JPH11160239A - 鉄鋼中の微小介在物の定量方法 - Google Patents

鉄鋼中の微小介在物の定量方法

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JPH11160239A
JPH11160239A JP9340637A JP34063797A JPH11160239A JP H11160239 A JPH11160239 A JP H11160239A JP 9340637 A JP9340637 A JP 9340637A JP 34063797 A JP34063797 A JP 34063797A JP H11160239 A JPH11160239 A JP H11160239A
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JP
Japan
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emission
inclusions
spectral line
steel
intensity
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JP9340637A
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Takashi Sugihara
孝志 杉原
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JFE Techno Research Corp
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Kawatetsu Techno Research Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/66Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
    • G01N21/67Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence using electric arcs or discharges

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Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼中Alの形態分析をより正確なものにし、特
に、微細なAl23として鋼中に存在しているものを発
光分光分析法を用いて極めて迅速正確に定量可能にし、
Alsolとして定量されていたものの内容をよりつまび
らかにする分析方法を提供する。 【解決手段】金属中の微小介在物の定量方法を、金属試
料に対し多数のスパーク放電を行って発光分光分析を行
うに当たり、Oに起因して発生するスペクトル線のう
ち、各スパーク放電の放電期間の前半に発生したスペク
トル線であって、かつその強度が大型介在物に由来しな
いものについて、その発光強度を累積又は積分し、該累
積又は積分結果を予め設定されている検量線と対比する
ことによって微小介在物量を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属の発光分光分
析方法に係り、特に鉄鋼の介在物の定量、就中鋼中微少
介在物の定量を迅速かつ正確に行う発光分光分析方法に
関する。また本発明は従来の化学分析法では酸可溶性A
l(以下Alsolと略記する)として定量されていたA
lのうち酸化物として存在するものを定量し、鋼材の品
質改善に寄与する固溶Alを正確に定量することができ
るようにすることを目的とする。
【0002】
【従来の技術】Alは鋼中において酸化物として存在す
るほか、地鉄に固溶したAl、地鉄から析出してAlN
として存在するAlがあり、これらが鋼材の特性に影響
を与えるため、鋼中Alの存在形態を同定し評価するこ
とが重要である。特にワイヤ材、軸受け材や深絞り材等
の鋼製品では酸化物が介在物として多く存在すると、介
在物を起点に割れが生じやすく、製品の疲労特性が著し
く低下し、一方AlNは組織の結晶粒微細化機能を通じ
焼き入れ性や成形性(加工性)に大きな影響を及ぼすの
で、製鋼段階において鋼中のAl量、存在形態を正確に
かつ迅速に把握し、操業に反映させる必要がある。
【0003】かかる鋼中Alの存在形態は従来は湿式の
化学分析によって定量され、一般にいわゆる酸可溶性A
l(Alsol)と、酸不溶Al(Alinsol)に分別定量
されていたが、分析に要する時間が掛かり、工程分析に
必ずしも適さなった。この点を改善するため発光分光分
析により、AlsolとAlinsolに状態分析する方法が実
用化されてきている。また、特開平4−5549号公報
には、発光分光分析を用いて介在物の粒径分布を求める
方法が開示され、特開平4−228250号公報には放
電初期の数百パルスで定まる発光パルスを測定対象とし
て金属中介在物の直径、含有量、および平均値を求める
方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記湿式
化学分析による分別は鋼試料を酸に溶解させる際、Al
NのほかAl23の一部、特に微細な介在物として鋼中
に存在するAl23が酸に溶解する可能性が否定しきれ
ないため、上記Alsolが果たしてAlNおよび固溶A
lかどうか、また、酸不溶AlがAl23かどうかに疑
問を生じていた。一方、発光分光分析による定量は、A
lに起因するパルス強度がある一定値以下のパルス数の
比率からAlsolを決定し、パルス強度が一定値以上の
パルス数からAlinsolを決定するものであるが、パル
ス強度が一定値以上のものにもAlNによるものがあ
り、すべてをAl23による発光と断定できず、また、
一定値以下のものの中にもAl23によるものもあって
必ずしも正確なものではなかった。また、発光分光分析
による介在物の粒度測定にかかる提案も微少介在物に留
意しておらず、鋼中Alの形態分析上問題があった。
【0005】本発明の目的は上記従来のAlの分別定量
にかかる問題点を解決し、鋼中Alの形態分析をより正
確なものにし、特に、微細なAl23として鋼中に存在
しているものを発光分光分析法を用いて極めて迅速正確
に定量可能にし、Alsolとして定量されていたものの
内容をよりつまびらかにする分析方法の提供にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は発光放電分析
の際のスパーク放電単位のAlとOのスペクトル線強度
の時間的変化を調査し、後に詳述するように、(1)放
電開始後の極めて初期においては地金からは金属元素で
あるAlによる発光のみが認められ、非金属元素である
Oの発光はほとんど認められないこと、(2)放電開始
後一定時間を経過すると介在物による発光により金属元
素であるAlの発光とともに非金属元素であるOの発光
も認められること、(3)さらに介在物が大きい場合は
上記AlとOの発光時間が長いこと、に着目し、本発明
の方法を完成した。
【0007】具体的には、本発明は、金属中の微小介在
物の定量方法を、金属試料に対し多数のスパーク放電を
行って発光分光分析を行うに当たり、Oに起因して発生
するスペクトル線のうち、各スパーク放電の放電期間の
前半に発生したスペクトル線であって、かつその強度が
大型介在物に由来しないものについて、その発光強度を
累積又は積分し、該累積又は積分結果を予め設定されて
いる検量線と対比することによって微小介在物量を決定
することとするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては多数のスパーク
放電を行って発光分光分析を行う際に発生するOに起因
するスペクトル線を利用する。図1はスパーク放電毎の
Oによるスペクトル線の分布を示したものであるが、こ
のOによる発光を同時に得られるAlの発光と対比して
みると、図2に示すように、各スパーク放電の開始後の
極めて初期(50μs以内)においては主としてAlの
発光のみが認められOのスペクトル線は図2(b)に示
すようにほとんど認められない。これに対し、各スパー
ク放電開始後一定時間を経過すると、図3(a)、
(b)に示すように、AlとともにOによるスペクトル
線が認められる。この現象は地金と介在物の沸点の差に
よる発光するまでの時間差によるものと推測される。
【0009】すなわちスパーク放電の極めて初期の段階
では沸点の低い地金部が蒸発し発光するが、その中には
非金属元素であるOはほとんど存在しないためOによる
発光が認められず、一定時間経過して非金属介在物の蒸
発が始まると非金属介在物の構成元素であるAlとOの
同時発光が認められるようになる。したがって、Oによ
るスペクトル線のこの性質を利用すれば、実質的に微細
介在物を含めてAl23を捉えることができることにな
る。
【0010】本発明においてはこのOによるスペクトル
線をスパーク放電期間の前半に発光したものと後半に発
光したものに分割し、そのうち初期の一定期間に発生し
たものだけを微細介在物に基づくものとして利用する。
大型の介在物(粒径1μm以上)と微細介在物では溶融
蒸発時間に差があり、介在物が大きい場合は発光時間が
長いことを利用するのである。なお、上記スパーク放電
期間の前半と後半の分割は全発光時間を2分割する程度
で十分であり、厳密さを要しない。
【0011】しかしながら、上記前半の発光中にも大型
介在物によるOのスペクトル線が存在する。そこでこれ
を取り除くために図1に示すスペクトル線のうちいわゆ
る大型介在物による異常発光と認められるものを除外す
る措置をとらねばならない。図4は温硝酸法によりO含
有量の異なる3種の鋼試料からアルミナ系介在物を分離
し、レーザー回折法により介在物の粒度分布を測定した
結果の一例である。図4から試料1g中に存在する介在
物数を計算できる。一方、表1は多数回にわたるスパー
ク放電後の試料の減量からスパーク放電1回当たりの試
料からの金属等の蒸発量を算出し、その蒸発量および前
記試料1g中に存在する介在物数を基に1スパークによ
って蒸発する介在物数を粒度別に算出した結果である。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】実測によれば、スパーク放電一回当たりの
試料の蒸発量は100ng程度と非常に少量である。し
たがって、1回のスパーク放電で蒸発する粒径1μm以
上の介在物は0.5個/放電以下となる。これは表1お
よび図4の結果から分かるように鋼中O濃度に依存しな
い。すなわち、1回の放電で1μm以上の介在物が複数
個蒸発する確率は非常に小さいと推定される。一方、1
μm以下の介在物は、放電1回につき平均数個から10
個程度蒸発すると計算される。しかしながら、放電1回
当たりの介在物の蒸発量は非常に少ないので異常発光の
原因にならないと推定される。したがって、異常発光の
原因となっているのは1μm以上の介在物であり、1回
の異常発光は1個の1μm以上の介在物に対応している
と考えるべきである。したがって異常発光を除くOの発
光は1μm以下の介在物によると考えられ、異常発光を
除く酸素の発光強度を用いることにより、粒径1μm以
下の介在物の定量が可能となる。
【0015】本発明においては上記発見を用いて先に述
べた各スパーク放電のうち前半の発光中に生ずるOのス
ペクトル線から大型介在物に起因する発光、いわゆる異
常発光を除外しその結果を累積又は積分して、その結果
を予め設定してある検量線と対比して微少介在物量を決
定するものである。
【0016】図5は、試料と対電極との間に2000回
スパーク放電し、スパーク放電毎の発光を分光し、鋼中
元素のスペクトル線を検出器で検出し、Oの発光強度に
ついてスパーク放電の放電期間の前半に生じたものを度
数分布に変換した例である。この度数分布には微少介在
物に相当する異常発光によるものが若干存在し、正規分
布を乱している。そこで、この異常発光を除去して正規
分布領域内にあるOの発光強度の平均値を微小介在物に
よるOの発光強度とする。
【0017】図6は粒径1μm以下の介在物量が既知の
標準試料にスパーク放電して、上述のOの発光強度の平
均値を求め、結果を横軸に粒径1μm以下の介在物量を
とり、縦軸にOの発光強度の平均値をとって示したもの
である。本図から明らかなように両者の間には非常によ
い相関が認められ、この相関関係を検量線として用いれ
ば、Oの発光強度を測定することにより粒径1μm以下
の微小介在物の定量分析が可能となる。
【0018】図7は、本発明を実施するのに使用する装
置の模式図であり、放電装置1、分析試料(電極でもあ
る)2、及び対電極3とからなる発光部20と、スリッ
ト8を通した発光スペクトル線を各元素の固有スペクト
ル線に分光する回折格子7、それぞれの元素毎にスペク
トル線を検出する検出器(フォトマルチプライア)6等
からなる分光器30と、スパーク放電毎に発光したスペ
クトル線のアナログ値を、デジタル値に変換して測光処
理を行う測光装置4や、スペクトル線強度から組成の同
定、含有量の算出等を行う演算処理装置5から構成され
ている。演算処理装置5には本装置の操作指示や測定の
ための端末機9(CRT、プリンター、キーボード等)
も付設されている。
【0019】
【発明の効果】本発明により、金属材中の微少介在物の
定量を迅速にかつ精度よく行うことができ、それにより
従来湿式化学分析によってAlsolとして定量されてい
たものの中の酸化物として存在するAlを分離すること
が可能になる。本発明を多元素同時定量型発光分光分析
装置に付設すれば、操業管理用の成分分析と同時に介在
物の測定評価、さらにはAlの存在形態の評価を行うこ
とができるので製錬工程での歩留まりの向上、製造コス
トの低減に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】発光分光分析の際に生ずるOによる発光スペク
トル線の記録図である。
【図2】各スパーク放電開始後極めて初期における発光
スペクトル線強度の分布図である。(a)はAlのスペ
クトル線分布を示し、(b)はOのスペクトル線分布を
示す。
【図3】各スパーク放電後期における発光スペクトル線
強度の分布図である。(a)はAlのスペクトル線分布
を示し、(b)はOのスペクトル線分布を示す。
【図4】鋼試料のAl23系介在物の介在物粒径と介在
物個数の関係図である。
【図5】Oのスペクトル線のうちスパーク放電期間の前
半に発光したものの度数分布図である。
【図6】粒径1μm以下の介在物量と酸素の発光強度の
関係図(検量線)の1例である。
【図7】本発明を実施するための装置の概略図である。
【符号の説明】
1:放電装置 2:分析試料 3:対電極 4:測光装置 5:演算処理装置 6:検出器 7:回折格子 8:スリット 9:端末機 20:発光部 30:分光器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄鋼試料に対し多数のスパーク放電を行
    って発光分光分析を行うに当たり、酸素に起因して発生
    するスペクトル線のうち、各スパーク放電の放電期間の
    前半に発生したスペクトル線であって、かつその強度が
    大型介在物に由来しないものについて、その発光強度を
    累積又は積分し、該累積又は積分結果を予め設定されて
    いる検量線と対比することによって微小介在物量を決定
    することを特徴とする鉄鋼中の微小介在物の定量方法。
JP9340637A 1997-11-26 1997-11-26 鉄鋼中の微小介在物の定量方法 Pending JPH11160239A (ja)

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