JPH0322583B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は金属中の酸化物、炭化物、窒化物、硫
化物、りん化物、金属間化合物など（以下、介在
物と総称する）の分析方法としての実用的な定量
方法に関するものである。 一般に金属中には金属マトリツクス以外に介在
物が存在し、金属の諸性質に大きな影響をあたえ
ている。従つて金属製造工程の改良や新種の金属
を開発するには正確で、実用的な定量方法が必須
である。しかし、現在の介在物の定量方法のほと
んどすべてが化学分析法であり、酸溶液やハロゲ
ン溶液で金属マトリツクスのみを選択的に溶解
し、目的とする介在物を溶解させずに残し、元素
分析して介在物を定量する方法や、金属マトリツ
クスのみを定電流電解法または定電位電解法によ
つて選択的に溶解し、目的とする介在物を溶解さ
せずに残し元素分析により介在物を定量する方法
が広く用いられている。これらの方法は介在物と
金属マトリツクス間に比較的大きな化学的差異が
あることを利用して定量する方法である。 しかし最近金属中の介在物の治金的研究が進む
につれて介在物の分析が多数要求されるようにな
つたが、化学分析法は化学的差異を検出して条件
設定をしなければならず、またその後の操作も繁
雑で長時間を要するので、新しい分析法が要望さ
れていた。また、従来の化学分析法を含めて金属
中の介在物の分布状態を直接的に観察できる方法
はなく、介在物分析についてこのような分布状態
測定は治金的な重要性からも要望が強かつた。 本発明者はこのような見地から種々研究を進め
た結果以下の方法を発明した。すなわち金属試料
面に対して、最大0.01mm²の一定面積の微小部分の
２元素以上の定量分析を、該微小部分が互いに重
なることがないように場所をかえて多数回（例え
ば10000回以上）以上繰り返し、得られた多数回
の定量分析値のそれぞれについて元素相互の量的
比率を算出し、目的とする介在物の元素相互の量
的比率に対応した微小部分の数を求め、分析にか
かわつた全体の微小部分の数に対する比率を得て
介在物量を算出することを特徴とする金層中の介
在物の定量方法および目的とする介在物の元素相
互の量的比率に対応した微小部分のみを該微小部
分が得られた金属試料面での位置がわかるように
デイスプレーすることを特徴とする金属中の介在
物の分布測定法である。 以下本発明について詳細に説明する。本発明は
上記までに説明した化学分析法とはまつたく異な
り、物理分析法を原理とした非破壊分析法であ
る。 一般に金属中の介在物は最近、微小になつてお
り、50μｍ以下と考えられる。たとえば一定の大
きさの鋼試料25×25×５mmの一面を研摩し、その
研摩面の一定面積たとえば10×10mmを、その一端
に10μｍ径の電子線で照射し、その特性Ｘ線を分
光してマンガンと硫黄を定量分析する。つぎに電
子線照射位置を移動させ、同じことを繰り返す。
以上を順次行ない、一段目が終れば次段に移るこ
とにする。以上を図解して示すと第１図のように
なる。これらの結果から1000000点の分析箇所に
ついてマンガンと硫黄のそれぞれ1000000点の定
量値が得られる。通常の鋼試料中においてはマン
ガンは過剰に添加されており、硫黄は100ppm程
度以下であるところから硫黄はマンガンと化合し
て硫化マンガン（MnS）を形成していると考え
られている。従つて1000000の箇所について分析
値から、化学量論的にマンガン１原子量と硫黄１
原子量とが得られる分析箇所を選び出し、その数
の1000000に対する比率を求めれば硫化マンガン
の量が求まる。 マンガンと硫黄の比率（Mn／Ｓ、原子量比）
を1000000の分析箇所について計算し、その比率
が0.5〜1.5までの分析箇所数を第２図に示した。
ここでほとんどの分析箇所はマンガンと硫黄の比
率（Mn／Ｓ）が1.5以上となるが、100箇所程度
はMn／Ｓが１付近にあることがわかる。Mn／
Ｓが多少大の方向にずれているのは、鋼試料中の
硫化マンガン（MnS）は正確にはMn／Ｓが１よ
り大の方にずれる場合があることを示すものであ
る。また１より小は測定上の誤差によると考えら
れる。 こうして得た比率から硫化マンガンの量を求め
るには計算による算出法も考えられるが、通常の
硫化マンガン量の分析値は重量％、もつとも一般
的には硫化マンガンを形成している硫黄の重量％
（鋼試料中）で示され、計算による変換に際して
は硫化マンガンの比重が正確に求められていなけ
ればならない。合成した硫化マンガンの比重は求
められているが、鋼中に存在している硫化マンガ
ンの正確な比重は求められていないので、予め化
学分析法によつて既知の硫化マンガン試料で検量
線を作成し、検量線法によつて硫化マンガン量を
求めるのがもつとも実際的である。 第３図は以上から５種の鋼試料につき、本発明
の方法によつて上記と同じようにして求めた比率
を縦軸に、現在もつとも正確と考えられている定
電位電解抽出分離法（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−メタノ
ール電解液使用）による化学分析値を横軸にプロ
ツトし、その相関性をしらべたものである。比率
は一応Mn／S1.2以下とした。第３図の結果は良
好な相関性が得られ、この結果は所謂検量線とし
ても十分に使用できる。すなわち、未知の鋼試料
について比率が求められていれば第３図によつて
ただちに硫化マンガン量が、硫化マンガンを形成
している硫黄の鋼中％として求められる。 なお、上記で硫化マンガン量を化学分析で求め
たが、入手できれば市販の標準試料で検量線を作
成してもよい。 以上本発明の要点につき、金属試料として代表
的な鋼試料を介在物として代表的な硫化マンガン
を例にとつて具体的に説明した。金属試料面に対
しては分析回数は多ければ多いほど分析が広い試
料面にわたり、分析値は正確化する。通常は
10000回以上が妥当であると考える。しかし多数
回になるほど長時間かかり、使用する計算機の容
量が大になる装置的な問題がある。比較的多量に
含有される介在物の場合には10000回以下でも実
用的なデータが得られる場合もないわけではな
い。分析する箇所の選び方としては第１図に順序
よく、すきまなくスポツトを並べるような選び方
を示したが、これは本発明の例示であつて一つ置
きに分析しても、１行おきに分析しても、必要な
分析箇所数が試料面上で偏よることなくとれれば
目的を達成する。 最大0.01mm²の一定面積の微小部分とは円形でも
正方形でも、矩形でもよいが、一般的には円形ス
ポツトがよい。本発明は介在物定量を目的とする
ので、0.01mm²は金属中の介在物の大きさとして最
大であり、これ以上のスポツトで分析することは
意味がない。なお、分析機器として例示において
は電子線を照射し、試料からの特性Ｘ線によつて
分析するＸ線マイクロアナライザーを示したが、
その他、該微小部分が分析できるすべての装置が
使用できる。すなわち、イオンマイクロアナライ
ザー、オージエ分光分析装置、レーザー発光分光
分析装置などは本発明の装置として該微小部分が
分析できかつ多元素同時分析が可能で十分使用で
きるものである。 微小部分の分析の制御、データの収集、元素相
互の量的比率算出、目的とする介在物の元素相互
の量的比率に対応した微小部分の数と比率などを
求めることは当然電子計算機によるが、最近の電
子計算機の進歩により、ミニコンピユータ級で本
発明の目的は十分達成しうる。 本発明を実施する場合の一つの問題点は目的と
する介在物の元素相互の量的比率をどうとるかと
いうことである。これまで金属中の介在物は化学
量論的に単純な比率と考えられてきた。例えば
TiC、AlNなどのようにTi1、C1やAl1N1と考え
られてきたが、実際に調べてみると、この比率は
大体は合つていても、一方が多かつたり、少なか
つたりする。そこで目的とする介在物の元素相互
の量的比率を定める場合には従来の化学量論的な
比率に20〜30％の幅をもたせて設定した方が化学
分析値との相関が良好となる。すなわち、目的と
する介在物の元素相互の量的比率については従来
の観念によらず試料のごとによく調べる必要があ
る。 また以上は介在物として主として２元素からな
る介在物を例としてあげたが、介在物の中には
（Fe、Mn）Ｏ、（Fe、Mn）₃Pなど３元素からな
る介在物もある。この場合には当然２元素のかわ
りに３元素間の量的比率を調べることが必要とな
つてくるが、本発明は当然この場合にも対応でき
る。 なお、本発明では電算機を利用して試料面から
目的とする介在物の元素相互の量的比率に対応し
た微小部分の数を求めることを行なうが、電算機
のメモリーを利用すれば、目的とする介在物の元
素相互の量的比率に対応した微小部分がどこの場
所で得られたかを検出することはまつたく容易な
ことであり、それを採取場所と同時に適宜な画像
表示装置上に表示すれば介在物の場所的な分布を
示すことになり、こうした介在物の分布を示すこ
とは治金的には非常に重要なことである。 以上の説明は金属試料面の微小部分の２元素以
上の定量分析を多数回繰返し、得られた多数回の
分析値のそれぞれについて元素相互の量的比率を
求めることにより介在物量および分布を求めるこ
とを述べたものであるが、得られた微小部分の２
元素以上の定量分析値のそれぞれについて元素量
を相互に適宜加減乗除して介在物の分布を求める
ことも当然本発明の範囲に入るものである。例え
ばそれぞれの微小部分につき Tiの含有率（％）−Tiの空試験値（％）／Ｃの含有率（
％）−Ｃの空試験値（％）……(1) Ｃ＋Mn／６ ……(2) (1)、(2)などの式に従つて計算し、該計算結果をも
とにして画像表示装置により表示することも本発
明の技術範囲に属するものである。 以下、本発明により、鋼試料中のセメンタイト
を実際に定量した例により、さらに詳細に説明す
る。 XY試料駆動装置をつけたＸ線マイクロアナラ
イザーを用い、鋼試料面（256μｍ×256μｍ）を
電子線（スポツト径1μｍ）で第１図のように点
分析し、各点における、鉄と炭素についての特性
Ｘ線強度を電子計算機に入れ、定量値化し、元素
相互の量的比率を算出し、セメンタイトの鉄と炭
素の量的比率（セメンタイトはFe₃C）に対応し
た点の数を求め、分析にかかわつた全体の点の数
に対する比率が得られるようにするとともに、セ
メンタイト分布が求められるようなデスプレーが
できるようにした。 セメンタイト量を求める方法としては第３図に
類似した検量線法によつた。結果の解析において
Fe／Ｃは3.6以下とした。本発明法によつて得ら
れたセメンタイト定量値を化学分析値（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−メタノール電解液定電位電解法によ
る）と比較して第１表に示した。また本発明法に

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は電子線照射位置を図解したものであ
る。第２図はマンガンと硫黄の比率（Mn／Ｓ）
を、1000000の分析箇所について計算し、その比
率が0.5〜1.5までの分析箇所数を示したものであ
る。第３図は化学分析値とMn／S1.2以下の分析
箇所数の全体箇所数に対する比率（％）との関係
を示す。第４図はセメンタイトの分布測定結果例
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属試料の研磨した面を最大0.01mm²の一定面
   積の微小部分に区分し、該微小部分が互いに重な
   ることがないようにして該区分毎に二元素以上の
   定量分析を行い、特定の介在物に対応して予め定
   めた元素相互の定量比に該当する微小部分の数
   の、定量した微小部分の全数に対する比率を得て
   介在物の面積比を得、この面積比と別に予め求め
   られている介在物の比重を考慮して金属試料中の
   介在物量の重量を算出することを特徴とする金属
   中の介在物の定量方法。 ２ 算出した金属試料中に介在物の位置の分布を
   画像表示装置により表示するようにした特許請求
   の範囲第１項記載の金属中の介在物の定量方法。