Intragranular nucleation at chemical boundary in solid-solid transformation

Research Project

Project/Area Number	23K17823
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	宮本吾郎東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60451621)
Project Period (FY)	2023-06-30 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000) Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Keywords	粒内核生成 / 組成不均一 / 固相変態
Outline of Research at the Start	主要な構造用金属材料である鉄鋼材料では，組織微細化により高強度・高延靭性材料が開発されている．組織微細化には，通常固相変態時の核生成サイト増加が有効であり，母相粒界や介在物・析出物や変形組織からの粒内核生成が活用されている．これら特殊元素の添加や加工が必要な従来の核生成サイトに対し，本研究では，鉄鋼材料に通常含まれているMnやSiの濃度差境界（ケミカルバウンダリー）を母相中に導入して核生成サイトとして活用する全く新たな粒内核生成促進手法を確立することを目的とする．
Outline of Annual Research Achievements	主要な構造用金属材料である鉄鋼材料では，組織微細化により高強度・高延靭性材料が開発されている．組織微細化には，通常固相変態時の核生成サイト増加が有効であり，母相粒界や介在物・析出物や変形組織からの粒内核生成が活用されている．これら特殊元素の添加や加工が必要な従来の核生成サイトに対し，本研究では，鉄鋼材料に通常含まれているMnやSiの濃度差境界（ケミカルバウンダリー）を母相中に導入して核生成サイトとして活用する全く新たな粒内核生成促進手法を確立することを目的とする．そこで、ケミカルバウンダリー（CB）を導入するため、Fe-2Mn-1.5Si-0.4C低合金鋼のマルテンサイト微細粒組織を出発材として，まず（フェライト＋オーステナイト）二相温度域である750℃で種々の時間保持してフェライト（α）／オーステナイト（γ）間でMn, Siを分配させ，ごく短時間γ単相域に加熱して元素の不均一分布を保ったままγ単相を得た。この試料のEPMA測定により、γ中のα／γ中の元素濃度を調整し，濃度不均一場をFE-EPMAおよび三次元アトムプローブ（3DAP）を用いて定量化した。次に、作成したケミカルバウンダリー含有材を相変態させてその挙動を調査した。その結果、粒内核生成が促進されることを見出し、局所的なMn, Si濃度の不均一性に対応する駆動力マッピングにより、局所的に駆動力が高まることが粒内核生成の一因であることを明らかにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初予定していたケミカルバウンダリーの作りこみとその定量評価、ならびに相変態との関係解明に着手でき、ケミカルバウンダリーが相変態組織制御に有効であることが明確になっていることから、順調に進展していると判断している。
Strategy for Future Research Activity	昨年度はケミカルバウンダリーを作りこみ、相変態との関係解明に着手した。2024年度はこの取り組みを継続して、相変態速度の定量化ならびに相変態組織の結晶学的特徴をケミカルバウンダリーと関連付けて調査する。さらに、同様の取り組みを合金組成や熱処理条件を変えて実施することで、相変態促進や結晶粒微細化に及ぼすケミカルバウンダリー活用の指導原理を確立する。