製品開発の流れ（試作から量産まで、各工程を解説）
非金属介在物とは？その種類や、金属の清浄度、清浄度の測定方法などについて解説します。
非金属介在物とは、鋼中に含まれるアルミナ（Al2O3）やスピネル（MgO・Al2O3）などの酸化物や、マンガンサルファイドといった硫化物、窒化チタンなどの窒化物のことをいいます。
これらが、鋼中に含まれていると鋼の延性や靭性、疲労特性、耐食性、加工特性といった機械的性質に悪影響を及ぼすことがあるため、高信頼性が要求される用途では時として問題になる場合があります。
非金属介在物は現在の製鋼技術では完全に失くすことは不可能なため、いかに低減させるかが課題となります。
非金属介在物は、発生起源により内生的介在物と外来的介在物に分けられ、内生的介在物は、造塊時に金属成分とO, S, Nなどが反応して生成したもので、外来的介在物は、製鋼時に混入した耐火物やスラグに起因したものとなります
以下は介在物の組成の例となります。
MnO-SiO2, MnO-FeO-SiO2など
Al2O3など
MnO, FeO, Cr2O3,Cr2O3-FeOなど
MnS, FeSなど
AlN, TiN, ZrN, TiC, ZrC, Ti（C,N）
JIS G 0555：2020によると非金属介在物は、以下の通りＡ系、Ｂ系、Ｃ系に分類されています。
加工によって塑性変形したもの（硫化物、シリケートなど）。
必要な場合には、更に硫化物とシリケートにわけ、前者をA１系介在物、後者をA2介在物という。
粒上の介在物が、加工方向に集団をなして不連続的に並んだもの（アルミナなど）。
Nb、Ti及びZr（単独又は2種類以上）を含む鋼において、必要な場合には、更にアルミナなどの酸化物系とNb、Ti及びZrの炭窒化物系とに分け、前者をB１系介在物、後者をB2介在物という。
粘性変形をしないで不規則に分散するもの（粒状酸化物など。）
Nb、Ti及びZr（単独又は2種類以上）を含む鋼において、必要な場合には、更に酸化物系とNb、Ti及びZrの炭窒化物系とに分け、前者をC1系介在物、後者をC2系介在物という。
ちょこっとメモ
非金属介在物やスケールなどが鋼材中に混入し、圧延などで延ばされたものが材料の表層付近に存在すると、表層が線状に膨れたり、剥がれたりすることがあります。
このような欠陥を通称「ヘゲ」と呼びます。
鋼にどれくらい非金属介在物が含まれるか、その割合を”清浄度”といいます。特殊な精錬工程を経て非金属介在物の現象をはかった鋼材は、高清浄度鋼とよばれます。
清浄度の測定方法はいくつかありますが、一般的な評価方法にはJIS G0555:2020、ASTM-A法、ASTM-D法といった顕微鏡を使った方法や極値統計法、超音波探傷法などが挙げられます。
顕微鏡を使った方法としては、JIS G 0555:2020、ASTM-A法、ASTM-D法といったものが挙げられます。これらは、光学顕微鏡を用いて鋼材の非金属介在物の大きさ・分布を測定する方法です。JIS G 0555:2020には、顕微鏡での観察視野と標準図を比べる比較法と、顕微鏡での観察によって介在物が占める面積率やその種類を測定する点算法の２つの方法が規定されています。
また、これらの方法では、数～数十μmの介在物が対象となっています。
極値統計法は、いくつかの試験片中に含まれる最大介在物径から極値統計処理を行うことで、評価したい材料に含まれる最大介在物径を推定する方法です。
この方法は、100㎛ほどの介在物が対象となっています。
超音波探傷法とは、水浸超音波を用いて非破壊的に鋼中に存在する非金属介在物の評価を行う方法です。
顕微鏡法や値統計法といったこれまでの測定方法では困難であった100μm級以上の大型介在物を測定することが可能となっています。
特殊金属エクセルでは、当社独自鋼種の高清浄度鋼MB-1やM1,M2を取り扱っています。これらの鋼種は、SK4をベースに耐摩耗性や高耐久などを目指して開発された鋼種で、当社では繊維機械部品用にラインナップされています。化学成分や機械的性質などの詳細は、こちらのページに載っていますのでぜひご確認ください。
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| 鋼種名 | dA | dB | dC | dT |
|---|---|---|---|---|
| M1 | 0.013 | – | – | 0.021 |
| M2 | 0.013 | – | – | 0.013 |
| MB-1 | 0.004 | 0.004 | – | 0.008 |
※JIS G 0005鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法、点算法による。
以上、非金属介在物、清浄度について解説いたしました。TOKKINの高清浄度鋼（M1.M2,MB-1）に関する詳しいデータは、こちらよりダウンロード頂けますテクニカルガイドに載っていますので、併せてご確認ください。
金属材料に関して課題をお持ちの方は、まずは特殊金属エクセルにご相談ください。お客様の製品になるまでを考慮し、課題解決に向けたよりよい材料のご提案をいたします。
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