JP2002303620A - 鉄鋼材料用電解液組成物およびそれによる介在物または析出物の分析方法 - Google Patents
鉄鋼材料用電解液組成物およびそれによる介在物または析出物の分析方法Info
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Abstract
在物または析出物の分析方法を提供する。 【解決手段】 鉄鋼材料用電解液組成物は、鉄鋼試料の
マトリクスを電解しその中の介在物または析出物を抽出
するための電解液であって、トリエタノールアミン:
0.5〜10体積%、無水マレイン酸:0.5〜6.4
質量%、テトラメチルアンモニウムクロライド:0.3
〜3質量%含有し、残部が溶媒であるアルコールからな
ることを特徴とする。また、介在物または析出物の分析
方法は、この鉄鋼材料用電解液組成物により鉄鋼試料の
マトリクスを電解し、鉄鋼試料表面に残存付着したまま
の介在物または析出物を対象とすることを特徴とする。
Description
組成物およびそれによる介在物または析出物の分析方法
に関わるものである。
大きさや数量、化学組成などによって鉄鋼材料の特性に
大きな影響を及ぼし、粒径が数十マイクロメートルオー
ダーの比較的大きな介在物は鉄鋼材料の特性を劣化させ
る有害なものとして扱われてきた。しかし、近年マイク
ロメートルオーダーあるいはそれ以下の大きさの析出物
を積極的に利用して鋼の組織を制御することにより製品
特性を向上させる技術が発展し、微小な析出物の定量や
粒度分布測定に対するニーズが高まってきている。
出には第一鉄水溶液中で電解するスライム法、塩酸中等
で加熱溶解する酸溶解法、ハロゲン−有機溶剤溶解法、
非水溶媒系電気分解法などがあった。このうち、スライ
ム法、酸溶解法、ハロゲン−有機溶剤溶解法は比較的溶
解速度が速く、大量の鉄鋼試料からアルミナなどのきわ
めて安定な酸化物の抽出には有効であるが、硫化物や、
微小な析出物についてはこれを溶解してしまうという問
題点がある。
分解速度は他の方法に比べて遅いが、抽出の対象物質に
よって溶媒と電位を選ぶことにより、選択的抽出が可能
であるという特長がある。しかしながら、例えば、従来
からメタノール中にアセチルアセトンとテトラメチルア
ンモニウムクロライドを含む電解液や、メタノール中に
サリチル酸メチルとサリチル酸およびテトラメチルアン
モニウムクロライドを含む電解液など、主に酸性の電解
液が用いられることが多く、たとえば、硫化物やCaO
など有効な析出物が溶解されることが知られている。
ンとテトラメチルアンモニウムクロライドを含む電解液
はアルカリ性であり、CaOなどはほとんど溶解しない
が、バルクの鉄から抽出された析出物は電解液中に分散
するので、析出物だけを分離するためには電解後に残渣
を電解液から濾別する必要があった。しかしながら、濾
別の際に粒子の凝集やフィルターの目詰まりなどによ
り、微小な粒子を定量的に分離するのは実質的に困難で
ある。
な問題点を解決し、鉄鋼試料のマトリクスを電解し、介
在物または析出物を鉄鋼試料表面に残存付着させること
のできる鉄鋼材料用電解液組成物およびそれによる介在
物または析出物の分析方法を提供することをその課題と
するものである。
液の成分の組み合わせを種々検討してきた結果、電解
質、トリエタノールアミン、無水マイン酸を含有させた
アルコールからなる電解液組成物が、上記課題を解決で
きることを見出した。本発明はこれに基づき、電解液の
最適な組成などをさらに特定するに至って完成されたも
のであって、その要旨とするところは以下の通りであ
る。 (1)鉄鋼試料のマトリクスを電解しその中の介在物ま
たは析出物を抽出するための電解液であって、トリエタ
ノールアミン:0.5〜10体積%、無水マレイン酸:
0.5〜6.4質量%、テトラメチルアンモニウムクロ
ライド:0.3〜3質量%を含有し、残部が溶媒である
アルコールからなることを特徴とする鉄鋼材料用電解液
組成物。 (2)トリエタノールアミン:1〜3体積%、無水マレ
イン酸:0.5〜3質量%を含有することを特徴とする
前記(1)に記載の鉄鋼材料用電解液組成物。 (3)前記(1)または(2)に記載の鉄鋼材料用電解
液組成物により鉄鋼試料のマトリクスを電解し、鉄鋼試
料表面に残存付着したままの介在物または析出物を対象
とすることを特徴とする介在物または析出物の分析方
法。 (4)前記電解における電流密度が、鉄鋼試料の表面積
1平方センチメートルあたり1〜50mAであることを
特徴とする前記(3)に記載の介在物または析出物の分
析方法。 (5)鉄鋼試料表面に残存付着したまま観察した画像を
処理することにより介在物または析出物の粒度分布を測
定することを特徴とする前記(3)または(4)に記載
の介在物または析出物の分析方法。
の定量分析や粒度分布測定のための抽出法において、ア
ルコールを溶媒とし、電解質およびトリエタノールアミ
ンおよび無水マレイン酸を含有する電解液を用い、鉄鋼
試料のマトリクスを前記電解液により電解し、残存した
介在物または析出物を鉄鋼試料表面に付着せしめ、走査
型電子顕微鏡により介在物または析出物の観察および分
析を行うことを特徴とする。
に溶け出し、電解液中のトリエタノールアミンおよび無
水マレイン酸と錯体を形成する。このうち鉄マレイン酸
錯体は試料の周囲に次第に高電気抵抗・高粘度領域を形
成していく。一方、酸化物などの介在物または析出物は
溶解せずに次第に鉄鋼試料表面に露出する。従来の非水
溶媒系電解液は酸性のものが多く、硫化物やCaOなど
を溶解したが、電解液にアルカリ性のトリエタノールア
ミンを加えることによりこれらの介在物または析出物が
溶解しにくくなる。
体積%より少ないと、介在物または析出物が鉄鋼試料の
表面に付着せず、10体積%を超えると、電解速度が遅
くなりすぎる。析出物付着性と電解速度のバランスの観
点から1〜3体積%が好ましい。多くの酸化物などの析
出物または介在物粒子の表面は溶液中でOH基を有する
ことが知られており、酸性の溶液中ではプロトン付加に
より正の電荷を帯びるのに対し、アルカリ性の溶液中で
はOH基からプロトンが引き抜かれて負の電荷を帯び
る。アルカリ性の溶液の中で負の電荷を帯びた粒子はア
ノードすなわち鉄鋼試料からの引力を受ける。無水マレ
イン酸を添加することにより、電解液と鉄鋼試料表面と
の境界近傍に電解液の電気抵抗および粘度が高くなる領
域が生じ、粒子を試料表面に残留させる効果がある。
以上で粒子を試料表面に残留させる効果が得られる。逆
に、3質量%を超えると電気抵抗が高くなりすぎて、電
解速度が遅くなるため好ましくない。さらに、6.4%
を超えるとメタノールには溶解しなくなる。テトラメチ
ルアンモニウムクロライドは、電解質として添加するも
ので、その添加量は、0.3〜3質量%の範囲とする。
0.3質量%より少ないと十分な電流が流れないため電
解できない。一方で3質量%を超えて添加すると電解速
度が速くなりすぎ、前記トリエタノールアミンや無水マ
レイン酸の添加効果が得られ難く、介在物または析出物
が鉄鋼試料の表面に残存付着しなくなる。トリエタノー
ルアミンや無水マレイン酸の好ましい添加量との組み合
わせを考慮すると0.5〜2質量%の範囲がテトラメチ
ルアンモニウムクロライドの添加量として好ましい。
リクスから露出した介在物または析出物の粒子が、鉄鋼
試料表面近傍の粘性および電気抵抗の高い電解液中で、
鉄鋼試料表面近傍に留まったまま、電気的な引力により
再び鉄鋼試料表面に付着することにより、鉄鋼試料を電
解液から取りだし乾燥後、そのままの状態で観察や分析
が可能である。
鉄鋼試料のマトリクスを電解するにあたり、最適な電流
密度は鉄鋼試料の表面積1平方センチメートルあたり1
〜50mAである。電流密度が1mA/cm2を下回ると電解
に時間がかかりすぎ実用的でなくなる。一方、試料の組
成や析出物の種類にもよるが50mA/cm2を上回ると微細
な粒子が十分に試料表面に残留しない懸念がある。した
がって、1〜50mA/cm2を好ましい電流密度とした。
物を利用する電解方法によれば介在物や析出物が試料表
面に留まっているので、電解試料を電解液から取りだし
乾燥すれば、そのままでその上に残存している介在物や
析出物の観察が可能である。特に、走査型電子顕微鏡で
観察する試料として最適であり、走査型電子顕微鏡の2
次電子像によれば鉄鋼材料中の介在物や析出物をマトリ
クス上に粒子として確認できる。
こなえば、その画像から粒子の面積率や粒度分布などを
計算して求めることが可能である。画像処理や計算方法
はいかなる従来技術やその組み合わせによってもよいこ
とはいうまでもない。この粒子の面積率や粒度分布など
のデータは、残渣を電解液から濾別する場合より遙かに
鉄鋼材料中に分散していた状態に近いことが期待できる
から、介在物や析出物を利用する鉄鋼材料の開発には極
めて有用な情報となる。
せれば、特定の元素のみを含有する粒子について前記画
像処理から面積率や粒度分布などの計算処理を行うこと
ができ、さらに、これを複数の元素について行うことに
より、分散粒子の成分の解析も可能となる。
る。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。微小な析出物が存在していることをあらかじ
め透過型電子顕微鏡で確認した試料を準備し、この試料
を、メタノールを溶媒とし、電解質としてテトラメチル
アンモニウムクロライドを1質量%、トリエタノールア
ミンを2体積%、および無水マレイン酸を1質量%含有
する電解液の中で電解後、乾燥して走査型電子顕微鏡で
観察した。図1は、2次電子像(SEI)を撮影した写
真を粒子とマトリクスが明確となるよう画像解析処理に
より2値化した画像をもとに、個別の粒子を画像認識し
た上で各粒子の面積から円の直径に換算したものを粒度
として計算し、粒度分布として表したものである。図1
から明らかなように、本発明によれば1〜2μmにピー
クを有する明確な粒度分布を求めることができた。
解質としてテトラメチルアンモニウムクロライドを1質
量%、アセチルアセトンを10体積%含有する電解液の
中で実施例で用いたものと同一の鉄鋼試料を実施例と同
一量電解後、乾燥して実施例と同一面積を走査型電子顕
微鏡で観察し、撮影した写真を画像解析装置により粒度
分布測定を行った結果を図2に示す。
ている介在物または析出物の数が少ないことが明白であ
る。これは従来の酸性の電解液により介在物または析出
物が溶解したか、または電解液中に脱離したためと考え
られる。この結果同一の試料であるにもかかわらず粒度
に関する具体的な情報は本発明を適用した場合に比べる
と極めて限られたものであった。
たは脱離する介在物または析出物を鉄鋼表面に付着せし
め、残渣を電解液から濾別することなく、電解試料をそ
のまま走査型電子顕微鏡などで観察することにより、介
在物または析出物に含有される元素やその粒度分布など
の分析が可能となった。
たは析出物の粒度分布を示す図である。
物または析出物の粒度分布を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 鉄鋼試料のマトリクスを電解しその中の
介在物または析出物を抽出するための電解液であって、 トリエタノールアミン:0.5〜10体積%、 無水マレイン酸:0.5〜6.4質量%、 テトラメチルアンモニウムクロライド:0.3〜3質量
%を含有し、残部が溶媒であるアルコールからなること
を特徴とする鉄鋼材料用電解液組成物。 - 【請求項2】 トリエタノールアミン:1〜3体積%、
無水マレイン酸:0.5〜3質量%を含有することを特
徴とする請求項1に記載の鉄鋼材料用電解液組成物。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の鉄鋼材料用電
解液組成物により鉄鋼試料のマトリクスを電解し、鉄鋼
試料表面に残存付着したままの介在物または析出物を対
象とすることを特徴とする介在物または析出物の分析方
法。 - 【請求項4】 前記電解における電流密度が、鉄鋼試料
の表面積1平方センチメートルあたり1〜50mAであ
ることを特徴とする請求項3に記載の介在物または析出
物の分析方法。 - 【請求項5】 鉄鋼試料表面に残存付着したまま観察し
た画像を処理することにより介在物または析出物の粒度
分布を測定することを特徴とする請求項3または4に記
載の介在物または析出物の分析方法。
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