2017 Fiscal Year Annual Research Report
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16J04279
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
植木 洸輔 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | ASTM F90合金 / Co-Cr-Mo合金 / 低温熱処理 / 歪み誘起マルテンサイト変態 / 機械的特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 前年度までのASTM F90 Co-20Cr-15W-10Ni(mass%)合金における熱処理による微細組織および機械的特性変化に関する研究で得られた知見を生体用Co-Cr-Mo(CCM)合金に応用し、熱処理が微細組織および機械的特性に及ぼす影響を調査した。873 K以下の低温にて熱処理を施すことで、ASTM F90合金と同様に強度、延性両方が向上する現象を発見した。低温熱処理による機械的特性向上のメカニズムを解明するために、SEM, EBSD, TEMによる微細組織分析に加え、応力をかけた状態におけるXRD分析を行った。低温熱処理材(LTHT材)は、溶体化処理まま材(ST材)と比較して塑性変形中の歪み誘起マルテンサイト変態によるε(hcp)相の形成量が少ないことが明らかとなった。歪み導入前の初期積層欠陥量においては、ST材とLTHT材で大きな差は確認されなかったが、積層欠陥の形態に着目すると、ST材では積層欠陥が一方向に線および層状に存在していたのに対し、LTHT材では複数方向に積層欠陥が形成されていた。このことから、低温熱処理によって導入された積層欠陥が歪み誘起マルテンサイト変態によって形成された積層欠陥(ε相)と交差し、進展を抑制することで機械的特性が向上したと考えられる。
2.冷間スウェージング・再結晶化処理を用いて平均結晶粒粒径約10 μmの試料を作製し、さらに低温熱処理を施した。結晶粒径約80 μmの試料の最大引張強度が約980 MPaであったのに対して、結晶粒粒径約10 μmの試料では約1200 MPaであった。さらに結晶粒微細化による延性の低下は確認されず、結晶粒径に関わらず低温熱処理により延性が向上した。これらの結果から、スウェージング・再結晶化処理と低温熱処理を組み合わせることで強度・延性両方の向上が可能であると考えられる。
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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
1. ASTM F90合金における低温熱処理が機械的特性および耐食性に与える影響に関する研究成果についての学術論文をMetallurgical and Materials Transaction Aで公表することができた（印刷中）。
2. ASTM F90合金に関する研究で得られた知見をCo-Cr-Mo合金に応用することで、低温熱処理による機械的特性の向上がCo-Cr-Mo合金においても発現することが明らかとなった。Co-Cr-Mo合金において873 K以下の熱処理による微細組織変化の報告は過去になく、本研究で得られた成果は、熱処理プロセスの最適化において非常に重要なものである。これらの研究成果については、現在学術論文を作成中である。
3. 冷間スェージング・再結晶化処理を施すことで平均結晶粒径約10 μmの微細結晶粒組織を獲得することができた。微細結晶粒の獲得は、強度の向上という観点から必要不可欠であり、ステント製造における加工・熱処理プロセスの最適化において有益な知見である。
4. 3.で作製した試料に対し、873 Kにおける低温熱処理を施し、機械的特性を評価した。平均結晶粒径約80μm試料の最大引張強度が約980 MPaであったのに対し、平均結晶粒径約10 μm試料の最大引張強度は約1200 MPaとなり、強度の向上が確認された。結晶粒が微細化しても延性の低下は確認されず、結晶粒径に関わらず、低温熱処理により延性が向上した。現在、実用されているバルーン拡張型ステントの結晶粒径は20 ～ 30 μmであるが、より微細な結晶粒となるように製造プロセスを最適化することで、高強度化・高延性化が可能であり、ステントストラット部の薄肉化を実現できると考えられる。しかしながら、ASTM F90合金における低温熱処理による微細組織変化ついては不明な点も多く、さらなる調査が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. ASTM F90合金に関して高強度化という観点から、より大きな加工歪みを加えるとともに再結晶化熱処理条件の最適化を行い、平均結晶粒径数μmスケールの微細結晶粒組織を獲得する。作製した試料に対して低温熱処理を施し、機械的特性を評価することで、前年度までの研究と合わせ、ASTM F90合金における低温熱処理が微細組織および機械的特性に与える影響についてより詳細な調査を行う。SEM、EBSD、TEMに加え、応力をかけた状態におけるXRD分析により、初期組織および歪み印加時の組織を分析し、低温熱処理による機械的特性向上のメカニズムを明らかにする。
2.バルーン拡張型ステントとしての実用を考え、低降伏応力でありながら優れた強度を有し、加工性にも優れる合金を開発する。すべての特性を実現させるためには、塑性変形時の高加工硬化率の維持が必要であると考え、自動車用鋼板等に用いられているTRIP/TWIP鋼に着目した。ASTM F90合金をベースとしてMnおよびSiを添加した合金を溶製し、熱間・冷間加工および熱処理を施こすことで、結晶粒径約10 μm程度の試料を作製し、機械的特性を評価する。
3.高強度かつステント留置術時の視認性に優れたステント用合金の設計・開発を行う。ステント留置術時の視認性の向上には密度の高い合金を設計する必要がある。この観点から、ASTM F90合金をベースとしてWを加え、Co-20Cr-18W-10Ni, Co-20Cr-20W-10Ni(mass%)という組成の合金を作製し、機械的特性を評価する。
4. ASTM F90合金における機械的特性の結晶粒径依存性に関する研究で得られた知見をCo-Cr-Mo合金に応用することで、Co-Cr-Mo合金製インプラントの製造プロセスの最適化を行う。
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