(57)【要約】【課題】ＣａＯ−ＳｉＯ2に代表されるようなアルカリ土類金属を含む介在物（特に複合酸化物）を、ＳｉＯ2ゲルの生成による不都合を回避しつつ有効に抽出評価するための有用な方法を提供する。【解決手段】介在物を鋼材中から抽出するに当り、前記鋼材を臭素−メタノール溶液中に投入して前記鋼材を溶解し残渣を濾過した後、得られる介在物含有物質をフッ化水素アンモニウム溶液で処理することによって、介在物含有物質中に含まれる介在物を抽出評価する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
介在物を鋼材中から抽出するに当り、前記鋼材を臭素−メタノール溶液中に投入して前記鋼材を溶解し、残渣を濾過した後、得られる介在物含有物質をフッ化水素アンモニウム溶液で処理することによって、介在物含有物質中に含まれる介在物を抽出評価することを特徴とする介在物の抽出評価方法。
【請求項２】
前記介在物が、酸化物を主体とするものであり、少なくともＡｌ2Ｏ3,ＳｉＯ2,ＭｇＯ−ＳｉＯ2のいずれかを含むものである請求項１に記載の抽出評価方法。
【請求項３】
前記酸化物系介在物は、少なくともＭｇＯ−ＳｉＯ2を含むものである請求項２に記載の抽出評価方法。
【請求項４】
前記鋼材は、Ｓｉ含有量が０．１質量％以上である請求項１〜３のいずれかに記載の抽出評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材中に含まれる介在物を有効に抽出評価する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼材料（鋼材）に含まれる酸化物系介在物は、該鋼材の諸性質、例えば強度、靭性、加工性、表面性状等に多大な影響を及ぼしている。こうしたことから、酸化物系介在物の鋼中における存在個数、大きさ等を評価することは鋼材を扱う技術者にとって大きな関心事である。
【０００３】
鋼材中の介在物を評価する方法は様々提案されているが、被検体積をできるだけ大きくし、介在物の形態を三次元的に観察できる方法としては、鋼を溶解し、介在物を抽出する方法が代表的なものとして挙げられ、こうした方法を実施するときには下記の手順に従って行なわれる。
【０００４】
鋼の溶解→溶液を濾過する（溶け残った介在物を濾紙上に残存させる）→濾紙上の残渣を、光学顕微鏡、ＳＥＭ、ＥＰＭＡ等で観察および分析する、または残渣の総量を化学分析により評価する。また、上記方法で介在物を評価するに当たっては、下記（ａ）〜（ｃ）の要件が要求される。
【０００５】
（ａ）必要な被検量の鋼材が溶解でき、評価の対象となる介在物を溶解しないこと：
介在物を抽出する上で当然要求される要件であり、必要な被検量の鋼材を溶解でき、しかも対象となる介在物が溶けない（少なくとも、抽出作業中には、大部分が溶解しない）ことが必要である。
【０００６】
（ｂ）鋼材中の評価対象とする介在物以外のものを抽出しないこと：
対象とする介在物以外の介在物が大量に存在すると、対象とする介在物が埋もれてしまい、介在物を正確に観察できないことになる。
【０００７】
（ｃ）溶解、抽出の妨げとなる反応生成物が形成されないこと：
抽出した物質を観察するときに、対象とする介在物以外のものが多く存在すると、観察に支障を来すことになる。従って、鋼の溶解液中に鋼中の合金元素等との反応により何らかの固体生成物が、鋼の溶解液中に形成されないことが好ましい。鋼中の介在物抽出時に問題となりやすいものの一例として、ＳｉＯ2の水和物［ＳｉＯ2・ｎＨ2Ｏ］を主体とするゲルの生成が挙げられる。
【０００８】
一般的な介在物であるＡｌ2Ｏ3等の抽出評価方法については、これまでにも様々な技術が報告されており、例えば非特許文献１には、各種方法が概説されている。近年、鋼の高清浄化への要求がますます厳しくなる中、Ａｌ2Ｏ3等以外の介在物についても、多量の被検量を確保できる介在物の抽出評価方法の確立が望まれている。
【０００９】
例えば酸化物系介在物の１種であるＭｇＯ−ＳｉＯ2系複合介在物を抽出するに当たっては、この複合介在物を溶解しない溶解法が必要になるが、こうした溶解法に関する技術は報告されていない。酸溶解抽出法に比べて、介在物の溶損を著しく抑制できる溶解法として、ハロゲン−有機溶剤による溶解法も知られているが、この方法では、アルカリ土類金属を含む酸化物（ＣａＯ，ＭｇＯ等）や硫化物等の介在物は溶解することが知られている。
【００１０】
これらの介在物の抽出法に対して、鋼材を電解によって溶解する方法等が知られており、適正な電解条件を選ぶことによって、ほとんど全ての介在物の定量的な抽出分離が可能であることが報告されている（前記非特許文献１）。
【００１１】
上記したハロゲン−有機溶剤としては、ヨウ素−メタノール溶液や臭素−メタノール溶液が知られているが、ＣａＯ−ＳｉＯ2,３ＣａＯ−２ＳｉＯ2，ＭｇＯ等の酸化物は、これらの溶液に対して溶解する（即ち、抽出できない）ので（前記非特許文献１）、これらの介在物の抽出に当たっては、電解法が採用されるのが一般的である。
【００１２】
一方、電解法によって鋼材を溶解した場合には、ＭｎＳやＴｉＮ等、鋼材中に比較的多く存在する非金属介在物も抽出されることから、対象とする介在物の評価がしにくいという問題がある。
【００１３】
ところで、ハロゲン−有機溶剤を用いて鋼材を溶解した場合には、鋼材中の溶存Ｓｉが溶液中でゲル化して水和物を主体とするゲル（以下、「ＳｉＯ2ゲル」と呼ぶ）が生成する等、反応性が強く、適用できる介在物の種類が制限されていた。また、ヨウ素−メタノール溶液で溶解した場合には、水または雰囲気中酸素により鉄水和物が沈殿することも報告されている（前記非特許文献１）。これらが生成すると、抽出の阻害となるうえに、抽出された評価対象介在物の測定（観察、分析）の妨げとなるという問題がある（例えば特許文献１）。
【非特許文献１】「鋼中介在物抽出法の現状と問題点」  超清浄鋼研究の最近の展開  井上、水渡等、１９９９年発行、Ｐ３２６、Ｐ３３０、Ｐ３４１、Ｐ３４８、Ｐ３４９、Ｐ３５７
【特許文献１】特開２００５−３１５６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はこうした従来技術における課題を解決する為になされたものであって、その目的は、ＭｇＯ−ＳｉＯ2に代表されるようなアルカリ土類金属を含む介在物（特に複合酸化物）を、ＳｉＯ2ゲルの生成による不都合を回避しつつ有効に抽出評価するための有用な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決することのできた本発明方法とは、介在物を鋼材中から抽出するに当り、前記鋼材を臭素−メタノール溶液中に投入して前記鋼材を溶解し残渣を濾過した後、得られる介在物含有物質をフッ化水素アンモニウム溶液で処理することによって、介在物含有物質中に含まれる介在物を抽出評価する点に要旨を有するものである。
【００１６】
本発明方法において、対象とする介在物は、酸化物を主体とするものであり、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＭｇＯ−ＳｉＯ2のいずれかを含むもの等が挙げられるが、特に少なくともＭｇＯ−ＳｉＯ2を抽出評価するときにその効果を発揮する。
【００１７】
本発明方法は、上記のようなＳｉＯ2ゲルが生成しやすいような鋼材、特にＳｉ含有量が０．１質量％以上であるような鋼材に適用したときにその効果が有効に発揮される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、介在物を鋼材中から抽出するに際して、鋼材を臭素−メタノール溶液中に投入して前記鋼材を溶解し残渣を濾過した後、得られる介在物含有物質をフッ化水素アンモニウム溶液で処理することによって、ＳｉＯ2ゲル等の生成による不都合を回避しつつ、ＭｇＯ−ＳｉＯ2系複合酸化物に代表される介在物を効果的に抽出評価することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明者らは、鋼材中に含まれるＭｇＯ−ＳｉＯ2系複合酸化物（即ち、複合介在物）を効果的に濾過、抽出評価するための有用な方法について、様々な角度から検討した。その結果、鋼を溶解するための溶液として、特に臭素−メタノール溶液を用いれば、鋼を溶解させつつＭｇＯ−ＳｉＯ2系複合介在物は溶解しないことが判明した。
【００２０】
ＭｇＯ−ＳｉＯ2系複合介在物等に代表される複合過酸化物については、上述の如く酸やハロゲン−有機溶剤等に溶解してしまい、これらの介在物を抽出することは困難であると考えられていた。こうしたことが、ＭｇＯ−ＳｉＯ2を濾過・抽出して評価する方法が確立されていなかった理由と考えられる。
【００２１】
一方、ＭｇＯと同じアルカリ金属であるＣａＯとＳｉＯ2の化合物を、溶解させない方法は、電解法以外には知られていない。また、ＭｇＯ−ＳｉＯ2系の複合介在物である例えばフォルステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）を生成する鋼は或る程度の高Ｓｉ鋼である場合が多いが、高Ｓｉ鋼の評価には臭素−メタノール溶液の適用はできないことも知られている（前記特許文献１）。
【００２２】
本発明者らは、従来の既成概念にとらわれず、特殊溶解炉によって作製した各種組成比、各種結晶化状態（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ，Ｅｎｓｔａｔｉｔｅ，非晶質）のＭｇＯ−ＳｉＯ2を用いて、その溶解性について検討した。その結果、臭素−メタノール溶液を溶解液体として用いた場合であっても、フォルステライトやＭｇＯ−ＳｉＯ2系複合介在物は溶解することなく濾過・抽出させることができ、これらの成分を含む酸化物系介在物を評価できることを見出した。
【００２３】
また、臭素−メタノール溶液を用いてＳｉ濃度が高い鋼を溶解した場合には、酸化物系介在物の抽出工程においてＳｉＯ2ゲルが生成し、こうしたＳｉＯ2ゲルが生成すると抽出後の介在物分析の妨げとなることは上述した通りである。本発明者らは、ＳｉＯ2ゲル生成による不都合を回避するという観点からも検討を重ねた。その結果、鋼材を臭素−メタノール溶液中に投入して前記鋼材を溶解した後、フィルタ上の残渣を、フッ化水素アンモニウム溶液によって処理（即ち、洗浄）すれば、ＳｉＯ2ゲルが効果的に除去でき、ＳｉＯ2ゲルよる介在物分析の妨げを回避できることも見出し、本発明を完成した。
【００２４】
本発明は、上記趣旨から明らかなように、ＭｇＯ−ＳｉＯ2系複合介在物の抽出評価を可能とするものであるが、その他の介在物として当然にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）系やシリカ（ＳｉＯ2）系の介在物の抽出評価にも有効であることは勿論である。
【００２５】
本発明方法においては、ＳｉＯ2ゲルよる介在物分析の妨げを回避できるものであるので、上記のようなＳｉＯ2ゲルが生成しやすいような鋼材、特にＳｉ含有量が０．１質量％以上であるような鋼材に適用したときにその効果が有効に発揮されるものとなる。
【００２６】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００２７】
［実施例１］
下記表１に示した化学成分組成となるようなラボ溶製材を作製した。このとき、ＭｇＯ−ＳｉＯ2系複合介在物を生成させるため、少量のＭｇを含有させた。
【００２８】
作製した鋼材から２０ｇの小片を７個切り出し、表面のスケールを処理して、試料とした。切り出した試料を、下記表１に示す各種溶解液で溶解し（各溶解液の入ったビーカに、洗浄した試料を投入）、介在物を濾過・抽出した。
【００２９】
この濾過・抽出に際しては、抽出液（試料を溶解した後の溶解液）を、孔径：１μｍのフィルタで濾過した後、下記表１に示す溶液を用い、フィルタを洗浄した。
【００３０】
このフィルタ上の残渣をＸ線マイクロアナライザー（Ｅｒｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ）で長径：１０μｍ以上の介在物を分析し、ＳｉまたはＡｌを含む介在物の組成と大きさを測定し、シリカ系（ＳｉＯ2系）、アルミナ系（Ａｌ2Ｏ3系）およびＭｇＯ−ＳｉＯ2系の各介在物の個数を測定した。尚、本評価においては、ブランク測定（鋼材を溶解せずに同じ操作を行うこと）において、評価対象となる介在物がゼロ個であること確認したうえで実施した。
【００３１】
尚、分析した介在物は、ＭｇＯおよびＳｉＯ2が夫々２５質量％以上、且つＭｇＯとＳｉＯ2の総量が６０質量％以上であるものをＭｇＯ−ＳｉＯ2系、ＳｉＯ2を６０質量％以上、且つＭｇＯを２５質量％未満（０質量％を含む）含有するものをＳｉＯ2系、Ａｌ2Ｏ3を６０質量％以上含有するものをＡｌ2Ｏ3系とした。これらの結果を、下記表１に併記する。
【００３２】
【表１】
2010127916.tif 000002
【００３３】
この結果から次のように考察できる。試験Ｎｏ．１のものは、溶解液として臭素−メタノール溶液を用い、しかもフッ化水素アンモニウム溶液を用いてＳｉＯ2ゲル処理を行ったものであり、ＳｉＯ2系およびＭｇＯ−ＳｉＯ2系の各介在物の評価が有効に行えていることが分かる。
【００３４】
これに対して、硝酸や塩酸等の酸を用いて溶解したもの（試験Ｎｏ．２、３）や、臭素−メタノール溶液を用いてもフッ化水素アンモニウム溶液を用いてＳｉＯ2ゲル処理を行なわなかったもの（試験Ｎｏ．４、５）では、介在物の評価が行えないか、測定ができない（ＳｉＯ2ゲルが多量に生成）状態であった。尚、上記表１には電解法によって鋼材を溶解したものも示したが（試験Ｎｏ．６、７）、これらの方法では介在物の抽出自体ができなかった（残渣が多く濾過できなかった）。
【００３５】
［実施例２］
各種介在物を評価するため、下記表２に示した各種化学成分組成となるようなラボ溶製材を作製し、実施例１と同様にして評価した、その結果を、抽出時の処理（溶解液、ＳｉＯ2ゲル処理）と共に、下記表２に示す。
【００３６】
【表２】
2010127916.tif 000003
【００３７】
この結果から明らかなように、アルミキルド鋼におけるＡｌ2Ｏ3系介在物（試験Ｎｏ．８）、シリコンキルド鋼におけるＳｉＯ2系介在物およびＭｇＯ−ＳｉＯ2系複合介在物の評価が有効に行なえていることが分かる（試験Ｎｏ．９〜１１）。