JPS631969A - 鋼の島状マルテンサイト組織の検出方法 - 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〕 この発明は主たる組織がフェライト、パーライトあるい
はベイナイト及びそれらの混合組織であるような鋼中に
存在する島状マルテンサイ１〜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〕

現在、−・般的に用いられている腐食液は鋼の金相学的
組織の現出には有効であるが、それ以１−―の情報を得
ることは出来ない。−方、鋼の重要な特性値の一つであ
る靭性はその鋼の組織と直接関係しているが、現状では
一々機械試験による以列、靭性値を知る手段は無い。た
だ最近の靭性の研究により島状マルテンサイ１−（場合
によって残留オーステナイトとの混合組織となることが
あるため、Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ−Ａｕｓｔｅｎｊ、ｔ
ｅ　　ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ　とも言うが、以下では
両者を総称して島状マルテンサイ１〜と呼ぶことにする
。）が特に有害な組織であることが明らかとなっており
、この組織を簡ず）１に検出することが可能なら鋼の靭
性判定法どして非常に便利であることが容易に推察でき
る。−例を第５図（鉄とｇ　　ｖｏｌ−，１−７２，１
９８６，５６２１）に示す。この図は靭性の指標の一つ
である限界ＣＯＯ値が１１１オーステナイ１−粒界近傍
の島状マルテンサイ１へ量により大きく影響されること
に再現熱サイクル試験により明らかにした結果である。

鋼種（Ｖ＋　Ｎ、Ｌ、ｃ）はいずれも低温靭性を重要視
する海洋構造物用鋼の成分を用いているが、一つの鋼種
体系の中で他の要因があまり大きく変化しなければ、島
状マルテンサイトを検出、定量化することにより靭性値
が推定可能となる。検出手段としては現在、腐食法によ
るものが種々行われているが、簡便性や再現性の点で必
ずしも十分有溶液あるいはピクリン酸のエタノール溶液
など）では島状マルテンサイトと他の部分との境界は区
別可能なものの島状マルテンサイトと他の部分との間に
特に腐食状態に著しい違いが無いため、島状マルテンサ
イトの判別は光学顕微鏡による観察では経験に頼らざる
を得す、従って、個人差が大きく、再現性も悪い。他の
手段、例えばオージェ分析や透過型電子顕微鏡によれば
確実に判定出来るが、試料準備が煩雑であったり、観察
視野が狭い等、簡便さに欠ける。また島状マルテンサイ
トを確実に判別する目的のもとに開発されたものとして
島状マルテンサイトと区別の難しい炭化物を選択的に溶
解させる腐食法があるが、（溶接学会式ｖｏ１．．４９
．Ｎｏ、７　１．９８０　　Ｐ４６７−Ｐ４７２）この
方法では光学顕微鏡によって溶解した後に形成される四
部と溶は残った島状マルテンサイトの凸部との区別が難
しいので他の観察手段、例えば走査型電子顕微鏡を必要
とするためやはり簡便性の点で問題が残る。機械的特性
値との対応あるいは実験の効率などから考えれば光学顕
微鏡レベルで誰にも明確な判定基準の下で島状マルテン
サイトが判別出来ることが好ましいが、そのためにはこ
の目的に即した組織を現出できる腐食法が必要となる。

この目的の腐食法の代表例にはＪｏｕｒｎａｌ、　　ｏ
ｆＭａｔａ］、ｓ　、　Ｍａｒｃｈ　１．９８０．　Ｐ
３８−Ｐ３９で示されるものがある。この方法は島状マ
ルテンサイトと他の部分との腐食状態の差、あるいは腐
食生成物の付着状態の差を利用する方法である。この場
合、−般的には島状マルテンサイｊ・の判別には他の部
分との色の違いを利用するので、光学顕微鏡による判定
が可能であり、簡便である。しかし本発明者らの検討に
よれば上の文献に記載された適用例をはずれた鋼種、あ
るいは組織では場合によっては均一な腐食状態が得られ
難い、島状マルテンサイトと他の部分との着色状態の違
いが不鮮明である等、−般的に鋼の島状マルテンサイト
の検出に用いるには未だ不十分な点もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述したように従来法の問題点は第一に光学顕微鏡によ
る観察だけで島状マルテンサイトかどうか判定すること
が困難なことである。第二にはたとえ判定できたとして
も島状マルテンサイトと他の部分とが明瞭な濃淡差を示
さないため検出、判定が容易でないこと、さらに第三点
としては再現性良く、均一な腐食状態を得られにくい点
が挙げられる。従って、島状マルテンサイトの生成によ
り靭性が劣化する可能性のある鋼種全般に対してこれら
の問題を生じない腐食法を開発することが島状マルテン
サイトの検出を容易に行うためには必要である。

〔問題点を解決するための手段〕

光学顕微鏡で鋼の島状マルテンサイトを検出するために
は凹凸の違いでは無く着色状態の違いを利用する方が検
・出が容易である。また、−般的には島状マルテンサイ
トはかなり勺イズが小さいので着色状態の違いは出来る
だけ大きい方が好ましい。

そこで本発明者らは上述の目的にかなった腐食状態を生
じさせることのできる腐食法を種々検討した結果、従来
の腐食法の欠点を克服して確実に且つ簡便に島状マルテ
ンサイトと他の組織とを判別することの出来る腐食法を
用いた鋼の島状マルテンサイトの検出方法を発明した。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明では以下に示す二種類の液を用いて鋼の表面を腐
食することにより光学顕微鏡で島状マルテンサイトが容
易に判別出来るような着色状態と）３液：ピロ亜硫酸ナ
トリウムを０．２５（ｗ／ｖ）％以−Ｉ−１　、０　（
ｗ　／　ｖ　）以下、及び、ピクリン酸を０．５（ｗ／
ｖ）％以１−２．５（ｗ／　ｖ　）％以ドを含んだ液 ここでＮは規定濃度を意味し、（ｗ／ｖ）％は溶液の体
積（ｍｌ）に対する溶質の重に（ｇ）の割合を％で表し
たものである。

このＡ液、Ｂ液を用いて以下のような手順により鋼表面
を腐食する。

先ず、組織を現出させたい鋼試料の表面を通常のＪｉ　
’ｆｂに従って研磨して鏡面状態とし、最初にＡ液に浸
す。腐食時間は液温及び液の塩酸濃度によるが、１．Ｉ
Ｎの塩酸では液温１５〜２５℃の場合、１０秒から３０
秒が目安である。Ａ液による腐食が終了したら水洗、乾
燥を行った後、Ｂ液に浸す。この時の腐食時間は試料の
合金成分、主たる組織に応じて調節するが、−般的には
液温か１５〜２５℃の場合、１０〜６０秒の間に入る。

本発明で腐食液を二つに分け、順番に用いる理由、及び
、その腐食液の組成を規定する理由は以−ドに述べる実
験結果に基づいている。

検討した鋼種、熱履歴はそれぞれ第１表、第２表に示す
通りである。低温靭性を特に問題とする高張力鋼を対象
とし、との鋼種にも対応出来る腐食液の開発を目指して
引っ張り強さ５０〜１００ｋ　ｇ　／　ｍ　ｎｒ級の高
張力鋼の中から代表的なものを四鋼種選んだ。また第２
表の熱履歴はそれぞれの鋼種において島状マルテンサイ
１−が存在し、且つその量が大きく変化するようそれぞ
れの鋼種で何種類か選んだ。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、島状マルテンサイトの生している組織を持つ鋼
ならいずれに対しても適用可能である。

まず、Ａ液、Ｂ酸二種類の液にオ〕け、且つＡ液Ｂ液の
順番に用い、Ａ液として塩酸を採用した理由を述べる。

最終的な腐食及び着色状態はＢ液によってもたらされる
が、Ｂ液のみを用いた場合は島状マルテンサイ１〜と他
の組織との腐食状態の差が明確にならない。即ち、この
液のみを用いると島状マルチ−７＝ ンサイトは白いまま残るが、他の組織の腐食状態が不均
一でまだら模様を呈し、島状マルテンサイト以外の組織
も白く見える部分が生じたりする。

また、最悪の場合には組織の区別無く全面が着色され、
全く所期の目的を達し得ない。そこで１３液による腐食
が島状マルテンサイトを白く残し、他の部分は均一に腐
食あるいは着色されるように予めＡ液による予備腐食を
施す。従って、それぞれの液の目的から当然、Ａ液、Ｂ
液の順番に腐食する必要がある。

Ａ液はその腐食によってその後に行うＢ液による腐食に
際して島状マルテンサイ１〜を除く部分全般が出来るだ
け均一に腐食あるいは着色されるようなものが好ましい
。そこで本発明者らは予備腐食液として種々のものを試
みた。その結果を第３表に示す。尚、この時のＢ液とし
てはピロ亜硫酸ナトリウムを０．５（ｗ／ｖ）％、ピク
リン酸を２．０（ｗ／ｖ）％含む溶液髪用いた。表中、
・印は腐食状態が特に良好なもの、即ち、島状マルテン
サイトと他の組織との区別が非常に明瞭について尚且つ
再現性が良く、失敗のほとんど無い場合を指す。具体的
な腐食例を第１図に示すが、腐食状態が最も優れている
場合には写真−１−では島状マルテンサイトは白く見え
、その他の組織はそれとは対照的に暗い色に見えるため
、島状マルテンサイ１への判別が非常に容易である。○
印は・印に比べて腐食の再現性は同等で、島状マルテン
サイト以外の組織の着色状態が不十分ではあるが、島状
マルテンサイトの判別には問題の無い腐食状態に相当す
る。Δ印は島状マルテンサイト以外の組織も着色されず
に白いまま残る部分が生しるため、島状マルテンサイト
の判別、定量に誤差を生じる場合。この場合は不均一な
腐食状態になりやすく、再現性も悪い。この様な腐食状
態の例を第２図に示す。Ｘ印は腐食状態が島状マルテン
サイトと他の組織ではほとんど差が無く、島状マルテン
サイトの判別が全く不可能な状態、あるいは他の従来の
一般的な腐食液（例えば硝唱タノール溶液）と腐食状態
が何ら変わらないものを指す。尚、本発明の腐食液によ
り白く見える部分が鳥状マルテンサイトであることはオ
ージェ分析装置によるＣ量の分析、透過型電子顕微鏡に
よる組織観察で確認した。

Ａ液を用いない、即ち予備腐食無しの場合が最も腐食状
態が劣り、との鋼種に対しても０印以」二の腐食状態を
得ることは出来なかった。Ａ液として０．３Ｎの硝酸エ
タノール溶液を用いても結果はほぼ同様、予備腐食の効
果は全く無いと言える。

Ａ液として４（ｗ／ｖ）％ピクリン酸エタノール溶液を
用いると多少改善される方向で、−部の鋼種では最終腐
食状態が良好な場合もあるが、腐食状態の劣る場合の方
が多く、普遍的に用いるための腐食液としては不十分で
ある。これらに対してＡ液として１．ＩＮの塩酸を使う
と実験に供した鋼種全てにおいて良好な腐食状態髪得る
ことが可能である。以上の結果を明らかにし得たので発
明老らは予備腐食液のＡ液として塩酸を採用することと
した。

本発明と同様の考え方に立って考案された従来例（Ｊｏ
ｕｒｎａｌ、　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｓ　、　Ｍａｒｃｈ　
］、　９８０　＋Ｐ、３０〜Ｐ３９）ではＢ液の組成は
基本的には本発明と同一であるが、Ａ液に硝酸エタノー
ル溶液、あるいはピクリン酸エタノール溶液を採用して
いる点が本発明と根本的に相違している。これらの液は
第３表で示したとおり、塩酸に比べて劣っており、従っ
て、従来例に比べて本発明の方が格段に腐食効果が改善
されている。

次にＡ液の塩酸濃度を限定した理由を述べる。

第３表の結果から１．ＩＮの濃度の塩酸で目的を十分達
成することが可能であるが、許容できる濃度範囲を検討
してみた結果、第３図に示すように特に高濃度領域にな
ると腐食状態が劣化してくることが明らかとなった。こ
れは予備腐食としての効果が低下することも原因である
が、Ａ液の塩酸濃度が高いとＡ液自体の腐食で鋼表面の
地肌を荒らすことも腐食状態を劣化させる一因となって
いる。低濃度側では上述のようなことは無いが、腐食時
間が長くなるだけなので、濃度を低くすることは意味が
無い。従って、本発明者らは鋼種、熱履歴によらず良好
な腐食状態を得るためのＡ液の塩酸濃度範囲を第３図の
結果に基づいて０．２Ｎ以上２．５Ｎ以下と限定した。

ただし、腐食状態を最良にして島状マルテンサイトの検
出をより容易にするためには塩酸濃度は０．５Ｎ以−ｈ
２．ＯＮ以下の方がより好ましい。この範囲内なら確実
にＯ印以上の腐食状態を得ることが可能である。

最後に、本発明でＢ液の組成を限定した理由を述べる。

Ｂ液は従来例を基礎としてピロ亜硫酸ナトリウムとピク
リン酸を含む溶液を用いるのは従来例と同様であるが、
Ａ液と組み合わせて用いる場合の最適組成範囲を以下に
示す実験により明確にした。第４図にその結果を示す。

ピロ亜硫酸ナトリウムの溶媒には水を用い、ピクリン酸
は水に溶けにくいのでエタノールを溶媒としてそれぞれ
溶液とした後、混合して所定の組成の液を作成した。検
討した濃度の範囲はピロ亜硫酸は０．１〜２．５（ｗ／
ｖ）％、ピクリン酸は０．２Ｆ）−５゜０（ｗ／ｖ）％
である。尚、この時のＡ液は１゜ＩＮの塩酸を用いてい
る。この図では二側のみ示すが、他の鋼種、熱履歴のも
のでもほとんど同様＝１２− の結果である。また、図中のそれぞれの記号の意味は第
３表と同じである。

第４図に示す様に、鋼種、熱履歴の違いにより最適な腐
食状態を示すピロ亜硫酸すトリウへ濃度とピクリン酸濃
度の組み合わせの範囲は多少変動するもののその差はあ
まり大きくない。従って、どの′鋼種、熱履歴において
もほぼＯ印に相当する腐食状態を得るためのＢ液の組成
を第４図から求め、本発明の請求範囲とした。

以上の検討により得られた腐食法髪用いて目的の鋼の表
面を腐食すれば島状マルテンサイトと他の部分とに明瞭
な色の違いもしくは濃淡差を生じて光学顕微鏡観察で容
易に島状マルテンサイトの検出が可能となり、例えば第
５図の例のように靭性値の推定が可能となり、工業的な
価値は大きい。

〔作用〕

島状マルテンサイトを検出するにはまず、目的とする鋼
試料の少なくとも一面を通常の顕微鏡観察の場合と同程
度に研磨しておく。その試料を最初に４液に浸す。浸漬
時間は試料の合金添加量、鋼の組織、及び液温に応じて
適宜調節する３、Ａ液による腐食が終了したら水洗、乾
燥を行った後、Ｂ液に浸す。浸漬時間はやはり適宜調節
する。水洗、乾燥を行って光学顕微鏡により組織を観察
すオｔば、島状マルテンサイ１−を検出できる。そして
計１的に応じて島状マルテンサイ１−を定量化すること
により靭性判定あるいは靭性要因の解析等を行うことが
ｉＪ能となる。

〔実施例〕

実施例に第４表に示す。供試鋼は第１表の１３を用い、
熱処理は第２表のｂを施して検討に供した。

実施例１〜３は本発明の請求範囲内で１−限、下限に近
い組成、及び最適に近い組成とした。本発明の請求範囲
内なｋ）Ａ液、Ｂ液それぞれの濃度によ番）腐食時間を
適宜、調節すれば、いずれの組成でも・印に相当する優
れた腐食状態が得られ、画像解析にかける上では問題は
ないが、これｒ〕の中でも−１−限、下限の組成による
ものに比べて実施例２の組成の場合が島状マルテンサイ
トと他の部分どのントラストが最も明確であった。画像
解析装置を用いて島状マルテンサイ１への面積率、平均
直Ｐ（円相当直径）、１．ｍｍあたりの個数を測定した
例もイノ１ぜて第４表に示すが、実施例１〜３の結果は
ほぼ等しく、請求範囲内の組成のＡ液、Ｂ液をそれぞれ
用いればｊＥ　シ＜島状マルテンザイ１へが検出出来ろ
ことが判明した。

一方、実施例４，５は比較として本発明の請求範囲をは
すれた条件で行った例である。実施例４はＡ液を使オ）
なかった場合で、島状マルテンサイトと他の部分とで腐
食状態に殆ど差異が紹めＩ゛、れす、画像解析も不可能
な状態であった。実施例５はＡ液、Ｉ３液とも請求範囲
をはずれているもので、島状マルテンサイ１へと地のフ
エライ１へどの着色状態には差が認められるものの、粒
Ｗや炭化物も島状マルテンサイ１へと同様の着色状態に
なってしまい、画像解析ではこれＩ）を島状マルテンサ
イｊ〜と区別できず同様に測定してしまうため、画像解
析結果は第４表に示すように実施例１〜：３と違ってお
り、誤差が大きく生じている。

〔発明の効果〕

以上の実施例からも明らかなように、本発明法を用いれ
ば鋼の島状マルテンサイト組織を再現性良く均一に他の
部分と区別でき、光学顕微鏡観察により誰にでも簡単に
判別することができるようになる。またこの実施例中の
・印に相当するような優れた腐食状態の場合には島状マ
ルテンサイトの他の部分との着色状態のコントラストが
非常に顕著なので、直接、画像解析装置を用いてその量
、サイズ、分布等、も測定することが可能であり、従っ
て、島状マルテンサイトの定量化もより容易となる。そ
の結果として鋼の靭性値の推定や靭性支配要因の解析も
より簡便に効率良く行えるようになり、鋼の靭性研究の
効率化、新鋼種の開発にその効果は非常に大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法により島状マルテンサイトが非常に明
確に判別しうる光学顕微鏡組織の写真の例であり（・印
に相当）、第２図は腐食状態がやや劣り、島状マルテン
サイトの判別に問題のある場合の光学顕微鏡組織写真の
例である（Δ印に相当）、また、第３図はＡ液の塩酸濃
度と最終腐食状態との関係を示す図、第４図はＢ液の組
成と腐食状態との関係を示す図、第５図は鋼の靭性（再
現熱サイクル材の限界ＣＯＤ値）と島状マルテンサイト
との関係の実例を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面を研磨した鋼をＡ液に浸漬し、次いで、水洗、乾燥
   した後、Ｂ液に浸漬し、水洗、乾燥後、該鋼表面を光学
   顕微鏡観察することによって該鋼の島状マルテンサイト
   組織を検出することを特徴とする鋼の島状マルテンサイ
   ト組織の検出方法。 但し、Ａ液は０．２Ｎ以上２．５Ｎ以下の濃度の塩酸。 Ｂ液はピロ亜硫酸ナトリウムを０．２５（ｗ／ｖ）％以
   上１．０（ｗ／ｖ）％及び、ピクリン酸を０．５（ｗ／
   ｖ）％以上２．５（ｗ／ｖ）％以下を含んだ液。