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低炭素マルテンサイト鋼の低温脆性とマルテンサイト微視組織の関係

Research Project

Project/Area Number 14J02863
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Material processing/Microstructural control engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

坪井 瑞記  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords低温脆性 / へき開破壊 / 破壊力学 / 結晶学 / マルテンサイト / ベイナイト / き裂進展開始抵抗 / き裂伝播抵抗
Outline of Annual Research Achievements

鋼のマルテンサイト・ベイナイトは高強度を示すが,低温で靭性が大きく低下し,脆性的に破壊することが知られている.我々はマルテンサイト鋼の低温脆性破壊挙動を調べ,従来報告されていたブロックやパケットではなく,同じBain格子変形によって生成するバリアントの集合(Bain unit)がマルテンサイトの低温靭性を支配する組織単位であることを明らかにしている.また,異なるBain unitサイズを有するベイナイト組織の延性-脆性遷移温度を調べ,Bain unitサイズの微細化に伴い延性-脆性遷移温度は低温側に移行,すなわち低温脆性が抑制されたことを報告している.本年度は,Bain unitの微細化により低温脆性が抑制された要因を,クラック進展開始抵抗およびクラック伝播抵抗の観点から検討した.引張試験時の荷重-変位曲線からJ積分値を測定するとともに,破面トポグラフィ解析によりクラック成長量を精密測定することで,J抵抗曲線を正確に作成・解析しし,Bain unitの微細化によってクラック進展開始抵抗とクラック伝播抵抗がともに向上することを明らかにした.さらに,有限要素法解析により算出したマイクロクラック近傍の引張応力から,破壊クラックがBain unit間の境界を越えて進展開始するための局所的な破壊靭性値を評価し,局所的な破壊靭性値の最大値はBain unitサイズによらず同程度の値であることを見出した.これらの結果から,Bain unitサイズが微細である場合,破壊初期に生じるマイクロクラック長さが短いためにマイクロクラック先端における応力集中の度合いが低くなる結果,Bain unitの微細化によってクラック進展開始抵抗が向上すると考察している.また実験的に得られた局所的な破壊靭性値は,理想脆性体を仮定したGriffith 理論から予測される値よりも非常に大きいことから,Bain unitの微細化によるクラック進展開始時およびクラック伝播時の塑性緩和量の増加も,低温脆性の抑制に寄与していることを明らかにした.

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2017 2016 2015 2014 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Relationship between Bain unit size and low-temperature toughness in low-carbon bainitic steel2017

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Yoshifumi Kobuchi, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
    • Journal Title

      Proceedings of 9th Pacific Rim International Conference on Advances Materials and Processing

      Volume: none Pages: 237-238

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Role of Different Kinds of Boundaries against Cleavage Crack Propagation in Low Temperature Embrittlement of Low-Carbon Martensitic Steel2017

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Akinobu Shibata, Daisuke Terada, Nobuhiro Tsuji
    • Journal Title

      Metallurgical and Materials Transactions A

      Volume: 印刷中 Issue: 7 Pages: 3261-3268

    • DOI

      10.1007/s11661-017-4107-9

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Microstructural and crystallographic features of hydrogen-related fracture in lath martensitic steels2017

    • Author(s)
      Akinobu Shibata, Yuji Momotani, Tamotsu Murata, Takahiro Matsuoka, Mizuki Tsuboi, Nobuhiro Tsuji
    • Journal Title

      Materials Science and Technology

      Volume: 印刷中 Issue: 13 Pages: 1524-1532

    • DOI

      10.1080/02670836.2017.1312210

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Relationship between Bain unit size and low-temperature toughness in low-carbon bainitic steel2016

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Yoshifumi Kobuchi, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
    • Journal Title

      Proceedings of 9th Pacific Rim International Conference on Advances Materials and Processing

      Volume: in press

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Crystallographic Characterization of Cleavage Plane in Low-Carbon Martensitic Steel2015

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Akinobu Shibata, Daisuke Terada, Nobuhiro Tsuji
    • Journal Title

      Materials Today: Proceedings

      Volume: 2S Pages: S655-S658

    • DOI

      10.1016/j.matpr.2015.07.369

    • Related Report
      2015 Annual Research Report 2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Relationship between microstructure of martensite and cleavage crack propagation in low-carbon steel2014

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
    • Journal Title

      Proceedings of the 4th International symposium on Steel Science

      Volume: none Pages: 91-94

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 低炭素ベイナイト鋼のき裂進展開始抵抗・き裂伝播抵抗におよぼすBain unit sizeの影響2016

    • Author(s)
      坪井瑞記, 柴田曉伸, 辻伸泰
    • Organizer
      日本鉄鋼協会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2016-09-21
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Relationship between Bain unit size and low-temperature toughness in low-carbon bainitic steel2016

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Yoshifumi Kobuchi, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
    • Organizer
      9th Pacific Rim International Conference on Advances Materials and Processing
    • Place of Presentation
      Kyoto
    • Year and Date
      2016-08-01
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Relationship between Bain unit size and low-temperature toughness in low-carbon bainitic steel2016

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Yoshifumi Kobuchi, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
    • Organizer
      9th Pacific Rim International Conference on Advances Materials and Processing
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center, Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2016-08-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 低炭素ベイナイト鋼の破壊靭性におよぼすBainサイズの影響2015

    • Author(s)
      坪井瑞記, 古渕義史, 柴田曉伸, 辻伸泰
    • Organizer
      日本鉄鋼協会
    • Place of Presentation
      九州大学
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Relationship between microstructure of martensite and cleavage crack propagation in low-carbon steel2014

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
    • Organizer
      The 4th International symposium on Steel Science
    • Place of Presentation
      Kansai Seminar House, Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2014-11-03 – 2014-11-06
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 低炭素ベイナイト鋼の低温脆性におよぼす微視組織の影響2014

    • Author(s)
      坪井瑞記, 古渕義史, 柴田曉伸, 辻伸泰
    • Organizer
      日本鉄鋼協会
    • Place of Presentation
      名古屋大学 東山キャンパス, 愛知
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Crystallographic Characterization of Cleavage Plane in Low-Carbon Martensitic Steel2014

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Akinobu Shibata, Daisuke Terada, Nobuhiro Tsuji
    • Organizer
      International Conference on Martensitic Transformations 2014
    • Place of Presentation
      Bilbao, Spain
    • Year and Date
      2014-07-06 – 2014-07-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Crystallographic analysis of cleavage fracture in lath martensitic steel2014

    • Author(s)
      Mizuki Tsuboi, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
    • Organizer
      The Joint Symposium on Materials Science and Engineering for the Next Generation 2014
    • Place of Presentation
      Miyagi-Zao Royal Hotel, Miyagi, Japan
    • Year and Date
      2014-06-23 – 2014-06-25
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] 辻研究室ホームページ

    • URL

      http://www.tsujilab.mtl.kyoto-u.ac.jp

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 辻研究室ホームページ

    • URL

      http://www.tsujilab.mtl.kyoto-u.ac.jp/

    • Related Report
      2015 Annual Research Report 2014 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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