JPH01185444A - 極低炭素鋼の組織現出液および現出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、極低炭素鋼の組織を腐食法により検出する
ための方法に関するものである。

従来の技術 炭素含有量が例えば５０　ｐｐ−以下のような極低炭素
鋼、あるいはチタンやニオブなどの炭化物形成元素を添
加し、実質的に鋼中の固溶炭素量が皆無か極めて少量と
なった鋼は、現在例えば自動車パネル外板などに多量に
使用されており、極めて重要な鋼種の一つである。この
ような鋼の性能評価を行ったり、あるいは−層の進展を
推進するにあたって、光学ｌｌＩ微鏡による金相学的組
織を正確に把握することは、最も基本となるものである
。

ところが、鋼中炭素が減少し極低炭素領域となると、通
常用いられている腐食液（ナイタール溶液あるいはピク
ラール溶液など）では、組織現出が極めて困難となるこ
とは周知であり、新腐食液の開発が長年熱望されてきた
。すなわち、従来から低炭素鋼の組織現出法として知ら
れているナイタール液、及びこれをベースに塩酸、ピク
リン酸あるいは過酸化水素などを単独に、あるいは混合
して加えたナイタール液の改良型を用いても、極低炭素
鋼の組織腐食状況は劣悪であり、組織現出率が極めて低
かったり、結晶粒内にエッチピットが多量に発生したり
する。

また、他の腐食法として公知の着色腐食法、すなわちピ
クリン酸飽和溶液をベースにピロ亜硫酸ナトリウムある
いはチオ硫酸ナトリウムを各々単独に加えた腐食液を用
いても、組織腐食状況は不満足なものであり、着色皮膜
の場所的バラツキが大きく再現性に問題があったり、着
色が強すざてかえって粒界組織が不鮮明になったりする
問題点がある。

一方、光学顕微鏡によらない組織観察法、例えば透過型
電子顕微鏡によれば確実に組織を判定することが可使と
なるが、試料準備が煩雑であったり、観察視野が狭いな
ど、簡便さにかける問題点がある。

また、後方散乱電子を用いたＥ　ＣＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＣｈａｎｎｅｌｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒａｓｔ）像は、バ
ルク試料を用いて走査型電子顕微鏡により組織観察する
ことが可使であるので、透過型電子顕微鏡観察はど煩雑
でなく、またＥＣＣ像の原理から極低炭素鋼ゆえに組織
判定が困難になるという欠点もない、しかし、ＥＣＣ像
は光学顕微鏡による組織観察と比較すると、試料調整や
装置操作に時間を要し作業効率が悪く、また低倍率での
広範囲組織観察に向かないなどの短所を有する。

発明が解決しようとする課題 前述したように、従来法には以下のような問題点がある
。すなわち、光学顕微鏡を用いて極低炭素鋼の結晶粒径
や加工Ｍ１ｍあるいは焼鈍中の再結晶挙動を調査する場
合に、従来法の腐食液あるいはその改良型を用いても組
織現出率は極めて低く、またたとえ組織が鮮明にエッチ
されたとしても再現性が悪く、いずれにしても正確な金
相学的組織の把握が不可能である問題点がある。

したがって、本発明は極低炭素鋼の組織を現出するにあ
たって、上に述べたような問題点を解決して、（ｉ）組
織現出率を著しく向上させ１００％とすること、（ＩＴ
）再現性を改善すること、を目標とする。

課題を解決するための手段 本発明は、上述したような従来法における課題を解決し
たものであり、本発明者らが種々検討を加えた結果、極
低炭素鋼の金相学的組織を現出率１００％で再現性よく
簡便に把握し得る画期的な組織現出方法を発明した。

すなわち、本発明は、水１００−に対してドデシルベン
ゼンスルホン酸ナトリウム：２〜１０ｇ、修酸：　　０
．１〜１ｇ、ピクリン酸１〜５ｇを溶かした水溶液を調
整後、これに鉄０．１〜０．５ｇを溶かし、しかるのち
６Ｎの濃度の塩酸：２〜３−を添加した溶液を腐食液と
し、本腐食液を３０〜６０℃に加熱保持した状態にして
、表面を研磨した鋼を３０〜１２０秒間浸漬し腐食した
のち、水洗、乾燥し、光学顕微鏡を用いて極低炭素鋼の
組織を観察することを特徴とする極低炭素鋼の組織現出
法である。

作用 本発明で腐食液の組成及び腐食液の温度、浸漬時間を限
定する理由は以下に述べる実験盛宴に基づいている。

検討した鋼種、熱履歴はそれぞれ第１表、第２表に示す
とおりである。

試料には、炭素がチタンで完全に固定されているチタン
添加極低炭素鋼（第１表、Ａ）を選んだ、また熱履歴と
しては、薄鋼板の製品板組織に対応する完全再結晶焼鈍
した場合（第２表、ａ）と、加工組織と再結晶組織が混
在する部分再結晶焼鈍状態（ｂ）の２種類を選んだ、た
だし、本発明はその適用を第１表の鋼種あるいは、第２
表の熱履歴に限定するものではなく、固溶炭素量が皆無
あるいは著しく微量の極低炭素鋼ならいずれに対しても
適用可老であり、また熱履歴の影響も受けない。

試料Ａ（第１表）、熱履歴ａ（第２表）のチタン添加極
低炭素鋼を用いて、腐食液の組成的検討を行った。検討
課題を第３表に示す０木屑食液の最も基本とするところ
は、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを使用する
点にあり、検討腐食液Ｎｏ、　　１に示すごとく、ドデ
シルベンゼンスルホン酸ナトリウムの飽和水溶液だけで
も組織は、部分的にではあるが現出され得た。これは、
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムが結晶粒界のよ
うな格子の乱れに敏感に反応し、本薬品をぺ、−スとし
た腐食液を用いる場合には、従来の腐食法において必須
であった炭素の結晶粒界の偏析を必要としないためと考
えられる。

以降、上記腐食液Ｎｏ、　　ｌをベースにして、腐食液
の確立過程を説明する０組織現出率が低いというＮｏ、
　　１の欠点を解決すべく、Ｎｏ、　　１に修酸を加え
た腐食液Ｎｏ、　２は、幾分組織現出率が改善されたも
のの不充分なものであった。ここで修酸を添加した理由
は、溶出した鉄イオンと修酸イオンが反応して形成され
る修酸鉄が結晶粒界に付着し着色することにより、粒界
を鮮明化することを狙ったからである。

さらに、腐食液Ｎｏ、　３として、腐食液Ｎｏ、　２へ
ピクリン酸を添加する効果を検討した。これは、ピクリ
ン酸が粒界の極微量炭素と水素イオン反応することによ
り粒界腐食を促進することを期待したものである。若干
の組織現出率の向上があったものの、結晶粒内にピット
が発生した。

さらに、粒内ピットの問題が残るものの、強い腐食促進
効果を有する塩酸を腐食液Ｎｏ、　３に添加することに
より、腐食液Ｎｏ、　４を作製した０期待したとおり、
組織現出率は大幅に向上したが、粒内ピットは以前とし
て発生した。ここで、腐食液Ｎｏ、　４と同一濃度の塩
酸のみからなる水溶液を用いて腐食する場合には、著し
い数の粒内ピットが形成されることから、腐食液Ｎ００
４に含有されるドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム
は、全面腐食を防１トするという重要な役割を果たすこ
とが理解できる。

さて、腐食液Ｎｏ、　４が有する、（ｉ１１組織現出率
完全でない、（１１）粒内ピットが発生する、という欠
点は、腐食液Ｎｏ、　５に示すように腐食液Ｎｏ、　　
３にまず鉄を溶かし、その後塩酸を添加することによっ
て完全に解決され、このような新腐食液を用いれば、腐
食状況は極めて良好で、組織現出率もほとんど１００％
にまで向上し、粒内ピットも防止できた。このように鉄
を添加することにより組織現出率が著しく向上し、粒内
ピットもなくなるという従来にない新しい知見について
は、その理由は必ずしも明らかではないが、腐食液中に
必要量のＦｅ３＋イオンを常時提供し、粒界腐食反応を
促進させることにより、粒界を鮮明化させているものと
推察される。

以上の検討結果から、極低炭素鋼に用いられる最終的な
腐食液として、第３表Ｎｏ、　５の腐食液が確立された
わけであるが、各々の組成の役割については、既に述べ
たので、薬品の添加量の限定理由について以下に述べる
ことにする。

ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムは、粒内腐食を
優先させるという添加効果を発するためには水１００＋
ｄに対し２ｇ以上とする必要があり、また１０ｇ超でも
効果は同じなので、−上限を１０ｇとする。

修酸は、修酸鉄を利用して粒界を着色するという役割を
果たすためには水１００−に対して０．１ｇ以上が必要
であり、また１ｇ超は修酸鉄の影響が強く鮮明度を書く
ため、上限をＩｇとする。

ピクリン酸は、粒界腐食反応を促進させる役割を有する
が、水１００シに対して１ｇ以上の添加で効果が現れ、
５ｇ超は過飽和となるので、１ｇ以−Ｌ５ｇ以下の添加
とする。

腐食液自身への鉄の添加は、粒界腐食を促進させ粒内ピ
ットを防止するという役割を有するが、その効果を発揮
するためには、水１００−に対して０．１　ｇ以上が必
要である。また、０．５　ｇ　、ｌの添加は鉄鎖塩の沈
澱が生成するので、上限を０．５　ｇとする。

塩酸の添加は、腐食反応速度を増加させる効果があるが
、その効果を発揮するためには、　ｌＯＯシの水に対し
て上で述べてきた薬品で調整した水溶液に、６Ｎの塩酸
２４以上添加することが必要である。また、３−超の塩
酸を添加すると、粒内ピットが発生するので、上限を３
−とする。

最良の腐食液は第３表Ｎｏ、　５のように決定されたの
で、次に腐食条件（温度、時間）について検討した結果
を説明する。ただし、既に述べてきた検討結果は、基本
的には意図的に加熱、冷却は行わず、また腐食時間は用
いられた腐食液の範囲内で腐食状況が最良となるように
選んだ。

さて、腐食液Ｎｏ、　５を対象に試料Ａ（第１表）、熱
履歴ａ（第２表）のチタン添加極低炭素鋼板を用いて、
腐食条件の最適化を検討した。結果を第１図に示す、第
１図から明らかなように、腐食状況は低温なら長時間、
高温なら短時間の腐食条件で良好となるが、腐食液温３
０〜６０℃、浸漬時間３０〜１２０秒が最適な組み合せ
である。

このように、腐食条件を限定する理由は、次のとおりで
ある。腐食温度が３０℃未満となると浸漬時間が長くな
り、組織現出状況の場所的バラツキが増大するので、３
０℃以上とする。腐食温度が８０℃超となると、反応が
活発となりすぎ、浸漬時間は短くなるものの、粒内にピ
ットが発生することは避は難く、また組織現出状況の場
所的バラツキも増大するので、８０℃以下とする。

腐食時間は、第１図に示すように腐食温度と密接に関係
しており、腐食温度が決れば自動的に最適時間は決るの
で理由は省略する。

また、鋼種、熱履歴による最適な腐食液組成や腐食温度
−時間は、多少変動するものの、その差はあまり大きく
ないことが判明した。

以上の検討により確立された極低炭素鋼の腐食法を用い
れば、光学顕微鏡で容易に結晶粒径や再結晶焼鈍中の組
織変化などを把握することが可能となる。その結果、製
品の機械的試験値の予測やそのバラツキを評価すること
が可能となる。さらに、再結晶軟化焼鈍ヒートサイクル
などを適性に設定することが可能となる。このように、
本腐食法は合金設計やプロセス条件設計を考える上で最
も基盤となる情報を与えるものであり、その工業的価値
は極めて大きい。

極低炭素鋼の組織を現出するためには、目的とする鋼試
料を通常の腐食液によって組織現出する場合と同程度に
、研心しておく、その試料を、本発明によって確立され
た新腐食法に浸漬して組織を現出し、水洗、乾燥を行う
、腐食液の組成及び腐食液の温度や浸漬時間などの腐食
条件は、鋼成分や熱履歴に応じて適宜微量調整する。そ
して、目的に応じて、結晶粒径や再結晶分率などを定量
化する。その際、本腐食法で現出された組織は非常に鮮
明であるので、画像処理装置を用いて組織の定量化をす
ることも可能となる長所がある。

実施例 実施例のいくつかは前述した実験結果にも示されている
が、ここでは実施例を写真で示す、供試鋼として第１表
、Ａのチタン添加極低炭素鋼を用いて、第２表、ａ（完
全再結晶）及びｂ（部分再結晶）の熱処理を加えた。各
々につき、新腐食法と従来のナイタール腐食法を用いて
組織現出し、同一視野の写真撮影を行った結果を第２図
、（ａ）、（ｂ）と第３図、（ａ）、（ｂ）に示す。

ここで、新腐食法は腐食液として、水１００−に対して
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム１０ｇ、修酸０
．１ｇ、ピクリン酸５ｇを溶かした水溶液を調整して、
これに鉄０．２ｇを溶かし、しかるのち６Ｎの塩酸を３
−添加して腐食液とし、本腐食液を５０℃に保持して、
これに供試材を６０秒浸漬し、水洗、乾燥した場合を指
す。

一方、比較として用いたナイタール法は、２．ａＱの硝
酸を１ｏａ１１１１ｉｌのエタノールに添加して作製さ
れたナイタール腐食液（常温）に供試材を１０〜２０秒
浸漬し、水洗、乾燥した場合を指す０図から明らかなよ
うに、本発明の新腐食法は、極めて鮮明な組織現出状況
を提供することが分る。

（以下余白） 発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、本発明を用いれば
、極低炭素鋼の組織を１００％の確率で再現性よく現出
することが可能となり、光学顕微鏡ａ察により正確かつ
簡便に組織を把握することができる。また、前述したよ
うに組織が極めて鮮明であるので直接画像処理装置にか
けることも可能となる。従って、サイズ、分布、量など
の精度の高い情報が短時間の内に得られるので、著しい
効果の向上も期待される。また、本発明は、極低炭素鋼
をベースにした新ｗ４種の開発などにおいても重要な基
盤技術となる。

さらに、本腐食法は極低炭素渚ならなんでも威力を発揮
するものであり、例えば電磁鋼板の脱炭焼鈍材やパーラ
イト中のフェライトなどの組織の把握にも適用され得る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明により開発された新腐食液の最適腐食
時間と温度の関係を示す図である。第２図は、チタン添
加極低炭素鋼板の完全再結晶後の光学顕微鏡組織写真例
（倍率：５００倍）であり、（ａ）：本発明組織現出法
を用いた場合、　（ｂ）：従来法を用いた場合である。 第３図は、チタン添加極低炭素鋼板の部分再結晶中の光
学顕微鏡組織写真例（倍率二５００倍）であり、　（ａ
）：本発明組織現出法を用いた場合、（ｂ）：従来法を
用いた場合である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　水１００ｍｌに対してドデシルベンゼンスルホン酸ナ
   トリウム２〜１０ｇ、修酸０．１〜１ｇ、ピクリン酸１
   〜５ｇを溶かした水溶液を調整後、これに鉄０．１〜０
   ．５ｇを溶かし、しかるのち６Ｎの濃度の塩酸２〜３ｍ
   ｌを添加した溶液を腐食液とし、該腐食液を３０〜６０
   ℃に加熱保持した状態にして、表面を研磨した極低炭素
   鋼を３０〜１２０秒間浸漬し、腐食したのち、水洗、乾
   燥し、光学顕微鏡を用いて極低炭素鋼の組織を観察する
   ことを特徴とする極低炭素鋼の組織現出法。