ステンレス鋼の金属組織学試料作製

ステンレス鋼の主要特性

ステンレス鋼は少なくとも11 %のクロムを含む耐食鋼です。 高合金鋼のこのグループ内では、以下の4つの主要カテゴリーを区別できます:

• フェライト
• マルテンサイト
• オーステナイト
• オーステナイトフェライト(混粒)

これらのカテゴリーは熱処理だけでなく、合金組成によって大きく影響される室温でのステンレス鋼合金の微細構造を説明しています。

ステンレス鋼の金属組織学

ステンレス鋼はその耐食性、優秀な表面仕上げによって、航空機、化学、医学、食品の各産業、調理場、建築、さらには宝石において主要な役割を果たしています。 また、ステンレス鋼は自動車用途においても一般的に使用されています。

ステンレス鋼の金属組織学は、多くの生産環境における全体的な品質管理工程の重要な一部です。 主な金属組織学試験には以下のものがあります:

• 結晶粒度測定
• マルテンサイト、フェライト、パーライト、オーステナイトの含有量を含む一般的な構造の検査
• デルタフェライトとシグマ相の特定
• 炭化物とその分布の評価
• 溶接の検査

また、金属組織学的は腐食/酸化の仕組みを調査するための不具合分析に利用されます。


図1: 茶色のオーステナイトと青色のフェライトを示す40%水酸化ナトリウム水溶液でエッチングされた混粒鋼。 明視野。

ステンレス鋼の研磨&琢磨における問題の克服

研磨と琢磨時、炭化物と含有物の保持が問題になる場合があります。 また、変形と擦り傷がフェライトとオーステナイトの各ステンレス鋼で発生する場合があります。

解決法は徹底的なダイヤモンド研磨とコロイドシリカとアルミナを使用した徹底的な仕上げ研磨です。


図3.1: エッチングされていないDIC内で確認可能な静的変形を示す不十分に研磨されたステンレス鋼
図3.2: 研磨または精研磨による変形を示す仕上げ研磨後のステンレス鋼表面。 バハラIIIでエッチング。明視野

ステンレス鋼の研磨と琢磨の推奨事項

研磨

• 軟質で延性のステンレス鋼に対しては、深部の変形をもたらす場合があるため、非常に粗い研磨フォイル/紙と高圧の使用は避けられます。
• 一般的な原則として、試料領域、表面粗さと一致した可能な限り細かい粒度を面出しに使用する必要があります。


研磨

• 精研磨によって取り除かれない最初の研磨手順によるあらゆる変形は、痕跡を残します。 これらの痕跡は仕上げ研磨によって取り除けますが、それには時間がかかります。
• 精研磨は剛性円板(MD-ラルゴ)または(幾つかの種類のステンレス鋼に対する代替として)MD-プランまたはMD-サトクロス上でダイヤモンドを使用して実施される必要があります。
• 精研磨後、細かい擦り傷を取り除くためにコロイドシリカでの仕上げ研磨前(例:OP-S)またはアルミナ(OP-A)に中程度の硬さのクロス上で徹底的なダイヤモンド研磨を続けて実施する必要があります。 この最終的な手順は非常に丁寧に実施する必要があり、数分かかる場合があります。 優れた仕上げ研磨は、より望ましいコントラストの可能性を向上させます。


直径30 mmのステンレス鋼試料に対する試料作製方法、半自動化されたテグラミン上で埋込み、直径300 mm。
ダイヤプロの代替として、多結晶Pと緑色/青色の潤滑剤を併用できます。


65x30 mmのステンレス鋼試料の試料作製方法、ストルアスマップスまたはアブラプラン/アブラポールを使用して冷間埋込みまたは未埋込み。直径350 mm、砥石研磨有り。
ダイヤプロの代替として、多結晶Pと緑色/青色の潤滑剤を併用できます。

詳細をご覧ください

• 弊社の研磨と琢磨セクションでさらに多くの情報、専門知識、知見を獲得してください
• 弊社の研磨と琢磨の各装置の範囲をご覧ください
• 金属組織学研磨と琢磨用の消耗品とアクセサリーを入手してください


試料作製方法を含むアプリケーションノートをダウンロード

ステンレス鋼の微細構造の解釈

フェライトステンレス鋼は、焼き入れに反応しません。 ただし、その特性は冷間加工による影響を受ける場合があります。 それらは室温で磁性を示します。 焼きなまし状態における微細構造は、微細炭化物が埋め込まれたフェライト結晶から構成されます。 機械加工に使用されるフェライト鋼は、快削性を促進するために大量の硫化マンガンを含んでいます。

マルテンサイトステンレス鋼は、熱処理に反応します。 マルテンサイトは急冷によって形成されます。 それから、その後の焼き戻し処理によって各特性を最適化できます。 その合金は磁性を示します。 微細構造は熱処理に応じて、純マルテンサイト構造から微細な焼き戻されたマルテンサイトまで多岐にわたります。 異なる合金と半仕上げ製品の様々な寸法は、複雑な熱処理温度と時間を必要とします。


図6: A2で電解研磨され、エッチングされたマルテンサイトクロム鋼。 明視野。

幾つかの耐食鋼溶接においては、高温割れ耐性を改善するために特定量のデルタフェライトが必要です。 ただし、デルタフェライトは通常、望ましくない相です。それは高クロム含有量の鋼の長い焼きなまし時間が、デルタフェライトを硬質で脆性の鉄クロム金属間シグマ相に変化させる場合があるためです。 最高1,050 °Cまで加熱し、急冷すると、シグマ相とそれに伴う脆化を取り除きます。

オーステナイトステンレス鋼は、熱処理に反応しません。 その代わりに、急冷が最も軟質な状態の生産をもたらします。 それらはこの状態で非磁性を示し、その特性は冷間加工により影響されます。 これらの鋼の微細構造は、双晶形成を示す可能性があるオーステナイト結晶から構成されます。


図7: 双晶と偏析を含むオーステナイト鋼。 リチテネッガー&ブロエチでカラーエッチング。 DIC。
図8: オーステナイト鋼溶接(小さな黒っぽい糸)におけるデルタフェライトと溶接部品内のより大きなデルタフェライトの線(青みがかった灰色)。40 %水酸化ナトリウム水溶液で電解エッチング。 明視野

これらの鋼を600-700 °Cの範囲の高温にさらすと、オーステナイト結晶内の複雑な炭化物の形成をもたらす場合があります。 これはオーステナイト固溶体におけるクロムの窮乏化につながり、さらにそのことは、粒界腐食または酸化による影響の受けやすさを高めます。


図9: 冷間加工による双晶と変形を含むオーステナイト鋼管。10 %シュウ酸でエッチング。DIC

炭素を0.015 %以下に下げ、少量のチタン、ニオブ、タンタルを添加すると、粒界腐食のリスクが低減されます。それは、これらの元素がクロムに優先して炭化物を生成するためです。 マルテンサイト鋼における限界熱処理条件またはオーステナイト鋼の冷間加工により、デルタフェライトが現れる場合があります。


図10: 水酸化ナトリウム水溶液(20 %)で電解エッチングされたオーステナイト鋼マトリックスにおけるデルタフェライトの糸

フェライトとオーステナイトから構成されるオーステナイトフェライトステンレス鋼(混粒)。 20から40 %の苛性ソーダ水溶液で電解エッチングは、構造を明確化し各相の正しい比率を推定できます。 これらの鋼は延性で特に食品、製紙、石油産業で使用されています。


図11: 青色のフェライト、薄い茶色から濃い茶色のオーステナイトを示す鍛造混粒鋼。 2回の電解エッチング。1回目は10 %シュウ酸水溶液、2回目は20 %水酸化ナトリウム水溶液でエッチング。DIC。

全ての画像は、ドイツのアプリケーションスペシャリスト、ホルガー・シュナールの提供です
ステンレス鋼の金属組織学試料作製に関する具体的情報については、弊社のアプリケーションスペシャリストにお問い合わせください。