KR101254981B1 - Method for measureing distribution and concentration of boron in steel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차이온질량분석 장비를 이용하여 강중 보론의 분포와 함량을 측정할 수 있는 방법에 관한 것으로,
표준 시편을 준비하는 단계; 상기 표준 시편을 이차이온질량분석기에 장입하고 일차 이온 빔을 조정하는 단계; 상기 일차 이온 빔을 안정화시키는 단계; 상기 표준 시편으로부터의 표면효과를 제거하기 위해 예비 스퍼터링을 행하는 단계; 상기 예비 스퍼터링 후 보론 클러스터 이온(11B16O2)과 철 클러스터 이온(56Fe16O)의 질량이 동조되고, 질량측정기의 중앙을 통과해 형광판에 정위치되도록 질량 정밀 보정을 행하는 단계; 상기 일차 이온 빔을 표준 시편에 스퍼터링하여 표준 시편의 보론 분포 상태도를 얻는 단계; 및 상기 보론 분포상태도를 이용해 이차이온 강도의 시간 함수 그래프를 도출하고, 상기 강도의 시간 함수 그래프를 통해, 보론 함량의 선형 그래프를 검량선으로 도출하여 보론 함량을 예측하는 단계를 포함하는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for measuring the distribution and content of boron in steel using a secondary ion mass spectrometer,
Preparing a standard specimen; Charging the standard specimen to a secondary ion mass spectrometer and adjusting a primary ion beam; Stabilizing the primary ion beam; Preliminary sputtering to remove surface effects from the standard specimen; Performing mass precision correction so that the masses of the boron cluster ions ( 11 B 16 O 2 ) and the iron cluster ions ( 56 Fe 16 O) are tuned after the preliminary sputtering, and are positioned on the fluorescent plate through the center of the mass meter; Sputtering the primary ion beam onto a standard specimen to obtain a boron distribution state diagram of the standard specimen; And deriving a time function graph of secondary ion intensity using the boron distribution state diagram, and predicting boron content by deriving a linear graph of boron content as a calibration curve through the time function graph of intensity. It provides a method for measuring the content.
Description
본 발명은 강중 첨가된 보론의 분포와 함량을 측정할 수 있는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차이온질량분석 장비를 이용하여 상기 보론의 분포와 함량을 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the distribution and content of boron added in steel, and more particularly to a method for measuring the distribution and content of the boron using a secondary ion mass spectrometry equipment.
일반적으로 강중 보론은 강의 변태를 제어하거나, 결정립계의 응집력을 결정하는 중요한 합금원소 중 하나이다. 이때 첨가되는 보론의 함량은 기지의 조성과 미세조직에 따른 보론의 고용도에 의존하나, 대개는 수십 ppm의 범위로 첨가된다. 특히, 보론강은 중탄소강에 보론을 0.003중량%(30ppm)정도 첨가하여 경화능을 대폭 향상시킨 강이다. 보론이 경화능을 높이는 이유는 보론이 오스테나이트 결정립계 등의 결함부에 편석하여 페라이트 핵 생성을 억제하기 때문이다.
In general, boron in steel is one of the important alloying elements to control the transformation of steel or determine the cohesion of grain boundary. The content of boron added at this time depends on the solubility of boron according to the composition of the matrix and the microstructure, but is usually added in the range of several tens of ppm. In particular, boron steel is a steel in which hardenability is greatly improved by adding about 0.003% by weight (30 ppm) of boron to medium carbon steel. The reason that boron increases the hardenability is that boron segregates at defects such as austenite grain boundaries and suppresses ferrite nucleation.
보론의 분포상태를 분석하는 방법으로 한국 공개특허 2010-0009085호가 있다. 상기 특허는 열중성자 조사법을 이용하여 분석하는 방법으로, 이러한 열중성자를 이용한 방법은 시편의 준비, 측정과정이 다소 번거롭고 중성자 조사에만 최소 4시간이 소요되는 문제가 있다. 게다가 중성자 발생 장치 자체가 희귀하여 조사방법의 접근성에 제약이 있다. 또한, 상기 특허에 의한 방법은 측정 배율이 100배 정도로 제한되어 결정이 수㎛ 정도의 미세한 조직일 경우, 보론의 분포를 정확하게 인식하기 어려운 단점이 있다.
Korean Patent Publication No. 2010-0009085 is a method of analyzing the distribution state of boron. The patent is a method of analyzing using a thermal neutron irradiation method, the method using the thermal neutron has a problem that the preparation and measurement process of the specimen is somewhat cumbersome and at least 4 hours only neutron irradiation. In addition, the neutron generator itself is rare, which limits the accessibility of the irradiation method. In addition, the method according to the patent has a disadvantage that the measurement magnification is limited to about 100 times, so that the distribution of boron is difficult to accurately recognize when the crystal is a microstructure of about several μm.
한편, 보론의 함량을 측정하는 방법으로는 유도결합 플라즈마 질량 분광기(ICP-MS)법이 가장 널리 사용되고 있다. 상기 방법은 용액 상태의 표준시료 및 측정시편을 분석하기 때문에 보론의 분포상태는 전혀 알 수 없고, 더불어 시편처리시 용액화를 거쳐야 하는 단점이 있다.
On the other hand, inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS) method is most widely used as a method for measuring the content of boron. Since the method analyzes standard samples and measurement specimens in solution state, the distribution of boron is not known at all, and there is a disadvantage that the solution must be subjected to solution treatment.
상기와 같이, 보론의 분포를 분석하고, 함량을 측정하기 위한 방법은 각각의 개별적 단점이 있으며, 한번의 방법으로 보론의 분포와 함량을 측정할 수 있는 방법에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.As described above, the method for analyzing the distribution of boron and measuring the content has its individual disadvantages, and the situation is required to study the method for measuring the distribution and content of boron in one method.
본 발명의 일측면은 이차이온질량분석기를 이용하여, 측정시간도 빠르며, 고해상도를 갖는 보론 분포상태도를 얻을 수 있고, 동시에 보론의 함량도 정량적으로 예정할 수 있는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.In one aspect of the present invention using a secondary ion mass spectrometer, the measurement time is fast, it is possible to obtain a boron distribution state diagram having a high resolution, and at the same time a method for measuring the boron distribution and content in the steel can be quantitatively scheduled Is to provide.
본 발명은 표준 시편을 준비하는 단계; The present invention comprises the steps of preparing a standard specimen;
상기 표준 시편을 이차이온질량분석기에 장입하고 일차 이온 빔을 조정하는 단계;Charging the standard specimen to a secondary ion mass spectrometer and adjusting a primary ion beam;
상기 일차 이온 빔을 안정화시키는 단계;Stabilizing the primary ion beam;
상기 표준 시편으로부터의 표면효과를 제거하기 위해 예비 스퍼터링을 행하는 단계;Preliminary sputtering to remove surface effects from the standard specimen;
상기 예비 스퍼터링 후 보론 클러스터 이온(11B16O2)과 철 클러스터 이온(56Fe16O)의 질량이 동조되고, 질량측정기의 중앙을 통과해 형광판에 정위치되도록 질량 정밀 보정을 행하는 단계;Performing mass precision correction so that the masses of the boron cluster ions ( 11 B 16 O 2 ) and the iron cluster ions ( 56 Fe 16 O) are tuned after the preliminary sputtering, and are positioned on the fluorescent plate through the center of the mass meter;
상기 일차 이온 빔을 표준 시편에 스퍼터링하여 표준 시편의 보론 분포 상태도를 얻는 단계; 및Sputtering the primary ion beam onto a standard specimen to obtain a boron distribution state diagram of the standard specimen; And
상기 보론 분포상태도를 이용해 이차이온 강도의 시간 함수 그래프를 도출하고, 상기 강도의 시간 함수 그래프를 통해, 보론 함량의 선형 그래프를 검량선으로 도출하여 보론 함량을 예측하는 단계를 포함하는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법을 제공한다.Deriving the time function graph of the secondary ion intensity using the boron distribution state diagram, and through the time function graph of the intensity, deriving a linear graph of the boron content as a calibration curve to predict the boron content in the steel It provides a way to measure.
본 발명에 의하면, 강중 보론의 분포상태를 측정하는데, 종래의 중성자 조사법에 비해 측정시간을 획기적으로 단축할 수 있으며, 관찰 배율을 가변하여 높은 선명도의 분포도를 얻을 수 있고, 클러스터 이온을 통한 강의 기지효과를 감소시켜 표준 시편를 통해 강중 보론의 함량을 측정할 수 있는 기술을 제공한다.According to the present invention, in order to measure the distribution of boron in the steel, the measurement time can be significantly shortened compared to the conventional neutron irradiation method, and the observation magnification can be changed to obtain a high degree of clarity distribution, and the base of the steel through the cluster ions. Reduced effectiveness provides a technique for measuring boron content in steel through standard specimens.
도 1의 (a) 및 (c)는 중성자 조사법을 이용하고, (b) 및 (d)는 이차이온질량분석기를 이용해서 관찰한 보론의 분포도임.
도 2는 일차 이온 빔의 안정화를 나타낸 그래프임.
도 3은 예비 스퍼터링을 행하지 않은 경우의 분석 결과임.
도 4는 예비 스퍼터링을 행한 후 분석한 결과임.
도 5는 검량선을 도출한 그래프임.(A) and (c) of FIG. 1 are neutron irradiation methods, and (b) and (d) are distribution charts of boron observed using a secondary ion mass spectrometer.
2 is a graph showing stabilization of the primary ion beam.
3 shows analysis results when preliminary sputtering was not performed.
4 is a result of analysis after preliminary sputtering.
5 is a graph derived from the calibration curve.
이차이온질량분석기(Secondary Ion Mass Spectroscopy)는 가속된 일차이온(Primary Ion)을 시편에 입사시켜 방출되는 이차이온(Secondary Ion)의 질량을 측정하여 시편을 분석하는 장비이다.Secondary Ion Mass Spectroscopy is a device that analyzes a specimen by measuring the mass of secondary ions emitted by injecting accelerated primary ions into the specimen.
상기 이차이온질량분석기는 뛰어난 검출한계(≥10ppb)와 우수한 공간분해능(≥1㎛)을 가지고 있으나, 철강시편은 합금원소가 매우 다양하기 때문에 매우 강한 기지효과를 가지고, 다결정에 의한 선택적 스퍼터링이 용이하지 않고, 불순물 효과 등에 의해 이차이온 수율이 민감하게 영향을 받기 때문에, 철강분석에서는 활용되지 않았다.The secondary ion mass spectrometer has an excellent detection limit (≥10 ppb) and an excellent spatial resolution (≥1 μm), but steel specimens have a very strong known effect due to the wide variety of alloying elements, and are easy to selectively sputter by polycrystals. In addition, since the secondary ion yield is sensitively affected by the impurity effect and the like, it was not utilized in the steel analysis.
도 1은 앞서 언급한 중성자 조사법을 이용한 보론 분포를 분석한 결과와, 본 발명의 이차이온질량분석기를 이용하여 보론의 분포를 조사한 결과를 비교한 것이다. 도 1의 (a)와 (c)는 중성자 조사법을 이용하여 분석한 결과이고, (b) 및 (d)는 본 발명의 이차이온질량분석기를 이용한 것이다.Figure 1 compares the results of analyzing the distribution of boron using the above-described neutron irradiation method, and the distribution of the boron distribution using the secondary ion mass spectrometer of the present invention. (A) and (c) of FIG. 1 are the results analyzed using the neutron irradiation method, and (b) and (d) are the secondary ion mass spectrometers of the present invention.
도 1의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 이차이온질량분석기를 이용한 경우에는 보다 상세하고 정확한 보론의 분포를 관찰할 수 있음을 알 수 있다.
As can be seen from the results of Figure 1, when using the secondary ion mass spectrometer of the present invention it can be seen that more detailed and accurate distribution of boron can be observed.
그러나, 본 발명자들은 깊이 연구한 결과, 상기 어려움을 극복하고, 이차이온질량분석기를 활용하여 강중 보론의 분포를 측정하고, 함량을 측정할 수 있는 방법을 도출하여 본 발명에 이르게 되었다. However, the inventors of the present invention have overcome the above-mentioned difficulties, and have come to the present invention by deriving a method capable of measuring the distribution of boron in the steel using a secondary ion mass spectrometer and measuring the content.
본 발명에서 함량을 측정할 수 있는 방법을 도출한다는 것은 표준 시편의 보론 함량을 측정하는 것이 아니라, 표준 시편을 이용한 측정으로 미지의 강에 함유된 보론을 측정할 수 있는 방법을 제시하는 것임에 유의할 필요가 있다.
It should be noted that deriving a method for measuring the content in the present invention does not measure the boron content of the standard specimen, but suggests a method for measuring the boron contained in the unknown steel by the measurement using the standard specimen. There is a need.
본 발명의 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법은Method for measuring the distribution and content of boron in the present invention
표준 시편을 준비하는 단계; Preparing a standard specimen;
상기 표준 시편을 이차이온질량분석기에 장입하고 일차 이온 빔을 조정하는 단계;Charging the standard specimen to a secondary ion mass spectrometer and adjusting a primary ion beam;
상기 일차 이온 빔을 안정화시키는 단계;Stabilizing the primary ion beam;
상기 표준 시편으로부터의 표면효과를 제거하기 위해 예비 스퍼터링을 행하는 단계;Preliminary sputtering to remove surface effects from the standard specimen;
상기 예비 스퍼터링 후 보론 클러스터 이온(11B16O2)과 철 클러스터 이온(56Fe16O)의 질량이 동조되고, 질량측정기의 중앙을 통과해 형광판에 정위치되도록 질량 정밀 보정을 행하는 단계;Performing mass precision correction so that the masses of the boron cluster ions ( 11 B 16 O 2 ) and the iron cluster ions ( 56 Fe 16 O) are tuned after the preliminary sputtering, and are positioned on the fluorescent plate through the center of the mass meter;
상기 일차 이온 빔을 표준 시편에 스퍼터링하여 표준 시편의 보론 분포 상태도를 얻는 단계; 및Sputtering the primary ion beam onto a standard specimen to obtain a boron distribution state diagram of the standard specimen; And
상기 보론 분포상태도를 이용해 이차이온 강도의 시간 함수 그래프를 도출하고, 상기 강도의 시간 함수 그래프를 통해, 보론 함량의 선형 그래프를 검량선으로 도출하여 보론 함량을 예측하는 단계를 포함한다.
Deriving a time function graph of the secondary ion intensity using the boron distribution state diagram, and through the time function graph of the intensity, to derive a linear graph of the boron content as a calibration curve to predict the boron content.
이하, 구체적인 일례를 통해 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 이는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 이를 통해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail through specific examples. This is only for understanding the present invention, and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법에서는 먼저, 보론을 포함하는 표준 강시편을 준비한다. 본 발명에서는 하기 표 1과 같은 조성을 갖는 4개의 표준 시편을 준비하였다. In the method of measuring the boron distribution and content in the present invention, first, a standard steel specimen including boron is prepared. In the present invention, four standard specimens having the composition shown in Table 1 were prepared.
상기 표준 시편의 크기는 가로 8㎜이하, 세로 8㎜이하, 두께 5.8㎜이하로 하는 것이 바람직하며, 경면연마를 실시하여 표면을 깨끗이 하고, 부식액을 이용하여 조직을 현출시켜 결정립의 크기를 확인한 후, 측정 배율을 정하는 것이 바람직하다. 상기 부식액은 강시편의 강종에 따라 달라지며, 나이탈, 피크랄, 염산 수용액 등의 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 이때는 과부식이 일어나지 않도록 주의하는 것이 바람직하다. 측정 배율이 정해지면, 시편은 다시 경면 연마를 실시한다.
The size of the standard specimen is preferably 8mm or less, 8mm or less, and 5.8mm or less in thickness. The surface is cleaned by mirror polishing, and the tissue is exposed using a corrosion solution to confirm the grain size. It is preferable to determine the measurement magnification. The corrosion solution depends on the steel type of the steel specimen, it is preferable to use a solution such as nital, picral, hydrochloric acid aqueous solution. In this case, it is desirable to be careful not to cause excessive corrosion. Once the measurement magnification is determined, the specimen is subjected to mirror polishing again.
상기 준비된 표준 시편을 이차이온질량분석기에 장입하고, 이온 빔을 조정한다. 본 발명에서 사용된 이차이온질량분석기는 자석 섹터형 이차이온질량분석기인 것이 바람직하다. The prepared standard specimen is loaded into a secondary ion mass spectrometer and the ion beam is adjusted. The secondary ion mass spectrometer used in the present invention is preferably a magnet sector type secondary ion mass spectrometer.
상기 이온 빔의 조정은 일차 이온으로 O2 + 이온을 사용하여, 가속전압 12.5kV, 일차 이온 전류 100nA, 질량분해능 2000(M/△M)으로 조정하고, 렌즈 전압을 조정하여, 컬럼상의 광축에 일차 이온빔을 나란히 일치시킨다. 상기 렌즈 전압 조정을 통한 이온 빔 조정이 되지 않으면, 측정값의 수차로 인하여 측정오차가 발생하기 때문에 이온 빔 조정을 통해 이러한 문제를 해결하기 위한 것이다.
The ion beam is adjusted using an O 2 + ion as primary ions, an acceleration voltage of 12.5 kV, a primary ion current of 100 nA, a mass resolution of 2000 (M / ΔM), and a lens voltage to be adjusted to the optical axis on the column. Match the primary ion beams side by side. If the ion beam is not adjusted through the lens voltage adjustment, the measurement error occurs due to the aberration of the measured value.
상기 이온 빔을 조정한 후, 일차 이온 빔을 안정화시킨다. 일차 이온 빔을 안정화시킨다는 것은 일정한 일차 이온 빔의 방출을 통해 균일한 스퍼터링이 이루어지도록 하는 것으로, 일차 이온 전류 변동을 20분간 최소 2%이하가 되도록 한다. 도 2가 상기 일차 이온 빔의 안정화를 나타낸 것이다. 도 2에서는 변동이 약 0.8%로 안정화된 것을 확인할 수 있다.
After adjusting the ion beam, the primary ion beam is stabilized. Stabilizing the primary ion beam ensures uniform sputtering through the emission of a constant primary ion beam, such that primary ion current fluctuations are at least 2% for 20 minutes. 2 shows the stabilization of the primary ion beam. In Figure 2 it can be seen that the fluctuation stabilized to about 0.8%.
상기 일차 이온 빔이 안정되지 않으면 이차 이온도 안정이 되지 않는다. 즉, 일차 이온의 전류가 일정해야 이차 이온의 개수도 기지성분 조성의 함량에 비례하는 일정량이 나오기 때문이다. 그렇지 않으면 이차 이온 개수와 직접적으로 비례하는 기지 성분이 정확하게 분석되지 않기 때문이다.
If the primary ion beam is not stable, the secondary ions are also not stable. That is, because the current of the primary ions is constant, the number of secondary ions also comes out a certain amount proportional to the content of the known composition. Otherwise known components that are directly proportional to the number of secondary ions are not accurately analyzed.
상기 일차 이온 빔을 안정화한 후, 예비 스퍼터링을 행한다. 상기 예비 스퍼터링은 상기 이차이온질량분석기를 통해 관측하고자 하는 이차 이온인 보론 클러스터 이온(11B16O2)과 철 클러스터 이온(56Fe16O)의 이상변동이 없도록 표면효과를 제거하기 위한 것이다.After the primary ion beam is stabilized, preliminary sputtering is performed. The preliminary sputtering is to remove the surface effect such that there is no abnormal variation of the boron cluster ions 11 B 16 O 2 and iron cluster ions 56 Fe 16 O, which are secondary ions to be observed through the secondary ion mass spectrometer.
도 3 및 4는 각각 시편 2에 대해 예비 스퍼터링을 행하지 않은 결과와 예비 스퍼터링을 행한 결과를 나타낸 것이다. 즉, 예비 스퍼터링을 행하지 않은 경우의 보론과 철의 분포 상태도를 각각 도 3(a) 및 (b)에 나타내었고, 이차이온의 시간함수 그래프를 도 3(c)에 나타내었다. 한편, 예비 스퍼터링을 행한 경우의 보론과 철의 분포 상태도를 각가고 도 4(a) 및 (b)에 나타내었고, 이차이온의 시간함수 그래프를 도 4(c)에 나타내었다.3 and 4 show the results of preliminary sputtering and preliminary sputtering on specimen 2, respectively. That is, the distribution state diagrams of boron and iron when preliminary sputtering was not performed are shown in Figs. 3 (a) and (b), respectively, and the time function graphs of secondary ions are shown in Fig. 3 (c). On the other hand, the distribution state diagrams of boron and iron in the case of preliminary sputtering are shown in Figs. 4 (a) and (b), respectively, and the time function graphs of secondary ions are shown in Fig. 4 (c).
도 3 및 4의 결과에서 알 수 있듯이, 예비 스퍼터링을 행하지 않은 경우에는 표준 시편 표면에 따른 표면효과에 의해, 불완전한 강도(Intensity)를 가지나, 예비 스퍼터링을 행하면, 안정정인 강도(Intensity)를 통해, 정확한 분석결과를 얻을 수 있다.
As can be seen from the results of FIGS. 3 and 4, when preliminary sputtering is not performed, the surface effect according to the standard specimen surface has incomplete intensity, but preliminary sputtering results in stable intensities. Accurate analysis results can be obtained.
상기 예비 스퍼터링을 행한 후, 이차 이온인 보론 클러스터 이온(11B16O2)과 철 클러스터 이온(56Fe16O)의 질량이 동조되고, 질량측정기의 중앙을 통과해 형광판에 정위치되도록 질량 정밀 보정을 행한다. 상기 질량 정밀 보정은 클러스터 이온의 질량이 각각 상이하기 때문에 측정되는 질량의 중간값이 항상 형광판의 중앙에 정위치되도록 하는 것이다.
After the preliminary sputtering, the masses of the boron cluster ions ( 11 B 16 O 2 ) and the iron cluster ions ( 56 Fe 16 O), which are secondary ions, are tuned and precisely massed so as to be positioned on the fluorescent plate through the center of the mass spectrometer. Correction is performed. The mass correction is such that the median of the mass to be measured is always positioned in the center of the fluorescent plate because the masses of the cluster ions are different.
본 발명에서는 이차 이온으로 클러스터 이온, 즉 상기 보론 클러스터 이온(11B16O2)과 철 클러스터 이온(56Fe16O)을 이용하는 점에 기술적 특징이 있다. 즉, 본 발명에서는 12C와 56Fe와 같은 원자 이온을 이차 이온으로 하는 것이 아니라, 보론 클러스터 이온(11B16O2)과 철 클러스터 이온(56Fe16O)의 클러스터 이온을 이용함으로써, 철강기술에서 기지효과로 인한 정량분석에 이차이온질량측정기를 적용하기 어려웠던 문제를 극복하였다. 즉, 강(steel)은 다양한 원소가 다양한 함량으로 존재하므로, 어느 몇 개의 표준 시편만으로 불가능하였던 정량분석의 문제를 해결할 수 있었다.
In the present invention, there is a technical feature in that cluster ions, that is, boron cluster ions 11 B 16 O 2 and iron cluster ions 56 Fe 16 O, are used as secondary ions. That is, in the present invention, instead of using atomic ions such as 12 C and 56 Fe as secondary ions, steel is used by using cluster ions of boron cluster ions ( 11 B 16 O 2 ) and iron cluster ions ( 56 Fe 16 O). The technology overcomes the difficulty of applying secondary ion mass spectrometry to quantitative analysis due to known effects. That is, the steel (steel) was able to solve the problem of quantitative analysis, which was not possible with any of several standard specimens because various elements are present in various contents.
상기 질량 보정을 행한 후, 일차 이온 빔을 강시편에 스퍼터링하여 이차이온 즉, 보론 클러스터 이온(11B16O2)과 철 클러스터 이온(56Fe16O)을 통해 표준 시편의 보론 분포 상태도를 얻는다. 상기 분포도는 이차이온질량분석기를 통해 얻어지는 결과로서, 그 결과의 예로는 도 3 및 4에서의 (a)에 해당된다.After performing the mass correction, the primary ion beam is sputtered onto the steel specimen to obtain a boron distribution state diagram of the standard specimen through secondary ions, ie, boron cluster ions ( 11 B 16 O 2 ) and iron cluster ions ( 56 Fe 16 O). . The distribution is a result obtained by the secondary ion mass spectrometer, and an example of the result corresponds to (a) in FIGS. 3 and 4.
상기 이차 이온의 측정은 각각 2.23초와 3.34초의 간격으로 행하는 것이 바람직하다. 이를 통해 50장의 분포도를 얻는데 불과 4분 정도의 시간만이 소요되어, 앞서 언급한 중성자 조사법을 이용하는 경우에 비해 획기적인 시간 단축 효과가 있다.The measurement of the secondary ions is preferably performed at intervals of 2.23 seconds and 3.34 seconds, respectively. This takes only 4 minutes to obtain a distribution of 50 sheets, which is a significant time savings compared to the case of using the neutron irradiation method described above.
상기 보론 분포도를 얻기 위해서는 이차이온질량분석기의 필드 조리개와 렌즈를 조정하여 관찰시야(배율)가 35㎛Φ~150㎛Φ가 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 상기 관찰시야 조정을 통해 고해상도의 보론 상태도를 얻을 수 있는 것이 본 발명의 또다른 장점이다. 상기 관찰시야가 35㎛Φ~150㎛Φ인 경우에 결정립 크기(grain size)의 관찰이 용이하기 때문에 상기 관찰시야는 35㎛Φ~150㎛Φ인 것이 바람직하다.
In order to obtain the boron distribution, it is preferable to adjust the field aperture and the lens of the secondary ion mass spectrometer so that the viewing field (magnification) is set to 35 µm Φ to 150 µm Φ. It is another advantage of the present invention to obtain a high-resolution boron state diagram through the observation field adjustment. Since the observation of the grain size is easy when the viewing field of view is 35 μmΦ to 150 μmΦ, the viewing field is preferably 35 μmΦ to 150 μmΦ.
보론 함량을 예측하기 위해서는 다음과 같은 과정을 포함한다. 상기 보론 분포상태도를 이용해 이차이온 강도의 시간 함수 그래프를 도출하고, 상기 강도의 시간 함수 그래프를 통해, 보론 함량의 선형 그래프를 검량선으로 도출하여 보론 함량을 예측한다.Predicting boron content involves the following steps: The boron distribution state diagram is used to derive a time function graph of secondary ion intensity, and through the time function graph of the intensity, a linear graph of boron content is derived as a calibration curve to predict boron content.
즉, 상기 도 4(c)와 같은 시간에 따른 이차이온의 강도에 대한 그래프를 도출하고, 상기 강도의 시간함수 그래프를 이용해, 평균강도를 구한다. 도 4(c)에서 보론 클러스터 이온(11B16O2)의 평균강도(I i )는 5.32*E3 cps이고, 철 클러스터 이온(56Fe16O)의 평균강도(Im)는 2.75*E3 cps이다. 상기 보론 클러스터 이온(11B16O2)의 평균강도와 철 클러스터 이온(56Fe16O)의 평균강도의 비를 통해 보론 함량에 따른 강도비를 도출하고, 이를 도 5에 나타내었다.That is, a graph of the strength of secondary ions over time as shown in FIG. 4 (c) is derived, and the average strength is obtained by using the time function graph of the strength. In FIG. 4C, the average strength I i of boron cluster ions 11 B 16 O 2 is 5.32 * E3 cps, and the average strength Im of iron cluster ions 56 Fe 16 O is 2.75 * E3 cps. to be. The ratio of the boron cluster ions ( 11 B 16 O 2 ) and the average strength of the iron cluster ions ( 56 Fe 16 O) was derived from the ratio of the strength according to the boron content, which is shown in FIG. 5.
도 5에서는 상기 시편 4개를 측정하여, 4개의 점으로 나타내고, 이를 선형 그래프로 하여 검량선을 작성한 것이다. 본 발명에서는 상기와 같이, 도출된 선형 그래프 즉, 검량선을 이용해, 미지의 강에 대해 이차이온분석을 통해 보론 함량에 따른 강도비를 도출함으로서, 보론의 함량을 예측할 수 있는 방법을 제공한다.
In FIG. 5, four specimens are measured and represented by four points, and a calibration curve is prepared using the linear graph. In the present invention, as described above, by using the derived linear graph, that is, the calibration curve, to derive the strength ratio according to the boron content through the secondary ion analysis for the unknown steel, it provides a method for predicting the boron content.
한편, 도 5에서는 시편 1이 높은 알루미늄 함량을 가지고 있어, 검량선에 이상치를 형성하게 된다.이는 알루미늄의 함량이 높은 강에서는 Al16O과 11B16O2가 서로 간섭이 일어나게 되기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 이와 같이, 검량선에 이상치가 발생한 경우에 상기 질량분해능을 변경하여 이상치를 수정하는 단계를 더 포함한다. 도 5에서는 질량분해능을 2000에서 4500(M/△M)으로 변경하여, 검량선 B가 검량선 A로 수정되는 것을 알 수 있다.
On the other hand, in Figure 5, the
상기와 같이, 보론의 함량을 알고 있는 시편을 통해, 검량선을 도출하여, 미지의 강에 대해 이차 이온의 강도비를 구하게 되면, 보론의 함량을 용이하게 예측할 수 있다.As described above, through the test piece knowing the content of the boron, by deriving the calibration curve, the strength ratio of the secondary ions to the unknown steel, it is possible to easily predict the content of the boron.
Claims (8)
상기 표준 시편을 이차이온질량분석기에 장입하고 일차 이온 빔을 조정하는 단계;
상기 일차 이온 빔을 안정화시키는 단계;
상기 표준 시편으로부터의 표면효과를 제거하기 위해 예비 스퍼터링을 행하는 단계;
상기 예비 스퍼터링 후 보론 클러스터 이온(11B16O2)과 철 클러스터 이온(56Fe16O)의 질량이 동조되고, 질량측정기의 중앙을 통과해 형광판에 정위치되도록 질량 정밀 보정을 행하는 단계;
상기 일차 이온 빔을 표준 시편에 스퍼터링하여 표준 시편의 보론 분포 상태도를 얻는 단계; 및
상기 보론 분포상태도를 이용해 이차이온 강도의 시간 함수 그래프를 도출하고, 상기 강도의 시간 함수 그래프를 통해, 보론 함량의 선형 그래프를 검량선으로 도출하여 보론 함량을 예측하는 단계
를 포함하는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법.
Preparing a standard specimen;
Charging the standard specimen to a secondary ion mass spectrometer and adjusting a primary ion beam;
Stabilizing the primary ion beam;
Preliminary sputtering to remove surface effects from the standard specimen;
Performing mass precision correction so that the masses of the boron cluster ions ( 11 B 16 O 2 ) and the iron cluster ions ( 56 Fe 16 O) are tuned after the preliminary sputtering, and are positioned on the fluorescent plate through the center of the mass meter;
Sputtering the primary ion beam onto a standard specimen to obtain a boron distribution state diagram of the standard specimen; And
Deriving a time function graph of the secondary ion intensity using the boron distribution state diagram, and predicting the boron content by deriving a linear graph of the boron content as a calibration curve through the time function graph of the intensity
How to measure the boron distribution and content in the steel.
추가적으로, 상기 검량선에 이상치가 발생한 경우에 질량분해능을 변경하여 이상치를 수정하는 단계를 포함하는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
The method of claim 2, further comprising: correcting the outliers by changing the mass resolution when an outlier occurs in the calibration curve.
상기 표준 시편을 준비하는 단계는 가로 8㎜이하, 세로 8㎜이하, 두께 58㎜이하로 준비하여, 경면연마를 실시하고, 부식액으로 조직을 현출시켜 측정조건을 설정한 후, 다시 경면 연마를 실시하는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
In the preparing of the standard specimen, the specimen was prepared to have a width of 8 mm or less, a length of 8 mm or less, and a thickness of 58 mm or less. How to measure the boron distribution and content in the river.
상기 일차 이온 빔을 조정하는 단계는 일차 이온으로 O2 + 이온을 사용하여, 가속전압 12.5kV, 일차 이온 전류 100nA, 질량분해능 2000(M/△M)으로 조정하고, 렌즈 전압을 조정하여, 컬럼상의 광축에 나란히 일치시키는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
The adjusting of the primary ion beam may be performed by adjusting O 2 + ions as primary ions, accelerating voltage of 12.5 kV, primary ion current of 100 nA, mass resolution of 2000 (M / ΔM), and adjusting lens voltage. A method for measuring the distribution and content of boron in steel that coincides with the optical axis of the bed.
상기 일차 이온 빔을 안정화시키는 단계는 일차 이온 전류 변동을 20분간 최소 2%이하로 하는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
The stabilizing of the primary ion beam is a method for measuring the distribution and content of boron in the steel in which the primary ion current fluctuation is at least 2% for 20 minutes.
상기 예비 스퍼터링은 행하는 단계는 표면효과를 제거하고 클러스터 이차 이온 강도의 이상변동이 없는 평행상태에 도달되도록 최소 5분간 행하는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
The preliminary sputtering is a method for measuring the boron distribution and content in the steel is performed for at least 5 minutes to remove the surface effect and to reach a parallel state without abnormal variations in cluster secondary ionic strength.
상기 질량 정밀 보정은 최소 3회 이상 행하는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
The method for measuring the mass and distribution of boron in the steel is performed at least three times the mass precision correction.
상기 보론 분포 상태도를 얻는 단계는 이차이온질량분석기의 필드 조리개와 렌즈를 조정하여 관찰시야(배율)가 35㎛Φ~150㎛Φ가 되도록 조정하는 강중 보론 분포 및 함량을 측정하는 방법.The method according to claim 1,
The obtaining of the boron distribution state diagram is a method of measuring the boron distribution and content in the steel to adjust the field of view and magnification of the secondary ion mass spectrometer so that the viewing field (magnification) is 35㎛Φ ~ 150㎛Φ.
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