2018 Fiscal Year Annual Research Report
軽元素のスピノーダルオーダリングを活用した鉄鋼の新規な高強度化原理の構築
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17H01330
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
古原 忠 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50221560)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 充孝 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (10547706)
張 咏ジエ 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40793740)
宮本 吾郎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60451621)
大谷 博司 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70176923)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 結晶・組織制御 / 時効析出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、侵入型元素Iと置換型元素S間の相互作用に注目し、実験および計算の両面で規則化と相分離が競合重畳することで起こる元素クラスタリング挙動について調べる。今年度は、炭素および窒素マルテンサイトの焼戻しおよび窒化処理におけるクラスター生成の実験的調査と、I-S間の相互作用に起因するクラスタリングの理論モデル構築について取り組んだ。
高炭素マルテンサイトにおける低温焼戻しのkineticsにおよぼす合金元素添加（Mn、Si、Cr、Al）の影響を連続昇温および等温保持で調べた。連続昇温中の発熱ピーク温度と等温保持中の電気抵抗変化の結果を焼戻しパラメータで整理すると、合金元素添加により反応kineticsが遅延される傾向が見られる。この原因としては、Feと異なる原子サイズを持つ元素添加によるC拡散の抑制効果が考えられる。
炭素・窒素マルテンサイトの高温焼戻しにおいて、強い炭窒化物生成元素（V、Nb、Ti、Cr、Mo）を添加することで軟化抵抗が見られた。アトムプローブおよび電子顕微鏡の結果より、軟化抵抗の原因はナノ合金炭窒化物・クラスターの生成による強化であることがわかった。それに加えて合金元素添加による転位回復の抑制効果も存在することがX線解析により確認された。
また、Fe-Al合金にTiを添加した合金を窒化処理することで、Ti-Nクラスター生成によりAl窒化物析出が促進され大きな表面硬化が現れるのに対して、Al-Nb複合添加材ではクラスターは生成するもののAlN析出促進効果は現れないことから、クラスター誘起析出現象にはクラスター生成傾向以外の因子も影響することを明確にした。第一原理計算とモンテカルロ計算を組み合わせることで、フェライト中TiとNのクラスタリング挙動をシミュレーションした結果、Fe-Ti合金窒化材における一原子層クラスター生成の観察結果を再現することができた。
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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
本研究では、侵入型元素Iと置換型元素S間の相互作用の観点でFe-C、Fe-Nマルテンサイト焼戻し挙動を理解することを目指している。今年度は、昨年度に確立した手法を用いることで、低温焼戻しの反応kineticsを連続昇温と等温保持の組合せで評価した。また、高温焼戻し軟化抵抗の発現機構に関する検討を行った。さらに、実験および計算科学的手法によるI-Sクラスタリング挙動を解明することができ、概ね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
Cクラスタリングおよび準安定炭化物析出以外に、低温焼戻しのより後期である残留オーステナイトの分解におよぼす合金元素添加の影響を調査する。また、高温焼戻し材について、三次元アトムプローブおよび透過型電子顕微鏡を組み合わせることで、I-Sのナノクラスタリングに注目して組織観察を行う。さらに、硬度測定に加え引張試験を行うことで、ナノクラスターの強化機構を議論していく。
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