高融点金属での固液界面による微粒子の捕捉・押し出しの直接観察

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650804
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 柴田 浩幸 東北大学, 素材工学研究所, 助手 (50250824)
• Keywords: 鋼 / 固液界面 / 臨界凝固速度 / 捕捉 / 押し出し / 介在物 / 共焦点走査型レーザー顕微鏡 / 相変態

Research Abstract

鋼の凝固時に凝固殻に気泡や介在物が補足される機構および相変態の機構を明らかにすることは、超清浄鋼の製造、介在物の均一分散による鋼の特性の向上に重要である。本年度は、昨年度に得られた介在物が補足される場合の鋼の結晶の臨界凝固速度Vc(μm/s)と介在物半径r(μm)の関係式に基づき、樹枝状晶が形成される時の樹間におけるアルミナ介在物の振る舞いを簡単なモデルにより理論的に検討した。固液共存領域が50Kの鋼が凝固する場合、冷却速度が1K/s以上のの時には直径が10μm以下ののアルミナ粒子は固相に取り込まれず、樹間でのアルミナ粒子の数密度は大きくなっていく。一方、固液共存領域が5Kの鋼で、冷却速度が0.1K/sより大きい場合には、直径10μmのアルミナ粒子は固相に取り込まれてしまう。また、固液界面における液相中の溶質濃境界層の中では、この濃度差に起因する力が粒子に作用する。鉛直上方への凝固の場合には、この力は粒子の浮力よりも大きくなり、固相へのアルミナ粒子の取り込みを容易にすると考えられる。
鋼のδ/γ変態を共焦点走査型レーザー顕微鏡を用いて、高温で"その場"観察を行い以下の結果を得た。δ/γ異相境界における2面角を測定し、S濃度の影響を検討した。S濃度が高いほど界面自由エネルギーが低下することが分かった。また、δ相へのγ相の樹枝状の成長を観察し、その形状の不安定性について検討し、従来の樹枝状晶の成長理論を固相中においても適用できることが判明した。

Research Products

• [Publications] Hiroyuki SHIBATA: "Modellng the Beharior of Al_2O_3 Inclosions during the Dendriti Soliditication of Steel" ISIJ International. 38・4. 339-347 (1998)
• [Publications] Hongbim YIN: "Determination of Free Energy of S-Ferrite/r-Austenite Inerphase Boundary of Low Carbon Steels by In-Situ Observation" ISIJ International. 38・8. 794-801 (1998)
• [Publications] Hongbin YIN: "Morphological Instability of g-Fernte/r-Austenite Interphase Boundary in Low Carlon Steels" Acta mater. in press. (1999)