上世纪90年代,日本国内各大钢铁公司进行改组,导致钢铁分析部门人员精简,在一定程度上削弱了日本对此类技术的研发实力。因此,日本钢铁协会于1995年成立了“材料组织和特性研究会”,为国内大学、研究所及企业的分析人员提供了统一的研究背景和平台;1997年,日本钢铁协会又专门成立了“钢铁评价、分析、解析技术研究会”,并开展了“钢铁微量分析技术”和“材料界面的评价和解析技术”等专题技术的研发工作;2003年,日本钢铁业开展了新型钢铁快速在线分析技术的实用化研究活动;从2004年起,日本又开展了以高灵敏度分析技术和纳米技术为核心的研究活动。这一系列研究活动的开展,造就了很多目前正在广泛使用的技术。
对新材料开发有贡献的技术
放射光在材料开发中的应用。20年前,由高能研究机构开始应用的大型放射光设施,从上世纪90年代起被广泛应用于各产业。由于放射光的高亮度和高能量适合于对材料残留应力进行测定,再加上短波x射线的穿透力很强,使得在非破坏条件下对广泛分布于100μm级残留应力进行测定成为可能。目前,该技术已用于热镀锌板生产中的合金化过程测定,效果显著。
纳米评价技术用于材料开发。在高强度薄板的开发中,无论是析出硬化型、还是残留伽玛钢型,对热处理工艺所引起的材料微细组织变化的理解都是十分重要的。分析电子显微镜由于可以对微细组织进行观察和分析,故在上述材料的组织变化研究中得到广泛应用。特别是附有电场放射枪的电子显微镜,可用于对氢元素的分析和金属元素的状态分析。原子传感电场离子显微镜可利用原子图象对材料进行纳米级高精度分析,并已成为纳米级高定量性分析的一种方法。
超微细粒钢的开发和分析技术。在超微细粒钢的开发过程中,对结晶粒径的测定成为重要的评价条件之一。SEM—EBSP技术是一种结晶方位分析法,它利用所收集的电子束在材料结晶面衍射所产生的菊池线测定结晶方位。随着该技术的普及,同时利用计算机对数据进行处理,即可对任意倾角的粒界进行三维描绘,故成为生成微细铁素体组织的最佳观测方法。此外,纳米压痕法利用电子探针对组织进行观察,并利用探针的压痕测出在0.1μm级别的局部硬度,由此可对从晶核到晶界处的硬度分布进行详细测定。
分析技术对工艺管理的贡献:
现场分析。在大范围低成本改革的上世纪80年代,已有大量现场分析技术得到尝试性使用。如对钢水成分的实时现场分析技术为炼钢工艺的改革作出了重大贡献。但高温钢水成分分析技术所用传感器的材质和使用寿命尚存一些问题,因此未进行大规模的使用。只有转炉吹氧时通过测定铁水表面产生元素的原子光谱对Mn元素进行现场监控的技术得到了应用。此外,激光剥离——ICP发光分析已经在板坯生产中得以实现,这一方法还可用于查明产品最终缺陷,这与过去用扫描电子显微镜进行缺陷分析相比,可节省大量的时间,并可收到更好的效果。
湿式化学分析技术的简易化。在快速仪器分析领域中,湿式化学分析法取得了较大的发展。过去的湿式化学分析法由于操作复杂,需要单独的技术人员进行操作。在各钢铁厂进行人员精简的过程中,新的湿式化学分析法应运而生。该方法采用自流式分析法,在熔液在细管内流动的过程中完成化学分析的基本动作(包括分离、浓缩和反应)。近年来,用仪器分析方法尚未解决的Mo、Sn、sb、Bi、Zn、As、Se、B、N、P、s和合金钢中Ni、cr等元素的高精度分析,取得了较大的发展。