在物粒子
を溶融ガラス表面に固定させた後、ガラスを凝固させて
分析用試料とする請求項３に記載の非金属介在物の組成
及び／又は粒径の分析法。
【請求項５】分析用試料上にレーザー光を走査させ、
前記レーザー励起−ＩＣＰ分析法により得られるスペク
トル強度の時間曲線の積分値を用いて非金属介在物の組
成及び／又は粒径を測定する請求項１〜４のいずれかに
記載の非金属介在物の組成及び／又は粒径の分析法。