2019 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、炭素・窒素マルテンサイトの焼戻しおよび窒化処理における規則化と相分離の競合重畳で起こる元素クラスタリング挙動について実験および計算の両面で取り組んだ。
高炭素マルテンサイトにおける低温焼戻し挙動におよぼすMn、Si、Cr、Al添加の影響について、昨年度の示差走査熱量測定および電気抵抗測定の結果を踏まえ、連続昇温時の反応kineticsを熱膨張測定で調べた。残留オーステナイトの分解による体積膨張のピークは各元素の添加で高温側にシフトし、Si添加の遅延効果が最も大きいことがわかった。その原因として、MnとCrの添加ではオーステナイトが安定になるため、またSiとAlの添加ではセメンタイトの生成が抑制されることでオーステナイトが分解しにくくなるためであると考えられる。
一方、強い炭窒化物生成元素（V、Nb、Ti、Cr、Mo）を添加した場合、炭素・窒素マルテンサイトの焼戻し時に現れた軟化抵抗の原因について、アトムプローブや電子顕微鏡、X線回折を用いた組織解析によって検討した。その結果、高温焼戻しでの軟化抵抗はナノサイズの合金炭窒化物の析出による強化が、低温焼戻しでは溶質元素ナノクラスターの生成と合金元素添加による転位回復の抑制効果が，それぞれ寄与していることがわかった。
また、鉄合金の窒化における合金元素の複合添加の効果について検討し，Fe-Al合金にTiを添加した場合には、Ti-Nクラスターの生成によりAl窒化物の析出が促進され大きな表面硬化が現れることが確認された。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を行った結果、弾性的拘束を考慮した条件でFe-Ti合金窒化材における単原子層厚さのTi-N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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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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[Journal Article] Chemical boundary engineering: A new route toward lean, ultrastrong yet ductile steels2020
Author(s)
Ran Ding, Yingjie Yao, Binhan Sun, Geng Liu, Jianguo He, Tong Li, Xinhao Wan, Zongbiao Dai, Dirk Ponge, Dierk Raabe, Chi Zhang, Andy Godfrey, Goro Miyamoto, Tadashi Furuhara, Zhigang Yang, Sybrand van der Zwaag, Hao Chen
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Journal Title
Science Advances
Volume: 6
Pages: eaay1430～1430
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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