High strength alloy thick plates for cryogenic structural use and their microstructure control for high cracking resistance
| Project/Area Number |
21K03748
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
梅澤 修 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20343171)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 極低温構造材料 / 微小き裂形成 / ひずみ不整合 |
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| Outline of Research at the Start |
高強度・高靱性な極低温構造材料の開発が必須な状況にあるが、極厚材中心部の金属組織制御を如何に行って耐き裂形成能を高めるかがその鍵を握っている。本研究では、極厚材と加工熱処理材における熱処理過程と金属組織および強度特性との関係を比較検討し、結晶界面に生じる「ひずみ不整合」とそれに起因した特定の界面に生じる局所変形集中がどのような過程を経て微小き裂を形成するのか、これまでに得られた実験的検証を発展させる。どのような材料組織因子を制御することがひずみ不整合状態を緩和し、耐き裂形成に対して有効か、その設計指針を導いて、高強度で極厚の極低温構造部材開発に寄与することを意図している。
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| Outline of Annual Research Achievements |
極厚材と加工熱処理材における熱処理過程と金属組織および強度特性との関係を比較検討し、結晶界面に生じる「 ひずみ不整合」とそれに起因した特定の界面に生じる局所変形集中がどのような過程を経て微小き裂を形成するのか、これまでに得られた実験的検証を進めている。具体的には、化学成分あるいは加工熱処理条件が異なるオーステナイト鋼およびTi合金を用いて特性評価を行い、どのような金属組織パラメータが極低温での変形能と耐き裂形成に有効か検証を進めている。
実機スケール部材から取得した316LN鋼を用いた4 K破壊靱性試験片のき裂先端部における変形組織とマルテンサイト変態について解析を行い、破壊靱性値およびき裂進展挙動との関係を明らかにした。また、Cr, Mo, Mn, N量を増量した極厚試作材について、4 Kにおける引張試験および破壊靱性試験、および変形および破壊特性の解析評価を行い、N固溶強化の影響を評価した。
強度特性に及ぼす加工熱処理条件と試験片採取位置の影響を明らかにしたXM19鋼では、100 mm極厚板の1/2厚位置および1/4位置、冷間溝圧延材から採取した円柱試験片を用いて加工温度における圧縮変形挙動を評価し、1/2厚位置における変形応力が大幅に低いことを明らかにした。さらに、冷間溝圧延材に部分再結晶処理材、微細再結晶材および再結晶（溶体化）処理材の77 K高サイクル疲労特性を評価した。部分再結晶処理材および微細再結晶材の高サイクル疲労強度が著しく改善し、内部疲労き裂発生も抑制されたが、その回避には至らなかった。
Ti-5Al-2.5Sn合金の4 K疲労変形で生じた{11-21}変形双晶面割れについて結晶学的解析を行い、ボイド状空隙の形成のモデル化を試みた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
論文発表1報、国際会議論文１報、国際会議発表２件、国内学会発表１件を行った。そこでは、極低温疲労変形組織とき裂形成および応力誘起マルテンサイト変態との関係について、「ひずみ不整合」による局所的な応力集中の視点から研究成果を導くことに成功している。 さらに、部分再結晶処理材および微細再結晶材における高サイクル疲労強度の改善を示し、各項目とも概ね順調に研究進捗を得ている。 そして、 ①極低温下での強度とき裂形成、②第２相および析出物近傍に形成するボイド状空隙と微小き裂との関係、③軟質領域と硬質領域との界面に形成するボイド状空隙、④可動転位分散組織制御によるひずみ不整合の緩和の各項目について、モデル化に向けた提案と討議を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
飽和転位下部組織が形成して結晶界面に生じる「 ひずみ不整合」とそれに起因した特定の界面に生じる局所変形集中がどのような過程を経て微小き裂（粒界割れや粒内擬へき開割れファセット）を形成するのか、これまでに得られた実験的検証を発展させる。そして、どのような材料組織因子を制御することがひずみ不整合状態を緩和し、耐き裂形成に対して有効か、その設計指針を導く。
部分再結晶処理材および微細再結晶材における高サイクル疲労強度改善の要因が、可動転位分散組織制御による「ひずみ不整合」の緩和によるものかどうか検証する。
Ti-5Al-2.5Sn合金では変形双晶の発生が抑制されるが、4 K疲労変形中に何故{11-21}変形双晶が誘起されて双晶面割れを引き起こすのか、変形双晶界面近傍における主すべり面{10-10}の駆動とボイド状空隙形成によるき裂形成機構について明確にする。
そして、異なる加工熱処理条件下での変形・破壊特性を比較し、析出物および第２相の分散、結晶粒径、結晶粒方位分布、可動転位の均一分散が、耐き裂形成に対してどのように有効か、疲労損傷組織のリセッティングの視点から検討を進める。そして微小き裂形成機構を提案し、内部疲労き裂発生を抑制する金属組織制御への適用に結びつける。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
