JPH0750097B2

JPH0750097B2 - 極低炭素鋼の組織現出液および現出方法

Info

Publication number: JPH0750097B2
Application number: JP63009470A
Authority: JP
Inventors: 成三平野; 文彦吉田; 浩作潮田; 肇斎藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-01-21
Filing date: 1988-01-21
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH01185444A

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
ための腐食液および腐食に関するものである。

従来の技術炭素含有量が例えば50 ppm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、あるいは一層の進展を推進す
るにあたって、光学顕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
色が強すぎ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能と
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ECC（Electron Channeling
Contrast）像は、バルク試料を用いて走査電子顕微鏡
により組織観察することが可能であるので、透過型電子
顕微鏡観察ほど煩雑でなく、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
径や加工組織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、（ii）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、（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、シュウ酸: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:
2〜3mlを添加した溶液を極低炭素鋼の組織現出のための
腐食液とし、（２）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事実に基づいている。

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
適用可能であり、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。本腐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、本薬品をベースとした腐食液
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.1をベースにして、腐食液の確立過
程を説明する。組織現出率が低いというNo.1の欠点を解
決すべくNo.1にシュウ酸を加えた腐食液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
こでシュウ酸を添加した理由は、溶出した鉄イオンとシ
ュウ酸イオンが反応して形成されるシュウ酸鉄が結晶粒
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。期待したとおり、組織現出率は
大幅に向上したが、粒内ピットは依然として発生した。
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No.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、全面腐食を防止する
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、（ｉ）組織現出率が完全で
ない、（ii）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、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100ml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。

シュウ酸は、シュウ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100mlに対して0.1g以上が必
要であり、また1g超はシュウ酸鉄の影響が強く鮮明度を
欠くため、上限を1g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100ml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以上5g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100mlに対して0.1g以上が必要であ
る。また、0.5g超の添加は鉄錯塩の沈澱が生成するの
で、上限を0.5g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、100ml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2ml
以上添加することが必要である。また、3ml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3ml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30〜60
℃、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、30
℃以上とする。腐食温度が60℃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け難く、また組織現出状況の場所的
バラツキも増大するので、60℃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
などの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、研磨しておく。その試料を、本発明によって確立さ
れた新腐食液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、新腐食法の腐食液は、水100mlに対してドデシ
ルベンゼンスルホン酸ナトリウム10g、シュウ酸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3ml添加した腐食液
から成る。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、乾燥して光学顕微鏡を用いて組織観
察に供した。

一方、比較として用いたナイタール法は、2mlの硝酸を1
00ml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。図から明らかなように、本発明の腐食液お
よび腐食方法は、極めて鮮明な組織現出状況を提供する
ことが分る。

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、光学顕微鏡観察により正確かつ
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
をベースにした新鋼種の開発などにおいても重要な基盤
技術となる。

さらに、本腐食液および腐食方法は極低炭素鋼ならなん
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、本発明により開発された新腐食液を用いて腐
食する場合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）：本発明組織現出液と現出方法を用いた場合、
（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:500倍）であり、（ａ）：本発明組織現出液と
現出方法を用いた場合、（ｂ）：従来法を用いた場合で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斎藤肇神奈川県相模原市淵野辺５―10―１新日本製鐵株式會社第２技術研究所内 (56)参考文献特開昭50−65289（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−87393（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、シュウ酸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２〜3mlを添加し
てなる極低炭素鋼の組織現出液。
【請求項２】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、シュウ酸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２〜3mlを添加し
た溶液を極低炭素鋼の組織現出のための腐食液とし、該
腐食液を30〜60℃に加熱保持した状態にして、表面の研
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。