JFE 技報 No. 13（2006 年 8 月）p. 18–24

先端電子顕微鏡によるナノメートルサイズの析出物解析
Analysis of Nanometer-Sized Precipitates Using Advanced TEM
山田

克美 YAMADA Katsumi

JFE スチール

スチール研究所

分析・物性研究部

SATO Kaoru

JFE スチール

スチール研究所

分析・物性研究部長・Ph. D.

NAKAMICHI Haruo JFE スチール

スチール研究所

分析・物性研究部

佐藤

馨

仲道

治郎

主任研究員
（課長）・工博
主任研究員（副課長）・工博

要旨
優れた局所分析機能を有する FE(field emission)-TEM(transmission electron microscope) は高機能鉄鋼材料の研究に欠かせない実験ツールとなっている。ここでは，最近の先端電子顕微鏡の特長および元素分析機能を概説した後，引張り強度 780 MPa 級の熱間圧延鋼板について，フェライト組織強化に有効な (Ti,Mo)C 系炭化物の観察とその存在密度の評価を実施し，析出物が (Ti0.54Mo0.46)C の MC 型炭化物（M：metallic elements）であること，粒子分散強化量が 250 MPa 程度と導出されることを示す。次に，MX（X：carbon または nitrogen）強化型の耐熱鋼に対して EF(energy filtering)-TEM を適用し，特に優れたクリープ特性を達成した試料では，焼もどし
マルテンサイト組織内に (V,Cr)N が微細分散していること，その解析結果から EF-TEM の分析空間分解能が3 nm 程度まで得られることを示す。

Abstract:
FE-TEM is one of the useful experimental apparatus to study advanced steels due to its superior performance inmicroanalysis. After a brief review of a recent advancement of TEM and its function of elemental analysis, theauthors applied this FE-TEM to the hot rolled steel with tensile strength of 780 MPa. It is concluded that theeffective fine precipitates to improve strength of ferrite matrix is MC type carbide and its composition is(Ti0.54Mo0.46)C. Estimated value of precipitation strengthening was around 250 MPa which was deduced by ananalysis of density of these precipitates. Then EF-TEM experiment was conducted on heat resisting steels that werealso strengthened by MX. Fine (V, Cr)N was dispersed in the tempered martensitic steel that showed superior
creep properties. Spatial resolution in elemental mapping of EF-TEM was close to 3 nm in this case.

考慮しなくてよいということではなく，汎用型分析 TEM

1. 緒言によって十分に解析可能な析出物が 20 nm 程度までだったというべきである。一方，数ナノメートル以下の超微細析

鋼中の介在物や析出物の挙動は，素材の強度や加工性な出物あるいは原子クラスターと呼ばれる析出前駆段階の存

どの機械的特性に直接的に影響を及ぼすだけでなく，組織在が重要と考えられる現象は古くから報告されており，た形成や各種物理特性にまで影響することが多い。中でも，

とえば，電界イオン顕微鏡（field ion microscopy）による析出現象を積極的に利用している高強度低合金鋼（high直接的観察法3）2）や比熱測定などの間接的な実験による評が 実 施され てきた。近 年，FE-TEM（field emission

strength low alloyed steel，以下 HSLA 鋼）では，加工熱処

価

理での組織および析出制御の良し悪しが，材質を大きく左TEM）に代表される電子顕微鏡の飛躍的性能向上により，右する。このため，1980 年代に HSLA 鋼で広く利用されて本来 TEM の持つ高分解能像観察に加えて，ナノメートル

きた Ti や Nb 系の炭化物に対しては，多くの研究が実施さ

オーダーの空間分解能での元素分析が可能になってきた。

れ，透過電子顕微鏡法（transmission electron microscopy，

これにともない，TEM 単独では解析困難であった鉄鋼材

以下 TEM）などによる析出の実態解明が行われてきた 。

1）

料中の微細析出物の挙動解析が，種々の分析機能を装備しこれらの研究で対象となってきた析出物の大きさは小さくた高性能分析 TEM 一台によって比較的容易に実施できるても 20 nm 程度であり，従来の TEM 観察あるいは付随すようになった。本論文では，鉄鋼微細組織評価に利用される元素分析機能によって大きさや組成に関する情報取得がている最近の先端電子顕微鏡の特長を概説するとともに，可能であった。このことは，20 nm 以下の析出物の存在をこれを利用したナノメーターサイズの析出物解析の事例を− 18 −

先端電子顕微鏡によるナノメートルサイズの析出物解析

Table 1 に示したように，入射電子のエネルギー分解能が紹介する。

1 eV 以下であることから，現在の先端的分析電子顕微鏡に

2. 先端分析電子顕微鏡の特長
2.1

おける EELS 分析は空間分解能，エネルギー分解能の点で飛躍的な向上が実現しており，半導体分野を中心にナノ領

高輝度電子銃域の界面状態分析などに応用されている。さらに，1990 年

TEM によるナノメーターサイズの析出物の解析を容易に半ばからは，この EELS 法に基づくエネルギーフィルタリ

した大きな技術的進展は，1980 年後半から 1990 年初頭に

ング電顕法（energy filtering TEM，以下 EF-TEM）がフィ

電 界 放 出 型 電 子 銃（field emission electron gun， 以 下

ルター機能を既存の TEM コラムに付与するのみで可能とFEG）を装備した実用レベルの FE-TEM が登場したことでなっている 。

7）ある。当時，すでに元素分析に特化した装置として，冷陰

2.3

極型 FEG をベースとした走査透過電子顕微鏡（scanning

高速 EDXS スペクトラルマッピング

transmission electron microscope，以下 STEM）が商品化

TEM における元素分析機能のなかでも，エネルギー分されていたものの，一般ユーザーが使いこなすには困難な

散型 X 線分光法（energy dispersive X-ray spectroscopy，以面が多く普及に至らなかった。操作性，安定性に優れた

下 EDXS）は，1980 年代より材料科学分野において多用さ

FE-TEM が市販化され，各種元素分析装置と組み合わせる

れてきたが，2.1 節で述べた FEG の登場により，高い分析ことが可能になったことで，高輝度の微小電子プローブを位置精度と良好な S/N で，スペクトルが短時間で取得でき用 い た 材 料 中 の ナ ノ 領 域 解 析 が 現 実 の も の とな っ た。

るようになった。さらに，コンピュータのデータ処理速度

Table 1 には現在普及している Cold-FEG および Shottky

が飛躍的に向上してきたこともあって，STEM 機能* での型 FEG と汎用の熱電子型電子銃（LaB6 単結晶フィラメン

多点分析，線分析および面分析が圧倒的に容易になった。

4,5）。この表から明らか

本論文では紙面の都合上具体的データは示さないが，現在なように，FEG は分析 TEM の電子源として広く用いられでは，各分析点でのスペクトルをすべて蓄積するスペクトてきた LaB6 に比べて圧倒的に高い輝度が得られるため，

ラルマッピングにより，従来の X 線相対強度表示による強微小プローブの利用に有利である。さらに，FEG はその電度マッピングではなく定量マッピングが可能となってい子発生原理から，エネルギーおよび位相のそろった電子波

る 。

ト）の電子放出特性を比較して示す

8）が得られることから，透過電子顕微鏡像自体の分解能向上

3. 780 MPa 級ハイテン中の (Ti,Mo)C の析出解析

や分光分析時のエネルギー分解能向上も達成されている。

2.2

高分解能電子エネルギー損失分光分析

3.1

電 子 エ ネ ル ギ ー 損 失 分 光 分 析（electron energy loss

ナノ析出分散強化鋼

spectroscopy，以下 EELS）法は，その分析原理から軽元素

現在，自動車，建築，造船など幅広い分野でハイテン分析に優位であることに加え，数電子ボルト以下の高いエ（high-tensile strength steel）と呼ばれる高強度鋼（引張りネルギー分解能によって，元素状態解析にも応用できる分強度で 350 MPa 以上）が使われている。特に自動車分野に析手段である。1980 年代後期に画期的な並列同時記録型分

おいては，部品の軽量化，衝突安全性の確保を同時に満足

6）

光器（parallel EELS）が市販化されて以降 ，広範に利用するために，鋼素材の高強度化が指向されている。高強度されるようになってきた。さらに FE-TEM においては，材適用による薄肉化は，軽量化による燃費向上すなわちTable 1や加工性を維持しながら高強度化の限界を追求する鉄鋼素CO2 削減への寄与も大きく，本来相反する特性である延性
Comparison of specific values among different typesof electron source (Energy width are general values at
acceleration voltage 200 kV.)
Thermo ionicemission(LaB6)

Cold Fe
W: (100)

Schottoky FE
W: (310) with
ZrO2材の設計・開発が盛んである。
鋼を強化する手法としては，固溶強化，転位強化，結晶粒微細化強化，粒子分散強化があり，工業的に製造されている鉄鋼材料ではこれらの組み合わせで強化が図られていBrightness
1 to 5  105 1  107 to 109 5  108 to 109(A·cm2·sr1)

る

9,10）

。通常，鋼の母相は，加工前に加熱された温度域では面心立方格子のオーステナイト相であり，熱間加工の途

Energy width (eV)

2

 0.4

 0.8

Minimum probe
diameter(nm)

10 to 20

 1.0

1.0

る。鋼中の炭素をはじめとする諸元素の量で上記の変態がLife time

150 to 200

Permanent

 9 000

起こる温度を制御可能であり，また冷却速度の制御によりRequired vacuum
105 to 106
(Torr)

 1010108 to 109(h)

中もしくは終了後に体心立方格子のフェライト相に変態す* 最近の TEMではモードの切り替えで STEM機能が使えることが多い。

− 19 −

JFE 技報 No. 13（2006 年 8 月）

先端電子顕微鏡によるナノメートルサイズの析出物解析

パーライト，ベイナイト，マルテンサイトあるいはこれらる。結晶方位の違いを反映した回折コントラストが観察さが混合したさまざまの変態組織を形成させることができる。

れている。平均結晶粒径は 5 µm 以上であり，取り立ててこのような知見に基づいて，TMPC（thermo mechanical

細かい訳ではない。また，マルテンサイトやパーライトとcontrolled process）を駆使して高度に鉄鋼の組織と析出をいう強化組織も観察されない。この組織写真だけをもとに制御した鋼が安定的に製造されている

11）。鉄鋼材料では，高温域で固溶状態にある種々の元素が低温域で析出する。

見積もれば，引張り強度が高々 500 MPa 程度にしか見えないであろう。
3.3.2 TEM 観察･分析による析出物同定

この析出物には窒化物，炭化物，硫化物，炭硫化物，金属間化合物などがあるが，目的によって比較的大きな析出物

対象試料が実際には引張り強度 807 MPa を示した理由をを形成させ，鋼の母相を純鉄に近い状態にする場合や，鋼明確に示しているのが，Photo 2(a) および (b) の TEM 像

中に析出物を形成しやすい合金元素を積極添加し，微細析である。明視野像および暗視野像で示したように鋼の母相出物を組織中に分散させることもある。ここでは，10 nm

中には，20 nm 程度の大きさの粒子も見られるが，10 nm

未 満 の 析 出 物を 最 大 限 に 活 用し て開 発 され た 780 MPa

未満で平均 3 nm 程度の大きさの粒子が多数観察された。

2（80 kgf/mm ）級のナノ析出分散強化鋼を対象として，そ0.12C-1.8Mn を 基 本 成 分 と し，Ti と Nb を 添 加 し たの強化因子である複合炭化物を TEM によって解析した結780 MPa 級の鋼では 30 nm 以上の炭化物が観察されてお果を紹介する。

り

3.2

15）

，今回の鋼では，はるかに微細な析出物が分散していることが分かる。

試料および実験方法

Ti-Mo 添加系で観察された微細粒子の多くは，熱間圧延

試料は，0.04C-1.5Mn（mass％）を基本成分とし，合金工程における巻取温度域（〜923 K）の恒温変態時に析出元素として Ti と Mo を添加した熱間圧延鋼板を用いた。熱したと推定される。なぜならば，この種の鋼ではしばしば間加工条件，冷却条件，冷却停止と析出温度域での保持をPhoto 3 に示すような規則的な列状析出形態が認められる最適に行うことで，780 MPa 以上の引張り強度が得られる

が，これは母相がオーステナイトからフェライトに変態す

12,13）。

る時の相界面に析出していることを示唆している。類似の

実際にこの高強度鋼は自動車の足回り部材として用いら析出形態は，古くは V 添加鋼中の VC 析出でも報告されてとともに延性と加工性にも優れた材料が開発された
れている

14）

。今回，析出物解析に用いた鋼は熱間圧延後，

いる

13）

。析出物の EDXS を用いた分析結果を母相の分析結923 K で巻取した素材である。SEM 用，TEM 用試料はと果と合わせて Fig. 1(a) および (b) に示す。母相と比べて，もに電解研摩法で作製した。電解液は，メタノール - ブチ

析出物では明確に Ti, Mo, C の濃化が認められ，これらのルセロゾルブ - 過塩素酸（10：6：1）混合電解液を用いた。

微細析出物は Ti と Mo を含有する炭化物であると考えられ電解液を約 243 K に冷却し，電解電圧 25 V の条件で電解る。Ti および Mo の Kα 線を用いて定量分析を行った結果，研摩し，FE-SEM および FE-TEM 観察に供した。析出物のTi と Mo の原子比は平均で 0.54：0.46 であることが分かっ

組成分析には FE-TEM に装備された EDXS を用いた。

た。Mo の鋼中での安定な炭化物は一般的には Mo2C であ

3.3

り，通常は単独で MoC を形成しない。今回観察された Ti

実験結果と Mo を含有する炭化物は，当初 TiC と Mo2C が合体して3.3.1 SEM 観察
Photo 1 は，FE-SEM を用いて加速電圧 5 kV で観察し(a)

た引張り強度 807 MPa の Ti-Mo 添加鋼の反射電子像であ100 nm
(b)

20 nm
5 µm
Photo 1

A backscattered electron image of the Ti and Mo
bearing steel with tensile strength over 800 MPa

JFE 技報 No. 13（2006 年 8 月）

Photo 2 TEM images obtained from the steel of Photo 1 underslightly defocused condition ((a) A bright field imageand (b) A dark field image with specific diffraction
spot from precipitate)− 20 −

先端電子顕微鏡によるナノメートルサイズの析出物解析

STEM モードで撮影した環状暗視野像と，公称プローブ径
1 nm のビームを 1 nm ピッチで走査させ測定した EDXS 線
分析結果である。分析は，Fig. 2(a) 中に示した線に沿って，
微細析出物を含む長さ約 20 nm の区間で行っている。写真中の右側に四角で囲った領域を試料ドリフト補正のための参照領域とした。Ti-Kα と Mo-Lα の特性 X 線強度は連動しており，析出物内で Ti と Mo の比は一定であると考えられ
100 nmPhoto 3る。このような実験結果より，本鋼種の微細析出物は M とA typical defocused TEM bright field image of theTi and Mo bearing steel representing periodic linefeature which is resulted from interface precipitation
during γ / α transformation at coiling temperature

して Ti と Mo の両方が含まれる，代表組成 (Ti0.54Mo0.46)Cの MC 型炭化物であると結論付けた。
3.3.3 粒子分散強化量の推定
前項で同定されたナノ析出物による分散強化量を推定する目的で，TEM 薄膜観察により析出物の存在密度を算出しFe(a) Matrix

た。一般に，抽出レプリカにより析出物だけを支持膜上にIntensity

転写できれば，単純な質量吸収コントラストで析出物を認識できるが，今回のように平均粒径 3 nm 程度の炭化物のFe場合，高精度に抽出レプリカ試料にする技術が不十分であるため薄膜試料を用いた。第二相粒子の密度計測方法は古Mn

くから確立しており，観察している領域の試料の厚さを評

0 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 6.4 7.2
X-ray energy (keV)

価した上で，表面で切断されている析出物と投影した場合に深さ方向で重なるために数え落とされている粒子の両方CFeを補正すればよい

Intensity(b) Precipitate

16）。しかし，今回のケースでは粒子は10 nm 未満と小さく，試料の厚さも 50 nm 未満の領域としたため，表面効果も重なり効果も無視した。また，薄膜試

Fe料を用いた第二相粒子の密度測定で注意すべき点は，微細Ti

Moな析出物が回折条件によっては観察されないことである。
Mn0析出物の数え落としを回避するためには，近年普及してきた EF-TEM により分光的に Ti や Mo の元素の濃化領域を

1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 6.4 7.2
X-ray energy (keV)

識別する方法が望ましいが，精度や元素選択性の問題もあEDX spectra obtained from (a) matrix and (b) fineprecipitate which are embedded in a thin foil specimen

る。その応用例については次章で述べることとし，ここで複合している可能性も考えられたが，ナノプローブ電子回

は，材料中のボイドなど電子散乱因子が異なる領域でフレ折図形や，別途行った電解抽出残さの X 線回折の測定では，ネル縞が現れるため，第二相粒子の観察が容易である

Fig. 1は簡便なデフォーカス（焦点はずれ撮影）法で撮影した明視野像によって粒子密度測定を行った。デフォーカス法で。

Photo 4(a) および (b) に同一視野から撮影した正焦点像

NaCl 型の結晶構造を有する MC 型炭化物以外の可能性はと約 2 µm の不足焦点で撮影したデフォーカス像を比較し低いことが分かった。
Fig. 2(a) および (b) は，Ti-Mo 添加鋼中の (Ti,Mo)C を

50
0

5

10

15

(c)150Counts

(b)

Ti

100

20

Mo

100

20 nm

て示す。正焦点像で見落としている微細析出物がデフォー(a)(b)150Counts

(a)

20 nm

50
0

5

10

15

20

Position (nm)Fig. 217）

Photo 4(a) An annular dark field STEM image of fine (Ti, Mo)C(Line profiles of X-ray intensity of Ti-Kα (b) and Mo-Lα (c)along with a while line inside (a))− 21 −

Bright field images of the Ti and Mo bearing steel
with tensile strength over 800 MPa ((a) A justfocused image and (b) An under focused image of thesame area)
JFE 技報 No. 13（2006 年 8 月）

先端電子顕微鏡によるナノメートルサイズの析出物解析

カス像では観察でき（確認できた析出物の一部を矢印で示には，3.1 節でも述べたように，種々の強化因子を高精度にした），粒子の数え落としは軽減する。回折条件の違いに制御する必要がある。たとえば 9〜12％Cr 系耐熱鋼の高温

よってどの程度の数え落としが起こるかの定量的な評価は

クリープ強化に対しての Nb や V を含有する MX 型析出物

今後の課題である。観察領域における析出粒子密度を求めや微 量 B 添 加の有効 性は，藤田らの冶 金的 検 討によりるための試料厚さ測定には，EELS 法を適用した。EELS を

1970〜1980 年代には明らかにされており用いた試料厚み決定に関しては，弾性散乱強度と非弾性散研究に大きな影響を及ぼしている。高強度フェライト系耐18）21,22），後の耐熱鋼。その結果，

熱鋼では 1 023 K を越える高温域焼戻し処理によってマル

たとえば Photo 2(a) の明視野像を撮影した領域では試料厚

テンサイトラス境界に M23C6 系炭化物を析出させ，粒内はさは 30 nm 程度であった。ランダムに測定領域を複数選択

微細な MX の析出で強化するという基本思想で材料設計がし て 測 定 し た 結 果， 本 鋼 で の ナ ノ 析 出 粒 子 密 度 はなされている。ここでは，MX の分散強化を最適化する目

乱強度の比から算出する一般的手法を用いた

3

23

1.7  10 m

的で，実験室レベルで検討した材料に対して EF-TEM 観察と見積もられた。

析出物の存在密度としてこの値を用い，析出物の組成をを実施した結果を紹介する。

(Ti0.5Mo0.5)C と近似し，炭化物が NaCl 型構造であることに

4.23

基づき算出した析出物の密度を 6.87 g/cm として粒子分散
強化量 σ を以下のように見積もった。粒子分散強化量の計
算には Ashby-Orowan の下記の式を用いた

19）

試料および実験方法

観 察 対 象 と し た 耐 熱 鋼 は，0.08C-9Cr-3.3W-3.0Co-0.2V0.05Nb-0.05N-0.005B（mass％）を基本成分として 1 473 K。

で溶体化処理した後水冷し，1 043 K で焼もどした実験室
σ(MPa)  5.9兹苶
f ln(X/0.000 25)/X

溶解材である。通常の溶体化後に放冷した場合に比べて，MX の 均 一 微 細 化 が 図られ，試 験 温 度 923 K, 負 荷 応 力

f：析出物の体積分率

120 MPa におけるクリープ破断寿命が 50％近く向上するこ

X：析出物の平均粒径（µm）とが確認されている

23）。

試料作製にはツインジェット電解研摩装置を用いた。電ここに上記の値を用いて算出した f およびランダムに測

解液は 10％過塩素酸 - メタノールで，約 253 K に冷却し，定して決定した析出物の平均粒径 X として 3 nm を代入し

電圧 20 V の条件で作製した。観察にはポストコラム型エネ

た場合，強化量は 250 MPa と見積もられた。強化機構としルギーフィルターを装備した FE-TEM を適用した。本手法て Ashby-Orowan のモデルを使うべきか，cutting（せん断）は，3.3.3 項でも記述したように，析出物の認識が回折条件

20）を使うべきかの議論は残る。さらに，TEM の限に大きく依存する場合，数え落しなく析出相を可視化できられた領域での析出物のサイズと存在密度決定の精度も十る技術として早くから注目されており，鉄鋼分野ではオー分とは言いにくい。粒径については画像解析により，平均

ストリアのグループを中心に積極的に活用されている粒径だけではなく，サイズ分布を求めることが強化量評価

本実験では Cr, V, C, N を着目元素とし，一般的に実施されの精度を上げる。したがって，強化量の絶対値評価についている 3 window 法ては，さらに議論を深める必要があるものの，類似の基本マップ像を得た。

モデル

成分で粒子分散強化を起こさない材料と，本材料の引張り

4.3

強度の差は 300 MPa 程度であることから，今回の強化量の

24）

。

25）

によって析出物からの各元素の強度

結果

4.3.1 焼もどし析出相の可視化例

見積もりは実際の強化量に良く一致していると考えられる。

Photo 5(a)〜(e) は通常の熱処理を施した焼もどしマル

4. EF-TEM による鋼中析出物解析事例
4.1

テンサイト内の析出状態を示す EF-TEM 観察結果の一例である。ほぼ従来の TEM 像に対応する Photo 5(a) の弾性散

MX 析出制御型高強度耐熱鋼

乱電子像においては，100 nm 程度の析出物が容易に認識さ発電プラントで用いられるタービンやボイラー配管などれる。Photo 5(b) および (e) の C-K 殻励起像および Cr-L 殻

は，高温かつ応力下で使用されるため，耐疲労や耐クリー

励 起 像 は M23C6 の 析 出 に 対 応 す る も の で あ る。 次 に

プ特性が重要視され，耐熱鋼と総称される鉄鋼材料が適用

Photo 5(c) および (d) に示す N-K 殻励起像および V-L 殻励

されている。石炭焚き火力発電プラントでは，エネルギー起像から，MX 型析出物はマルテンサイトラス界面に局部変換効率の向上や石炭消費量低減の観点から，プラント運的に存在することが分かる。粒内強化を通じてクリープ特

転温度をより高温にすることが望ましい。こうした要望に性に有効といわれている微細な MX の粒内析出は少なくと答えるべく，日本をはじめ欧州や米国において，低コストもこの試料では顕著に認められなかった。

でより高温強度特性に優れるフェライト系耐熱鋼の開発が精力的に行われてきた。高温域クリープ強度を向上させる
JFE 技報 No. 13（2006 年 8 月）

− 22 −

4.3.2 微細 MX の可視化と分析空間分解能
MX 形成元素の増加（主として N）に応じて，抽出残渣

先端電子顕微鏡によるナノメートルサイズの析出物解析(a) Elastic(b) C-K

250

3 000

(c) N-K

Elastic

2 500

200

Intensity

2 000
0.2 µm(d) V-L(e) Cr-L

150

1 500

3 nm

V-L

1 000

N-K

50

500

0

0
500

100

50
10
15
20
Distance (nm)Fig. 3 Intensity profiles on the line across a platelet MX shownin Photo 6

Photo 5 EF-TEM images representing a typical precipitation
in a tempered mar tensitic steel ((a) An elastic
scattering, (b) C-K Edge mapping, (c) N-K Edge
mapping, (d) V-L Edge mapping, and (e) Cr-L Edge
mapping images, respectively)

05

よび (c) の N-K 殻励起像と V-L 殻励起像によって明らかな存在が確認される。3.1 節で紹介した，母相中に埋没している数ナノメートル程度の球状析出に比べて，この MX 型
析出物のように，観察方向（試料厚み方向）に板状析出物などで評価される MX の総析出量は増加するものの，クが垂直に立っている形態では，EF-TEM 法の適用が有利でリープ強度は飽和傾向となる。これは，焼ならし時点でのあることはすでに報告されている

27）。

未固溶 MX が多くなることと，焼ならし後の空冷過程におPhoto 6 のマッピング像において，析出物と直交する

いて，Nb(C,N) の析出抑制ができず，これを核とした VN

20 nm の線分上でのマッピング像強度プロファイルの例を

26）

Fig. 3 に示した。EF-TEM 法での分析空間分解能としては形成により MX が粗大化してしまうためと考えられる。

したがって，MX 析出強化を最大限活用し，さらなるクリー

N-K 殻励起像においても 3 nm 程度が得られることが明ら

プ強度向上を図るには，従来の熱処理過程を見直す必要がかである。

ある。Photo 6(a)，(b) および (c) はこのような考えに基づ
き，MX の微細分散化を積極的に実施した材料を 923 K で

5. 結言

クリープ破断材させた試料中の MX の EF-TEM 観察結果である。マルテンサイト母相中に薄い板状析出相が特定の方

本論文では先端的電子顕微鏡としての FE-TEM ならびに位関係を有して存在している。Photo 6(a) の弾性散乱像だ

代表的元素分析手法ついて概説するとともに，鋼中析出物

けでは一部の析出物の認識が困難であるが，Photo 6(b) おへの適用結果から以下のことを明らかにした。
（1） FE-TEM に付随した EDXS や EELS などの元素分析の(a) Elastic

空間分解能は，原理的にはシングルナノメートルに達(b) N-K

している。
（2） FE-TEM の局所解析能力を 780MPa 級の析出物分散強化鋼の解析に適用し，析出物が (Ti0.54Mo0.46)C の MC型炭化物であることを明らかにした。
（3） 上記析出物の平均サイズと分散状態の解析から，Ti-

50 nm

Mo 複合添加のナノ析出分散強化鋼における析出強化(c) V-L

量が 250 MPa 程度と導出した。
（4） MX 強化型の耐熱鋼中の微細析出物に対して EF-TEM
法を適用した結果，その分析空間分解能は窒素マッピ
ング像においても約 3 nm が得られた。
なお，本論文の 3 章の記述は文献 28）からの転載である。

Photo 6

EF-TEM image obtained from a creep ruptured
martensitic steeel in which fine MX distributionis achieved ((a) An elastic scattering, (b) N-K
Edge mapping, and (c) V-L Edge mapping images,
respectively)

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山田 克美

佐藤

馨

仲道 治郎