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2022 Fiscal Year Annual Research Report

イメージングによる鉄鋼関連材料のオンサイト定量分析法の確立

Research Project

Project/Area Number 22H01837
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

今宿 晋  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40606620)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Keywordsカソードルミネッセンス / 遊離CaO / 介在物 / 耐火物
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、鉄鋼中の介在物、製鋼スラグ中の遊離CaO、MgOをカソードルミネッセンス(CL)イメージングによって定量分析する方法の確立を目指した。鉄鋼中の介在物は伸線・撚線工程での破断、疲労破壊、水素誘起割れ、表面の疵、連続鋳造におけるノズル閉塞などの問題を引き起こすので、介在物分析は鉄鋼生産において重要である。また、製鋼スラグは、生産量の約3分の1が道路用路盤材として再利用されている。製鋼スラグ中にはフリーCaOおよびフリーMgOが含まれており、フリーCaOおよびフリーMgOは水和反応および、その後の二酸化炭素との反応により体積が2倍程度膨張するので、道路を膨張・破壊させる原因となる。そこで、製鋼スラグ中に含まれるフリーCaOおよびフリーMgOを検
出することは重要である。
Al脱酸を行ったステンレス鋼に含まれる介在物である、MgAl2O4, Al2O3, MgO の凝集体について、350-1000 nmおよび395-575 nmの波長範囲の2種類のCL像を撮影することで、それぞれの介在物を発光色の違いによって識別でき、これぞれの発光している部分を数えることで介在物の個数を求めることができた。
製鋼スラグ中には、遊離MgOの他にMgAl2O4、3CaO・MgO2・SiO2などの鉱物相が含まれており、350-1000 nmのおよび420-680 nmの波長範囲の2種類のCL像を撮影することで、遊離MgOを識別できることがわかった。遊離MgOは、350-1000 nmのCL像では、橙色に発光し、420-680 nmのCL像では、発光しなかった。さらに、遊離MgOの発光領域の面積分率から遊離MgOの体積分率が推定できることがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

令和5年度に予定していた製鋼用の耐火物上の反応生成物をCLイメージングによって識別する方法に関する研究を行うことができたため。

Strategy for Future Research Activity

より実用的な試料を用いて、CLイメージングによって鋼中介在物、スラグ中の遊離CaO, MgOおよび耐火物上の反応生成物の定量分析法の確立を行う。

  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Rapid determination of the approximate content of bastn?site in ores using cathodoluminescence imaging2023

    • Author(s)
      Imashuku Susumu
    • Journal Title

      Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy

      Volume: 287 Pages: 122055~122055

    • DOI

      10.1016/j.saa.2022.122055

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of emission lines for in-situ elemental analysis of Cu?Zn films deposited by sputtering2022

    • Author(s)
      Imashuku Susumu、Narita Haruka、Wagatsuma Kazuaki
    • Journal Title

      Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy

      Volume: 194 Pages: 106457~106457

    • DOI

      10.1016/j.sab.2022.106457

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cathodoluminescence imaging for rapid identification of low-melting CaO?MgO?SiO2 phases in MgO-based refractories involving the steelmaking process2022

    • Author(s)
      Imashuku Susumu
    • Journal Title

      Journal of the European Ceramic Society

      Volume: 42 Pages: 7328~7334

    • DOI

      10.1016/j.jeurceramsoc.2022.08.031

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Scanning Electron Microscopy-Cathodoluminescence Imaging of Industrial Steelmaking Slag for Identifying and Determining the Free Magnesia Content2022

    • Author(s)
      Imashuku Susumu、Wagatsuma Kazuaki
    • Journal Title

      Metallurgical and Materials Transactions B

      Volume: 53 Pages: 3459~3468

    • DOI

      10.1007/s11663-022-02609-z

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Cathodoluminescence analysis of scales on heat-resistant alloys2022

    • Author(s)
      Susumu Imashuku, Wataru Hashimoto, Kazuaki Wagatsuma
    • Organizer
      Colloquium Spectroscopicum Internationale XLII (CSI XLII)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] X-ray-excited optical luminescence imaging for rare-earth-element bearing minerals2022

    • Author(s)
      Susumu Imashuku, Kazuaki Wagatsuma
    • Organizer
      Colloquium Spectroscopicum Internationale XLII (CSI XLII)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cr2O3被膜下のAl2O3スケールの非破壊測定2022

    • Author(s)
      今宿 晋
    • Organizer
      日本鉄鋼協会シンポジウム「鉄資源をめぐる最先端解析技術とプロセスへの応用」
  • [Presentation] 耐熱合金上のα-アルミナ中間層の非破壊検出2022

    • Author(s)
      今宿 晋
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第184回秋季講演大会
  • [Presentation] On-line elemental analysis of Cu-Zn sputtered film2022

    • Author(s)
      Susumu Imashuku
    • Organizer
      14th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '22 (ALC'22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カソードルミネッセンス測定によるアルミナ相の識別2022

    • Author(s)
      今宿 晋
    • Organizer
      日本鉄鋼協会シンポジウム「鉄鋼材料特性改善に資する評価・分析・解析の進歩」
  • [Presentation] 高温環境下における耐熱合金の 非破壊オンサイト評価法2022

    • Author(s)
      今宿 晋
    • Organizer
      日立金属技術談話会
    • Invited
  • [Presentation] カソードルミネッセンス法による耐熱合金上のα-アルミナとθ-アルミナの識別2022

    • Author(s)
      今宿 晋
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第185回春季講演大会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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