水素と格子欠陥の動的相互作用の原子レベルでの新検出法開発と水素脆性克服への展開

• Project/Area Number: 22360293
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Structural/Functional materials
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 高井 健一 上智大学, 理工学部, 教授 (50317509)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000); Fiscal Year 2012: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2011: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2010: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 水素脆性 / 高強度鋼 / 水素 / 格子欠陥 / 原子空孔 / 転位 / 定荷重試験 / 遅れ破壊 / 水素トラップサイト

Research Abstract

水素と格子欠陥の動的相互作用の原子レベルでの検出に向け、実用的に広く用いられている焼戻しマルテンサイト鋼の一定弾性引張応力下における吸蔵水素量の変化、および格子欠陥量の変化、さらには形成された水素誘起格子欠陥と水素脆化の関係を調査し、以下の知見が得られた。
1.水素をトレーサーとして格子欠陥量の変化を測定した結果、水素を含んで一定弾性応力を負荷すると、応力負荷初期に格子欠陥量は一旦減少し、その後、応力負荷時間とともに増加する。特に、破面近傍部の格子欠陥量は破面から離れた部分に比べ著しく増加する。また、陽電子プローブマイクロアナライザーにより格子欠陥の分布を測定した結果、水素を含んで一定弾性応力を負荷した試験片のみ平均寿命が長い。さらに、破面近傍部において特に平均寿命が長く、高密度の空孔、および空孔クラスターの形成を示している。これらの水素をトレーサーとした格子欠陥量の結果と陽電子プローブマイクロアナライザーによる格子欠陥分布の結果はよく一致している。
2.水素を含んで一定弾性応力を負荷した時間とともに増加した水素誘起格子欠陥は、200℃のアニールにより消滅する。また、陽電子プローブマイクロアナライザーにより200ps以上の長寿命成分が検出される。両手法の結果とも、形成した水素誘起格子欠陥は転位でなく空孔および空孔クラスターであることで一致している。
3.水素を含んで一定弾性応力を負荷した時間とともに形成促進される空孔および空孔クラスターを予め多く含むほど、脱水素後の引張試験による延性低下は大きい。一方、200℃のアニールにより空孔および空孔クラスターを消滅させて引張試験すると、延性は回復する。すなわち、蓄積した空孔および空孔クラスターは、水素が無くても直接延性低下を引き起こすことが見出された.

Research Products

• [Journal Article] Enhanced Lattice Defect Formation Associated with Hydrogen and Hydrogen Embrittlement under Elastic Stress of a Tempered Martensitic Steel (2012)
  • Author(s): T.Doshida
  • Journal Title: ISIJ International Volume: 52 Pages: 198-207
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高強度鋼の弾性応力下における水素誘起格子欠陥の検出と水素脆化 (2011)
  • Author(s): 土信田知樹
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第162回秋季講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] 高強度低合金鋼の延性低下に及ぼす水素誘起格子欠陥の影響 (2011)
  • Author(s): 中本智之
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第162回秋季講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] 水素存在状態の異なる純チタンの水素脆化感受性比較 (2011)
  • Author(s): 福島寛登
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第162回秋季講演大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] 弾性応力下における高強度鋼中の水素起因格子欠陥の形成促進と水素脆化 (2011)
  • Author(s): 土信田知樹
  • Organizer: 日本機械学会M&M2011材料力学カンファレンス
  • Place of Presentation: 九州工業大学
  • Year and Date: 2011-07-17
• [Presentation] Hydrogen embrittlement and enhanced lattice-defect formation in metals (2011)
  • Author(s): K.Takai
  • Organizer: DSL2011
  • Place of Presentation: ポルトガル(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-28
• [Presentation] 高強度鋼の一定弾性引張応力下における格子欠陥量変化 (2011)
  • Author(s): 土信田知樹
  • Organizer: 材料と環境2011
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2011-05-25
• [Presentation] 水素脆化感受性の異なる焼戻しマルテンサイト鋼の水素ひずみ誘起格子欠陥比較 (2010)
  • Author(s): 伊藤博史
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第160回秋季講演大会
  • Place of Presentation: 北大(北海道)
  • Year and Date: 2010-09-27
• [Presentation] 一定弾性応力下における高強度鋼の水素量変化 (2010)
  • Author(s): 土信田知樹
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第160回秋季講演大会
  • Place of Presentation: 北大(北海道)
  • Year and Date: 2010-09-27
• [Presentation] Hydrogen behavior and hydrogen embrittlement of metals (2010)
  • Author(s): 高井健一
  • Organizer: First TMS-ABM International Materials Congress
  • Place of Presentation: リオディジャネイロ(ブラジル)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-27
• [Presentation] Dynamic Behavior of Hydrogen Desorption from Pure Iron and Inconel 625 during Elastic and Plastic Deformation (2010)
  • Author(s): 高井健一
  • Organizer: First TMS-ABM International Materials Congress
  • Place of Presentation: リオディジャネイロ(ブラジル)
  • Year and Date: 2010-07-27
• [Presentation] 金属材料の水素存在状態と水素脆性 (2010)
  • Author(s): 高井健一
  • Organizer: 表面技術協会めっき部会6月例会
  • Place of Presentation: 東京(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-17
• [Book] 水素製造・吸蔵・貯蔵・輸送材料と安全化(第4章第2節分担執筆) (2010)
  • Author(s): 高井健一
  • Total Pages: 379
  • Publisher: サイエンス&テクノロジー(株)