JPS59157566A - 金属中の窒素分析方法ならびに分析装置 - Google Patents

金属中の窒素分析方法ならびに分析装置

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JPS59157566A
JPS59157566A JP58032246A JP3224683A JPS59157566A JP S59157566 A JPS59157566 A JP S59157566A JP 58032246 A JP58032246 A JP 58032246A JP 3224683 A JP3224683 A JP 3224683A JP S59157566 A JPS59157566 A JP S59157566A
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high vacuum
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vacuum
electron beam
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Takashi Otsubo
孝至 大坪
Shunsuke Goto
後藤 俊助
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20Metals
    • G01N33/202Constituents thereof
    • G01N33/2022Non-metallic constituents
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

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】 本発明は金属中の窒素分析方法および装置に関する。
金属中の窒素をはじめとするガス成分は金員材料の性質
にさまざま力影響を及ばずことはよく知られており、そ
の存在量を知ることの重要性は百うまでもない。近年、
真空脱カス法などの精錬技術が進歩し金属中のガス成分
量を積極的に制御することが行なわれておシ、たとえば
、カス成分量を真空脱カス法により目標値以下に低減さ
せる技術や、逆に窒素を添加して強度や耐食性を得る技
術が開発されている。このような金属の製造においてカ
ス成分量を目的とする′値に稍肢よく制御するためには
、精錬中の溶融金属のカス成分量を迅速(3分以内)に
知ることがきわめてコ1(安である。
従来金属中のガス分析方法として(−1,、加熱源にイ
シパルス炉や高周波炉を用いた不活性ガス中融解−ガス
クロマトづラフ分11[L−熱伝導度法が広く用いら肛
ているが、この方法は定量自体に3〜4分を要する上、
定量のための試料の前処理に長時間を安する。すなわち
、溶融金属から採取した試料などでは表InT K酸化
物皮莫が存在して定量誤差を生ずるので研摩するかある
いけ酸化物部分を切断するなどしてこれを除去する作業
、塊状試料はそのままでは分析できないため切削あるい
は細断して0.3〜tg程度の少量の試料として採取す
る作業、さらに採取した試料を正確に秤量する作業など
複雑なAil処理が必要であり、迅速分析には不充分で
ある。
他の従来法である窒素の化学分析法でも不活性ガス中融
解−ガスクD71−タラフ分離−熱伝導度法と同様の試
料の前処理が必要であるのに加えて、試料の溶解や分析
操作に長時間を要するために、不活性カス中融解−ガス
クロマトグラフ分離−熱伝導度法よりもさらに定量所要
時間が憂く工程管理に用いることはできない。
また本発明者らはさきに、高真空中において細く絞った
電子ビームを金属に照射して該照射部のみを溶融沸騰攪
拌せしめて該溶融部に含オれるガスを中性原子および分
子として抽出し、ガス分析計により分析する金属中の局
所カス分析方法を報告した(特開昭54−124795
号)。而してこの方法は試料の細断や秤量を必碧とし力
い有用な方法であるが、真空排気にやや時間がかかり工
程管理のための迅速分析にはあまり適当でない。
本発明者ら口、このような現状に鑑み、種々検討を行な
った結果、高真空中において金属試料の一部を電子ビー
ムによって溶融し該溶融部より抽出される窒素ガスを定
量し金属試料中の窒素貧有率を分析するにあたり、試料
を−たん少容歇(高真空部との容積化1/3o以下)の
試料導入部に入れたのち、高真空部と独立した排気ボシ
プ(排気能力200シmln以上)により該導入部中の
大気全)“(、空シ1ト気としたのち、試料を高真?P
部に2浮くとともに試料導入部と高真空部とを471H
させた1捷それぞれの真空rKシづによって排気するこ
と(tこ」2つで、ル(科装入から高真草下での亀子ビ
ーム照射に至る址での真空排気時間を従来の数時間外い
し数十分のオーづ−から数十秒のオー々−まで短縮でき
ることと、溶融部の体積が電子ビームの電流と電圧と照
射時間によって4Q椀性よく決泥されることから一定形
状の試料を用い、あらかじめ均質で窒素量既知の試料を
用いて作成した検量線を求めておくことによって窒素定
量値を窒素含有率に換算できるので、試料の切断、研磨
、秤量等の操作が不要となることとあいまって、高速ガ
ス分析計をこれに組合せることによって3分以内で窒素
量を定゛椴できることを見出した。さらに、試料導入部
と高真空部とを隔離する弁を試料移動機構と一体に形成
させることによって、弁の開閉操作の待ち時間を省き、
分析時間を一層短縮することができる。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり
、その要旨とするところは、1.高真空中において金属
試料の一部を電子ビームによって溶融し該溶融部より抽
出される窒素ガスを定量し金属試料中の窒素含有率を分
析するにあたり、試料を高真空部と隔離された試料導入
部に入れたのち、高真空部排気ポシプと独立した真空ポ
ジづによりt’rorr以下に真空排気したのち高真空
部に試料を導入すると共に試料導入部を高真空部と導通
せしめた状態で、さらに真空排気をおこない、真空度が
5 X L O−’forr以下になった時点で試料に
電子ビーム照射をおこなうことを特徴とする金為中の窒
素分析方法02.金属試料の一部に電子ビーム照射する
ための高真空部と、該高真空部を真空排りするための真
空ポジづと、篩真空部の内容積との比が1/3(l以下
でかつXtl以下内容積をもち1Wlx空部ならひに大
気と断続自在につくられた試別導入部と、該導入部を排
気するための真空ホルづと、高真空中で促料をが斜溝入
部から晶嶌苧815へ移動する槻構と、面子ビーへ耶射
部と、茜、速ガス分析計とから女ることを特徴とする金
枦中の望素分析装V′である。
以下本り+)明を実施例に丁す1ゾl而にもとづき詳酊
11に説、明する。第1図および第2図は金拠中の窒素
のガス分析のための本発明の装装置の一例であって、前
場は試料(l入髄、後者は分析時の状態を示りまたもの
である。
金属試4″Ilを試料出し入れ[12を経て試料導入部
3内の装着ハ」14に装着した後、試料出し入れ目2を
閉じ弁5を開いて試料導入WIS 3の内部のガスを真
空排気ポジづ(排気能力2 (10thin以上)6で
排気する。導入部3の真空計7のよみがI’l’orr
以Fになったことを確認したのち、シャフト駆動部8に
よシシセフト9を駆動して該シャフトに固定されたフラ
シジ10を移動させて試料導入部3を高真空部11と連
結すると共に試料1をあらかじめ決定した電子ビーム照
射位置に設置する。高真空部11はあらかじめ弁12を
介し高真空排気用ポジづ13によりI X L o−1
・。、r以下の高真空に排気されているが、低真空の導
入部3と連結されることによって一時的に真空度が悲く
なるので高真空部真空計14が角び5 X L 0−6
Torr以下を示すまで排気をしつつ待機する。所要圧
力以下になったことを確認し、゛重子ビーム源15から
一定の電圧、ビーム電流、照射時間で試料lに電子ビー
ムを照射し、試別を局■(的に溶融し溶融部から高真空
中に抽出される窒素ガスを高速ガス分析計16で定量す
る。溶融部の体積は前記各粂件をそれぞれ±1φ1内で
一定にすれば、±1%の精度で一定と々る。したがって
秤量をおこなうことなく、あらかじめ均mで窒累量既知
の試料を用いて作成した検′jA′線を用いて、窒素定
量値を窒素含有率に換算することができる0また、特に
気孔等を含むことのない均質な試料では3閣以上離れた
位置で2ないし3点照射して窒素量を求めた結果は相対
誤差±5係以内に収まシ、それらの平均を用いると信頼
性の高い分析値が得られる。
分析完了後、再びシャフト駆動部8によりシャフト9を
1q蛎して試料を試料導入部3に戻すと共に試料導入部
3と高真空部11とを隔離し、弁5を閉じたのちり−ク
弁17を開き試料導入部3ヘカス源18中”) Arカ
スを導き大気王とし出し入れ[コ2を開キ記、料を取り
出し、必要に応じて新たに別の試料を装着する。
試料出し入れ口の大きさけ挿入すべき試料の径(10〜
40鰭φ)と導入部3の容積を勘案すると50〜100
咽やとするのが適当である0試料導入部3の容積を1を
以下でかつ高真空部11の容積のl/30以下と規定し
たが、本来真空に到達するに要する時l′B]だけを考
えると導入部3の容積はできるたけ小さくすることが望
ましいが、挿入すべき試料の形状を考慮すると一定の容
積が必要であること、および試料導入部3と高真空部I
Iとを連結す:Aととによって試料導入部30残留月ス
田を低減させる効朱によって電子ビーム照射可能な真空
度(5X 10 ’Torr)に到達する時間が充分に
短くできる必要粂件としてV定した。シャフト9を駆動
する時間は導入部3の真空度が1Torrを下廻ったと
きが望捷しく、前記の容に’N比条件を満足する場合に
は、試料導入部3とあらかじめ排気された高真空部11
との連結によって導入部の真空度よりもよくなることと
、連結と同時に弁5を閉じることにより低真空大容積の
ポジづ部6を隔絶すること、シャフト駆動時間中の排気
ポジづ13によって排気する効果により、試料が照射位
置に設定されるとほぼ同時に電子ビーム照射をおこなう
ことにより分析時間の短縮を図るためにおこなったもの
である。l Torrより低真空時に連結すると大容積
の高真空部11が低真空となるため、これを再び5 X
 l O−”I”orr以下の電子ビーム照射可能な高
真空に排気するための時間はかえって延長さ詐る。5 
X I 0−6Torr以下にするのけ電子真空部11
内で直線運動をするシャフト9を、べO−ズを介して外
部より電動を一夕−と5・リクアシドヒニオシ機構で枢
動する方式とした0フ゛ラシジlOにViOリシクを設
置し試料導入部3の一部に、これを受ける面を設けて試
料が導入部3に位置する場合には高真空部11と導入部
3とが真空的に隔離される構造とした。電子ビーム源1
5としては、加速電圧10〜100kV、ビーム電流5
〜50mA、の範囲内で照射時間を含めそねそれを精度
士1%以内で設定できるものを用いるとよい。高速カス
分析計16としては、四重極賀幇分析計のように、溶融
部から高真空中に抽出され再び真空ボルプで排気される
短時間(約I Bec )の分圧推移を追跡できるもの
を用いるとよい。分析終了後、試料を試料導入部3に戻
しその内部にアルゴシガスを導いて大気圧としたが、大
気中の水蒸気等が内壁に吸着されて真空排気速度を低下
させることを防止するためにおこなったもので、Arカ
スの代りにHe、等その他の不活性なガスを用いてもよ
い。
以下本発明の効果を実施例によりさらに具体的に説明す
る。
実施例 低炭素銅を転炉で溶製後、R)L脱ガス装置を用いて脱
ガスをおこない脱ブ1ス開始後5分毎に25聾φ×(7
0±3)fiの円柱状試料をくみと9、水冷後筒1図の
装置を用い前記の実施袈領により窒素量を分析した。
用いた装置では、導入部容積が約0.6t、高真空部容
積が約241で、導入部の真空排気ポジづとして250
 //1ninの油回転ポジづ、高真空部の真空ホシづ
として、330 t/seeのターボ分子ポシプと25
0νmlnの油回転ポシプを用いた。
電子ビーム2射争件は、加速電圧30に■、ヒーム電流
20mA、照射時間1 secとし、同一試料につき、
その円柱側面上で3酬間隔で3点照射をおこない、その
平均をもって窒素定量値とした。同一形状の窒素量既知
の鋼を用いてあらかじめ作成した検量線によって窒素定
量値を窒素含有率によみかえた。
定量した結果を第1表に示す。
本発明方法で分析したのち、試料の非溶融部の一部を切
断、研摩、秤景し従来の不活性ガス溶融−ガスクロマト
タラフ分離−熱伝導度検出法で窒素を定量した結果をあ
わせて示す。従来法とよく一致した結果が得られている
ことが明らかである。なお、本発明方法で上記分析値を
得るに要した時間はいづれも約120秒であった。した
がって、本発明方法によって即脱ガスの効果を迅速に把
握することができ、RH脱カス操業を必要にして十分な
時間に制御することができ、材料の特性向上は勿論、雀
エネル甲−に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は金属中の留紫を分析するための本
発明装置の一例で、前者は試料挿入時、後者は分析時の
状態を示したものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■ 高真空中において金属試料の一部を電子ビームによ
    って溶融し該溶融部よシ抽出される窒素ガスを定量し今
    加試料中の窒素含有料を分析するにあたり、試料を高真
    空部と隔離された試料導入部に入れたのち、高真空部排
    気ポジづと独立した真空ポジづにょシL Torr以下
    に真空排気したのち高真空部に試料を導入すると共に試
    料導入部を尚真空部と導通せしめた状態で、さらに真空
    排気をおこない、真空度が5 X I O”Torr以
    下になった時点で試料に電子ビーム照射をおこなうこと
    を特徴とする金属中の窒素分析方法。 2 金属試料の一部に電子ビーム照射するための高真空
    部と、該高真空部を真空排気するための真空ボ:Jプと
    、高真空部の内容積との比が1/30以下でかつ1を以
    下の内容積をもち高真空部ならびに大気と断続自在につ
    くられた試料導入部と、該導入部を排気するための真空
    ホ:Jつと、高真空中で試料を試料導入部から高真空部
    へ移動する機構と、電子ビーム照射部と、高速ガス分析
    計とからなることを特徴とする金属中の窒素分析装置。 3 試料導入部と高真空部とを隔離する弁が試料移動機
    構と一体に形成されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第2項記載の金属中の窒素分析装置。
JP58032246A 1983-02-28 1983-02-28 金属中の窒素分析方法ならびに分析装置 Granted JPS59157566A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6283953U (ja) * 1985-11-12 1987-05-28
JPS6437663U (ja) * 1987-08-29 1989-03-07
JPH02254335A (ja) * 1989-03-28 1990-10-15 Showa Alum Corp 金属材中のガス分析装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPH02254335A (ja) * 1989-03-28 1990-10-15 Showa Alum Corp 金属材中のガス分析装置

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JPH035549B2 (ja) 1991-01-25

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