JP6601514B2 - Method for evaluating particle size distribution of precipitate and method for producing steel sheet - Google Patents
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Description
本発明は、金属材料中に存在する析出物の粒度分布を評価する方法に関し、特に、粒径1μm以下という微細な析出物の粒度分布を高い精度で評価することができる方法に関する。また、本発明は、前記粒度分布の評価方法を利用した、鋼板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the particle size distribution of precipitates present in a metal material, and particularly to a method capable of evaluating the particle size distribution of fine precipitates having a particle size of 1 μm or less with high accuracy. Moreover, this invention relates to the manufacturing method of the steel plate using the evaluation method of the said particle size distribution.
金属材料の組織や特性は、当該金属材料に含まれる析出物によって大きく影響を受けることが知られている。そこで、析出物を利用して各種金属材料の組織を制御することや、強度などの特性を改善することが、工業的規模で行われている。とりわけ、鉄鋼材料の分野においては、析出物の状態制御によるさらなる高品質化、高機能化を目指した研究開発が盛んに行われている。 It is known that the structure and characteristics of a metal material are greatly affected by precipitates contained in the metal material. Therefore, controlling the structure of various metal materials using precipitates and improving properties such as strength are performed on an industrial scale. In particular, in the field of steel materials, research and development aiming at further higher quality and higher functionality by controlling the state of precipitates are actively conducted.
上記のような研究開発においては析出物の状態を正確に把握することが重要であり、そのために、析出物の粒度分布を精度良く測定する方法が検討されてきた。 In the research and development as described above, it is important to accurately grasp the state of the precipitate, and for that purpose, methods for measuring the particle size distribution of the precipitate with high accuracy have been studied.
例えば、特許文献1では、金属材料中に存在する介在物や析出物の粒子を、電子顕微鏡を用いて評価する方法が提案されている。前記方法では、金属材料を電解液中で電気分解することによって抽出した粒子を、いったん有機溶媒中に分散保持し、これを支持膜上に滴下・乾燥させることによって数密度を増加させた試料を顕微鏡観察する。 For example, Patent Document 1 proposes a method of evaluating inclusions and precipitate particles present in a metal material using an electron microscope. In the method, particles extracted by electrolyzing a metal material in an electrolytic solution are once dispersed and held in an organic solvent, and a sample whose number density is increased by dropping and drying it on a support film is obtained. Observe under a microscope.
また、特許文献2では、フィールドフローフラクショネーション(FFF)法を用いたスラリーの逐次分級方法による鋼中の介在物・析出物の粒度分布評価方法が提案されている。前記方法では、電解抽出した多くの粒子を測定対象とするため、正確かつ迅速に粒度分布を評価できるとされている。 Patent Document 2 proposes a method for evaluating the particle size distribution of inclusions and precipitates in steel by a sequential classification method of a slurry using a field flow fractionation (FFF) method. According to the above method, since many electrolytically extracted particles are targeted for measurement, the particle size distribution can be evaluated accurately and quickly.
しかし、特許文献1に記載された方法には、抽出した粒子を溶液中に分散保持している間に微細な析出物粒子が凝集しやすいという問題があった。凝集力は粒子径が小さいほど大きくなるため、分散媒を工夫しても0.1μm以下の微細な析出物の凝集を回避することは困難であり、正確な粒度分布を測定することができない。 However, the method described in Patent Document 1 has a problem that fine precipitate particles tend to aggregate while the extracted particles are dispersed and held in the solution. Since the cohesive force increases as the particle size decreases, it is difficult to avoid agglomeration of fine precipitates of 0.1 μm or less even if the dispersion medium is devised, and an accurate particle size distribution cannot be measured.
特許文献2に記載された方法においても析出物粒子を溶液中に分散保持する必要があるため、特許文献1と同様の問題がある。さらに重要な問題点として、この方法で直接的に求められるのは散乱強度分布であり、個数分布ではないことが挙げられる。粒径が均一な分散系においては、個数分布は散乱強度分布と比較的よく一致するが、様々な粒径の粒子が存在する分散系においては、粒径の大きい粒子による散乱強度が粒径の小さい粒子による散乱強度に対して強調されてしまうため、散乱強度分布は正確な粒度分布を反映しない。 The method described in Patent Document 2 also has the same problem as Patent Document 1 because the precipitate particles need to be dispersed and held in the solution. A further important problem is that this method directly determines the scattering intensity distribution, not the number distribution. In a dispersion system with a uniform particle size, the number distribution matches the scattering intensity distribution relatively well, but in a dispersion system in which particles of various particle sizes exist, the scattering intensity due to the large particle size The scattering intensity distribution does not reflect an accurate particle size distribution because it is emphasized against the scattering intensity by small particles.
以上記載したように、特許文献1、2に記載されているような従来の方法では、粒径が1μm以下であるような微細な析出物の粒度分布を、十分な精度で求めることはできない。 As described above, the conventional methods as described in Patent Documents 1 and 2 cannot determine the particle size distribution of fine precipitates having a particle size of 1 μm or less with sufficient accuracy.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、粒径が1μm以下であるような微細な析出物の粒度分布を高い精度で評価することができる析出物の粒度分布評価方法を提供することを目的とする。さらに、前記評価方法を利用した、鋼板の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and provides the particle size distribution evaluation method of the precipitate which can evaluate the particle size distribution of the fine precipitate whose particle size is 1 micrometer or less with high precision. For the purpose. Furthermore, it aims at providing the manufacturing method of a steel plate using the said evaluation method.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、金属材料中に存在する析出物を抽出レプリカ法(1段レプリカ法)または2段レプリカ法により抽出し、電子顕微鏡による走査透過電子(Scanning Transmission Electron Microscope、STEM)像を用いて加速電圧40kV以下の条件で観察することにより、粒径1μm以下の微細な析出物であっても明確に識別することが可能であり、その結果、正確な粒度分布を評価することができることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above-described problems, the present inventors have extracted precipitates existing in a metal material by an extraction replica method (a one-stage replica method) or a two-stage replica method, and performed scanning transmission using an electron microscope. By observing under an acceleration voltage of 40 kV or less using an electron (Scanning Transmission Electron Microscope, STEM) image, it is possible to clearly identify even fine precipitates having a particle diameter of 1 μm or less. It was found that an accurate particle size distribution can be evaluated.
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
1.金属材料中に存在する粒径1μm以下の析出物の粒度分布を評価する方法であって、
前記金属材料の表面を研磨する研磨工程と、
前記金属材料の表面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング後の金属材料の表面に存在する析出物を、導電性物質を蒸着して形成されるレプリカ膜に抽出してレプリカ試料とするレプリカ試料作製工程と、
前記レプリカ試料を、電子顕微鏡を用いて加速電圧40kV以下の条件で観察して走査透過電子像を得る観察工程と、
前記走査透過電子像をコントラストレベルに基づいて解析し、評価対象とする粒子を判別する粒子解析工程と、
前記粒子解析工程において評価対象とされた粒子の粒度分布を取得する粒度分布取得工程、
とを有する、析出物の粒度分布評価方法。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1. A method for evaluating the particle size distribution of precipitates having a particle size of 1 μm or less present in a metal material,
A polishing step of polishing the surface of the metal material;
An etching step of etching the surface of the metal material;
A replica sample preparation step of extracting a precipitate present on the surface of the metal material after the etching into a replica film formed by depositing a conductive substance to form a replica sample;
An observation step of observing the replica sample using an electron microscope under an acceleration voltage of 40 kV or less to obtain a scanning transmission electron image;
Analyzing the scanning transmission electron image based on a contrast level, a particle analysis step for discriminating particles to be evaluated,
A particle size distribution acquisition step for acquiring a particle size distribution of the particles to be evaluated in the particle analysis step
A method for evaluating the particle size distribution of precipitates.
2.前記粒子解析工程において、前記走査透過電子像における粒子の粒径およびアスペクト比の少なくとも一方に基づいて、評価対象とする粒子を決定する、上記1に記載の析出物の粒度分布評価方法。 2. 2. The particle size distribution evaluation method for precipitates according to 1 above, wherein, in the particle analysis step, particles to be evaluated are determined based on at least one of a particle size and an aspect ratio of the particles in the scanning transmission electron image.
3.さらに、
前記粒子解析工程の後に、評価対象とされた粒子のそれぞれに電子線を照射して発生する特性X線スペクトルを取得する特性X線スペクトル取得工程と、
前記特性X線スペクトルを解析するスペクトル解析工程、
とを有する、上記1または2に記載の析出物の粒度分布評価方法。
3. further,
After the particle analysis step, a characteristic X-ray spectrum acquisition step of acquiring a characteristic X-ray spectrum generated by irradiating each of the particles to be evaluated with an electron beam;
A spectral analysis step of analyzing the characteristic X-ray spectrum;
The particle size distribution evaluation method of the deposit according to 1 or 2 above.
4.前記スペクトル解析工程において、前記特性X線スペクトルに基づいて個々の粒子が析出物であるか否かを判断し、析出物でないと判断された粒子を評価対象から除外する、上記3に記載の析出物の粒度分布評価方法。 4). 4. The precipitation according to 3 above, wherein, in the spectrum analysis step, it is determined whether or not each particle is a precipitate based on the characteristic X-ray spectrum, and the particles determined not to be a precipitate are excluded from the evaluation target. Evaluation method of particle size distribution.
5.前記スペクトル解析工程において、前記特性X線スペクトルに基づいて粒子を複数の群に分類し、
前記粒度分布取得工程において、前記群ごとに粒度分布を取得する、上記3または4に記載の析出物の粒度分布評価方法。
5). In the spectral analysis step, the particles are classified into a plurality of groups based on the characteristic X-ray spectrum,
5. The particle size distribution evaluation method for precipitates according to 3 or 4 above, wherein in the particle size distribution acquisition step, a particle size distribution is acquired for each group.
6.さらに、
前記観察工程に先だって、前記レプリカ試料の測定領域にデフォーカスさせた電子線を600秒以上照射する予備照射工程を有する、上記1〜5のいずれか一項に記載の析出物の粒度分布評価方法。
6). further,
Prior to the observation step, there is a preliminary irradiation step of irradiating the measurement region of the replica sample with a defocused electron beam for 600 seconds or more, and the particle size distribution evaluation method for precipitates according to any one of the above 1 to 5 .
7.前記金属材料が鉄鋼材料である、上記1〜6のいずれか一項に記載の析出物の粒度分布評価方法。 7). The method for evaluating the particle size distribution of precipitates according to any one of 1 to 6 above, wherein the metal material is a steel material.
8.上記1〜7のいずれか一項に記載の析出物の粒度分布評価方法を用いて、製造途中の鋼板における析出物の粒度分布を評価し、得られた粒度分布に基づいて、前記鋼板の製造における次工程以降の少なくとも1つの工程の製造条件を決定する、鋼板の製造方法。 8). Using the particle size distribution evaluation method for precipitates according to any one of 1 to 7 above, the particle size distribution of precipitates in a steel plate during production is evaluated, and the steel plate is manufactured based on the obtained particle size distribution. The manufacturing method of the steel plate which determines the manufacturing conditions of the at least 1 process after the next process in.
9.上記1〜7のいずれか一項に記載の析出物の粒度分布評価方法を用いて、製造途中の鋼板における析出物の粒度分布を評価し、得られた粒度分布に基づいて、前記鋼板より後に鋼板を製造する際の製造条件を決定する、鋼板の製造方法。 9. Using the precipitate particle size distribution evaluation method according to any one of 1 to 7 above, the particle size distribution of the precipitate in the steel plate during production is evaluated, and based on the obtained particle size distribution, after the steel plate. A method for manufacturing a steel sheet, which determines manufacturing conditions for manufacturing the steel sheet.
10.上記1〜7のいずれか一項に記載の析出物の粒度分布評価方法を用いて、製造途中の鋼板における析出物の粒度分布を評価し、得られた粒度分布に基づいて次工程以降の製造を行なうか否かを判定する、鋼板の製造方法。 10. Using the precipitate particle size distribution evaluation method according to any one of 1 to 7 above, the particle size distribution of the precipitate in the steel sheet in the process of production is evaluated, and the subsequent steps are manufactured based on the obtained particle size distribution. The manufacturing method of the steel plate which determines whether it performs.
本発明によれば、粒径が1μm以下であるような微細な析出物の粒度分布を、高い精度で評価することができる。また、本発明によれば、鋼板の製造において前記粒度分布評価方法を利用することにより、歩留まりを向上させるとともに、製造コストを削減できる。 According to the present invention, the particle size distribution of fine precipitates having a particle size of 1 μm or less can be evaluated with high accuracy. Moreover, according to this invention, while using the said particle size distribution evaluation method in manufacture of a steel plate, while improving a yield, manufacturing cost can be reduced.
次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な実施態様を示すものであり、本発明は、以下の説明によって何ら限定されるものではない。 Next, a method for carrying out the present invention will be specifically described. In addition, the following description shows the suitable embodiment of this invention, and this invention is not limited at all by the following description.
(析出物の粒度分布評価方法)
まず、本発明の一実施形態である析出物の粒度分布評価方法について説明する。
(Evaluation method of particle size distribution of precipitates)
First, a method for evaluating the particle size distribution of precipitates according to an embodiment of the present invention will be described.
(第一の実施形態)
図1は、本発明の第一の実施形態における処理を示すフロー図である。図1に示したように、本発明の一実施形態における析出物の粒度分布評価方法は、以下の工程を必須の工程として有する。
(1)研磨工程
(2)エッチング工程
(3)レプリカ試料作製工程
(4)観察工程
(5)粒子解析工程
(6)粒度分布取得工程
(First embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing processing in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the precipitate particle size distribution evaluation method according to an embodiment of the present invention includes the following steps as essential steps.
(1) Polishing step (2) Etching step (3) Replica sample preparation step (4) Observation step (5) Particle analysis step (6) Particle size distribution acquisition step
[金属材料]
本発明における測定対象である金属材料としては、析出物を含有する金属材料であれば任意のものを用いることができる。なかでも、本発明の評価方法によって得られる情報の産業上の有用性という観点からは、鋼板等の鉄鋼材料に適用することが有効であり、特に、薄鋼板、電磁鋼板などに適用することが有効である。
[Metal material]
As the metal material to be measured in the present invention, any metal material can be used as long as it is a metal material containing precipitates. Among these, from the viewpoint of industrial usefulness of information obtained by the evaluation method of the present invention, it is effective to apply to steel materials such as steel plates, and in particular, to be applied to thin steel plates, electromagnetic steel plates and the like. It is valid.
抽出レプリカ法によって金属材料中の析出物を抽出するためには、事前に金属材料の表面に析出物が浮き出した状態とする必要がある。そのため、金属材料の表面を研磨し、次いでエッチングする必要がある。 In order to extract the precipitate in the metal material by the extraction replica method, it is necessary to make the precipitate float on the surface of the metal material in advance. Therefore, it is necessary to polish and then etch the surface of the metal material.
(1)研磨工程
研磨工程において用いる研磨方法は特に限定されず、機械研磨等、任意の方法を用いることができる。通常は、常法に従って金属材料の材質や特性等に応じた方法で研磨を行えばよい。研磨工程では、金属材料の表面を鏡面研磨することが好ましい。
(1) Polishing Step The polishing method used in the polishing step is not particularly limited, and any method such as mechanical polishing can be used. Usually, polishing may be performed by a method according to the material, characteristics, etc. of the metal material according to a conventional method. In the polishing step, the surface of the metal material is preferably mirror-polished.
(2)エッチング工程
エッチング工程では、金属材料の表面をエッチングすることによって、試料表面に析出物を露出させる。すなわち、金属材料の母材(マトリックス)のみを選択的に腐食し、析出物のみが母材表面に浮き上がった状態とする。
(2) Etching Step In the etching step, the deposit is exposed on the sample surface by etching the surface of the metal material. That is, only the base material (matrix) of the metal material is selectively corroded, and only the precipitates are lifted on the surface of the base material.
エッチング方法としては、化学エッチング、電解エッチングなど任意の方法を用いることができる。エッチング工程における各種条件(エッチング液、エッチング条件、電解液、電解条件など)は、使用する金属材料に応じて適宜選択すればよい。 As an etching method, any method such as chemical etching or electrolytic etching can be used. Various conditions in the etching process (such as an etching solution, an etching condition, an electrolytic solution, and an electrolytic condition) may be appropriately selected according to the metal material to be used.
例えば、金属材料が鉄鋼材料である場合、電解液中で定電位電解することによって電解エッチングすることが好ましい。前記電解液としては、例えば、10質量%アセチルアセトンを含有するアルコール溶液(10%アセチルアセトン−1%テトラメチルアンモニウムクロライド−メチルアルコール;10%AA系電解液)や、過塩素酸−メタノール−2−n−ブトキシエタノール電解液(A3電解液)を用いることができる。 For example, when the metal material is a steel material, it is preferable to perform electrolytic etching by performing constant potential electrolysis in an electrolytic solution. Examples of the electrolyte include an alcohol solution containing 10% by mass acetylacetone (10% acetylacetone-1% tetramethylammonium chloride-methyl alcohol; 10% AA electrolyte), and perchloric acid-methanol-2-n. -Butoxyethanol electrolyte (A3 electrolyte) can be used.
なお、析出物の粒度分布を精度良く評価するためには、ある程度以上の個数の析出物の粒径を測定することが望ましく、具体的には、後述するように103個以上の析出物の粒径を測定することが好ましい。したがって、レプリカ試料に十分な数の析出物粒子が抽出されるように、エッチングを行うことが望ましい。一方、過度にエッチングを行うと、析出物が重なった状態で抽出されるため、個々の析出物粒子の粒径を正確に評価することが困難となる。以上の点を考慮して、好適なエッチング量を決定することが好ましい。エッチング量は、化学エッチングの場合にはエッチング液の組成やエッチング時間によって、電解エッチングの場合には電解液の組成や通電量(クーロン量)によって、それぞれ調節することができる。 In order to accurately evaluate the particle size distribution of the precipitate, it is desirable to measure the particle size of a certain number of precipitates. Specifically, as described later, 10 3 or more precipitates are measured. It is preferable to measure the particle size. Therefore, it is desirable to perform etching so that a sufficient number of precipitate particles are extracted from the replica sample. On the other hand, if etching is performed excessively, the precipitates are extracted in an overlapped state, so that it is difficult to accurately evaluate the particle size of the individual precipitate particles. In consideration of the above points, it is preferable to determine a suitable etching amount. In the case of chemical etching, the etching amount can be adjusted by the composition of the etching solution and the etching time, and in the case of electrolytic etching, the amount of etching can be adjusted by the composition of the electrolytic solution and the energization amount (coulomb amount).
(3)レプリカ試料作製工程
次いで、前記エッチングによって金属材料の表面に露出した状態となっている析出物粒子を、導電性物質を蒸着して形成されるレプリカ試料に抽出する。レプリカ試料の作製は常法に従って行えばよく、その方法は特に限定されず、例えば、1段レプリカ法や2段レプリカ法によって行うことができる。
(3) Replica Sample Preparation Step Next, the precipitate particles that are exposed on the surface of the metal material by the etching are extracted into a replica sample formed by depositing a conductive material. The preparation of the replica sample may be performed according to a conventional method, and the method is not particularly limited, and can be performed by, for example, a one-step replica method or a two-step replica method.
・1段レプリカ法
1段レプリカ法によってレプリカ試料の作製を行う場合は、まず、上記エッチング工程後の金属材料表面に導電性物質を蒸着し、次いで、腐食液に浸漬して前記蒸着膜を金属材料から剥離する。このようにして得られるレプリカ試料の、金属材料と接していた側の表面には析出物が保持された状態となっている。
-One-step replica method When replica samples are prepared by the one-step replica method, first, a conductive material is vapor-deposited on the surface of the metal material after the etching step, and then immersed in a corrosive solution to form the vapor-deposited film into a metal. Peel from material. In the replica sample thus obtained, precipitates are held on the surface on the side in contact with the metal material.
上記1段レプリカ法によるレプリカ試料作製は、例えば、次のようにして行うことができる。まず、エッチング工程後の金属材料表面に導電性物質を蒸着する。次に、カッターナイフ等を用いて蒸着膜に約3mm角の碁盤目状の切込みを入れ、塩酸+メタノール溶液等の腐食溶液中に浸漬することによって析出物を抽出した蒸着膜を金属材料表面から剥離させる。剥離した蒸着膜を透過電子顕微鏡観察用のメッシュに掬い取り、乾燥させる。 The replica sample production by the one-step replica method can be performed, for example, as follows. First, a conductive substance is deposited on the surface of the metal material after the etching process. Next, an approximately 3 mm square grid cut is made in the deposited film using a cutter knife or the like, and the deposited film is extracted from the surface of the metal material by dipping in a corrosive solution such as hydrochloric acid + methanol solution. Remove. The peeled-deposited film is spread on a transmission electron microscope observation mesh and dried.
・2段レプリカ法
2段レプリカ法によってレプリカ試料の作製を行う場合は、まず、上記エッチング工程後の金属材料表面にアセチルセルロース等からなる有機被膜を融着させた後、前記有機被膜を剥ぎ取ることによって該有機被膜の表面に析出物粒子を抽出する。次いで、前記有機被膜の、析出物が保持されている側の表面に導電性物質を蒸着し、その後、有機被膜を有機溶剤で溶解・除去する。これによって、導電性物質の蒸着膜に析出物が抽出された状態のレプリカ試料が得られる。
-Two-stage replica method When replica samples are prepared by the two-stage replica method, first, an organic film made of acetylcellulose or the like is fused to the surface of the metal material after the etching step, and then the organic film is peeled off. Thus, the precipitate particles are extracted on the surface of the organic coating. Next, a conductive substance is vapor-deposited on the surface of the organic film on which the precipitate is held, and then the organic film is dissolved and removed with an organic solvent. As a result, a replica sample in a state where precipitates are extracted from the deposited film of the conductive material is obtained.
1段レプリカ法および2段レプリカ法のいずれを用いる場合においても、前記導電性物質としては任意のものを用いることができる。前記導電性物質としては、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケルなどの金属や、カーボンが挙げられるが、なかでもカーボンを用いることが好ましい。カーボンは電子線を透過させやすく、しかもX線吸収係数が小さい性質を有している。そのため、導電性物質としてカーボンを用いれば、走査透過電子像(STEM像)におけるコントラスト差が大きくなり、後述する粒子解析工程において析出物粒子を容易に抽出(判別)できる。また、後述するように特性X線スペクトルを取得する場合には、析出物からの特性X線を得やすい。 In either case of using the one-step replica method or the two-step replica method, any conductive material can be used. Examples of the conductive substance include metals such as aluminum, titanium, and nickel, and carbon. Among these, carbon is preferably used. Carbon is easy to transmit an electron beam and has a small X-ray absorption coefficient. Therefore, if carbon is used as the conductive material, the contrast difference in the scanning transmission electron image (STEM image) is increased, and the precipitate particles can be easily extracted (discriminated) in the particle analysis step described later. Moreover, when acquiring a characteristic X-ray spectrum so that it may mention later, it is easy to obtain the characteristic X-ray from a precipitate.
レプリカ試料を保持するメッシュとしては、市販のものを使用することができる。前記メッシュの材質は、析出物に含まれる元素と異なるものとすることが好ましい。 A commercially available mesh can be used as the mesh for holding the replica sample. The mesh material is preferably different from the elements contained in the precipitate.
(4)観察工程
次に、上記レプリカ試料作製工程で得たレプリカ試料の表面を、電子顕微鏡を用いて観察してSTEM像を得る。本発明では、上記観察において、前記電子顕微鏡として走査透過電子顕微鏡(STEM)を用いるとともに、加速電圧を40kV以下とすることが重要である。
(4) Observation Step Next, the surface of the replica sample obtained in the replica sample preparation step is observed using an electron microscope to obtain a STEM image. In the present invention, in the above observation, it is important to use a scanning transmission electron microscope (STEM) as the electron microscope and to set the acceleration voltage to 40 kV or less.
加速電圧:40kV以下
図2は、電子顕微鏡を用いて、レプリカ試料の析出物を加速電圧30kVで観察して得たSTEM像の例である。図中に矢印で示すように、粒径5nm程度の極めて微細な析出物であっても、STEM像を用いるとともに、加速電圧を40kV以下とすることによって明確に識別することが可能である。
Acceleration voltage: 40 kV or less FIG. 2 is an example of a STEM image obtained by observing a precipitate of a replica sample at an acceleration voltage of 30 kV using an electron microscope. As shown by the arrows in the figure, even a very fine precipitate having a particle size of about 5 nm can be clearly identified by using the STEM image and setting the acceleration voltage to 40 kV or less.
一方、図3は、レプリカ試料の析出物を加速電圧200kVで観察して得た透過電子像の例である。このように加速電圧が40kVを超える場合には電子が析出物を透過するため、像のコントラスト差が著しく低下する。その結果、本発明が対象とする粒径1μm以下の析出物のように、微細な粒子の判別や粒径の評価が困難となる。よって、本発明では加速電圧を40kV以下とする。加速電圧は、35kV以下とすることがより好ましい。一方、加速電圧の下限は特に限定されず、析出物を透過できる加速電圧であれば任意の値とすることができる。しかし、加速電圧が低すぎるとSTEM像の分解能が低下し、十分な測定精度が得られなくなる場合がある。そのため、加速電圧は20kV以上とすることが好ましく、25kV以上とすることがより好ましい。 On the other hand, FIG. 3 is an example of a transmission electron image obtained by observing the precipitate of the replica sample at an acceleration voltage of 200 kV. In this way, when the acceleration voltage exceeds 40 kV, electrons pass through the precipitate, so that the contrast difference of the image is remarkably reduced. As a result, it is difficult to discriminate fine particles and evaluate the particle size, such as precipitates having a particle size of 1 μm or less, which is the subject of the present invention. Therefore, in the present invention, the acceleration voltage is set to 40 kV or less. The acceleration voltage is more preferably 35 kV or less. On the other hand, the lower limit of the acceleration voltage is not particularly limited, and can be an arbitrary value as long as the acceleration voltage can pass through the precipitate. However, if the acceleration voltage is too low, the resolution of the STEM image is lowered, and sufficient measurement accuracy may not be obtained. Therefore, the acceleration voltage is preferably 20 kV or more, and more preferably 25 kV or more.
なお、上述したように、析出物の粒度分布を精度良く評価するためには、粒径を測定する粒子の個数を多くすることが望ましく、本発明者の検討によれば、103個以上の粒子を測定対象とすることが好ましい。 As described above, in order to evaluate the particle size distribution of the precipitates accurately, it is desirable to increase the number of particles to measure the particle diameter, according to the study of the present inventors, 10 3 or more It is preferable to use particles as a measurement target.
また、金属材料の材質と鋼中析出物の関係を調査するという観点からは、測定粒子数のみではなく、測定領域もある程度広く設定することが好ましい。例えば、粒成長性と析出物の関係を調べるためには、1×103μm2以上、より好適には5×103μm2以上の領域に対して電子顕微鏡による観察を行なうことが望ましい。 Further, from the viewpoint of investigating the relationship between the material of the metal material and the precipitates in the steel, it is preferable to set not only the number of measurement particles but also the measurement region to some extent. For example, in order to examine the relationship between the grain growth property and the precipitate, it is desirable to observe an area of 1 × 10 3 μm 2 or more, more preferably 5 × 10 3 μm 2 or more with an electron microscope.
前記電子顕微鏡としては、特に限定されることなく、任意の装置を用いることができる。例えば、通常の走査電子顕微鏡に透過電子を取得するための検出器(半導体検出器やシンチレータ等)を搭載した走査透過電子顕微鏡を用いることができる。さらに、前記走査透過電子顕微鏡は、視野移動の際に必要に応じて試料ステージをパルスモーター等でスキャンできる機構を有することが好ましい。 The electron microscope is not particularly limited, and any device can be used. For example, a scanning transmission electron microscope equipped with a detector (semiconductor detector, scintillator, etc.) for acquiring transmission electrons in a normal scanning electron microscope can be used. Furthermore, it is preferable that the scanning transmission electron microscope has a mechanism that can scan the sample stage with a pulse motor or the like as necessary when moving the visual field.
上記STEM像としては、明視野像と暗視野像のいずれも用いることができるが、明視野像に比べて暗視野像では結晶粒界や凹凸など、析出物以外の要素に起因するコントラストが現れにくいため、暗視野像を用いることが好ましい。 As the STEM image, either a bright-field image or a dark-field image can be used, but a contrast due to elements other than precipitates such as crystal grain boundaries and irregularities appears in the dark-field image compared to the bright-field image. Since it is difficult, it is preferable to use a dark field image.
(5)粒子解析工程
次いで、上記観察工程で得たSTEM像を解析し、評価対象とする粒子を判別する。前記解析は、一般的な電子顕微鏡像の解析と同様、走査透過電子像のコントラストレベルに基づいて行うことができる。例えば、取得したSTEM像を、そのコントラストに基づいて二値化処理して解析することができる。前記二値化処理における閾値は、例えば、代表的な視野を選び、該視野内における析出物粒子の形状を正確に抽出できるように設定すればよい。レプリカ試料では析出物と支持膜(導電性物質の蒸着膜)とのコントラスト差が比較的大きく、一次電子線の変動等の影響を受けにくいため、前記閾値の決定は代表的な1視野で行っておけばよい。
(5) Particle Analysis Step Next, the STEM image obtained in the observation step is analyzed to determine the particles to be evaluated. The analysis can be performed based on the contrast level of the scanning transmission electron image, similarly to the analysis of a general electron microscope image. For example, the acquired STEM image can be analyzed by binarization processing based on the contrast. The threshold value in the binarization process may be set so that, for example, a representative visual field is selected and the shape of the precipitate particles in the visual field can be accurately extracted. In the replica sample, the contrast difference between the precipitate and the support film (deposited film of the conductive material) is relatively large and is not easily affected by fluctuations in the primary electron beam. Just keep it.
上記のようにして解析されたSTEM像に含まれる粒子状領域は、析出物であると考えられる。そこで、次に個々の粒子状領域、すなわち析出物粒子のサイズを評価する。前記サイズとしては、例えば、フェレ径および円相当径を挙げることができ、これらのいずれか一方または両方を求めることが好ましい。なお、ここでフェレ径とは、STEM像中の粒子に外接する長方形の1辺の長さを指す。前記フェレ径としては、個々の粒子について、最小フェレ径、最大フェレ径、および平均フェレ径(最小フェレ径と最大フェレ径の平均値)の少なくとも1つを求めることが好ましい。また、後述するように析出物の特性X線分析を行う場合には、その際に分析を行う位置(例えば、各粒子状領域の重心位置)を求めておくことが好ましい。 The particulate region included in the STEM image analyzed as described above is considered to be a precipitate. Therefore, the size of each particulate region, that is, the size of the precipitate particles is evaluated next. Examples of the size include a ferret diameter and a circle-equivalent diameter, and it is preferable to determine one or both of these. Here, the ferret diameter refers to the length of one side of a rectangle circumscribing the particles in the STEM image. As the ferret diameter, it is preferable to obtain at least one of a minimum ferret diameter, a maximum ferret diameter, and an average ferret diameter (an average value of the minimum ferret diameter and the maximum ferret diameter) for each particle. Moreover, when performing the characteristic X-ray analysis of the precipitate as described later, it is preferable to obtain the position (for example, the position of the center of gravity of each particulate region) at which the analysis is performed.
上記のようにして解析された粒子状の領域を次の粒度分布評価工程における評価対象とする。その際、STEM像に含まれるすべての粒子状領域を評価対象とすることもできるが、以下に述べるように、粒径およびアスペクト比の一方または両方に基づいて、評価対象とする粒子を選別することもできる。 The particulate region analyzed as described above is set as an evaluation target in the next particle size distribution evaluation step. At this time, all the particulate regions included in the STEM image can be evaluated, but as described below, the particles to be evaluated are selected based on one or both of the particle size and the aspect ratio. You can also.
すなわち、上述のようにSTEM像をコントラストに基づいて解析することにより析出物を判別することができるが、条件によっては析出物ではないものやノイズなどが析出物と同程度のコントラストで像中に観察される場合がある。例えば、エッチング後の金属材料表面には、析出物以外に結晶粒界、表面の凹凸、研磨疵等が存在し、それらがレプリカ試料に転写される場合がある。これらはSTEM像においてコントラストとして観察されるため、二値化処理で取り除くことができずノイズとなる。 That is, as described above, it is possible to discriminate the precipitate by analyzing the STEM image based on the contrast, but depending on the conditions, a non-precipitate or noise or the like is present in the image with the same degree of contrast as the precipitate. May be observed. For example, on the surface of the metal material after etching, there are crystal grain boundaries, surface irregularities, polishing wrinkles, and the like in addition to precipitates, which may be transferred to a replica sample. Since these are observed as contrasts in the STEM image, they cannot be removed by the binarization process and become noise.
そこで、粒径やアスペクト比に基づいて、析出物ではないと考えられる粒子状領域を評価対象から除外することにより、粒度分布の精度をさらに向上させることができる。また、後述するように個々の粒子の特性X線スペクトルを評価する場合には、該特性X線スペクトルに基づいて粒子が析出物であるか否かを判別することができるが、ノイズが多い場合には特性X線スペクトルの測定に要する時間が増大し、測定効率が低下する。そこで、事前に粒径やアスペクト比によって評価対象とする粒子を選別しておくことにより、特性X線スペクトルの評価にかかる時間を短縮することができる。 Therefore, the accuracy of the particle size distribution can be further improved by excluding the particulate region that is not considered to be a precipitate from the evaluation target based on the particle size and the aspect ratio. As will be described later, when evaluating the characteristic X-ray spectrum of each particle, it can be determined whether or not the particle is a precipitate based on the characteristic X-ray spectrum. In this case, the time required for measurement of the characteristic X-ray spectrum increases, and the measurement efficiency decreases. Therefore, by selecting the particles to be evaluated based on the particle diameter and aspect ratio in advance, the time required for evaluating the characteristic X-ray spectrum can be shortened.
[粒径に基づく選別]
粒径に基づく選別を行う場合には、STEM像に含まれる粒子状領域のうち、粒径が所定の条件を満たすものを評価対象とし、それ以外のものを評価対象から除外する。例えば、STEM像中の粒子状領域のうち、粒径(例えば、平均フェレ径)が所定の閾値以上のものを評価対象とすればよい。前記閾値は、評価対象とする材料などに応じて決定する。
[Sorting based on particle size]
When performing selection based on the particle size, among the particulate regions included in the STEM image, those having a particle size satisfying a predetermined condition are set as evaluation targets, and other regions are excluded from the evaluation targets. For example, out of the particulate regions in the STEM image, those having a particle size (for example, an average ferret diameter) equal to or larger than a predetermined threshold may be set as an evaluation target. The threshold is determined according to the material to be evaluated.
[アスペクト比に基づく選別]
アスペクト比に基づく選別を行う場合には、STEM像に含まれる粒子状領域のうちアスペクト比が所定の条件を満たすものを評価対象とし、それ以外のものを評価対象から除外する。具体的には、STEM像中の粒子状領域のうち、アスペクト比が所定の閾値以下のものを評価対象とすることが好ましい。前記閾値は、金属材料の性状や析出物の形状等に依存するため、実際のSTEM像に基づいて適切に設定する必要がある。例えば、析出物のほとんどが球状に近い形状である場合(アスペクト比が1に近い場合)には、閾値を2〜6程度の範囲内で設定することで、ほとんどの析出物とノイズの識別が可能である。一方、板状や楕円形状に近い析出物を検出する必要がある場合には、閾値を8〜12程度の範囲内で設定する。なお、前記アスペクト比としては、(最大フェレ径/最小フェレ径)の値を用いることができる。
[Selection based on aspect ratio]
When sorting based on the aspect ratio is performed, the particulate regions included in the STEM image are set as evaluation targets when the aspect ratio satisfies a predetermined condition, and other regions are excluded from the evaluation targets. Specifically, it is preferable that an evaluation target is a particulate region in the STEM image whose aspect ratio is equal to or less than a predetermined threshold value. Since the threshold value depends on the properties of the metal material, the shape of the precipitates, and the like, it is necessary to appropriately set the threshold value based on the actual STEM image. For example, when most of the precipitates have a nearly spherical shape (when the aspect ratio is close to 1), by setting the threshold within a range of about 2 to 6, most of the precipitates can be distinguished from noise. Is possible. On the other hand, when it is necessary to detect precipitates close to a plate shape or an elliptical shape, the threshold value is set within a range of about 8-12. As the aspect ratio, a value of (maximum ferret diameter / minimum ferret diameter) can be used.
なお、レプリカ試料の析出物を担持する支持膜が平滑で、かつゴミや汚れ等が少なく、STEM像に観察さる粒子状領域が概ね析出物と判断できる場合には、STEM像に含まれるすべての粒子状領域を評価対象とすることもできる。 In addition, when the support film supporting the precipitate of the replica sample is smooth and has little dust, dirt, etc., and the particulate region observed in the STEM image can be determined to be almost a precipitate, all of the particles included in the STEM image Particulate regions can be evaluated.
(6)粒度分布取得工程
最後に、上記粒子解析工程において評価対象とされた粒子について、測定されたサイズに基づいて粒度分布を求める。例えば、個々の粒子のサイズ(例えば、平均フェレ径)をランク分けし、ランクごとの粒子数や存在分率を計算する。
(6) Particle size distribution acquisition process Finally, a particle size distribution is calculated | required based on the measured size about the particle | grains made into evaluation object in the said particle | grain analysis process. For example, the size of each particle (for example, the average ferret diameter) is ranked, and the number of particles and the existing fraction for each rank are calculated.
(第二の実施形態)
図4は、本発明の第二の実施形態における処理を示すフロー図である。本実施形態においては、上述した第一の実施形態の各工程に加えて、以下の工程を実施する。
(a)予備照射工程
(b)特性X線スペクトル取得工程
(c)スペクトル解析工程
なお、図4は、上記(a)〜(c)の各工程を行う場合を示しているが、(a)予備照射工程のみを行って、(b)特性X線スペクトル取得工程および(c)スペクトル解析工程を行わないこともできる。また、反対に、(a)予備照射工程を行わず、(b)特性X線スペクトル取得工程および(c)スペクトル解析工程を行うこともできる。以下、各工程について説明する。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a flowchart showing processing in the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the following steps are performed in addition to the steps of the first embodiment described above.
(A) Pre-irradiation step (b) Characteristic X-ray spectrum acquisition step (c) Spectrum analysis step FIG. 4 shows the case where the above steps (a) to (c) are performed. It is also possible to perform only the preliminary irradiation step and not perform the (b) characteristic X-ray spectrum acquisition step and (c) the spectrum analysis step. Conversely, (a) the preliminary irradiation step is not performed, and (b) a characteristic X-ray spectrum acquisition step and (c) a spectrum analysis step can be performed. Hereinafter, each step will be described.
(a)予備照射工程
電子顕微鏡による観察を行う場合、電子顕微鏡内の雰囲気由来のハイドロカーボンなどが試料上の電子線照射位置に堆積することにより試料の汚染(コンタミネーション)が起きる場合がある。試料が汚染されると、該汚染がSTEM像において析出物のように見える場合がある。また、汚染がひどい場合には、析出物がコンタミネーションの膜に覆われて十分なコントラスト差が得られなくなり、解析が困難となる場合がある。また、電子顕微鏡による観察においては、試料のドリフトにより精度が低下することがある。本発明において対象とする粒径1μm以下の微細な析出物の測定においては、これらの悪影響が特に顕著である。
(A) Pre-irradiation process When observation is performed with an electron microscope, contamination of the sample (contamination) may occur when hydrocarbons derived from the atmosphere in the electron microscope are deposited on the electron beam irradiation position on the sample. When a sample is contaminated, the contamination may appear as a precipitate in the STEM image. In addition, when the contamination is severe, the precipitate is covered with a contamination film, and a sufficient contrast difference cannot be obtained, which may make analysis difficult. Further, in observation with an electron microscope, accuracy may be reduced due to sample drift. These adverse effects are particularly remarkable in the measurement of fine precipitates having a particle size of 1 μm or less, which is the subject of the present invention.
そこで、走査電子像を取得する観察工程の前に、レプリカ試料の測定領域の表面にデフォーカスさせた一次電子線を照射する予備照射を600秒以上行うことが好ましい。これにより、上記コンタミネーションやドリフトによる悪影響を抑制し、粒度分布の精度をさらに向上させることができる。前記予備照射工程における照射時間が600秒未満であるとコンタミネーションやドリフトを十分に抑制することができない。照射時間の上限は特にないが、作業効率および効果の観点から、3000秒以下とすることが好ましい。なお、予備照射工程における加速電圧は特に制限されないが、例えば、観察工程における加速電圧と同様としておけばよい。 Therefore, it is preferable to perform preliminary irradiation for 600 seconds or more to irradiate the primary electron beam defocused on the surface of the measurement region of the replica sample before the observation step of acquiring the scanning electron image. Thereby, the bad influence by the said contamination and drift can be suppressed, and the precision of a particle size distribution can further be improved. If the irradiation time in the preliminary irradiation step is less than 600 seconds, contamination and drift cannot be sufficiently suppressed. Although there is no particular upper limit on the irradiation time, it is preferably set to 3000 seconds or less from the viewpoint of work efficiency and effects. The acceleration voltage in the preliminary irradiation process is not particularly limited, but may be the same as the acceleration voltage in the observation process, for example.
(b)特性X線スペクトル取得工程
金属材料中には成分が異なる析出物が複数種類存在し、析出物の種類ごとに粒度分布を評価したい場合がある。また試料表面のゴミや汚染物質がレプリカ試料に取り込まれ、析出物と区別する必要が生じる場合がある。このようなケースでは、粒子解析工程の後、評価対象とされた粒子のそれぞれに電子線を照射して発生する特性X線スペクトルを取得する特性X線スペクトル取得工程と、得られた特性X線スペクトルを解析するスペクトル解析工程をさらに設けることが望ましい。
(B) Characteristic X-ray spectrum acquisition process There are cases where a plurality of types of precipitates having different components exist in the metal material, and it is desired to evaluate the particle size distribution for each type of precipitate. In addition, dust and contaminants on the sample surface may be taken into the replica sample and may need to be distinguished from precipitates. In such a case, after the particle analysis step, a characteristic X-ray spectrum acquisition step for acquiring a characteristic X-ray spectrum generated by irradiating each particle to be evaluated with an electron beam, and the obtained characteristic X-ray It is desirable to further provide a spectrum analysis step for analyzing the spectrum.
まず、特性X線スペクトル取得工程においては、STEM像中に観察される粒子に一次電子線を照射し、発生する特性X線のスペクトルを電子顕微鏡に搭載したX線分光装置を用いて取得する。一次電子線を照射する位置は、個々の粒子の内部であれば特に限定されないが、例えば、各粒子の重心位置とすることができる。また、前記X線分光装置としては、分光結晶を用いる波長分散型X線分光装置(WDS)や半導体によりX線エネルギーを分光するエネルギー分散型分光装置(EDS)などを用いることができる。測定効率の点では、より検出感度の高いEDSを用いることが好ましい。特性X線スペクトルの測定条件は、測定対象となる析出物などに応じて設定すればよい。 First, in the characteristic X-ray spectrum acquisition step, the particles observed in the STEM image are irradiated with a primary electron beam, and the generated characteristic X-ray spectrum is acquired using an X-ray spectroscopic device mounted on an electron microscope. Although the position which irradiates a primary electron beam will not be specifically limited if it is inside each particle | grain, For example, it can be set as the gravity center position of each particle | grain. As the X-ray spectrometer, a wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDS) using a spectroscopic crystal, an energy dispersive spectrometer (EDS) that separates X-ray energy using a semiconductor, or the like can be used. In terms of measurement efficiency, it is preferable to use EDS with higher detection sensitivity. What is necessary is just to set the measurement conditions of a characteristic X-ray spectrum according to the deposit etc. which become a measuring object.
図5は、析出物の特性X線スペクトルの一例を示す図であり、具体的には、図2中の破線で囲った析出物に電子線を照射して得たものである(Niはメッシュの材質)。このように、粒径が5nm程度の微細な析出物であっても特性X線スペクトルを測定することが可能であり、得られた特性X線スペクトルから析出物に含まれる元素を同定することができる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a characteristic X-ray spectrum of a precipitate, and specifically, is obtained by irradiating the precipitate surrounded by a broken line in FIG. 2 with an electron beam (Ni is a mesh). Material). Thus, even a fine precipitate having a particle size of about 5 nm can be measured for a characteristic X-ray spectrum, and an element contained in the precipitate can be identified from the obtained characteristic X-ray spectrum. it can.
(c)スペクトル解析工程
次いで、得られた特性X線スペクトルを解析する。特性X線スペクトルから得られる情報は、任意の方法に利用することができるが、具体例を以下に挙げる。
(C) Spectrum analysis process Next, the obtained characteristic X-ray spectrum is analyzed. Information obtained from the characteristic X-ray spectrum can be used in any method, and specific examples are given below.
[析出物の判別]
特性X線スペクトルに基づいて個々の粒子が析出物であるか否かを判断することができる。すなわち、特性X線スペクトルにより個々の粒子に含まれる元素が分かるため、その情報に基づいて当該粒子が析出物であるか否かを判断できる。析出物でないと判断された粒子を、粒度分布を評価する際の評価対象から除外することにより、粒度分布をさらに精度良く求めることができる。
[Determination of precipitates]
Based on the characteristic X-ray spectrum, it can be determined whether or not each particle is a precipitate. That is, since the element contained in each particle is known from the characteristic X-ray spectrum, it can be determined whether or not the particle is a precipitate based on the information. By excluding particles determined not to be precipitates from the evaluation target when evaluating the particle size distribution, the particle size distribution can be obtained with higher accuracy.
[析出物の分類]
成分が異なる析出物が複数種類存在する場合には、特性X線スペクトルに基づいて、各粒子をその成分ごとに複数の群に分類することができる。したがって、前記粒度分布取得工程において、前記群ごとに粒度分布を取得すれば、成分の異なる析出物それぞれの粒度分布を独立して評価することができる。
[Classification of precipitates]
When multiple types of precipitates having different components exist, each particle can be classified into a plurality of groups for each component based on the characteristic X-ray spectrum. Therefore, in the particle size distribution acquisition step, if the particle size distribution is acquired for each group, the particle size distributions of the precipitates having different components can be independently evaluated.
上記析出物であるか否かの判別と、析出物の分類は、いずれか一方のみを行ってもよく、両方を行ってもよい。 Only one or both of the determination of whether or not it is the precipitate and the classification of the precipitate may be performed.
上記何れの場合においても、析出物の判別や分類には、特性X線スペクトルの強度や定量値を用いることができる。例えば、上記特性X線スペクトル取得工程における測定条件と同様の条件で予め析出物の特性X線スペクトルを測定し、元素分析しておき、その結果に基づいて析出物の判別や分類に用いる閾値を決定しておくことが好ましい。前記閾値として設定された特性X線の強度や成分の含有率に基づいて、上記特性X線スペクトル取得工程で得た特性X線スペクトルから、各粒子が析出物であるか否か、またはいかなる成分の析出物であるかを解析することができる。なお、得られる特性X線の強度は粒径にも依存することから、観察視野内で最小径に近い大きさの析出物を用いて閾値を設定することが望ましい。具体的には、観察視野内で最小径付近の大きさの析出物を10個から数十個程度選んでEDSによる元素組成の分析を行ない、得られた分析結果から代表値(例えば平均値など)を算出する。これを粒子解析を行なう際の閾値として設定しても構わないが、自動分析においてはステージの移動に伴いドリフトが発生するため、手動分析を行なった場合よりも析出物から得られる特性X線の量は少なくなるのが通常である。これを考慮し、前記代表値に0.3〜0.8程度の係数を乗じたものを、閾値として設定することが好ましい。 In any of the above cases, the intensity or quantitative value of the characteristic X-ray spectrum can be used for the discrimination and classification of the precipitate. For example, the characteristic X-ray spectrum of the precipitate is measured in advance under the same conditions as the measurement conditions in the characteristic X-ray spectrum acquisition step, elemental analysis is performed, and the threshold value used for the determination and classification of the precipitate is based on the result. It is preferable to decide. Based on the characteristic X-ray intensity and component content set as the threshold, whether or not each particle is a precipitate from the characteristic X-ray spectrum obtained in the characteristic X-ray spectrum acquisition step, or any component Can be analyzed. In addition, since the intensity | strength of the characteristic X-ray obtained also depends on a particle size, it is desirable to set a threshold value using the precipitate of the magnitude | size close | similar to the minimum diameter within an observation visual field. Specifically, about 10 to several tens of precipitates having a size near the minimum diameter are selected in the observation field, and the element composition is analyzed by EDS. ) Is calculated. This may be set as a threshold for particle analysis, but in automatic analysis, drift occurs with the movement of the stage. Therefore, the characteristic X-rays obtained from the precipitates are higher than in the case of manual analysis. Usually the amount is reduced. In consideration of this, it is preferable to set the threshold value by multiplying the representative value by a coefficient of about 0.3 to 0.8.
(鋼板の製造方法)
次に、本発明のもう一つの実施形態である鋼板の製造方法について説明する。
(Steel plate manufacturing method)
Next, the manufacturing method of the steel plate which is another embodiment of this invention is demonstrated.
先述したように、鋼中に存在する微細な析出物は、粒界や転位の移動に対するピニング力等を介して、鋼板の諸特性に影響を及ぼす。析出物の析出状態は、鋼板の製造過程における熱処理条件に依存することから、最終的に得られる鋼板の特性が良好となるように、熱処理条件を決定することが考えられる。しかし、実際の鋼板の特性は、析出物だけでなく他の様々な要因の影響を受けるため、最終的な鋼板の特性のみを指標として熱処理工程における最適なヒートパターンを決定することは難しい。 As described above, fine precipitates existing in the steel affect various properties of the steel sheet through the pinning force against the movement of the grain boundaries and dislocations. Since the precipitation state of the precipitate depends on the heat treatment conditions in the manufacturing process of the steel sheet, it is conceivable to determine the heat treatment conditions so that the properties of the finally obtained steel sheet are improved. However, since the actual characteristics of the steel sheet are affected not only by the precipitates but also by various other factors, it is difficult to determine the optimum heat pattern in the heat treatment process using only the characteristics of the final steel sheet as an index.
そこで、様々なヒートパターンで製造した鋼板における微細析出物の生成状態を、上記析出物の粒度分布評価方法を用いて評価した結果、同じヒートパターンで作製した鋼板では、析出の粒度分布が高い再現性で一致することが分かった。また、析出物の粒度分布から求められる析出物のメジアン粒径が、熱処理温度に対して敏感に変化することが確認できた。この結果は、上記粒度分布の評価方法を利用することにより、得られた粒度分布を直接の指標として、鋼板の製造におけるヒートパターンの適正化を効果的に行えることを示している。したがって、上記鋼板の製造方法は、方向性電磁鋼板など、析出物を活用する各種の鋼板を製造するうえで極めて有効である。 Therefore, as a result of evaluating the formation state of fine precipitates in steel plates manufactured with various heat patterns using the above-mentioned precipitate particle size distribution evaluation method, the steel particles produced with the same heat pattern have a high reproduction particle size distribution. It was found that there was a match in gender. It was also confirmed that the median particle size of the precipitate obtained from the particle size distribution of the precipitate changes sensitively with respect to the heat treatment temperature. This result shows that by using the particle size distribution evaluation method, the heat pattern can be effectively optimized in the production of the steel sheet using the obtained particle size distribution as a direct index. Therefore, the manufacturing method of the said steel plate is very effective when manufacturing the various steel plates which utilize precipitates, such as a grain-oriented electrical steel plate.
例えば、ある鋼板の製造工程において、上記析出物の粒度分布を用いて粒度分布を評価したところ、熱処理温度を10℃上昇させることにより、約3nmの平均粒子径の増加と、粒度の分布幅の拡大が確認された。このような測定結果を利用することで、熱処理温度と析出物生成状態、および鋼板の材質の関係を明確化できるため、実際の鋼板の製造プロセスにおける製造条件をより高い精度で決定することができる。 For example, in the manufacturing process of a certain steel sheet, when the particle size distribution was evaluated using the particle size distribution of the precipitate, by increasing the heat treatment temperature by 10 ° C., an increase in the average particle size of about 3 nm and the distribution width of the particle size Expansion was confirmed. By utilizing such measurement results, the relationship between the heat treatment temperature, the precipitate generation state, and the material of the steel sheet can be clarified, so that the manufacturing conditions in the actual steel sheet manufacturing process can be determined with higher accuracy. .
そこで、本発明の一実施形態においては、(A)上述した析出物の粒度分布評価方法を用いて、製造途中の鋼板における析出物の粒度分布を評価し、得られた粒度分布に基づいて、前記鋼板の製造における次工程以降の少なくとも1つの工程の製造条件を決定する。 Therefore, in one embodiment of the present invention, (A) using the precipitate particle size distribution evaluation method described above, the particle size distribution of precipitates in the steel sheet during production is evaluated, and based on the obtained particle size distribution, A manufacturing condition of at least one step after the next step in manufacturing the steel sheet is determined.
また、本発明の他の実施形態においては、(B)上述した析出物の粒度分布評価方法を用いて、製造途中の鋼板における析出物の粒度分布を評価し、得られた粒度分布に基づいて、前記鋼板より後に鋼板を製造する際の製造条件を決定する。 In another embodiment of the present invention, (B) the particle size distribution evaluation method for precipitates described above is used to evaluate the particle size distribution of precipitates in the steel sheet during production, and based on the obtained particle size distribution. The manufacturing conditions for manufacturing the steel plate after the steel plate are determined.
上記(A)および(B)のいずれの実施形態においても、粒度分布の評価結果に基づいて製造条件を決定することができる。中でも、粒度分布の評価結果に基づいて、熱処理工程における製造条件(熱処理条件、ヒートパターンともいう)を決定することが好ましい。 In any of the above embodiments (A) and (B), the production conditions can be determined based on the evaluation result of the particle size distribution. Among them, it is preferable to determine manufacturing conditions (also referred to as heat treatment conditions or heat patterns) in the heat treatment step based on the evaluation result of the particle size distribution.
上記製造条件の決定においては、上記粒度分布評価方法によって得られた、粒度分布に関する情報であれば、任意のものを用いることができるが、中でも、メジアン径または粒度分布の幅を用いることが好ましい。特に、析出物の大きさは結晶粒の成長性に影響を与えるため、メジアン径は、その後の製造条件を決定する指標として極めて有効である。 In the determination of the production conditions, any information can be used as long as it is information on the particle size distribution obtained by the particle size distribution evaluation method. Among these, it is preferable to use the median diameter or the width of the particle size distribution. . In particular, since the size of the precipitate affects the growth of crystal grains, the median diameter is extremely effective as an index for determining subsequent manufacturing conditions.
例えば、上記(A)の実施形態においては、製造工程の途中段階における鋼板における析出物の粒度分布を測定し、その結果に基づいて、以降の製造条件を決定する。すなわち、製造途中における析出物の状態を評価した結果に基づいた、フィードフォワード制御により、後の工程における製造条件を調整することができる。 For example, in the embodiment of the above (A), the particle size distribution of precipitates in the steel sheet in the middle stage of the manufacturing process is measured, and the subsequent manufacturing conditions are determined based on the result. That is, the production conditions in the subsequent steps can be adjusted by feedforward control based on the result of evaluating the state of precipitates during production.
また、上記(B)の実施形態においては、予め1または2以上の鋼板を製造し、その製造途中に行った粒度分布の評価結果に基づいて、前記鋼板より後に鋼板を製造する際の製造条件を決定することができる。 In the embodiment (B), one or more steel plates are manufactured in advance, and the manufacturing conditions for manufacturing the steel plate after the steel plate based on the evaluation result of the particle size distribution performed during the manufacturing process. Can be determined.
具体的には、予め幾つかの熱処理温度で作製した鋼板中に存在する析出物について、ある工程において、発明法によりメジアン径を求める。以降の工程について条件を変更することなく最終製品まで製造を行ない、品質の良否を調査することにより、適切な析出物の生成状態を求めておく。結晶粒は様々な条件によって変化する可能性があるが、調査の結果、析出物の生成状態は熱処理条件に強く依存するので、予め求めた析出物のメジアン径と品質の相関をもとに、適切な製造条件(例えば熱処理条件・範囲等)を決定し、実際に工場における製造条件として適用することが可能である。 Specifically, for a precipitate existing in a steel plate previously prepared at several heat treatment temperatures, a median diameter is obtained by an inventive method in a certain step. For the subsequent steps, the final product is manufactured without changing the conditions, and the quality of the precipitate is determined by investigating the quality. The crystal grains may vary depending on various conditions, but as a result of the investigation, the formation state of the precipitates strongly depends on the heat treatment conditions, so based on the correlation between the median diameter of the precipitates obtained in advance and the quality, Appropriate manufacturing conditions (for example, heat treatment conditions / range, etc.) can be determined and actually applied as manufacturing conditions in a factory.
また、本発明による粒度分布測定では、分布幅も評価することができる。特に、分布幅が通常よりも広くなったり、分布形状が二山化したりする場合には、場所によって析出物の生成状態が不均一化していることが考えられる。この場合、特性に悪影響を与える可能性も考えられることから、例えば析出物生成状態を均一化するべく、熱処理工程における処理時間を長くする対策などが考えられる。 In the particle size distribution measurement according to the present invention, the distribution width can also be evaluated. In particular, when the distribution width is wider than usual or the distribution shape is doubled, it is conceivable that the precipitate generation state is uneven depending on the location. In this case, since there is a possibility that the characteristics are adversely affected, for example, a measure for increasing the processing time in the heat treatment step may be considered in order to make the precipitate generation state uniform.
本発明の他の実施形態においては、上記析出物の粒度分布評価方法を用いて、製造途中の鋼板における析出物の粒度分布を評価し、得られた粒度分布に基づいて次工程以降の製造を行なうか否かを判定する。 In another embodiment of the present invention, the particle size distribution evaluation method for the precipitates is used to evaluate the particle size distribution of the precipitates in the steel sheet in the process of manufacture, and the subsequent steps are manufactured based on the obtained particle size distribution. Determine whether or not to do so.
鋼板の製造においては、外乱要因や設備異常等により析出物の粒度分布が大きく変動してしまう場合がある。そこで、製造途中の鋼板における析出物の粒度分布を評価し、その結果に基づいて、次工程以降の製造を行なうか否かを判定する、言い換えれば、当該鋼板の製造を中断するかどうかを決定することができる。例えば、その時点以降の工程における製造条件を調整しても析出物の粒度分布を最適化することが難しい程度にまで析出物状態が変化してしまった場合には、当該鋼板については、以降の工程を行なわない。これにより、不要なコストの発生を防ぐことができる。 In the production of steel sheets, the particle size distribution of precipitates may fluctuate greatly due to disturbance factors or equipment abnormalities. Therefore, the particle size distribution of precipitates in the steel sheet in the middle of production is evaluated, and based on the result, it is determined whether or not to perform the subsequent process, in other words, whether or not the production of the steel sheet is interrupted. can do. For example, if the precipitate state has changed to such an extent that it is difficult to optimize the particle size distribution of the precipitate even if the manufacturing conditions in the process after that point are adjusted, The process is not performed. Thereby, generation | occurrence | production of an unnecessary cost can be prevented.
以上のように、本発明の鋼板の製造方法によれば、熱処理温度の適正化や製造工程における歩留まりの向上などにより、安価・安定に鋼板を製造することが可能となる。 As described above, according to the steel sheet manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a steel sheet inexpensively and stably by optimizing the heat treatment temperature and improving the yield in the manufacturing process.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to the following examples at all.
<実施例1>
以下に述べる手順で鋼板を製造し、上述した第二の実施形態の方法により析出物の粒度分布を評価した。
<Example 1>
A steel plate was manufactured according to the procedure described below, and the particle size distribution of the precipitate was evaluated by the method of the second embodiment described above.
(鋼板の製造)
質量%で、
C :0.06%、
Si:3.0%、
Mn:0.12%、および
S :0.015%、
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを、真空溶解炉で溶製し、常法に従って製造した。次いで、前記鋼スラブを1400℃に加熱した後、熱間圧延して、板厚2.5mmの熱延板とした。前記熱延板に対し、1000℃×60秒の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延により1.5mmの中間板厚とし、1050℃×60秒の中間焼鈍を施した後、仕上冷間圧延を行い板厚0.23mmの冷延板に仕上げた。次いで、55vol%H2−45vol%N2の湿潤雰囲気下で850℃×150秒の脱炭を兼ねた再結晶焼鈍を施して再結晶焼鈍板とした。
(Manufacture of steel sheets)
% By mass
C: 0.06%,
Si: 3.0%,
Mn: 0.12%, and S: 0.015%,
A steel slab having a composition comprising a balance of Fe and inevitable impurities is melted in a vacuum melting furnace and manufactured according to a conventional method. Next, the steel slab was heated to 1400 ° C. and then hot-rolled to obtain a hot-rolled sheet having a thickness of 2.5 mm. The hot-rolled sheet was subjected to hot-rolled sheet annealing at 1000 ° C. for 60 seconds, then subjected to cold rolling to an intermediate sheet thickness of 1.5 mm, subjected to intermediate annealing at 1050 ° C. for 60 seconds, and then finish cooling Cold rolling was performed to obtain a cold-rolled sheet having a thickness of 0.23 mm. Next, recrystallization annealing was performed in a humid atmosphere of 55 vol% H 2 -45 vol% N 2 , which also served as decarburization at 850 ° C. for 150 seconds, to obtain a recrystallization annealed plate.
(レプリカ試料の作製)
得られた再結晶焼鈍板から10mm角の鋼片を採取し、該鋼片の一方の表面から中心層までを研磨で減厚し、鏡面研磨した後、さらに10%AA系電解液を用いてエッチングを行った。前記エッチング後、2段レプリカ法にて中心層からレプリカ試料を作製した。有機被膜としてはアセチルセルロースを、支持膜を構成する導電性物質としてはカーボンを用いた。また、試料メッシュとしては市販のCuメッシュ(メッシュサイズ:150μm)を使用した。
(Preparation of replica sample)
A 10 mm square steel piece was collected from the obtained recrystallized annealing plate, the thickness from one surface of the steel piece to the central layer was reduced by polishing, and mirror-polished, and further using a 10% AA-based electrolyte. Etching was performed. After the etching, a replica sample was produced from the center layer by a two-stage replica method. Acetylcellulose was used as the organic coating, and carbon was used as the conductive material constituting the support membrane. As a sample mesh, a commercially available Cu mesh (mesh size: 150 μm) was used.
(観察)
得られたレプリカ試料の表面を電子顕微鏡で観察してSTEM像を得た。観察条件は、加速電圧:30kV、観察倍率:50,000倍とし、STEM−明視野像を取得した。なお、観察に先立って、レプリカ試料の測定領域全域に対して、デフォーカスさせた電子線を加速電圧30kVで1800秒間照射する予備照射を実施した。また、他の実施例においても特に断らない限り、実施例1と同様の条件で予備照射を実施した。
(Observation)
The surface of the obtained replica sample was observed with an electron microscope to obtain a STEM image. The observation conditions were acceleration voltage: 30 kV, observation magnification: 50,000 times, and a STEM-bright field image was acquired. Prior to the observation, preliminary irradiation was performed on the entire measurement region of the replica sample by irradiating a defocused electron beam at an acceleration voltage of 30 kV for 1800 seconds. Further, in other examples, preliminary irradiation was performed under the same conditions as in Example 1 unless otherwise specified.
(解析)
次いで、得られたSTEM像を粒子解析し、各測定視野において取得したSTEM−明視野像について予め設定した閾値よりも暗い領域の平均フェレ径およびアスペクト比を求めた。なお、粒界腐食や粒内のピット等による凹凸のため、析出物以外のコントラストが多かったことから、各領域のうち、平均フェレ径が10nm以上かつアスペクト比が10以下の領域を評価対象とした。
(analysis)
Subsequently, the obtained STEM image was subjected to particle analysis, and an average ferret diameter and an aspect ratio of an area darker than a preset threshold value were obtained for the STEM-bright field image acquired in each measurement field. In addition, because of the unevenness due to intergranular corrosion and pits in the grains, there was a lot of contrast other than precipitates, so out of each region, the region having an average ferret diameter of 10 nm or more and an aspect ratio of 10 or less was evaluated. did.
(特性X線スペクトル)
さらに、上記工程で評価対象とされた領域のそれぞれを、1領域あたり2秒ずつEDSで分析して特性X線スペクトルを得た。次いで、得られた特性X線スペクトルに基づいて、各領域が析出物であるか否かを判断し、析出物でないと判断された領域を評価対象から除外した。
(Characteristic X-ray spectrum)
Further, each of the regions to be evaluated in the above process was analyzed by EDS for 2 seconds per region to obtain a characteristic X-ray spectrum. Next, based on the obtained characteristic X-ray spectrum, it was determined whether or not each region was a precipitate, and the region determined not to be a precipitate was excluded from the evaluation target.
なお、本実施例において用いた鋼板中に存在する代表的な析出物がMnSであることから、上記析出物であるか否かの判断には、Sの特性X線強度を指標として用いた。すなわち、Sの特性X線強度が予め定めた閾値以上である領域を析出物と判定した。 In addition, since the typical precipitate which exists in the steel plate used in a present Example is MnS, the characteristic X-ray intensity of S was used as a parameter | index for judgment whether it is the said precipitate. That is, a region where the characteristic X-ray intensity of S is equal to or greater than a predetermined threshold value is determined as a precipitate.
上記閾値は以下の手順で決定した。まず、予め観察視野内において確認される析出物のうち、粒径の小さい析出物(15〜20nm程度)20個を手動でEDS分析し、Sの特性X線強度を測定した。次いで、得られた特性X線強度の平均値を算出し、その50%を閾値とした。 The threshold value was determined by the following procedure. First, 20 precipitates having a small particle size (about 15 to 20 nm) among the precipitates confirmed in the observation field in advance were manually subjected to EDS analysis, and the characteristic X-ray intensity of S was measured. Next, an average value of the obtained characteristic X-ray intensities was calculated, and 50% thereof was set as a threshold value.
(粒度分布)
最終的に評価対象とされた領域、すなわち、析出物であると判定された領域を対象とし、上述したSTEM像の解析で得た情報を用いて析出物の粒度分布(個数基準の頻度分布)を求めた。得られた結果を図6に示す(曲線a)。なお、測定の再現性および代表性確保の観点から、測定領域の面積は5×103μm2とした。
(Particle size distribution)
For the region finally evaluated, that is, the region determined to be a precipitate, the particle size distribution of the precipitate (number-based frequency distribution) using the information obtained by the analysis of the STEM image described above. Asked. The obtained result is shown in FIG. 6 (curve a). Note that the area of the measurement region was set to 5 × 10 3 μm 2 from the viewpoint of ensuring measurement reproducibility and representativeness.
<比較例1>
次に、比較のためにSEMによる粒度分布の評価を、以下の手順で行った。まず、上記実施例1でレプリカ試料を作製するための鋼片を採取した位置の近傍から試験片を採取し、表面のスケール等を機械・化学研磨して除去したのち、上記実施例1と同様の方法で、試験片の一方の表面から中心層までを研磨で減厚し、鏡面研磨した。次いで、A3電解液中で電解エッチングし、エッチングした鋼板表面を観察・測定面とした。前記試料をSEMで加速電圧30kVで観察し、得られた二次電子像を解析して粒度分布を評価した。得られた結果を図6に示す(曲線b)。なお、測定領域の面積は実施例1と同様の5×103μm2とした。
<Comparative Example 1>
Next, for comparison, particle size distribution was evaluated by SEM according to the following procedure. First, a test piece is collected from the vicinity of a position where a steel piece for producing a replica sample in Example 1 is collected, and the surface scale and the like are removed by mechanical and chemical polishing, and then the same as in Example 1 above. By this method, the thickness from one surface of the test piece to the center layer was reduced by polishing and mirror-polished. Next, electrolytic etching was performed in an A3 electrolytic solution, and the etched steel sheet surface was used as an observation / measurement surface. The sample was observed with an SEM at an acceleration voltage of 30 kV, and the obtained secondary electron image was analyzed to evaluate the particle size distribution. The obtained result is shown in FIG. 6 (curve b). The area of the measurement region was 5 × 10 3 μm 2 as in Example 1.
図6に示した結果を見ると、実施例1で得た粒度分布(曲線a)では、最頻値が約35nmであり、10nm〜60nmの範囲に析出物の分布がみられる。これに対し、比較例1においてSEM−二次電子像から求めた比較例の粒度分布(曲線b)では、最頻値が約50nmであり、粒径が50nm未満の領域では析出物の個数が急激に少なくなっている。この結果から、SEM−二次電子像に基づく方法では、粒径50nm未満の析出物の評価は不可能であることがわかる。また、実施例1では粒径50nm以上の粒子がほとんど観察されていないのに対して、比較例1では粒径50nm〜100nm付近の範囲における分布頻度が高くなっており、本発明の方法に比べて粒径が大き目に評価されている。これは、SEMを用いた方法ではエッチングにより析出物周囲のマトリックスに窪みが生じ、この窪みによるコントラストが二値化像に影響しためであると考えられる。 When the result shown in FIG. 6 is seen, in the particle size distribution (curve a) obtained in Example 1, the mode value is about 35 nm, and the distribution of precipitates is observed in the range of 10 nm to 60 nm. On the other hand, in the particle size distribution (curve b) of the comparative example obtained from the SEM-secondary electron image in Comparative Example 1, the mode value is about 50 nm, and the number of precipitates is in the region where the particle size is less than 50 nm. It is rapidly decreasing. From this result, it is understood that the evaluation based on the SEM-secondary electron image cannot evaluate the precipitate having a particle size of less than 50 nm. Further, in Example 1, particles having a particle size of 50 nm or more are hardly observed, whereas in Comparative Example 1, the distribution frequency in the range of the particle size of 50 nm to 100 nm is high, which is higher than that of the method of the present invention. Therefore, the particle size is highly evaluated. This is considered to be because, in the method using SEM, a depression is generated in the matrix around the precipitate due to etching, and the contrast caused by this depression affects the binarized image.
<比較例2>
さらに、比較のためにフィールドフローフラクショネーション(FFF)法による粒度分布の評価を行った。具体的には、実施例1で用いたものと同じ鋼板を大きさ30mm×40mmに切断した後、10%−AA系電解液にて電解抽出した析出物のスラリーを用い、FFF法によって粒度分布を評価した。合計2回の測定を行った結果を図7に示す(1回目:曲線a、2回目:曲線b)。なお、マーカーとして粒径100nmおよび粒径250nmのAuコロイド粒子を用いて同条件で測定を行った結果を図7に合わせて示す(曲線c)。
<Comparative Example 2>
For comparison, the particle size distribution was evaluated by the field flow fractionation (FFF) method. Specifically, the same steel plate as used in Example 1 was cut into a size of 30 mm × 40 mm, and then a precipitate slurry electrolytically extracted with a 10% -AA electrolyte was used, and the particle size distribution was determined by the FFF method. Evaluated. FIG. 7 shows the results of the measurement performed twice in total (first time: curve a, second time: curve b). The results of measurement under the same conditions using Au colloidal particles with a particle size of 100 nm and a particle size of 250 nm as markers are shown in FIG. 7 (curve c).
FFF法では、スラリー中の析出物粒子のうち粒径の小さい方から逐次的にカラム外に排出される。粒径の基準として導入した金コロイド粒子(曲線c)の排出時間と対比すると、曲線a、bにおける析出物の大きさは90nm程度が中心であると考えられる。しかしながら、先述したように、この試料中に存在する析出物の大きさは20〜40nmが中心であり、FFF法による測定では、粒径が実際よりも大きく評価されることが分かる。これは、スラリーとしてカラムに導入した析出物が、カラム内で凝集してしまったためであると考えられる。種々の溶液を用いて適正な測定条件を探索したが、析出物を凝集させることなく保持した分散液を用いると、サイズ分離を行なうカラム内にて析出物がメンブレンフィルタに吸着されてしまい、反対に吸着の無い溶液系を用いた場合には析出物の凝集が発現し、いずれも確からしい結果を得ることはできなかった。 In the FFF method, the precipitate particles in the slurry are sequentially discharged out of the column from the smaller particle size. When compared with the discharge time of the colloidal gold particles (curve c) introduced as a standard for the particle size, the size of the precipitates in the curves a and b is considered to be about 90 nm. However, as described above, the size of the precipitates present in the sample is mainly 20 to 40 nm, and it can be seen that the particle size is evaluated to be larger than the actual size by the measurement by the FFF method. This is considered to be because the precipitate introduced into the column as a slurry has aggregated in the column. We searched for appropriate measurement conditions using various solutions, but using a dispersion that retained the precipitates without agglomerating them caused the precipitates to be adsorbed by the membrane filter in the column for size separation. When a solution system having no adsorption was used, the precipitates aggregated, and no reliable results could be obtained.
<実施例2>
以下に述べる手順で鋼板を製造し、上述した第二の実施形態の方法により析出物の粒度分布を評価した。
<Example 2>
A steel plate was manufactured according to the procedure described below, and the particle size distribution of the precipitate was evaluated by the method of the second embodiment described above.
(鋼板の製造)
質量%で、
C :0.1%、
Si:0.01%、
Mn:0.4%%、
P :0.01%、
S :0.001%%、
Ti:0.12%、
Al:0.04%、および
N :0.003%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを、真空溶解炉で溶製し、常法に従って製造した。次いで前記鋼スラブを熱間圧延し、さらに冷間圧延にて最終板厚:3mmに仕上げた後、最高温度:880℃で焼鈍した。得られた鋼板の表面スケールを機械・化学研磨で除去し、通常、電子顕微鏡観察にて行なう手順で二段レプリカ試料を作製した。有機被膜としてはアセチルセルロースを、支持膜を構成する導電性物質としてはカーボンを用いた。また、試料メッシュとしては市販のNiメッシュ(メッシュサイズ:150μm)を使用した。
(Manufacture of steel sheets)
% By mass
C: 0.1%,
Si: 0.01%
Mn: 0.4 %%,
P: 0.01%
S: 0.001%%,
Ti: 0.12%,
Al: 0.04%, and N: 0.003%
A steel slab having a composition comprising a balance of Fe and inevitable impurities is melted in a vacuum melting furnace and manufactured according to a conventional method. Next, the steel slab was hot-rolled and further finished by cold rolling to a final thickness of 3 mm, and then annealed at a maximum temperature of 880 ° C. The surface scale of the obtained steel sheet was removed by mechanical / chemical polishing, and a two-stage replica sample was produced by a procedure usually performed by observation with an electron microscope. Acetylcellulose was used as the organic coating, and carbon was used as the conductive material constituting the support membrane. A commercially available Ni mesh (mesh size: 150 μm) was used as the sample mesh.
得られたレプリカ試料の表面を電子顕微鏡で観察してSTEM像を得た。観察条件は、加速電圧:30kV、観察倍率:50,000倍とし、STEM−明視野像を取得した。 The surface of the obtained replica sample was observed with an electron microscope to obtain a STEM image. The observation conditions were acceleration voltage: 30 kV, observation magnification: 50,000 times, and a STEM-bright field image was acquired.
次いで、得られたSTEM像を粒子解析し、各測定視野において取得したSTEM−明視野像について予め設定した閾値よりも暗い領域の平均フェレ径およびアスペクト比を求めた。なお、粒界腐食や粒内のピット等による凹凸による析出物以外のコントラストも確認されたことから、各領域のうち、平均フェレ径が10nm以上の領域を評価対象とした。 Next, the obtained STEM image was subjected to particle analysis, and an average ferret diameter and an aspect ratio of an area darker than a preset threshold value were obtained for the STEM-bright field image acquired in each measurement field. In addition, since contrasts other than precipitates due to unevenness due to intergranular corrosion or pits in the grains were also confirmed, among the regions, regions having an average ferret diameter of 10 nm or more were evaluated.
これを予め設定した測定領域の全視野に対して行ない、103個以上の析出物を抽出し、試料中における析出物の粒度分布を求めた。なお、測定の再現性および試料における代表性確保の観点から、1測定領域は5×103μm2とした。測定視野を変更して4回繰り返し測定を行なった結果を図8に示す(曲線a〜dが、1回目〜4回目の結果にそれぞれ対応する)。10nm以上の大きさの析出物について、4回の測定でほぼ同等の粒度分布が得られた。得られた粒度分布から各回の測定における平均粒径を算出した結果、4回の測定における平均粒径の平均値は18.8nm、繰り返し測定精度の指標となる標準偏差σは0.5nmと、良好な繰り返し測定精度が得られた。 This was performed for the entire field of view of the preset measurement region, and 10 3 or more precipitates were extracted to determine the particle size distribution of the precipitates in the sample. In addition, from the viewpoint of ensuring the reproducibility of measurement and representativeness in the sample, one measurement region was set to 5 × 10 3 μm 2 . FIG. 8 shows the results of the measurement repeated four times with the measurement field changed (curves a to d correspond to the first to fourth results, respectively). With respect to the precipitate having a size of 10 nm or more, almost the same particle size distribution was obtained by four measurements. As a result of calculating the average particle diameter in each measurement from the obtained particle size distribution, the average value of the average particle diameter in the four measurements is 18.8 nm, the standard deviation σ serving as an index of repeat measurement accuracy is 0.5 nm, Good repeatability measurement accuracy was obtained.
<実施例3>
上記平均フェレ径に基づく選別(閾値:10nm)に加え、さらに、アスペクト比:5を閾値として評価対象とする粒子を選別した点以外は実施例2と同様の条件で粒度分布を評価した。
<Example 3>
In addition to the selection based on the average ferret diameter (threshold value: 10 nm), the particle size distribution was evaluated under the same conditions as in Example 2 except that the particles to be evaluated were selected with an aspect ratio of 5 as a threshold value.
<実施例4>
上記平均フェレ径に基づく選別(閾値:10nm)に加え、さらに、EDSで測定した特性X線スペクトルに基づいて、Tiの特性X線発生量20cpsを閾値として評価対象とする粒子を選別した点以外は実施例2と同様の条件で粒度分布を評価した。なお、本実施例で用いた試料における主たる析出物はTiCであった。
<Example 4>
In addition to the selection based on the average ferret diameter (threshold value: 10 nm), in addition to the selection of particles to be evaluated using the characteristic X-ray generation amount of 20 cps of Ti as a threshold based on the characteristic X-ray spectrum measured by EDS Evaluated the particle size distribution under the same conditions as in Example 2. The main precipitate in the sample used in this example was TiC.
<実施例5>
平均フェレ径とアスペクト比に基づいた選別を行った後、さらにEDSで測定した特性X線スペクトルに基づいた選別の両方を行った点以外は実施例3と同様の条件で粒度分布を評価した。なお、アスペクト比に基づいた選別の結果、評価対象から除外された領域については、前記EDSによる特性X線スペクトルの測定を行わなかった。また、各選別条件は実施例3、4と同じとした。
<Example 5>
After performing sorting based on the average ferret diameter and aspect ratio, the particle size distribution was evaluated under the same conditions as in Example 3 except that both sorting based on the characteristic X-ray spectrum measured by EDS was performed. As a result of selection based on the aspect ratio, the characteristic X-ray spectrum was not measured by the EDS for the region excluded from the evaluation target. Each selection condition was the same as in Examples 3 and 4.
上記実施例2〜5のそれぞれにおける標準偏差(4回の測定における平均粒径のばらつき)と、測定に要した時間を表1に示す。アスペクト比に基づくノイズとの選別や、特性X線スペクトルに基づく選別を行なわなかった実施例2においても良好な繰り返し精度であったが、アスペクト比による選別を行った実施例3では、さらに繰り返し精度が向上した。また、特性X線スペクトルに基づく選別を行った実施例4では、元素によって析出物であるか否かを判別しているため測定精度に優れており、標準偏差がさらに向上した。アスペクト比による選別を行った後に特性X線スペクトルによる選別を行った実施例5では、アスペクト比が条件を満たさなかった領域についてはEDS分析を行う必要がなくなるため、その分、実施例4の方法に対して測定時間を短縮することができる。そのため、測定の繰り返し精度に優れるとともに、測定時間も実施例4に比べて短く、効率にも優れていた。 Table 1 shows the standard deviation in each of Examples 2 to 5 (variation in average particle diameter in four measurements) and the time required for the measurement. The repeatability was also good in the second embodiment in which the selection from noise based on the aspect ratio and the selection based on the characteristic X-ray spectrum were not performed. In the third embodiment in which the selection was performed based on the aspect ratio, the repeatability was further improved. Improved. Moreover, in Example 4 which performed the selection based on the characteristic X-ray spectrum, since it was determined whether or not it was a precipitate depending on the element, the measurement accuracy was excellent, and the standard deviation was further improved. In the fifth embodiment in which the selection by the characteristic X-ray spectrum is performed after the selection by the aspect ratio, it is not necessary to perform the EDS analysis in the region where the aspect ratio does not satisfy the condition, and accordingly, the method of the fourth embodiment. In contrast, the measurement time can be shortened. For this reason, the measurement repeatability was excellent, the measurement time was shorter than in Example 4, and the efficiency was excellent.
これらの実施例で用いたレプリカ試料は、表面が比較的平滑でゴミ等の少ない状況であったことから、アスペクト比やEDS元素分析によるノイズとの識別を行なわなかった場合でも極端な測定精度の劣化は認められなかったが、評価したい材料や析出物の種類によってはこれらの利用有無が分析精度や測定時間に大きく影響するケースもある。 Since the replica samples used in these examples had a relatively smooth surface and a small amount of dust, they had extremely high measurement accuracy even when they were not distinguished from noise by aspect ratio or EDS elemental analysis. Although no deterioration was observed, depending on the material to be evaluated and the type of precipitate, the presence or absence of these may greatly affect the analysis accuracy and measurement time.
なお、評価対象とする粒子の選別基準として、粒子サイズ、アスペクト比、およびEDS元素分析結果の例を示したが、これらの選択や組み合わせは任意である。前記例以外にも、面積や長径、短径、周囲長など、任意のパラメータを1つまたは複数を上記のパラメータと組み合わせて利用することができる。 Although examples of particle size, aspect ratio, and EDS elemental analysis results are shown as selection criteria for particles to be evaluated, these selections and combinations are arbitrary. In addition to the above examples, one or more arbitrary parameters such as area, major axis, minor axis, and perimeter can be used in combination with the above parameters.
<比較例3>
比較のため、実施例2と同じ試料について、10%−AA(10%アセチルアセトン−1%テトラメチルアンモニウムクロライド−メチルアルコール)系電解液にて抽出した析出物を、ろ紙上にろ過捕集したものを供試料として、SEMの二次電子像で観察し、粒子解析を試みたが、析出物の大きさが小さいために、ろ紙上の個々の析出物サイズを評価することは難しかった。また、観察されたほとんどの析出物は、凝集しており正確な粒径測定が行なえなかった。
<Comparative Example 3>
For comparison, the same sample as Example 2 was filtered and collected on a filter paper with a precipitate extracted with a 10% -AA (10% acetylacetone-1% tetramethylammonium chloride-methyl alcohol) electrolyte. The sample was observed with a secondary electron image of SEM and particle analysis was attempted. However, since the size of the precipitate was small, it was difficult to evaluate the size of each precipitate on the filter paper. Further, most of the observed precipitates were agglomerated and accurate particle size measurement could not be performed.
<実施例6>
実施例1で用いた鋼板の中心層の別の場所から、実施例1と同じ条件で2段レプリカ試料を作製した。
<Example 6>
A two-stage replica sample was produced from another location of the central layer of the steel plate used in Example 1 under the same conditions as in Example 1.
(観察)
得られたレプリカ試料の表面を電子顕微鏡で観察してSTEM像を得た。観察条件は、加速電圧:20kV、観察倍率:50,000倍とし、STEM−暗視野像を取得した。なお、観察に先立って、レプリカ試料の測定領域全域に対して、デフォーカスさせた電子線を加速電圧30kVで1800秒間照射する予備照射を実施した。
(Observation)
The surface of the obtained replica sample was observed with an electron microscope to obtain a STEM image. The observation conditions were acceleration voltage: 20 kV, observation magnification: 50,000 times, and a STEM-dark field image was obtained. Prior to the observation, preliminary irradiation was performed on the entire measurement region of the replica sample by irradiating a defocused electron beam at an acceleration voltage of 30 kV for 1800 seconds.
(解析)
次いで、得られたSTEM像を粒子解析し、各測定視野において取得したSTEM−暗視野像について予め設定した閾値よりも暗い領域の平均フェレ径およびアスペクト比を求めた。各領域のうち、平均フェレ径が10nm以上かつアスペクト比が10以下の領域を評価対象とした。
(analysis)
Subsequently, the obtained STEM image was subjected to particle analysis, and an average ferret diameter and an aspect ratio of an area darker than a preset threshold value were obtained for the STEM-dark field image acquired in each measurement field. Of each region, a region having an average ferret diameter of 10 nm or more and an aspect ratio of 10 or less was evaluated.
(粒度分布)
上述したSTEM−暗視野像の解析で得た情報を用いて析出物の粒度分布(個数基準の頻度分布)を求めた。なお、測定の再現性および代表性確保の観点から、測定領域の面積は5×103μm2とした。
(Particle size distribution)
The particle size distribution (number-based frequency distribution) of the precipitates was determined using the information obtained by the above-described STEM-dark field image analysis. Note that the area of the measurement region was set to 5 × 10 3 μm 2 from the viewpoint of ensuring measurement reproducibility and representativeness.
得られた粒度分布を図9に示す。本実施例では、試料として実施例1で用いたものと同じ鋼板からレプリカ試料を作製しているため、実施例1(図6の曲線a)とほぼ等しい結果が得られた。また、暗視野像では、明視野像とは異なり粒界腐食や粒内のピット等による凹凸、析出物以外のコントラストがほとんど消失するため、EDS分析を行うことなく析出物のみを抽出することができることがわかった。 The obtained particle size distribution is shown in FIG. In this example, a replica sample was produced from the same steel plate as that used in Example 1 as the sample, so that a result almost equal to Example 1 (curve a in FIG. 6) was obtained. In contrast to the bright-field image, the dark-field image has almost no contrast due to intergranular corrosion, pits in the grains, and other precipitates, so that only the precipitate can be extracted without performing EDS analysis. I knew it was possible.
<実施例7>
以下に述べる手順で鋼板を製造し、上述した第二の実施形態の方法により析出物の粒度分布を評価した。
<Example 7>
A steel plate was manufactured according to the procedure described below, and the particle size distribution of the precipitate was evaluated by the method of the second embodiment described above.
(鋼板の製造)
質量%で、
C :0.06%、
Si:3.0%、
Mn:0.12%、
Cu:0.03%、
S :0.015%、
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼スラブを、真空溶解炉で溶製し、常法に従って製造した。次いで、前記鋼スラブを1400℃に加熱した後、熱間圧延して、板厚2.5mmの熱延板とした。前記熱延板に対し、1000℃×60秒の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延により1.5mmの中間板厚とし、1050℃×60秒の中間焼鈍を施した後、仕上冷間圧延を行い板厚0.23mmの冷延板に仕上げた。次いで、55vol%H2−45vol%N2の湿潤雰囲気下で900℃×180秒の脱炭を兼ねた再結晶焼鈍を施して再結晶焼鈍板とした。
(Manufacture of steel sheets)
% By mass
C: 0.06%,
Si: 3.0%,
Mn: 0.12%,
Cu: 0.03%,
S: 0.015%,
A steel slab having a composition comprising a balance of Fe and inevitable impurities is melted in a vacuum melting furnace and manufactured according to a conventional method. Next, the steel slab was heated to 1400 ° C. and then hot-rolled to obtain a hot-rolled sheet having a thickness of 2.5 mm. The hot-rolled sheet was subjected to hot-rolled sheet annealing at 1000 ° C. for 60 seconds, then subjected to cold rolling to an intermediate sheet thickness of 1.5 mm, subjected to intermediate annealing at 1050 ° C. for 60 seconds, and then finish cooling Cold rolling was performed to obtain a cold-rolled sheet having a thickness of 0.23 mm. Then recrystallization annealed sheet is subjected to recrystallization annealing, which also serves as a 900 ° C. × 180 seconds decarburization in a wet atmosphere of 55vol% H 2 -45vol% N 2 .
(レプリカ試料の作製)
得られた再結晶焼鈍板から10mm角の鋼片を採取し、該鋼片の一方の表面から中心層までを研磨で減厚し、鏡面研磨した後、さらに10%AA系電解液を用いてエッチングを行った。前記エッチング後、2段レプリカ法にて中心層からレプリカ試料を作製した。有機被膜としてはアセチルセルロースを、支持膜を構成する導電性物質としてはカーボンを用いた。また、試料メッシュとしては市販のNiメッシュ(メッシュサイズ:150μm)を使用した。
(Preparation of replica sample)
A 10 mm square steel piece was collected from the obtained recrystallized annealing plate, the thickness from one surface of the steel piece to the central layer was reduced by polishing, and mirror-polished, and further using a 10% AA-based electrolyte. Etching was performed. After the etching, a replica sample was produced from the center layer by a two-stage replica method. Acetylcellulose was used as the organic coating, and carbon was used as the conductive material constituting the support membrane. A commercially available Ni mesh (mesh size: 150 μm) was used as the sample mesh.
(観察)
得られたレプリカ試料の表面を電子顕微鏡で観察してSTEM像を得た。観察条件は、加速電圧:30kV、観察倍率:50,000倍とし、STEM−明視野像を取得した。測定の再現性および代表性確保の観点から、測定領域の面積は5×103μm2とした。なお、観察に先立って、レプリカ試料の測定領域全域に対して、デフォーカスさせた電子線を加速電圧30kVで1800秒間照射する予備照射を実施した。
(Observation)
The surface of the obtained replica sample was observed with an electron microscope to obtain a STEM image. The observation conditions were acceleration voltage: 30 kV, observation magnification: 50,000 times, and a STEM-bright field image was acquired. From the viewpoint of ensuring measurement reproducibility and representativeness, the area of the measurement region was set to 5 × 10 3 μm 2 . Prior to the observation, preliminary irradiation was performed on the entire measurement region of the replica sample by irradiating a defocused electron beam at an acceleration voltage of 30 kV for 1800 seconds.
(解析)
次いで、得られたSTEM像を粒子解析し、各測定視野において取得したSTEM−明視野像について予め設定した閾値よりも暗い領域の平均フェレ径およびアスペクト比を求めた。なお、粒界腐食や粒内のピット等による凹凸のため、析出物以外のコントラストが確認されたことから、各領域のうち、平均フェレ径が10nm以上かつアスペクト比が10以下の領域を評価対象とした。
(analysis)
Subsequently, the obtained STEM image was subjected to particle analysis, and an average ferret diameter and an aspect ratio of an area darker than a preset threshold value were obtained for the STEM-bright field image acquired in each measurement field. In addition, because of the unevenness due to intergranular corrosion and pits in the grains, the contrast other than the precipitate was confirmed, and therefore, in each region, the region having an average ferret diameter of 10 nm or more and an aspect ratio of 10 or less was evaluated. It was.
(特性X線スペクトル)
さらに、上記工程で評価対象とされた領域のそれぞれを、1領域あたり2秒ずつEDSで分析して特性X線スペクトルを得た。ここで、本実施例において用いた鋼板中に存在する析出物がCuSとMnSから構成される析出物であったことから、CuおよびMnの特性X線を指標として閾値を設定した。具体的には、CuおよびMnについて、得られる特性X線量に基づいた判定を行ない、Mnが5cps以上、あるいはCuが10cps以上のいずれかを満足する領域を析出物であると判定し、析出物ではない領域を評価対象から除外した。
(Characteristic X-ray spectrum)
Further, each of the regions to be evaluated in the above process was analyzed by EDS for 2 seconds per region to obtain a characteristic X-ray spectrum. Here, since the precipitate present in the steel sheet used in this example was a precipitate composed of CuS and MnS, a threshold value was set using characteristic X-rays of Cu and Mn as indices. Specifically, for Cu and Mn, determination based on the obtained characteristic X-ray dose is performed, and a region satisfying either Mn of 5 cps or more or Cu of 10 cps or more is determined to be a precipitate. Areas that are not are excluded from the assessment.
(粒度分布)
最終的に評価対象とされた領域、すなわち、析出物であると判定された領域を対象とし、上述したSTEM像の解析で得た情報を用いて析出物の粒度分布(個数基準の頻度分布)を求めた。得られた元素分析結果をもとに、Cuカウント数がMnカウント数より多い析出物(Cu>Mn)と、Mnカウント数がCuカウント数より多い析出物(Mn>Cu)に分類したうえでそれぞれの粒度分布を求めた。
(Particle size distribution)
For the region finally evaluated, that is, the region determined to be a precipitate, the particle size distribution of the precipitate (number-based frequency distribution) using the information obtained by the analysis of the STEM image described above. Asked. Based on the obtained elemental analysis results, the precipitate is classified into a precipitate (Cu> Mn) having a Cu count greater than the Mn count and a precipitate (Mn> Cu) having a Mn count greater than the Cu count. Each particle size distribution was determined.
得られた粒度分布を図10に示す。この結果から、Cuカウント数がMnカウント数より多い析出物の粒径は、Mnカウント数がCuカウント数より多い析出物の粒径の約1/2程度と小さく、また、粒子サイズの分布幅も小さいことがわかった。 The obtained particle size distribution is shown in FIG. From this result, the particle size of the precipitate with the Cu count number larger than the Mn count number is as small as about 1/2 of the particle size of the precipitate with the Mn count number larger than the Cu count number, and the particle size distribution width It was found to be small.
<実施例8>
実施例1と同様の条件で、1.5mmの中間板厚を有する冷間圧延板を6枚作製した。前記6枚の冷間圧延板に対して、中間焼鈍温度を1000〜1150℃の間の温度で、60秒の中間焼鈍を施すことで、中間焼鈍板の析出物の粒度分布から求めたメジアン径および分布の広がりが34nm(±4nm)、39nm(±8nm)、46nm(±13nm)、51nm(±17nm)、54nm(±19nm)、60nm(±23nm)である中間焼鈍板を作製した。実施例1と同様の方法により、鋼板表面から板厚の1/4深さ位置における析出物の粒度分布を評価した。
<Example 8>
Six cold-rolled sheets having an intermediate sheet thickness of 1.5 mm were produced under the same conditions as in Example 1. The median diameter obtained from the particle size distribution of the precipitates on the intermediate annealed plate by subjecting the six cold-rolled plates to an intermediate annealing temperature of 1000 to 1150 ° C. for 60 seconds. Further, intermediate annealed plates having a distribution spread of 34 nm (± 4 nm), 39 nm (± 8 nm), 46 nm (± 13 nm), 51 nm (± 17 nm), 54 nm (± 19 nm), and 60 nm (± 23 nm) were prepared. By the same method as in Example 1, the particle size distribution of the precipitates at the 1/4 depth position of the plate thickness from the steel plate surface was evaluated.
次いで、仕上冷間圧延を行い板厚0.23mmの冷延板とし、55vol%H2−45vol%N2の湿潤雰囲気下で870℃×150秒の脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を施して一次再結晶焼鈍板とした。 Next, finish cold rolling is performed to obtain a cold rolled sheet having a thickness of 0.23 mm, and primary recrystallization annealing is performed in a humid atmosphere of 55 vol% H 2 -45 vol% N 2 , which also serves as decarburization at 870 ° C. for 150 seconds. Thus, a primary recrystallization annealed plate was obtained.
次に上記の一次再結晶焼鈍板にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布し、ラボ管状炉にて1200℃で10時間、水素雰囲気下で保定する二次再結晶焼鈍を行った。二次再結晶焼鈍後の試料を炉から取出し、エメリー研磨にて表面の酸化被膜を除去した後、ナイタール溶液でマクロエッチングを行い、二次再結晶組織を観察した。中間焼鈍板の析出物のメジアン径が46nm(±13nm)以上の場合、二次再結晶が発現しなかった。 Next, an annealing separator mainly composed of MgO was applied to the primary recrystallization annealing plate, and secondary recrystallization annealing was performed in a laboratory tube furnace at 1200 ° C. for 10 hours in a hydrogen atmosphere. The sample after the secondary recrystallization annealing was taken out of the furnace, and after removing the oxide film on the surface by emery polishing, macro etching was performed with a nital solution, and the secondary recrystallization structure was observed. When the median diameter of the precipitate on the intermediate annealed plate was 46 nm (± 13 nm) or more, secondary recrystallization did not occur.
そこで、中間焼鈍板の析出物のメジアン径が46nm(±13nm)以上であった条件の仕上冷間圧延後の0.23mm冷延板を、55vol%H2−45vol%N2の湿潤雰囲気下で850℃×150秒、830℃×150秒の脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を施して一次再結晶焼鈍板とした。次に上記の一次再結晶焼鈍板にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布し、ラボ管状炉にて1200℃で10時間、水素雰囲気下で保定する二次再結晶焼鈍を行った。二次再結晶焼鈍後の試料を炉から取出し、エメリー研磨にて表面の酸化被膜を除去した後、ナイタール溶液でマクロエッチングを行い、二次再結晶組織を観察したところ、830℃で一次再結晶焼鈍を行った場合、中間焼鈍板の析出物のメジアン径が46nm(±13nm)〜54nm(±19nm)の条件で二次再結晶を発現し、850℃で一次再結晶焼鈍を行った場合、中間焼鈍板の析出物のメジアン径が46nm(±13nm)〜51nm(±17nm)の条件で二次再結晶を発現した。中間焼鈍板の析出物のメジアン径が60nm(±23nm)の場合は、いずれの一次再結晶焼鈍温度においても二次再結晶を発現しなかった。 Therefore, a 0.23 mm cold-rolled sheet after finish cold rolling under the condition that the median diameter of the precipitates on the intermediate annealed sheet was 46 nm (± 13 nm) or more was placed in a humid atmosphere of 55 vol% H 2 -45 vol% N 2. Was subjected to primary recrystallization annealing also serving as decarburization at 850 ° C. for 150 seconds and 830 ° C. for 150 seconds to obtain a primary recrystallization annealing plate. Next, an annealing separator mainly composed of MgO was applied to the primary recrystallization annealing plate, and secondary recrystallization annealing was performed in a laboratory tube furnace at 1200 ° C. for 10 hours in a hydrogen atmosphere. The sample after the secondary recrystallization annealing is taken out of the furnace, the oxide film on the surface is removed by emery polishing, macro etching is performed with a nital solution, and the secondary recrystallization structure is observed. When annealing is performed, when the median diameter of the precipitate on the intermediate annealed plate expresses secondary recrystallization under the condition of 46 nm (± 13 nm) to 54 nm (± 19 nm), and when primary recrystallization annealing is performed at 850 ° C., Secondary recrystallization was developed under the condition that the median diameter of the precipitate on the intermediate annealing plate was 46 nm (± 13 nm) to 51 nm (± 17 nm). When the median diameter of the precipitate on the intermediate annealing plate was 60 nm (± 23 nm), secondary recrystallization did not occur at any primary recrystallization annealing temperature.
二次再結晶焼鈍で二次再結晶の発現が確認されたサンプルの、酸化被膜除去前のサンプルについて、B8(800A/mで励磁した時の磁束密度)をJIS C2550に記載の方法で測定したところ、一次再結晶焼鈍温度が高温であるほどB8が良好であった。 B8 (magnetic flux density when excited at 800 A / m) of the sample in which secondary recrystallization was confirmed by secondary recrystallization annealing before the oxide film removal was measured by the method described in JIS C2550. However, the higher the primary recrystallization annealing temperature, the better the B8.
以上、ラボ真空鋼塊材に対する調査結果をもとに、本実施例で使用した成分系を有する鋼板について、工場で製造する際の製造条件として、一次再結晶焼鈍温度を中間焼鈍板の析出物のメジアン径に基づいて、下記のように変更することとした。
(1)中間焼鈍板の析出物のメジアン径が40nm未満のとき、一次再結晶焼鈍温度を870℃とする。
(2)同、40nm以上50nm未満のとき、一次再結晶焼鈍温度を850℃とする。
(3)同、50nm以上55nm未満のとき、一次再結晶焼鈍温度を830℃とする。
(4)同、55nm以上の場合は、析出物の生成状態から以降のプロセスをどのようにしても二次再結晶が発現しないと予測できるため、そのコイルの製造を中止することとした。
As described above, based on the survey results for laboratory vacuum steel ingots, the primary recrystallization annealing temperature is set as the intermediate annealing plate precipitate as the manufacturing conditions for manufacturing the steel plate having the component system used in this example in the factory. Based on the median diameter, the following changes were made.
(1) When the median diameter of the precipitate on the intermediate annealing plate is less than 40 nm, the primary recrystallization annealing temperature is set to 870 ° C.
(2) Same as above, when it is 40 nm or more and less than 50 nm, the primary recrystallization annealing temperature is set to 850 ° C.
(3) Same as above, when it is 50 nm or more and less than 55 nm, the primary recrystallization annealing temperature is set to 830 ° C.
(4) In the case of 55 nm or more, since it can be predicted that secondary recrystallization will not occur in any way from the generation state of precipitates, the coil production was stopped.
実際の操業では出鋼ごとにスラブ成分は全く同じではないため、出鋼タイミングが異なると、中間焼鈍までの製造条件が同じであっても析出物のサイズが異なる可能性がある。同一出鋼されたスラブごとに、中間焼鈍工程後の析出物のサイズを本願方法にて測定して製造条件を決定しておくことにより、後から製造する同一出鋼材のスラブについては、同じ製造条件を適用して製造することが可能である。 In actual operation, the slab components are not exactly the same for each steel output, so if the steel output timing is different, the size of the precipitates may be different even if the production conditions up to intermediate annealing are the same. By measuring the size of the precipitate after the intermediate annealing step by the method of this application and determining the manufacturing conditions for each slab of the same steel, the same manufacturing is performed for slabs of the same steel that will be manufactured later. It is possible to manufacture by applying conditions.
以上、述べたたように、本願発明の方法によれば粒径1μm以下の析出物の粒度分布を、正確かつ再現性よく評価することが可能である。したがって、金属材料、とりわけ薄鋼板の設計・開発や品質管理、さらには工場における製造条件の最適化などに極めて好適に利用でき、産業上の価値が高い。また、本発明の方法は観察から粒子解析、粒度分布取得までの工程を自動で連続的に行うことができるため、例えば、終夜無人運転等で、自動分析を行うことも可能である。 As described above, according to the method of the present invention, the particle size distribution of precipitates having a particle size of 1 μm or less can be evaluated accurately and with good reproducibility. Therefore, it can be used very suitably for the design / development and quality control of metal materials, especially thin steel plates, and further optimization of manufacturing conditions in factories, and has high industrial value. Further, since the method of the present invention can automatically and continuously perform the steps from observation to particle analysis and particle size distribution acquisition, it is possible to perform automatic analysis, for example, by unattended operation overnight.
また、鋼中に生成した析出物の生成状態を正確に評価することにより、他の要因に影響を受けることなく、理想的な析出状態を創製するための適切な製造条件を決定し、鋼板を製造することが可能となる。さらに途中工程材における鋼中の析出物に対して粒度分布を測定することにより、次工程以降での特性改善が見込めない状況に対しては製造を中止することにより、製造コストを低減できる。 In addition, by accurately evaluating the state of precipitates generated in steel, it is possible to determine the appropriate manufacturing conditions for creating an ideal precipitation state without being affected by other factors, It can be manufactured. Further, by measuring the particle size distribution of the precipitates in the steel in the midway process material, the production cost can be reduced by stopping the production for the situation where the characteristic improvement in the subsequent process cannot be expected.
Claims (6)
前記金属材料の表面を研磨する研磨工程と、
前記金属材料の表面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング後の金属材料の表面に存在する析出物を、導電性物質を蒸着して形成されるレプリカ膜に抽出してレプリカ試料とするレプリカ試料作製工程と、
前記レプリカ試料を、電子顕微鏡を用いて加速電圧40kV以下の条件で観察して走査透過電子像を得る観察工程と、
前記走査透過電子像をコントラストレベルに基づいて解析し、評価対象とする粒子を判別する粒子解析工程と、
前記粒子解析工程において評価対象とされた粒子の粒度分布を取得する粒度分布取得工程、
とを有し、
前記粒子解析工程において、前記走査透過電子像における粒子の粒径およびアスペクト比の少なくとも一方に基づいて、評価対象とする粒子を決定し、
前記粒子解析工程の後に、評価対象とされた粒子のそれぞれに電子線を照射して発生する特性X線スペクトルを取得する特性X線スペクトル取得工程と、
前記特性X線スペクトルを解析するスペクトル解析工程、とをさらに有し、
前記スペクトル解析工程において、前記特性X線スペクトルに基づいて個々の粒子が析出物であるか否かを判断し、析出物でないと判断された粒子を評価対象から除外し、
前記観察工程に先だって、前記レプリカ試料の測定領域にデフォーカスさせた電子線を、前記観察工程と同じ加速電圧で600秒以上照射する予備照射工程をさらに有する、析出物の粒度分布評価方法。 A method for evaluating the particle size distribution of precipitates having a particle size of 1 μm or less present in a metal material,
A polishing step of polishing the surface of the metal material;
An etching step of etching the surface of the metal material;
A replica sample preparation step of extracting a precipitate present on the surface of the metal material after the etching into a replica film formed by depositing a conductive substance to form a replica sample;
An observation step of observing the replica sample using an electron microscope under an acceleration voltage of 40 kV or less to obtain a scanning transmission electron image;
Analyzing the scanning transmission electron image based on a contrast level, a particle analysis step for discriminating particles to be evaluated,
A particle size distribution acquisition step for acquiring a particle size distribution of the particles to be evaluated in the particle analysis step;
It has a door,
In the particle analysis step, based on at least one of the particle size and aspect ratio of the particle in the scanning transmission electron image, determine the particle to be evaluated,
After the particle analysis step, a characteristic X-ray spectrum acquisition step of acquiring a characteristic X-ray spectrum generated by irradiating each of the particles to be evaluated with an electron beam;
A spectral analysis step of analyzing the characteristic X-ray spectrum,
In the spectral analysis step, it is determined whether or not each particle is a precipitate based on the characteristic X-ray spectrum, and the particles determined not to be a precipitate are excluded from the evaluation target.
Prior to the observation step, there is further provided a pre-irradiation step of irradiating an electron beam defocused on the measurement region of the replica sample at the same acceleration voltage as that in the observation step for 600 seconds or more .
前記粒度分布取得工程において、前記群ごとに粒度分布を取得する、請求項1に記載の析出物の粒度分布評価方法。 In the spectral analysis step, the particles are classified into a plurality of groups based on the characteristic X-ray spectrum,
In the particle size distribution acquiring step, to acquire a particle size distribution for each of the groups, the particle size distribution evaluation method of the precipitates according to claim 1.
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