| Project/Area Number |
19H00817
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Akiyama Eiji 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70231834)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山 元道 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20722705)
味戸 沙耶 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20903834)
北條 智彦 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50442463)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥46,020,000 (Direct Cost: ¥35,400,000、Indirect Cost: ¥10,620,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥31,460,000 (Direct Cost: ¥24,200,000、Indirect Cost: ¥7,260,000)
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| Keywords | 水素脆化 / 遅れ破壊 / 高強度鋼 / 水素トラップ / 昇温脱離分析 / 水素拡散 / 水素 / 破壊 / 応力 / 鉄鋼 / 昇温脱離 / 昇温脱離法 / マルテンサイト鋼 / 引張試験 / 高高度鋼 |
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| Outline of Research at the Start |
水素脆化は鋼の高強度化や水素エネルギー利用の普及に伴い材料の信頼性の上で大きな課題となっている。金属中の水素は転位、空孔や粒界などの格子欠陥や炭化物等のトラップサイトに分配される。従来鋼中の水素の存在状態昇温脱離分析によって解析されているが、破壊が生じる応力負荷条件での測定は行われいない。本研究では応力下での昇温脱離分析を可能とする装置を開発し、応力負荷条件が各種トラップと水素との結合およびトラップ間の分配に及ぼす効果を明らかにする。また、銀デコレーション法により、応力除荷により脱離する局所水素の可視化を併用し、応力誘起水素トラップ・脱離挙動の理解を深め、破壊メカニズムへの寄与を明確にする。
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| Outline of Final Research Achievements |
An apparatus has been developed to achieve hydrogen thermal desorption spectroscopy under stress to elucidate the mechanism of hydrogen embrittlement in high-strength steels. It consists of a tensile testing machine, a vacuum chamber and a quadrupole mass spectrometer, and the temperature is raised by energized heating. In a hydrogenated SCM435 steel with a tensile strength of 1500 MPa, the hydrogen desorption peak shifted towards lower temperatures with stress loading up to 500 MPa, suggesting a decrease in the binding energy between hydrogen and hydrogen trapping sites such as grain boundaries, dislocations and vacancies. The peak returned to the high temperature side when the stress was further increased. This was considered to be due to the introduction of dislocations, vacancies, etc. due to microplastic deformation, which increased the hydrogen trap density. Electrochemical hydrogen permeation tests showed that stress loading enhanced hydrogen diffusion.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
水素脆化は、ボルトや自動車用鋼板などの高強度化のニーズが高まる中で、また水素エネルギー利用のため高圧水素ガスにさらされる金属材料の安全を保証する上で重要課題である。水素脆化に及ぼす金属中の水素の存在状態を解析するための昇温脱離分析は、応力条件下で行われた例は無い。本研究では、応力下での水素昇温脱離分析を可能とする、これまでに世界でも例を見ない装置を開発して応力が水素存在状態に及ぼす効果を明らかとした。本手法は水素脆化挙動の解明に有効で、今後更なる発展が期待されるもので、学術的意義があり、また得られる知見は金属材料の水素脆化問題の解決に資すると期待され、社会的意義があると考えられる
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