JP2012247382A - 鋼の凝固組織の検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凝固中の溶質元素の偏析による濃度差が比較的小さな鋼種、特に炭素濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下の低炭素鋼の、凝固組織の検出方法を提供する。
【解決手段】鋼鋳片の試料断面を研磨した後で、溶媒としてマイクロバブルを含む水を用いた腐食液１５に、３０ｋＨｚ〜３ＭＨｚの範囲で、かつ、互いに異なる２種類以上の周波数の超音波を交互に断続印加し腐食液１５を水共振させながら、試料断面を腐食させて鋼の凝固組織を現出させる。その後、洗浄、乾燥し、試料断面に形成された腐食孔に研磨粉を埋め込み、試料断面に透明粘着テープを貼り、腐食孔中の研磨粉を透明粘着テープに粘着せしめた後、透明粘着テープをはがし、次いで透明粘着テープを白色台紙上へ貼り付ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼の凝固組織の検出方法に関する。

鋼の製造工程において、鋳造後の鋼材（鋳片）の凝固組織を検出することは、鋳片の割れ発生状況や中心偏析などのマクロ偏析等の内部欠陥を評価し後工程への品質保証を行う上で重要である。また、これらの内部欠陥の発生状況から鋳造工程、鋳造機の異常を判断して適正な状態に修正、整備し、内部欠陥の発生を未然に防止する上でも重要である。さらに、デンドライトと呼ばれている樹枝状組織の傾きや間隔から、凝固中の内部溶鋼の流動状況や鋳片の冷却速度を推定することは、操業条件の適正化を行う上で重要である。

腐食による鋼材組織の観察は、原理上、次の２つに大別される。
（１）試料中の各位置の溶質濃度差による電位差を利用した電気化学的腐食法。
（２）化学ポテンシアルの異なる相や表面の結晶方位による結晶粒の化学ポテンシアル差を利用した化学的腐食法。

（１）は、例えば、凝固中の溶質元素の偏析による濃度差を利用して樹枝状組織や内部割れ、中心偏析の検出に用いられており、（２）はＦｅ_３Ｃとフェライトとの化学ポテンシアル差を利用したパーライト組織の観察や粗大フェライト粒の表面方位による化学ポテンシアル差を利用したマクロ腐食等がある。

したがって、鋳片の凝固組織を検出するためには、（２）の化学的腐食を抑制し、（１）の電気化学的腐食を生じさせる必要がある。

鋳片の凝固組織を検出する方法として、ピクリン酸を主成分とする腐食液等を用いて、試料表面を腐食させる方法が一般に実施されている（非特許文献１）。また、検出された凝固組織を記録する方法としてエッチプリント法が提案されている（特許文献１〜４）。

本発明の重要な構成要件となるマイクロバブルについては、非特許文献２で述べられている。マイクロバブルとは微細な気泡（本明細書では直径が１５０μｍ以下のものをマイクロバブルと称する。）であり、内部のガスはマイクロバブル製造時の雰囲気であり、空気等の混合ガス、その他のガス等、特に種類は問わず、水質浄化や水産養殖の他、各種の産業分野での応用・活用が試行・注目されている。マイクロバブルの作用として、水中のさまざまな汚れを除去する等の界面洗浄作用、医療分野での細胞破壊等の衝撃圧力作用、難分解性の有害物質などを分解することが可能となる等のフリーラジカル発生と酸化作用、生体の安心・安全な発育を促す生体活性化等の生理活性作用などがある。なお、非特許文献２には、マイクロバブルについて、凝固組織の腐食処理に適用する記載はない。

特公昭６４−２２１２号公報 特開昭６１−１７０５８１号公報 特開平１−２２７９４３号公報 特開平７−１９８５６５号公報

「鉄鋼便覧、第ＩＩＩ版、基礎編」、ｐ．２０５−２０８（日本鉄鋼協会編）１９８１年、丸善株式会社発行 「マイクロバブルのすべて、大成博文」、２００６年、日本実業出版社発行

しかしながら、前記特許文献１〜４、非特許文献１に記載の方法においては、凝固中の溶質元素の偏析による濃度差が比較的大きな鋼種では明瞭な凝固組織を検出できるが、凝固中の溶質元素の偏析による濃度差が比較的小さな鋼種、特に炭素濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下の低炭素鋼においては、明瞭に凝固組織を検出することは困難であることが、本発明者らの研究調査の結果から判明してきた。また、特許文献１〜４、非特許文献１記載の方法では、腐食時間を長時間必要とするため、腐食時間の短縮も課題である。

本発明者らは、より明瞭に凝固組織を検出する方法、あるいは明瞭さが同じ場合には腐食時間を短縮できる検出方法を提供することを課題として、例えばマイクロバブルと超音波印加を用いる特願２０１０−０９８９８５の発明を提案した。当該発明の内、異なる２種類以上の周波数の超音波を用いる方法は、鋼の凝固組織を現出させる効果が得られるが、凝固組織現出面にかすかな縞模様が発生するために、組織の現出化に改善の余地があることを本願発明者らは想到した。さらに、当該縞模様は、後述の通り腐食ムラであることを本願発明者らは新たに想到した。従って本発明は、上記した、より明瞭な凝固組織を検出する方法あるいは明瞭さが同じ場合には腐食時間を短縮できる検出方法を提供することを課題とする他に、前記腐食ムラを抑制してより明確に凝固組織を検出することを課題とする。更には、上述したような凝固中の溶質元素の偏析による濃度差が比較的小さな鋼種、特に炭素濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下の低炭素鋼の凝固組織の検出方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る鋼の凝固組織の検出方法は、鋼鋳片の試料断面を研磨した後で、該試料断面を腐食させる鋼の凝固組織検出方法において、溶媒としてマイクロバブルを含む水を用いた腐食液に、３０ｋＨｚ〜３ＭＨｚの範囲で、かつ、互いに異なる２種類以上の周波数の超音波を交互に断続印加し該腐食液を水共振させながら、該試料断面を腐食させて鋼の凝固組織を現出させることを特徴とする鋼の凝固組織検出方法である。これにより、超音波を腐食液全体に効率的に印加でき、腐食ムラを抑制して明瞭な凝固組織の検出が可能となる。

前記溶媒中にピクリン酸を含ませることが好ましい。これにより、確実に明瞭な凝固組織の検出や腐食時間の短縮が可能となる。

また、鋼鋳片の試料断面を研磨した後で、該試料断面を上記のいずれかの方法で腐食させた後、洗浄、乾燥し、前記試料断面に形成された腐食孔に研磨粉を埋め込み、前記試料断面に透明粘着テープを貼り、前記腐食孔中の研磨粉を前記透明粘着テープに粘着せしめた後、前記透明粘着テープをはがし、次いで前記透明粘着テープを白色台紙上へ貼り付けることを特徴とする鋼の凝固組織検出方法を提供する。この方法によれば、明瞭に検出した凝固組織を簡易に記録することができる。

前記鋼鋳片が炭素含有量０．０１ｍａｓｓ％以下の鋼でもよい。従来の方法では不可能であった鋼種を対象として、明瞭な凝固組織の検出が可能となる。

本発明によれば、超音波を腐食液全体に効率的に印加でき、凝固中の溶質元素の偏析の程度によらず、腐食ムラを抑制して明瞭な凝固組織の検出が可能となる。また、従来に比べて腐食時間を短縮できる。

試料中の各位置による溶質濃度差による電位差を利用した電気化学的腐食を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す断面図であり、（ａ）は超音波発振装置を槽の外側に設置した場合、（ｂ）は超音波発振装置を槽の内部に設置した場合である。

従来、鋼の凝固組織検出においては、腐食面での反応を促進させ短時間で明瞭な凝固組織を検出するため、界面活性剤や腐食助剤の使用が試みられてきた。例えば、特許文献２に記載されているように、ピクリン酸飽和水溶液を主腐食液とし、界面活性剤として「ライポンＦ」（登録商標）や腐食調整助剤として塩化第ＩＩ銅などが用いられてきた。

しかし、これらを用いた場合、腐食が進むにつれ腐食面に老廃物が堆積し、腐食面と腐食液との接触が阻害されるなどの理由で腐食が停滞することが問題であった。このため、明瞭な凝固組織が得られない場合があり、あるいは明瞭な凝固組織が得られても腐食処理に長時間を要していた。

この問題を解決するための一手段として、腐食中の試料と腐食液に超音波振動を付与し、腐食面での老廃物を除去し活性化させる方法などが行われてきた。ただし、単に超音波を印加した場合、超音波は直進性が高く一次元的に伝達されるため、例えば超音波の伝達域よりも小さな試料を用いる場合はそれ相応の効果を得ることもできるが、凝固組織を検出する試料（例えば、連続鋳造鋳片などの大型の試料）を用いた場合は、超音波振動が腐食面全体に均一に伝達されず局部的に伝達（超音波の一次元的な伝達）されるため、逆に腐食ムラが起こりやすい欠点があった。とくに、強い超音波が局部的に印加された場合は、エロージョンすなわち超音波特有のキャビティー効果による腐食面の物理的な腐食が起こりやすい欠点があった。

以上のように、腐食中の試料と腐食液に直接超音波振動を付与した場合、明瞭な凝固組織が得られても、試料の腐食ムラが生成する場合や、エロージョンによって明瞭な凝固組織が得られない場合があり、しかも腐食処理時間の短縮ができなかった。

以上の問題を解決するために、試料の腐食ムラやエロージョンを抑制し、明瞭な凝固組織が得られる超音波の印加方法を本発明者らは研究した。その結果、腐食液にマイクロバブルを含ませることに想到した。

マイクロバブルを含む水溶液（腐食液）に超音波を印加すると、超音波の周波数とマイクロバブルの直径が共振関係にある場合に、水溶液が水共振状態となることが知られている。

本発明者らは、水溶液が水共振状態になると、腐食槽内の試料の腐食面全体に概ね均等に超音波が伝達される、すなわち超音波が三次元的に伝達し、腐食液全体と試料を好適に振動させ、明瞭な凝固組織が安定的に得られ、試料の腐食ムラやエロージョンも抑制することが可能となることに新たに想到した。

本発明の重要な構成要件であるマイクロバブルの発生方法としては、気泡のせん断、超音波、電気分解、化学反応等があるが、本発明の作用効果は、マイクロバブル発生方法には依存しない。例えば、水溶液と空気を超高速で旋回させることでマイクロバブルを発生させるせん断方式では、ポンプ内のプロペラを旋回させることにより、旋回している箇所で空洞となる部分を形成させ、その空洞となった部分が旋回することにより切断され、マイクロバブルを発生させるものである。

マイクロバブルの目視可能な最小直径は概ね１５０μｍ程度であり、一般にマイクロバブルの存在は目視で確認しにくいが、発生直後のマイクロバブルは、一般に直径が約１５０μｍ以下と考えられる。直径が大きくなるほど気泡は液内で顕著に浮上する傾向があり、１５０μｍ程度の気泡は液内で浮上する傾向が見られ、マイクロバブルの寿命（液中での存在期間）が短くなると考えられる。そのため、少なくともマイクロバブルの直径は１５０μｍ以下を主体とすることが好ましい。本発明者らは、マイクロバブルの直径を１０６μｍ以下としたところ、好適な効果を得た。なお、マイクロバブル内部の気体が液中に溶解し得ることから、一般にマイクロバブル発生直後の最小直径は０．０１μｍ程度と想定される。

ここで、上記したマイクロバブルの直径（例えば１０６μｍ以下）は、以下のように定義した。ＪＩＳ Ｚ８８０１−１記載のふるい目（例えば公称目開き１０６μｍ）を用い、マイクロバブル含有液体を、ふるい目を通過させ、通過したのちの液体中のマイクロバブルの直径を公称目開きの寸法以下（１０６μｍ以下）と定義した。ＪＩＳ Ｚ８８０１−１の公称目開き（単位：μｍ）には、例えば１５０、１２５、１０６、９０、７５があり、適宜選択できる。またＪＩＳに限らず、任意の公称目開きでふるい目を作成してマイクロバブルの最大直径を制御してもよい。また、上記したふるい目を用いずに、マイクロバブル発生装置の気泡せん断条件、超音波印加条件、電気分解条件、化学反応条件、等を調整して、気泡の存在がほとんど視認できない状況とすれば、直径１５０μｍ以下のマイクロバブルを主体としていると判断することができる。また、市販の装置（パーティクルカウンターや気泡分布計測装置等）によりマイクロバブルの濃度（個／ｍＬ）を計測してもよい。

マイクロバブルの濃度（個／ｍＬ）としては、マイクロバブルを含まない水をマイクロバブル発生装置に通液してマイクロバブルを含む水を生成すると、少なくとも水中の初期濃度が約２０（個／ｍＬ）以上１００（個／ｍＬ）未満程度のマイクロバブルが発生し、このマイクロバブルを含む水を溶媒とした腐食液を使用すると、本発明者らの実験では効果が得られた。

また本発明者らの知見では、生成したマイクロバブルを含む水を再度マイクロバブル発生装置に供給して通液する構成で、マイクロバブル発生装置の通液時間（例えば水槽の水容量の１倍超の量を通液する時間）の調整により１００（個／ｍＬ）以上の濃度にすると、さらに明瞭な視認し易い凝固組織を得られた。逆に、濃度が高すぎる場合は、通液時間が長時間化するうえ、マイクロバブル発生装置が大型になり個数を整えてマイクロバブルを供給するのが難しくなる。そのため、マイクロバブル効果の発現と作業性を考慮すると、水中の初期濃度で１００個／ｍＬ〜５０００個／ｍＬが好ましい。

本発明者らの研究では、前記した腐食液の溶媒としてマイクロバブルを含む水溶液（水、腐食液等）に、超音波を印加して該腐食液を水共振させるに際し、印加する超音波の周波数としては、１５０μｍ以下や０．０１〜１０６μｍの直径を有するマイクロバブルを含有させた水溶液（水、腐食液等）の場合、３０ｋＨｚ〜３ＭＨｚが適正で、水溶液液面が大きく振動し、水共振することを知見した。このとき、互いに異なる２種類以上の周波数の超音波（例えば一方の超音波周波数が、他方の超音波周波数の２倍以上）を印加するとさらに効果的である。

上記の通り本発明者らは、腐食液の溶媒中にマイクロバブルを含有させることで、凝固組織明瞭度の向上（あるいはエッチング時間の短縮）、腐食ムラやエロージョンの抑制、を実現できることを知見した。

この効果が発現する理由については、一般に腐食界面におけるＦｅ＋２Ｈ^＋→Ｆｅ^２＋＋Ｈ_２で示される腐食反応により凝固組織が明瞭にエッチングされる過程において、以下の点が理由として考えられる。腐食反応を阻害する腐食界面で生じるＨ_２ガスに対し、マイクロバブルがＨ_２ガス気泡の除去を促して実質的に腐食反応を促進した点、負に帯電しやすく相互に反発して液内を動くマイクロバブルが腐食液中に均一に分散し、その分散や前記したＨ_２ガス気泡の除去に伴い腐食界面での腐食液の置換を促してＨ^＋イオンの腐食界面への供給を促進する点、等である。

これは、図１に示すように、腐食反応は偏析部１（アノード）と非偏析部２（カソード）からなる局部電池（ローカルセル）によって反応が進み、偏析部１（アノード）ではＦｅがＦｅ^２＋イオンとなり、非偏析部２（カソード）ではＨ^＋イオンが水素ガス（Ｈ_２）となる反応が起きる。ここで、偏析部１では局所的にＦｅ^２＋イオンが濃化するが、マイクロバブルの均一拡散効果によってＦｅ^２＋イオンが偏析部１から拡散・希薄化し、一方非偏析部２では水素ガス（Ｈ_２）が発生して腐食反応が進みにくくなるところ、マイクロバブルと水素ガス（Ｈ_２）気泡の集合合体によって水素ガス（Ｈ_２）が除去されやすくなる、と理解でき、この現象がマイクロバブルを用いることによる凝固組織エッチング時間の短縮、及び明瞭度の向上の理由と考えられる。

マイクロバブルを含む水を用いた腐食液に、超音波を印加して該腐食液を水共振させる方法が鋼の凝固組織検出に有効な理由は、前述のマイクロバブルを含む腐食液による単独の効果に加えて、以下の理由が考えられる。すなわち、水共振により液内に分散しているマイクロバブルが振動し、腐食液および試料が３次元的に均一に微細振動し、腐食界面からの老廃物の除去促進や腐食界面の活性化（Ｆｅ^２＋イオンの偏析部からの拡散促進、水素ガス（Ｈ_２）気泡の除去促進）を促進するため等である。

また、互いに異なる２種類以上の周波数の超音波を印加することでさらに効果が上がる理由は、振動モードが複数になり腐食界面での微細振動の偏りが低減されるためと推定される。さらに、超音波の周波数に対応して共振するマイクロバブルの直径があり、２種類以上の周波数を採用することによって、共振するマイクロバブルの個数が増加し、腐食液や試料がより強く振動するため、より明瞭な凝固組織が得られたと考えられる。

ただし、本発明者らが研究を重ねて行くに連れ、超音波を連続的に付与した場合、試料表面の腐食自体は進み凝固組織は明瞭になるが、試料の形状によっては試料表面に定在波が発生し周期的な縞模様が発生することが明らかになった。当該縞模様は、処理中の腐食面の観察により、腐食生成物が付着あるいは凝集しているものと考えられ、当該腐食生成物によって、腐食ムラが生じるものと考えられた。試料表面に定在波が発生するメカニズムについては不明な点も多いが、この周期的な腐食ムラは数ｍｍから１０数ｍｍの間隔で発生し超音波自体の波長とは大きく異なるものであった。本発明者らはこの周期的な腐食ムラを解消する方法につき研究を重ね、２種類以上の周波数の超音波を交互に断続印加することで解消することに想到した。

以下、２種類以上の周波数の超音波を交互に断続印加することに関して、さらに詳細に説明する。

腐食処理面への腐食生成物の付着あるいは凝集（以下、付着等と記す）は、概ね超音波付与後の５秒程度で観察された。従って、付着生成物の付着等を防止または抑制するには、超音波付与開始後の５秒未満に定在波を解消させ、前記付着等を解消することが考えられる。

ここで互いに異なる周波数Ａ、Ｂ、Ｃ（２種以上）を例とすると、超音波を印加するパターンは、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡＢ同時、ＡＣ同時、ＢＣ同時、ＡＢＣ同時、の７種類の印加パターンがあり、これらそれぞれに対応する周波数の定在波が存在する。従って、５秒未満に定在波を解消（変更）するには、５秒未満に上記７種類のパターンの内の異なるパターンの超音波を印加すればよい。以上のような、５秒未満に超音波の印加のパターンを変更して超音波印加を継続することを、本明細書では２種以上の周波数の超音波を交互に断続印加することと定義する。

なお、５秒未満に定在波を解消する方法は、上記の超音波の印加パターン（組合せ）を変更することが好適と考えるが、変更（例えば、「Ａのみ」から「Ｂのみ」へ変更）の際に、超音波を印加しない時間を設ける（「Ａのみ」から「超音波印加無し」を経て「Ｂのみ」へ変更すること）ことも定在波の解消につながるものと考えられる。しかし、この方法は明瞭な組織を現出させる腐食処理の長時間化につながりやすいことから、超音波を印加しない時間は極力短いことが望まれる。

また定在波を解消する超音波印加パターンの変更は５秒未満としたが、下限値は印加時間を設定する装置の都合による。本願発明者らの知見では、０．１秒以上であれば、縞模様解消が可能であることが確認できた。

以上説明したように、マイクロバブルを用いると、マイクロバブルを用いない場合に比べて、腐食して得られる凝固組織の明瞭さが改善することが明確であるが、試料を腐食させる腐食槽に入れる腐食液については、ピクリン酸を主体とした腐食液が、最も安定で明瞭な凝固組織が得られる。また、ピクリン酸を含む腐食液に、界面活性剤として「ライポンＦ」（商標登録）や腐食調整助剤として塩化第ＩＩ銅などを加えてもよい。

また、本発明のマイクロバブルの作用効果は、従来用いられてきた界面活性剤や腐食調整助剤と併用しても損なわれるものでなく、また、各々の作用効果を損なうものでもない。ただし、界面活性剤や腐食調整助剤の使用は、コスト増となるばかりでなく、腐食後の廃液の処理が複雑になる場合もあるので、用途や状況に応じて適宜組み合わせればよい。

凝固組織の記録手段としては、ほぼ直方体の鋳片（試料）のうち凝固組織を検出したい断面を研磨した後、上記の方法で試料断面を所定時間腐食させた後、写真撮影するだけでもよいが、従来実施されている以下の方法で記録してもよい。すなわち、断面を腐食させた試料を引き上げ、試料を洗浄、乾燥し、試料断面に形成された腐食孔に研磨粉を埋め込み、試料断面に透明粘着テープを貼り、腐食孔中の研磨粉を透明粘着テープに粘着せしめた後、テープをはがし、次いでそのテープを白色台紙上へ貼り付ける方法である。

本発明による前述の腐食液を用いて凝固組織を現出させることにより、試料の洗浄、乾燥後の試料腐食面や上記の透明粘着テープを貼り付けた白色台紙において、明瞭な凝固組織を、写真撮影や白色台紙上に記録することができる。

また、本発明によれば、試料の腐食面の腐食を促進できるので、従来では明瞭な凝固組織検出が不可能であった、凝固中の溶質元素の偏析による濃度差が比較的小さな鋼種、例えば炭素濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下の低炭素鋼においても、明瞭な凝固組織を検出することができる。

マイクロバブルを含む腐食液への超音波の印加方法については、図２（ａ）に示すように腐食液１５を入れた槽１１の外側に超音波発振装置１２、１３を設置し、槽壁１４を介して内部の腐食液１５に超音波を印加するか、または、図２（ｂ）に示すように槽１１の内部の腐食液１５中に直接超音波発振装置１２、１３を浸漬して、腐食液１５に超音波を印加してもよい。ただし、図２（ｂ）の場合には、超音波発振装置１２、１３が腐食液１５で腐食される可能性もあるため、超音波発振装置１２、１３をステンレス製のケースに収容するか耐食性の樹脂でカバーするなどの対策を講ずる必要がある。超音波発振装置１２、１３の設置位置については、腐食液１５の一部に超音波を印加できる範囲であればよく、系の一部が共振状態になると微細振動が３次元的に連鎖し系全体が共振状態になる。このように通常の超音波印加では局部的な振動付与しかできないのに対して、マイクロバブルを含む水溶液に特定の周波数の超音波を印加した場合は、系全体に均一に振動付与できるのが水共振の特徴である。

本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、上記のそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の鋼の凝固組織の検出方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。

腐食液として、マイクロバブルを含む水にピクリン酸２０ｇ／Ｌを加えた水溶液を用いて、本発明例として試験Ｎｏ．１〜１８について、鋼の凝固組織を検出した。また、一部（試験Ｎｏ．１３〜１５）には、該腐食液に、塩化第ＩＩ銅５ｇ／Ｌ、界面活性剤「ライポンＦ」（登録商標）２０ｇ／Ｌのどちらか一方または両方を加えた。腐食液の初期温度は２５℃とし、腐食時間は３０分、６０分、９０分の３通りとした。試料鋼種として、炭素濃度が０．００１ｍａｓｓ％の自動車用極低炭素鋼、０．０１ｍａｓｓ％の冷延用低炭素鋼板および０．１ｍａｓｓ％の厚板用中炭素鋼板を用いた。試料鋼種の大きさは、腐食面のサイズでＨ１００〜３００ｍｍ×Ｗ５００〜７５０ｍｍ、厚さはｔ５０〜１００ｍｍとした。マイクロバブルの直径は、ふるい目を通して初期状態で１０６μｍ以下（０．０１〜１０６μｍ）に調整した。超音波の印加は、事前実験の結果、効果が安定して得られた３８ｋＨｚと１００ｋＨｚの２種類の超音波発振器を、腐食槽の外壁に設置して行い、３８ｋＨｚと１００ｋＨｚの２種類の超音波のうち一方の周波数のみあるいは２種類を同時に印加する試験と、前記２種類の超音波を１秒周期で交互に印加する試験とを実施した。

生成させたマイクロバブルの濃度（個／ｍＬ）は、マイクロバブル発生装置の通液時間の調整やマイクロバブル発生装置の稼動条件の調整で、概ね２０（個／ｍＬ）以上１００（個／ｍＬ）未満に調整した場合と、１００〜１０００（個／ｍＬ）とした場合の２種類の条件で実験した。

また、従来例に相当する試験として、マイクロバブルを含まない通常の水を腐食液の溶媒とし、本発明例である試験Ｎｏ．１〜１２と同じ成分の腐食液、本発明例と同じ３種類の試料鋼種、腐食時間６０分、３８ｋＨｚと１００ｋＨｚの２種類の超音波を印加して腐食させ、凝固組織の明瞭度について相対評価を行った（Ｎｏ．１９〜２１）。

評価は、本発明例に対応する従来例の凝固組織現出状況と比較して、◎：本発明例が従来例に対して極めて明瞭に改善、○：本発明例が従来例に対して明瞭に改善、△：本発明例が従来例と比較してやや明瞭に改善、×：本発明例が従来例に対して同等あるいは不明瞭、とした。また、定在波発生による腐食ムラの発生抑制の有無を観察した。各試験体の条件および結果一覧を表１に示す。

試験Ｎｏ．１〜３は、試料鋼として炭素濃度が０．００１ｍａｓｓ％の自動車用極低炭素鋼を用い、初期状態で０．０１〜１０６μｍの直径を有するマイクロバブルを１００〜１０００（個／ｍＬ）含む水溶媒にピクリン酸を２０ｇ／Ｌ加えた腐食液に、３８ｋＨｚと１００ｋＨｚの２種類あるいはどちらか１種類の超音波を印加して水共振させた状態で３０分腐食させて凝固組織を現出させた例である。通常の腐食液だけで凝固組織を現出させた従来例と比較して、いずれの場合も凝固組織の明瞭度が改善され、とくに３８ｋＨｚと１００ｋＨｚの２種類の超音波を重畳印加した場合は凝固組織が極めて明瞭になった。

試験Ｎｏ．４〜６は、試料鋼として炭素濃度が０．００１ｍａｓｓ％の自動車用極低炭素鋼を用い、初期状態で０．０１〜１０６μｍの直径を有するマイクロバブルを１００〜１０００（個／ｍＬ）含む水溶媒にピクリン酸を２０ｇ／Ｌ加えた腐食液に３８ｋＨｚと１００ｋＨｚの２種類あるいはどちらか１種類の超音波を印加して水共振させた状態で、９０分腐食させて凝固組織を現出させた例である。試験Ｎｏ．１〜３と同様の結果が得られた。

試験Ｎｏ．７〜９は、試料鋼として炭素濃度が０．０１ｍａｓｓ％の冷延用低炭素鋼板を用い、初期状態で０．０１〜１０６μｍの直径を有するマイクロバブルを１００〜１０００（個／ｍＬ）含む水溶媒にピクリン酸を２０ｇ／Ｌ加えた腐食液に３８ｋＨｚと１００ｋＨｚの２種類の超音波を印加して水共振させた状態で、それぞれ３０分、６０分、９０分腐食させて凝固組織を現出させた例である。通常の腐食液だけで凝固組織を現出した従来例と比較して、いずれの場合も凝固組織が極めて明瞭に改善された。

試験Ｎｏ．１０〜１２は、試料鋼として炭素濃度が０．１ｍａｓｓ％の厚板用中炭素鋼板を用い、初期状態で０．０１〜１０６μｍの直径を有するマイクロバブルを１００〜１０００（個／ｍＬ）含む水溶媒にピクリン酸を２０ｇ／Ｌ加えた腐食液に３８ｋＨｚと１００ｋＨｚの２種類の超音波を印加して水共振させた状態で、それぞれ３０分、６０分、９０分腐食させて凝固組織を現出させた例である。通常の腐食液だけで凝固組織を現出した従来例と比較して、いずれの場合も凝固組織は明瞭になった。ただし、改善代は時間に依存し、試験Ｎｏ．１２のように腐食時間が９０分と長くなると、従来例との差はそれほど大きくなかった。この理由は、一般的に炭素濃度が大きくなるほど凝固組織が現出されやすくなる傾向にあり、また、腐食時間が長いほど凝固組織が現出されやすくなるので、試験Ｎｏ．１２に対応する従来例でも、腐食時間が９０分と長いため従来の腐食条件で十分に凝固組織が出つくした状態になっていたためと思われる。言い換えると、炭素含有量０．０１ｍａｓｓ％以下の鋼のような元々凝固組織の出難い鋼種の方が、本発明の効果が発揮されやすいということである。

試験Ｎｏ．１３〜１５は、本発明の腐食液に塩化第ＩＩ銅５ｇ／Ｌ、界面活性剤「ライポンＦ」（登録商標）２０ｇ／Ｌのどちらか一方または両方を加えた例であるが、いずれの場合も各々に対応する従来例と比べて、凝固組織の明瞭度が大幅に改善された。

一方、試験Ｎｏ．１６〜１８は、腐食液にマイクロバブルを含むものの、初期状態でのマイクロバブルの濃度が２０個／ｍＬ以上１００個／ｍＬ未満と低かった例であり、従来例の凝固組織と比べて明瞭度が劣ることはないが、改善代は非常に小さかった。すなわち、腐食液中にマイクロバブルを含む本発明例では、マイクロバブルを含まない比較例に対して現出された凝固組織の明瞭度が改善されたが、本発明の効果を十分に発揮させるためには、マイクロバブルの濃度の調整制御を行い十分な水共振状態にすることがいっそう好ましいことを意味している。

一方、比較例として試験した試験Ｎｏ．１９〜２１は、マイクロバブルを含まない腐食液に超音波を印加した例であり、いずれの場合も腐食の偏りが生じ全体的な明瞭度は改善されなかった。

以上述べたように、本発明は、凝固組織の検出が困難であった凝固中の溶質元素の偏析による濃度差が比較的小さな鋼種、とくに炭素濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下の低炭素鋼の凝固組織を明瞭に検出でき、腐食面の腐食ムラを抑制するため、産業上極めて有用である。例えば、腐食面のサイズを縦１００〜３００ｍｍ×横５００〜７５０ｍｍのような広い範囲としても、ムラが少ないため、腐食面を単一の閾値で画像処理することができる。

１ 偏析部
２ 非偏析部
１１ 槽
１２、１３ 超音波発振装置
１４ 槽壁
１５ 腐食液

Claims (4)

1. 鋼鋳片の試料断面を研磨した後で、該試料断面を腐食させる鋼の凝固組織検出方法において、溶媒としてマイクロバブルを含む水を用いた腐食液に、３０ｋＨｚ〜３ＭＨｚの範囲で、かつ、互いに異なる２種類以上の周波数の超音波を交互に断続印加し該腐食液を水共振させながら、該試料断面を腐食させて鋼の凝固組織を現出させることを特徴とする鋼の凝固組織検出方法。
2. 前記溶媒中にピクリン酸を含ませることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の凝固組織検出方法。
3. 鋼鋳片の試料断面を研磨した後で、該試料断面を請求項１または２のいずれかに記載の方法で腐食させた後、洗浄、乾燥し、前記試料断面に形成された腐食孔に研磨粉を埋め込み、前記試料断面に透明粘着テープを貼り、前記腐食孔中の研磨粉を前記透明粘着テープに粘着せしめた後、前記透明粘着テープをはがし、次いで前記透明粘着テープを白色台紙上へ貼り付けることを特徴とする鋼の凝固組織検出方法。
4. 前記鋼鋳片が炭素含有量０．０１ｍａｓｓ％以下の鋼である請求項１〜３のいずれかに記載の鋼の凝固組織の検出方法。

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