鉄鋼材料中のベイナイト形成に及ぼすMnSの効果www.tool-tool.com

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【目的】

鋼の靭性材料が衝撃に対して強くなる性質．向上の方法の１つとして結晶粒(材料内では，一般に，原子が３次元的に規則正しく並んでいるが，ある領域内でのみ（一般に数μm ～数 10μm直径の領域）このことが生じている。この領域を指す．但し，材料全体は，この領域が相対的に回転した領域の集合体である．)の微細化(組織を細かくすること．)がある。近年では、結晶粒の微細化に オーステナイト（γ）粒内の介在物や析出物をベイナイト(鋭い表面起伏を伴う組織．短範囲（数原子間距離未満）拡散によって生成される組織とされ，Fe-C 系の鋼では，恒温変態下のみで生成される，と言われている．)の核生成サイトにする組織制御が 行われているが、MnS単体で扱っている研究は少ない。本研究では、析出(一つの固相から異なる結晶構造を有する固相が生成されること．（その生成物）)物としてMnSのみを析出させるような試料を用い、MnSがγ中のベイナイト形成に与える影響について検討した。

【実験方法】

Table 1に示すように、標準試料STとMnS析出を促すためにSの濃度を上昇させた試料MSを準備した。 熱処理はFig.1に示す（(a)1400→500℃と処理した試料をST-1および MS-1、 (b)1400→950→500℃と処理した試料をST-2およびMS-2とする）。 組織観察および構造解析等に、 光学顕微鏡および 透過型電子顕微鏡(約1μmφの電子線束を100 ～ 200 nm厚さに薄くした材料（薄膜材料）内を透過させるが，その際に薄膜材料内で生ずる電子線の回折現象自体やそれを利用して材料内の微細組織に対応した像を 結像させて撮影できる機能を有する装置．原子一個一個を観察することが可能な機種が存在する．)を用いた。

【結果】

(1)光学顕微鏡においてST鋼やMS-1鋼ではMnSをあまり確認できなかった。 ST鋼はS濃度が低く、 MS-1鋼は急速に500℃に冷却した為に、MnSの生成が抑制されたと考えられる。従って、1400℃保持下では MnSの核生成はあまりないと考えられる。
(2)Fig.2(b)に見られるようにMS-2鋼では光学顕微鏡でも十分に観察できるサイズのMnSが見られるが、 その析出は直線状に生じている傾向にあり、γ粒界あるいはγ内小傾角粒界に析出したものと考えられる。 従って、このMnSは高温（≧950℃）で生じたものと考えられる。
(3)Fig.2(a)および(b)に見られるようにST鋼よりもMS鋼のほうが明らかに粒内ベイナイト生成が 顕著であり、MnSが粒内ベイナイト生成に関与していると考えられる。

SおよびMnの小傾角粒界と粒内ベイナイト生成に及ぼす効果

【目的】

　鋼の靭性向上に粒内ベイナイト生成が重要であることは周知である。そこで、 粒内ベイナイトの核生成箇所の一つであると考えられる小傾角粒界の生成・安定化に ＳおよびMnがどのような効果を示すのかを明確にすると同時にMnSの粒内ベイナイト核生成に 及ぼす効果についても検討することを目的とした。

【実験方法】

　供試材の組成をTable1に示す。S濃度の低い試料をMS-P、S濃度の高い試料をMS-Rとする。 熱処理過程はFig.1に示す。組織観察および構造解析等に光学顕微鏡および透過型電子顕微鏡 を用いた。また、観察箇所付近にビッカース圧痕を数ポイント打ち込み、表面を約0.1～0.3μm ずつ削りながら光学顕微鏡写真を撮って粒内ベイナイトの核生成サイトを確認した。 削った厚さはビッカース圧痕の対角線と頂角を利用することにより計算した。

【結果】

① Figures 2 (a) および (b) に示すようにMS-Rにおける小傾角粒界の密度は、MS-Pに おけるそれよりも高い。この結果はSがオーステナイト中の小傾角粒界の生成および安定化に 寄与していることを示唆している。一方、MnSの数密度に関してもMS-Rにおける数密度のほうが MS-Pにおけるそれよりも大きい。つまり、MnSは、主として小傾角粒界に核生成されているが、 MS-Rでは小傾角粒界上のS濃度が高いためにMnSが核生成されやすいと考えられる。 MS-PではMnSの数密度は低いがMnSのオストワルド成長が著しい。このことは、MS-Pでは MnSの成長にとって充分なSが少ないためにMnSの合体によるエネルギーの低下が優先されると考えられる。
② 粒内ベイナイトの数密度は、MS-Rのほうが高い。しかし、MS-R中の小傾角粒界は、 Sによるコットレル効果のためにその歪場が緩和されていると考えられる。よって、この結果は MnSの周囲の歪場が粒内ベイナイトの核生成に大きく関与していることを示唆している。

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