JP5359244B2 - Method for analyzing precipitates and / or inclusions in a metal sample - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属試料中の析出物及び/又は介在物の、例えば、組成や粒径分布等を、正確に分析するための分析方法に関するものである。 The present invention relates to an analysis method for accurately analyzing, for example, the composition and particle size distribution of precipitates and / or inclusions in a metal sample.
金属試料中に存在する析出物及び/又は介在物(以下、析出物等と称する場合がある)は、その形態、大きさ、ならびに分布によっては材料の諸特性、例えば、疲労的性質、熱間及び冷間加工性、深絞り性、被削性、あるいは電磁気的性質などに著しい影響を及ぼす。鉄鋼を例に説明すると、特に近年は、微細な析出物等を利用して鉄鋼製品の特性を向上させる技術が著しく発展し、それに伴って製造工程における析出物等の制御が厳格化してきた。 Precipitates and / or inclusions (hereinafter sometimes referred to as precipitates) present in a metal sample may vary depending on the form, size, and distribution of material properties such as fatigue properties, hot And significantly affects cold workability, deep drawability, machinability, and electromagnetic properties. Taking steel as an example, in particular, in recent years, techniques for improving the characteristics of steel products using fine precipitates and the like have remarkably developed, and accordingly, control of precipitates and the like in the manufacturing process has become stricter.
析出物等の制御が重要視される鉄鋼製品の代表例としては、析出強化型高張力鋼があげられる。この析出強化型高張力鋼板に含有される析出物等としては、様々な大きさや組成のものがあるが、鋼板の特性を向上させるもの、反対に特性を低下させるもの、あるいは特性に寄与しないものに分類することができる。そのため、優れた鋼板を製造するためには、有益な析出物等を安定的に生成させ、有害あるいは無関係な析出物等の生成を抑制することが重要となる。 As a representative example of steel products in which control of precipitates and the like is important, precipitation strengthening type high strength steel can be mentioned. There are various sizes and compositions of precipitates contained in this precipitation-strengthened high-strength steel sheet, but those that improve the characteristics of the steel sheet, those that deteriorate the characteristics, or that do not contribute to the characteristics Can be classified. Therefore, in order to produce an excellent steel sheet, it is important to stably generate beneficial precipitates and suppress the generation of harmful or irrelevant precipitates.
一般に、鋼板の特性に対して析出物等がもたらす利害は析出物等の大きさと密接に関係し、微細な析出物等ほど鋼板の高強度化に寄与する。最近では、ナノ・サブナノサイズの析出物等で高強度化された鋼板も開発されている。そのため、サブミクロンからナノサイズまでの領域で、大きさ別の析出物等の量やその組成を把握することが、鋼板の成分設計や製造条件の最適化において重要といえる。 In general, the interests of precipitates and the like on the properties of the steel sheet are closely related to the size of the precipitates and the like, and fine precipitates and the like contribute to higher strength of the steel sheet. Recently, steel sheets with high strength using nano / sub-nanosize precipitates have been developed. Therefore, it can be said that it is important in optimizing the component design and manufacturing conditions of the steel sheet to grasp the amount and composition of precipitates by size in the submicron to nano-size region.
これに対して、鉄鋼材料中の析出物等を抽出して定量する技術は、古くから析出物等を総量評価することを基本として発展し開示されてきた。 On the other hand, a technique for extracting and quantifying precipitates and the like in steel materials has been developed and disclosed on the basis of evaluating the total amount of precipitates and the like for a long time.
非特許文献1には、酸分解法、ハロゲン法、電解法などを挙げ、特に析出物等を対象とする場合には電解法が優れていることが示されている。しかし、非特許文献1に示されている電解法は、液体中の析出物等を凝集させてろ過回収すること、つまり析出物等の総量を分析することを主眼としているため、析出物等の大きさについての結果を得ることはできない。さらに、非特許文献1の方法では、非常に小さな析出物等を含有する材料においては、凝集効果が十分に作用せず一部の析出物等がフィルタの細孔から漏れ落ちるために定量性にも問題がある。
Non-Patent
特許文献1には、鉄鋼材料中の非金属介在物を化学的に抽出して、大きさ別に分析する方法として、電解液槽中の鉄鋼試料をポリテトラフルオロエチレン製の網に収納して特定の大きさ以上の析出物等を分離回収する方法が開示されている。
In
また、特許文献2には、液体中に抽出した析出物等に超音波を付与しながらろ過することで、析出物等の凝集を防止して分離する技術が開示されている。
基本的に粒径が小さくなるほど液体中で析出物等は凝集する傾向があるため、特許文献1に記載された方法では、析出物等の粒径によっては液中で凝集が起こり、フィルタの孔径より小さい析出物等も捕集されることになる。そのため、大きさ別の分析結果が不正確なものとなることは明らかである。そして、特許文献1が対象としている大きさ50μmから1000μmの介在物の場合は特に問題とならないが、本発明において最も注目したいサブミクロンからナノサイズの領域(特に、鋼の強度特性の制御の点からは大きさ1μm以下、より望ましくは大きさ200nm以下)での析出物等の場合は、液体中で容易に凝集してしまう場合がほとんどであり実用に適さない。
Since the precipitates and the like tend to agglomerate in the liquid basically as the particle size becomes smaller, the method described in
特許文献2においても、特許文献1と同様に、凝集乖離が容易な1μm以上の粗大析出物等を対象としており、一般に篩い分けの下限が0.5μmと示されている(非特許文献2参照)ように、サブミクロンからナノサイズの領域の析出物等に適用するのは困難である。
In
特許文献3には、孔径1μm以下の有機質フィルタで超音波振動によるろ過によって1μm以下の析出物等を分離する技術が開示されている。しかし、特許文献1や2と同様、超音波による1μm以下の微細析出物等の凝集乖離は不可能である。
非特許文献3には、銅合金中の析出物等を抽出して、孔径の異なるフィルタによって2回ろ過して、析出物等を大きさ別に分ける技術が開示されている。しかし、前記凝集に関する問題が解決されておらず、フィルタの孔径より小さい析出物等が捕集されて、大きさ別分析結果に誤差を与えている。
以上のように、従来技術においては、凝集等の問題があり、サブミクロンからナノサイズの領域(特に、大きさ1μm以下、より望ましくは大きさ200nm以下)での析出物等について、大きさ別の分析を実用的にかつ正確に行う技術はない。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、金属試料中に存在する析出物等(特に、大きさ1μm以下)を損失並びに凝集させること無く抽出し、析出物等の大きさ別の、さらには、形態ごとの分析を精度良く行う分析方法を提供する。
As described above, the conventional technology has a problem such as aggregation, and the precipitates in the sub-micron to nano-sized region (particularly, a size of 1 μm or less, more preferably a size of 200 nm or less) are classified by size. There is no technology that makes this analysis practical and accurate.
The present invention has been made in view of such circumstances, and precipitates and the like (especially, a size of 1 μm or less) present in a metal sample are extracted without loss and agglomeration. Provides an analysis method for accurately analyzing each form.
以下に、本発明を完成するに至った経緯について説明する。なお、本発明において、析出物及び/又は介在物を、まとめて析出物等と称する場合がある。
図5に示した非特許文献1に開示される電解抽出法は、鉄マトリクスを溶解することで、鋼中析出物等を安定的に抽出することができる方法であり、析出物等を抽出分析する標準的な方法(以下、標準法)とみなされている。そして、前述した特許文献1〜3と非特許文献2〜3は、この標準法に基づいている。しかし、標準法をはじめとする従来の方法では、上述したようにさまざまな問題がある。そこで、本発明者らは、従来の標準法にとらわれない方法を発明すべく、鋭意研究を行った。以下に、得られた知見を示す。
Below, the background that led to the completion of the present invention will be described. In the present invention, precipitates and / or inclusions may be collectively referred to as precipitates.
The electrolytic extraction method disclosed in
まず、上述の従来の方法の問題点を整理すると、析出物等の分散媒として析出物等の分散性の低いメタノールを用いるという根本的な問題点があげられる。そして、これにより、特に微細な析出物の大きさ別分析を妨げていたものと推測される。つまり、特許文献1〜3と非特許文献1〜3は、析出物等に対し分散性の低いメタノールを分散媒としているため、超音波などの物理的作用を与えたとしても、大きさ1μm以下の析出物等は凝集してしまい、一度凝集してしまうとその凝集体を完全に乖離させることは不可能になると考えられる。
First, the problems of the above-described conventional method will be summarized. A fundamental problem is that methanol having low dispersibility such as precipitates is used as a dispersion medium such as precipitates. And it is speculated that this has hindered analysis by size of particularly fine precipitates. That is, since
そこで、凝集の問題を解決するために、析出物等の分散に着目した。そうしたところ、水溶液系分散媒(以下、分散性溶液と称する場合もある)による化学的作用によって、大きさ1μm以下の析出物等も含めて析出物等に対して分散性を付与できることを見出した。 Therefore, in order to solve the aggregation problem, attention was paid to the dispersion of precipitates and the like. As a result, it has been found that dispersibility can be imparted to precipitates and the like including precipitates having a size of 1 μm or less by chemical action with an aqueous dispersion medium (hereinafter sometimes referred to as a dispersible solution). .
しかしながら、ここで、電解液の主成分は分散性の低いメタノールであるので、析出物等に分散性を付与するためには、析出物等を分散性溶液へ移す必要がある。そして、その為には、析出物等と電解液とを分離させる固液分離操作が必要となる。そこで、標準法で用いられている、電解液中に分散した析出物等と分散媒中に抽出した析出物等とを回収するために固液分離手段として行われている「ろ過」操作を行ったところ、ろ過によって析出物等の一部(特に、大きさ200nm以下のナノ・サブナノメートルの大きさの微細なもの)が失われることがわかった。 However, since the main component of the electrolytic solution is methanol having low dispersibility, it is necessary to transfer the precipitate or the like to the dispersible solution in order to impart dispersibility to the precipitate or the like. For this purpose, a solid-liquid separation operation for separating precipitates and the electrolytic solution is required. Therefore, the “filtration” operation used as a solid-liquid separation means is performed to collect the precipitates dispersed in the electrolyte and the precipitates extracted in the dispersion medium, which are used in the standard method. As a result, it was found that a part of the precipitates (particularly fine ones having a size of nano / sub-nanometers of 200 nm or less) was lost by filtration.
この結果を踏まえて、従来から行われている上記標準法以外の別の固液分離手段を得るべく、さらに検討した。その結果、電解中及び/又は電解後は、ほぼ全ての析出物等が鉄鋼試料に付着したままの状態であることを知見した。これは従来にない全く新しい知見であり、この知見を基とすることで、電解中及び/又は電解後に鉄鋼試料の残部を電解液から取り出せば、容易に固液分離を実現できることになる。そして、凝集の問題解決のための上記知見を組み合わせることで、電解液とは全く異なる分散性溶液中に、析出物等を抽出することが可能となる。上記の付着現象は、電解時及び/又は電解後における鉄鋼試料と析出物等間の電気的作用に起因するものと推測している。 Based on this result, further investigations were made to obtain other solid-liquid separation means other than the above-described standard method. As a result, it was found that almost all precipitates and the like remained attached to the steel sample during and / or after electrolysis. This is a completely new knowledge that has not been obtained in the past, and based on this knowledge, solid-liquid separation can be easily realized if the remainder of the steel sample is taken out of the electrolyte during and / or after electrolysis. Then, by combining the above findings for solving the aggregation problem, it is possible to extract precipitates and the like in a dispersive solution that is completely different from the electrolytic solution. The above adhesion phenomenon is presumed to be caused by an electrical action between the steel sample and precipitates during and / or after electrolysis.
以上の知見から、本発明では、電解中又は電解後に金属試料の残部を電解液から取り出し、その後、取り出した金属試料を分散性溶液に直接浸漬して、付着している析出物等を水溶液系分散媒中に剥離することで、高度に分散した析出物等を得ることが可能となった。 From the above knowledge, in the present invention, the remainder of the metal sample is taken out from the electrolytic solution during or after electrolysis, and then the taken-out metal sample is directly immersed in the dispersive solution to remove the deposited precipitates and the like in the aqueous solution system. It was possible to obtain highly dispersed precipitates and the like by peeling off into the dispersion medium.
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
[1]金属試料を電解する電解ステップと、前記電解後の金属試料の残部を、前記電解に用いた電解液とは異なりかつ分散性を有する溶液に浸漬し、前記金属試料中の析出物及び/又は介在物を抽出する浸漬ステップと、前記分散性溶液中に分散させた析出物及び/又は介在物を噴霧して気相中に単分散させ、分級器に導入して粒度別に分別捕集することにより、前記溶液中に抽出した析出物及び/又は介在物を大きさ別に分別し、前記大きさ別に分別された析出物及び/又は介在物のうちの少なくとも1以上を分析する分析ステップとを有することを特徴とする金属試料中の析出物及び/又は介在物の分析方法。
[2]前記[1]において、前記分級器として静電分級方式を用いることを特徴とする金属試料中の析出物及び/又は介在物の分析方法。
The present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
[1] An electrolysis step of electrolyzing a metal sample, and the remainder of the metal sample after the electrolysis is immersed in a solution that is different from the electrolytic solution used for the electrolysis and has dispersibility, and deposits in the metal sample and Soaking step for extracting inclusions and / or deposits and / or inclusions dispersed in the dispersible solution are sprayed and monodispersed in the gas phase, introduced into a classifier, and collected separately by particle size. Analyzing the precipitates and / or inclusions extracted into the solution by size, and analyzing at least one of the precipitates and / or inclusions sorted by size; And a method for analyzing precipitates and / or inclusions in a metal sample.
[2] The method for analyzing precipitates and / or inclusions in a metal sample according to [1], wherein an electrostatic classification method is used as the classifier.
なお、本発明において、介在物等のサイズを表す「大きさ」とは、析出物等の断面が、略円状の場合は長径と短径のうちの短径を、矩形状の場合は長辺と短辺のうちの短辺を指し、大きさ1μm以下の析出物等とは、この短径又は短辺が1μm以下の析出物等である。また、析出物及び/又は介在物を、まとめて析出物等と称する場合がある。 In the present invention, the “size” representing the size of inclusions, etc. means that the major axis and the minor axis are long when the cross section of the precipitate is substantially circular, and long when the cross section is rectangular. The short side of the side and the short side refers to a precipitate having a size of 1 μm or less, such as a precipitate having a short diameter or a short side of 1 μm or less. In addition, precipitates and / or inclusions may be collectively referred to as precipitates.
本発明によれば、金属試料中に存在する析出物等(特に、大きさ1μm以下、さらに望ましくは大きさ200nm以下)を損失並びに凝集させること無く抽出し、析出物等の大きさ別の分析を、さらには、形態別の分析を精度良く行うことができる。 According to the present invention, precipitates and the like existing in a metal sample (especially, a size of 1 μm or less, more preferably a size of 200 nm or less) are extracted without loss and agglomeration, and the precipitates are analyzed by size. Furthermore, the analysis according to the form can be performed with high accuracy.
そして、本発明の分析方法では、金属試料中の析出物等(特に、大きさ1μm以下、さらに望ましくは大きさ200nm以下)を、分散性を有する溶液中に抽出するので、抽出した溶液中での析出物等の凝集を防ぎ、析出物等を金属試料中そのままの状態で抽出することができる。 In the analysis method of the present invention, precipitates and the like (especially, a size of 1 μm or less, more preferably a size of 200 nm or less) in a metal sample are extracted into a solution having dispersibility. It is possible to prevent the precipitates and the like from agglomerating and extract the precipitates and the like as they are in the metal sample.
また、電解液とは異なる抽出用の分散性溶液を任意に選択することができるので、析出物等に適した分散性溶液を用いることができる。 In addition, since a dispersible solution for extraction different from the electrolytic solution can be selected arbitrarily, a dispersible solution suitable for precipitates and the like can be used.
これらにより、析出物等の大きさ別の分析を精度良く行う事が可能となり、従来不可能であった大きさ別の定量や正確な粒径分布が得られるなど、産業上有益な発明となりうる。 By these, it becomes possible to accurately analyze precipitates by size, and it is possible to provide industrially useful inventions such as quantification by size and accurate particle size distribution, which were impossible in the past. .
以下、本発明の金属試料中の析出物等分析方法について、詳細に説明する。
本発明の金属試料中の析出物等分析方法は、金属試料を電解する電解ステップと、前記電解後の金属試料の残部を、前記電解に用いた電解液とは異なりかつ分散性を有する溶液に浸漬し、前記金属試料中の析出物及び/又は介在物を抽出する浸漬ステップと、前記分散性溶液中に分散させた析出物及び/又は介在物を噴霧して単分散させ、分級器に導入して粒度別に分別捕集することにより、前記溶液中に抽出した析出物及び/又は介在物を大きさ別に分別し、前記大きさ別に分別された析出物及び/又は介在物のうちの少なくとも1以上を分析する分析ステップとを有する。
Hereinafter, the method for analyzing precipitates in a metal sample of the present invention will be described in detail.
In the method for analyzing precipitates in a metal sample of the present invention, an electrolysis step of electrolyzing a metal sample and the remaining part of the metal sample after electrolysis are made into a solution having dispersibility that is different from the electrolytic solution used for the electrolysis. Immersion step of immersing and extracting precipitates and / or inclusions in the metal sample, and spraying and monodispersing the precipitates and / or inclusions dispersed in the dispersible solution and introducing them into the classifier Then, the precipitates and / or inclusions extracted into the solution are separated according to size by being separately collected according to particle size, and at least one of the precipitates and / or inclusions separated according to the size. An analysis step for analyzing the above.
中でも、本発明は、分級器を用いて、析出物等を大きさ別に分けた後に、それぞれの析出物等を分析する。すなわち、金属試料中の析出物等を分散性溶液中に抽出し、分散させ、この分散性溶液に含まれたままスプレー方式のエアロゾル発生装置を用いて単分散させた後、静電分級器に導入して荷電させ、この荷電粒子を分級器内で移動させるための電極印加電圧を変化させることによって、析出物及び/又は介在物等を大きさ別に分け、その後、印加電圧に応じて分級器スリットを通過してきた析出物等を分析することを特徴とする。これらの特徴を有することで鋼中の析出物を粒径別あるいは形態別に定量することを可能にする。 Especially, this invention analyzes each deposit etc., after classifying a deposit etc. according to magnitude | size using a classifier. That is, precipitates in a metal sample are extracted and dispersed in a dispersible solution, and after being monodispersed using a spray-type aerosol generator while contained in the dispersible solution, the electrostatic classifier is used. By introducing and charging, and changing the voltage applied to the electrodes to move the charged particles in the classifier, the precipitates and / or inclusions are classified according to size, and then the classifier according to the applied voltage. It is characterized by analyzing precipitates that have passed through the slit. By having these characteristics, it is possible to quantify the precipitates in the steel by particle size or shape.
上記操作手順を、本発明の一実施形態として、分散性溶液を最適化するまでと、分散性溶液を用いて鉄鋼試料中の析出物等を大きさ別に分けて定量するまでに分けて説明する。分散性溶液を最適化する場合の操作フローを図1に、鉄鋼試料中の析出物等を大きさ別に分けて定量する場合の操作フローを図2に、それぞれ示す。 The above operating procedure will be described separately as one embodiment of the present invention, until the dispersible solution is optimized and until the precipitates in the steel sample are quantified by size according to the dispersible solution. . FIG. 1 shows an operation flow in the case of optimizing the dispersible solution, and FIG. 2 shows an operation flow in the case of quantifying the precipitates and the like in the steel sample by size.
まず、図1において、分散性溶液条件を最適化する操作手順として(1)から(6)までが示される。図1によれば、
(1)初めに、鋼材を適当な大きさに加工して、電解用試料とする。
(2)一方、電解液とは異なりかつ分散性を有する分散性溶液を、析出物等の抽出用として当該電解液とは別に準備する。ここで、電解用試料の表面に付着した析出物等を分散性溶液中に分散させるには、電解液の半分以下の液量で充分である。分散性溶液の分散剤に付いては、後述する。
(3)試料を所定量だけ電解する。なお、所定量とは、適宜設定されるものであり、その一例として、図1においては、ゼータ電位計測装置に供する場合に測定可能な程度とする。
First, in FIG. 1, (1) to (6) are shown as operation procedures for optimizing the dispersible solution conditions. According to Figure 1,
(1) First, a steel material is processed into an appropriate size to obtain a sample for electrolysis.
(2) On the other hand, a dispersive solution different from the electrolytic solution and having dispersibility is prepared separately from the electrolytic solution for extracting precipitates and the like. Here, in order to disperse the deposits and the like adhering to the surface of the electrolysis sample in the dispersible solution, the amount of liquid less than half of the electrolyte is sufficient. The dispersant for the dispersible solution will be described later.
(3) Electrolyze a sample by a predetermined amount. Note that the predetermined amount is set as appropriate, and as an example, in FIG. 1, the predetermined amount is set to be measurable when used in a zeta potential measuring device.
図3は、電解法にて用いられる電解装置の一例である。電解装置7は、電解用試料の固定用治具2、電極3、電解液6、電解液6を入れる為のビーカー4、及び電流を供給する定電流電源5を備えている。固定用治具2は定電流電源5の陽極に、電極3は定電流電源5の陰極に接続されている。電解用試料1は、固定用治具2に接続されて電解液6中に保持される。電極3は、電解液6に浸漬されると共に、電解用試料の表面(主として電解液6に浸漬している部分)を覆うように配置される。固定用治具2には、鋼材の場合永久磁石を用いるのが、最も簡便である。但し、そのままでは電解液6に接触して溶解してしまうので、電解液6と接触しやすい箇所、図3の場合は電解用試料1との間にある2a、に白金板を使用しても良い。電極3も同様に、電解液6による溶解を防ぐために、白金板を用いる。電解用試料1の電解は、定電流電源5より電極3へ電荷を供給することで行う。鋼の電解量はこの電荷量に比例するので、電流量を決めれば、電解量は時間で決定できる。
(4)電解(溶解)されずに残った電解用試料片を電解装置から取り外し、上記(2)で準備した分散性溶液中に浸漬して、析出物等を分散性溶液中に抽出する。ここで、分散性溶液中に浸漬したまま超音波を照射することが好ましい。超音波を照射することで試料表面に付着している析出物等を剥離して、より効率よく分散性溶液中に抽出することができる。次に、表面から析出物等を剥離した試料を分散性溶液から取り出す。なお、取り出しの際は、分散性溶液と同一の溶液で試料を洗浄することが好ましい。なお分散性溶液は、導電性を有し、かつ溶媒を気化した際に固体として残存するものをできるだけ含有しない組成であることが好ましい。もし残存する場合にもできるだけ微細な固体となるものを選定する。なお(8)のスプレー方式にソニックスプレーや霧吹き式を用いる場合には、溶媒を導電性を有するものに限定する必要はない。
(5)上記(4)で作製した、析出物等を含んだ分散性溶液のゼータ電位を計測する。
(6)上記(5)で計測したゼータ電位の絶対値が30mVに満たない場合には、分散剤の種類及び/又は濃度をかえて上記(2)から(6)までを繰り返す。一方、ゼータ電位が30mV以上に達した場合には、その時の分散剤と濃度を、対象析出物等に対する分散性溶液の最適条件と決定し、操作を終了する。なお、図1においては、ゼータ電位を測定し、ゼータ電位が30mV以上に達した場合に、その時の分散剤と濃度を、対象析出物等に対する分散性溶液の最適条件と決定したが、本発明においては、析出物及び/又は介在物が分散性溶液中に回収された際にほとんど凝集することなく十分に分散していればよく、分散性溶液を選択・決定するための手段として、ゼータ電位測定に限定されるものではない。 次いで、図2において、分散性溶液を用いて鉄鋼試料中の析出物等を大きさ別に分けて定量する操作手順として(7)から(11)までが示される。図2によれば、(7)新たに図1の上記(1)から(4)までと同様の操作を行い、図1の(1)から(6)で決定し最適化された分散性溶液に、実際に分析対象とする析出物等を抽出する。
(8)析出物を分散させた溶液を噴霧して溶媒を気化し、単分散微粒子を生成させる。噴霧は、微細液滴を生成できる手法であれば、方式を限定するものではないが、μmオーダー以下の微細析出物を対照とする場合には、微細液滴を形成できる以下の方式を用いることが望ましい。導電性溶媒に分散させた溶液を加熱したキャピラリーに導入して噴霧するサーモスプレー方式、サーモスプレーと同様にキャピラリーに試料を導入するが、キャピラリーに高電圧を印加し、対極を設置することで帯電した液滴を発生させるエレクトロスプレー方式、キャピラリーに試料を導入し、音速のガス流によって噴霧するソニックスプレー方式等がある。これらの方法によって析出物を単分散状態で溶媒から分離して気相中に導入することが可能になる。
(9)前記の方法で気相中に単分散された析出物を静電分級器に導入する。生成した単分散微粒子の搬送は、(8)で使用したガス(アルゴン、窒素、空気等)をそのまま使用するか、分級器に適したガスに置換して行う。
(10)分級器を用いて析出物を大きさごとに分画する。静電分級器は粒子の持つ電気移動度によって粒子を分級するシステムで、電気移動度は粒径に反比例する。そのため静電分級器内部の電極の電圧を調整することによって特定の移動度を有する粒子、すなわち特定の粒径の析出物のみが電極に向かって移動し、分級器のスリットを通過して、外部に取り出すことが可能になる。
(11)以上の操作により得られ、大きさ別に分別された析出物等を分析する。
定量方法は特に規定するものではないが、通常は酸分解あるいは融解、もしくはその併用法によって溶液化した後、容量法、吸光光度法などの湿式化学分析や原子吸光法、ICP発光分析法、ICP質量分析法等の機器分析法により構成元素を定量する。析出物の量が多い場合には、ブリケット、あるいはガラスビードに成型後、蛍光X線分析法により定量することもできる。
特定の粒径の析出物組成を分析する場合には以上の手順でよいが、析出物全体の粒径別組成を求める場合にはさらに以下の手順を追加する。
(i)静電分級器に粒子カウンターを接続して析出物の粒径分布を測定する。
(ii)(11)及び(i)の結果を合わせて、析出物全体に占める各粒度分画の元素組成を算出する。この方法は、析出物の種類及びその密度がほぼ特定できる場合に用いられる。
析出物の種類が特定できない場合には以下の方法を用いる。
(iii)(7)で得られた析出物分散溶液を噴霧気化する過程で、噴霧器への試料導入量を計測しておき、粒度分画せずに捕集した析出物定量値を算出する。
(iv)(11)で求められた定量値/(iii)で求められた定量値×100(%)が析出物全体に占める特定粒度分画中の析出物含有率となる。
(v)析出物の総量は通常の析出物分析法(たとえば、電解抽出/アルカリ融解-酸溶解/ICP発光分析法)で求める。
(v)×(iv)/100 で特定粒径の析出物含有率に換算できる。そして、これらの方法を目的に応じて選択することにより粒径別、形態別の析出物等の定量が可能になる。
FIG. 3 is an example of an electrolysis apparatus used in the electrolysis method. The
(4) The sample piece for electrolysis remaining without being electrolyzed (dissolved) is removed from the electrolysis apparatus and immersed in the dispersible solution prepared in (2) above, and precipitates and the like are extracted into the dispersible solution. Here, it is preferable to irradiate ultrasonic waves while being immersed in the dispersible solution. By irradiating with ultrasonic waves, the deposits and the like adhering to the sample surface can be peeled off and extracted into the dispersible solution more efficiently. Next, the sample from which the precipitates and the like are peeled off from the surface is taken out from the dispersible solution. In addition, when taking out, it is preferable to wash | clean a sample with the same solution as a dispersible solution. In addition, it is preferable that a dispersible solution is a composition which has electroconductivity and does not contain as much as possible what remains as a solid, when a solvent is vaporized. If it remains, select a solid that is as fine as possible. In addition, when using a sonic spray or a spray type for the spray system of (8), it is not necessary to limit a solvent to what has electroconductivity.
(5) The zeta potential of the dispersible solution containing precipitates and the like prepared in (4) above is measured.
(6) When the absolute value of the zeta potential measured in the above (5) is less than 30 mV, the above (2) to (6) are repeated by changing the type and / or concentration of the dispersant. On the other hand, when the zeta potential reaches 30 mV or more, the dispersant and concentration at that time are determined as the optimum conditions of the dispersible solution with respect to the target precipitate and the operation is terminated. In FIG. 1, the zeta potential was measured, and when the zeta potential reached 30 mV or more, the dispersant and concentration at that time were determined as the optimum conditions for the dispersible solution with respect to the target precipitate, etc. In this case, the precipitates and / or inclusions may be sufficiently dispersed with little aggregation when collected in the dispersible solution. As a means for selecting and determining the dispersible solution, the zeta potential may be used. It is not limited to measurement. Next, in FIG. 2, (7) to (11) are shown as operation procedures for dividing and quantifying the precipitates and the like in the steel sample by size using the dispersible solution. According to FIG. 2, (7) the same dispersive solution determined by (1) to (6) in FIG. 1 and newly optimized in the same manner as (1) to (4) in FIG. In addition, precipitates or the like that are actually analyzed are extracted.
(8) The solution in which the precipitate is dispersed is sprayed to evaporate the solvent, thereby generating monodispersed fine particles. Spraying is not limited as long as it is a technique that can generate fine droplets. However, in the case of contrasting fine precipitates on the order of μm or less, the following method that can form fine droplets should be used. Is desirable. A thermospray method in which a solution dispersed in a conductive solvent is introduced into a heated capillary and sprayed, and a sample is introduced into the capillary in the same way as a thermospray, but charging is performed by applying a high voltage to the capillary and installing a counter electrode. There are an electrospray method for generating a droplet, a sonic spray method in which a sample is introduced into a capillary and sprayed by a sonic gas flow. By these methods, the precipitate can be separated from the solvent in a monodispersed state and introduced into the gas phase.
(9) The precipitate monodispersed in the gas phase by the above method is introduced into an electrostatic classifier. The produced monodisperse fine particles are transported by using the gas (argon, nitrogen, air, etc.) used in (8) as it is or by replacing it with a gas suitable for a classifier.
(10) The precipitate is fractionated by size using a classifier. An electrostatic classifier is a system that classifies particles according to the electric mobility of the particles, and the electric mobility is inversely proportional to the particle size. Therefore, by adjusting the voltage of the electrode inside the electrostatic classifier, only particles having a specific mobility, that is, precipitates having a specific particle size, move toward the electrode, pass through the slit of the classifier, It becomes possible to take out.
(11) Analyze the precipitates obtained by the above operation and sorted according to size.
Although the quantification method is not particularly specified, it is usually made into a solution by acid decomposition or melting, or a combination method thereof, followed by wet chemical analysis such as volumetric method and spectrophotometry, atomic absorption method, ICP emission analysis method, ICP The constituent elements are quantified by instrumental analysis such as mass spectrometry. When the amount of the precipitate is large, it can be quantified by fluorescent X-ray analysis after being formed into briquettes or glass beads.
The above procedure may be used when analyzing a precipitate composition having a specific particle size, but the following procedure is further added when determining the composition by particle size of the entire precipitate.
(i) Connect a particle counter to the electrostatic classifier and measure the particle size distribution of the precipitate.
(ii) Combine the results of (11) and (i) to calculate the elemental composition of each particle size fraction in the entire precipitate. This method is used when the type and density of precipitates can be almost specified.
If the type of precipitate cannot be specified, the following method is used.
(iii) In the process of spray vaporizing the precipitate dispersion solution obtained in (7), the amount of sample introduced into the sprayer is measured, and the quantitative value of the collected precipitate is calculated without particle size fractionation.
(iv) The quantitative value obtained in (11) / the quantitative value obtained in (iii) × 100 (%) is the precipitate content in the specific particle size fraction of the entire precipitate.
(v) The total amount of precipitates is determined by a conventional precipitate analysis method (for example, electrolytic extraction / alkaline melting-acid dissolution / ICP emission spectrometry).
(v) × (iv) / 100 can be converted into the precipitate content of a specific particle size. Then, by selecting these methods according to the purpose, it becomes possible to quantify the precipitates by particle size and shape.
図1および図2に示す以上の方法により、析出物等の大きさ別の組成に関する分析結果が得られる。そして、この得られた分析結果をもとに鋼材の諸性質に関する知見が得られ、不良品発生の原因解明や新材料の開発等に有益な情報が得られる。 By the above method shown in FIG. 1 and FIG. 2, the analysis result regarding the composition according to the size of the precipitate or the like is obtained. Based on the obtained analysis results, knowledge about various properties of the steel material can be obtained, and useful information can be obtained for elucidating the cause of defective products and developing new materials.
本発明は、様々な種類の鋼中析出物等の分析に適用することができ、特に、大きさ1μm以下の析出物等を多く含んだ鉄鋼材料に対して好適であり、大きさ200nm以下の析出物等を多く含んだ鉄鋼材料に対してさらに好適である。 The present invention can be applied to analysis of various types of precipitates in steel, and is particularly suitable for steel materials containing a large amount of precipitates having a size of 1 μm or less, and having a size of 200 nm or less. This is more suitable for steel materials containing a large amount of precipitates.
なお、ここで、上記(2)における分散性溶液について、補足する。大きさ1μm以下(特に大きさ200nm以下)のオーダーの微細な析出物等については、上述したように、現在、公知技術として、溶液中に凝集させずに抽出する明確な方法は無い。そのため、分散剤を水溶液化した物を順番に試すことで分散性溶液についての知見を得ようと試みた。その結果、分散剤の種類と濃度については、析出物等の組成や粒径、液中の析出物等の密度等との間に明確な相関は得られなかった。例えば、水溶液系の分散剤としては、酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、正リン酸カリウム、ポリリン酸ナトリウム、ポリメタリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウムなどが好適であるが、適切な濃度を超えた添加は析出物等の分散に逆効果であるという知見が得られた。 In addition, it supplements about the dispersible solution in said (2) here. As described above, there is no clear method for extracting fine precipitates having a size of 1 μm or less (particularly, size of 200 nm or less) as a well-known technique without aggregation in a solution. Therefore, an attempt was made to obtain knowledge about the dispersible solution by sequentially testing the products in which the dispersant was made into an aqueous solution. As a result, regarding the kind and concentration of the dispersant, no clear correlation was obtained between the composition and particle size of the precipitates, the density of the precipitates in the liquid, and the like. For example, as an aqueous dispersion, sodium tartrate, sodium citrate, sodium silicate, potassium orthophosphate, sodium polyphosphate, sodium polymetaphosphate, sodium hexametaphosphate, sodium pyrophosphate and the like are suitable. It was found that addition exceeding the concentration has an adverse effect on the dispersion of precipitates and the like.
以上より、本発明において、分散性溶液は、析出物及び/又は介在物が当該溶液中にあるときに、凝集することなく分散していればよく、特に限定しない。そして、分散性溶液を決定するにあたっては、析出物等の性状や密度、あるいはその後の分析手法に応じて分散性溶液の種類や濃度を適宜最適化することとする。 As described above, in the present invention, the dispersible solution is not particularly limited as long as the precipitate and / or the inclusions are dispersed without agglomeration when the precipitate and / or the inclusion is in the solution. In determining the dispersible solution, the type and concentration of the dispersible solution are appropriately optimized according to the properties and density of the precipitates or the subsequent analysis method.
図1および図2に示す(1)から(9)の手順に従って、析出物の分析を行った。なお各操作の具体的な条件は、以下に示す通りであるが、本発明は下記の具体的な条件に制限されるものではない。 The precipitates were analyzed according to the procedures (1) to (9) shown in FIG. 1 and FIG. In addition, although the specific conditions of each operation are as showing below, this invention is not restrict | limited to the following specific conditions.
金属試料としてチタン添加鋼を使用した。その化学成分は、C:0.05mass%、Si:0.05mass%、Mn:1.3mass%、P:0.01mass%、S:0.002mass%、Ti:0.04mass%、Nb:0.01mass%、N:0.0035mass%である。 Titanium-added steel was used as a metal sample. Its chemical composition is C: 0.05 mass%, Si: 0.05 mass%, Mn: 1.3 mass%, P: 0.01 mass%, S: 0.002 mass%, Ti: 0.04 mass%, Nb: 0.01 mass%, N: 0.0035 mass%.
電解には電解液として約300mlの10vol%アセチルアセトン−1mass%塩化テトラメチルアンモニウム−メタノール溶液を使用し、20mA/cm2の条件で定電流電解した。 For electrolysis, about 300 ml of 10 vol% acetylacetone-1 mass% tetramethylammonium chloride-methanol solution was used as an electrolytic solution, and constant current electrolysis was performed at 20 mA / cm 2 .
電解後、電解液から取り出した金属試料の残部を、分酸性溶液として0.01%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液中に浸漬して、超音波浸透により試料表層から析出物を剥離、分散させた。 After electrolysis, the remainder of the metal sample taken out from the electrolyte solution was immersed in a 0.01% sodium hexametaphosphate aqueous solution as an acidic solution, and the precipitate was peeled and dispersed from the sample surface layer by ultrasonic penetration.
これをエレクトロスプレー方式の噴霧器に試料流速 10μl/minで導入し、キャピラリー電圧2kVで微小液滴を生成させた。キャリアガスには空気を用い、微小液滴から脱溶媒して生成した微粒子を2L/minで静電分級器に導入した。静電分級器で0.01μm以上0.05μm未満、0.05μm以上0.1μm未満、0.1μm以上0.2μm未満の析出物を分画し、ガラス板上に静電捕集した。 This was introduced into an electrospray nebulizer at a sample flow rate of 10 μl / min, and microdroplets were generated at a capillary voltage of 2 kV. Air was used as the carrier gas, and fine particles generated by removing the solvent from the fine droplets were introduced into the electrostatic classifier at 2 L / min. Precipitates of 0.01 μm or more and less than 0.05 μm, 0.05 μm or more and less than 0.1 μm, or 0.1 μm or more and less than 0.2 μm were fractionated with an electrostatic classifier and electrostatically collected on a glass plate.
ガラス上に捕集した析出物は少量のメタノール中で超音波剥離後、Na2O2-LiBO4でアルカリ融解、溶融塩を塩酸溶解し、ICP質量分析で含有成分を定量した。 The precipitate collected on the glass was ultrasonically stripped in a small amount of methanol, then alkali-melted with Na 2 O 2 -LiBO 4 , the molten salt was dissolved in hydrochloric acid, and the contained components were quantified by ICP mass spectrometry.
鋼中析出物の総量も同様の方法により定量し、各粒度分画毎の元素分析値を鋼中含有率に換算した。
得られた結果を図4に示す。図4より、金属試料中に存在する析出物等(特に、大きさ1μm以下)の大きさ別の分析を精度良く行うことができているのがわかる。
The total amount of precipitates in steel was also quantified by the same method, and the elemental analysis value for each particle size fraction was converted to the content in steel.
The obtained results are shown in FIG. From FIG. 4, it can be seen that the analysis according to the size of the precipitates (particularly, the size of 1 μm or less) present in the metal sample can be performed with high accuracy.
1 電解用試料
2 電解用試料の固定用治具
3 電極
4 ビーカー
5 定電流電源
6 電解液
7 電解装置
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