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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Systematization of academic background in grain refinement strengthening of steel

Research Project

Project/Area Number 15H05768
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

高木 節雄  九州大学, 鉄鋼リサーチセンター, 学術研究員 (90150490)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宗藤 伸治  九州大学, 工学研究院, 教授 (20380587)
土山 聡宏  九州大学, 工学研究院, 教授 (40315106)
中田 伸生  東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (50380580)
Project Period (FY) 2015-05-29 – 2020-03-31
Keywords結晶粒微細化強化 / 降伏強度 / 臨界粒界応力
Outline of Annual Research Achievements

申請者らは、60ppm以下の極微量の固溶炭素の有無によって結晶粒微細化強化係数が大きく変化し、同じ粒経でも純度に応じて降伏強度が変動することを最近明らかにした。これは、鉄鋼材料の分野では従来の常識を覆す発見である。また、鉄鋼材料にはMn,Si,Ni,Cr,Pなどの置換型元素が必要に応じて添加されるが、結晶粒微細化強化係数に及ぼす置換型合金元素の影響について、Ni、Si、Mnはそれを高め、CrやPはほとんど影響を及ぼさないことが分かった。
多結晶金属の降伏は、粒内の転位源から生み出された転位が粒界に堆積し、粒界に大きな応力集中が起こって粒界から新たな転位が生み出されることによって起こると考えられてきた(Pile-upモデル)。しかしながら、pile-upモデルの妥当性を理論的に検証した例はないため、分子動力学を応用してその妥当性を検討した。計算には、粒界と転位の相互作用を計算するのに十分な大きさのbcc結晶を設定し、その中に結晶方位差が17°の傾角粒界を導入した。そして、粒界に垂直なすべり面上に4つの刃状転位を導入し、せん断応力を付与して粒界近傍の変化を観察した。その結果、負荷応力が2GPaに達した段階で不連続な応力低下が起こり、その時点で粒界から新たに転位が生み出されていることが確認できた。粒界に転位が堆積すると粒界に応力集中が起こることが知られており、本研究では、粒界から転位を生み出すために必要な応力(臨界粒界強度;τ*)を計算により求めた。その結果、転位が堆積した粒界で極めて大きなせん断応力が発生し、粒界から離れるにつれてその値が連続的に低下する様子が確認できた。この例では、粒界でのせん断応力の大きさは約8.6GPaと見積もられた。完全結晶から転位を生み出すのに必要なせん断応力は約13GPaであり、本研究結果は、粒界から転位を生み出すことが如何に困難かを示唆している。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (21 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 13 results,  Open Access: 5 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Effect of dislocation distribution on the yield stress in ferritic steel under identical dislocation density conditions2020

    • Author(s)
      Y.Tanaka, T.Masumura, T.Tsuchiyama and S.Takaki
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 177 Pages: 176-180

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2019.10.018

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Empirical interatomic potential for Fe-N binary system based on Finnis-Sinclair potential2020

    • Author(s)
      K.Hyodo, S.Munetoh, T.Tsuchiyama and S.Takaki
    • Journal Title

      Computational Materials Science

      Volume: 174 Pages: 109500

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.109500

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct-fitting / modified Williamson-Hall (DF/mWH)法による極低炭素マルテンサイト鋼の転位解析2020

    • Author(s)
      増村拓朗, 高木節雄, 土山聡宏
    • Journal Title

      鉄と鋼

      Volume: 106 Pages: 183-186

    • DOI

      https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-053

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Nonadditive strengthening functions for cold-worked cubic metals: Experiments and constitutive modeling2020

    • Author(s)
      F.Jiang, S.Takaki, T.Masumura, R.Uemori, H.Zhang and T.Tsuchiyama
    • Journal Title

      International Journal of Plasticity

      Volume: 129 Pages: 102700

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102700

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Modified Williamson-Hall法での解析に必要なパラメーターCh00ならびにqの提案2020

    • Author(s)
      増村拓朗, 高木節雄, 土山聡宏
    • Journal Title

      材料

      Volume: 69 Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 単結晶鉄におけるヤング率と弾性スティフネス2020

    • Author(s)
      高木節雄, 増村拓朗, 土山聡宏
    • Journal Title

      鉄と鋼

      Volume: 106 Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Modified Williamson-Hall法における解析精度向上手法の提案2020

    • Author(s)
      高木節雄, 増村拓朗, 土山聡宏
    • Journal Title

      材料

      Volume: 69 Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 理想多結晶金属における弾性定数2020

    • Author(s)
      高木節雄, 増村拓朗, 土山聡宏
    • Journal Title

      材料

      Volume: 69 Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 冷間加工した鉄に関してdirect-fitting法ならびにmodified Williamson-Hall法で得られるパラメーターの相関性2019

    • Author(s)
      高木節雄, 増村拓朗, 土山聡宏
    • Journal Title

      鉄と鋼

      Volume: 105 Pages: 648-654

    • DOI

      https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2018-167

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of grain boundary segregation of carbon on critical grain boundary strength of ferritic steel2019

    • Author(s)
      S.Araki, K.Mashima, T.Masumura, T.Tsuchiyama, S.Takaki, T.Ohmura
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 169 Pages: 38-41

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2019.05.001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bcc構造を有する鋼における弾性定数比c12/c44ならびに異方性パラメーターAiの見積もり2019

    • Author(s)
      高木節雄, 増村拓朗, 土山聡宏
    • Journal Title

      鉄と鋼

      Volume: 105 Pages: 935-937

    • DOI

      https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-009

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of substitutional element addition on Hall-Petch relationship in interstitial free ferritic steels2019

    • Author(s)
      F.Jiang, T.Masumura, T.Tsuchiyama and S.Takaki
    • Journal Title

      ISIJ International

      Volume: 59 Pages: 1929-1931

    • DOI

      https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2019-100

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 直接平均化法による多結晶金属のヤング率の見積もり2019

    • Author(s)
      高木節雄, 増村拓朗, 土山聡宏
    • Journal Title

      材料

      Volume: 68 Pages: 917-922

    • DOI

      https://doi.org/10.2472/jsms.68.917

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 分子動力学法によるBCC鉄中での刃状転位と炭素原子の相互作用の評価2019

    • Author(s)
      大岩根駿、兵頭克敏、宗藤伸治、土山聡宏、高木節雄
    • Organizer
      2019年度 合同学術講演会
  • [Presentation] Evaluation of Pinning Force on Edge Dislocation due to C and N Atoms in Iron by Molecular Dynamics Simulation2019

    • Author(s)
      Katsutoshi Hyodo, Shinji Munetoh, Toshihiro Tsuchiyama, Setsuo Takaki
    • Organizer
      MSMF9
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of Hall-Petch Coefficient with Critical Grain Boundary Shear Stress Measured by Nanoindentation in Ferritic Steel2019

    • Author(s)
      Toshihiro Tsuchiyama, Katsuya Mashima, Satoshi Araki, Setsuo Takaki, Takahito Ohmura
    • Organizer
      MSMF9
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimation of the Parameter A in Modified Williamson-Hall Equation for Martensitic Steel2019

    • Author(s)
      Takuro Masumura, Setsuo Takaki, Toshihiro Tsuchiyama
    • Organizer
      MSMF9
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] FSポテンシャルに基づいたFe-N2元系ポテンシャル2019

    • Author(s)
      兵頭克敏、宗藤伸治、土山聡宏、高木節雄
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第178回秋季講演大会
  • [Presentation] Direct-fitting/modified Williamson-Hall(DF/mWH)法を用いた各種鉄鋼材料の転位密度評価法2019

    • Author(s)
      増村拓朗、高木節雄、土山聡宏
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第178回秋季講演大会
  • [Presentation] 分子動力学法を用いたBCC鉄中での炭素原子による刃状転位のピン止め力の評価2019

    • Author(s)
      大岩根駿、兵頭克敏、宗藤伸治、土山聡宏、高木節雄
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第178回秋季講演大会
  • [Remarks] 九州大学大学院工学研究院材料工学部門構造材料工学研究室[土山研究室]

    • URL

      https://tsuchiyama.zaiko.kyushu-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2021-01-27  

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