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2019 Fiscal Year Annual Research Report

鋼本来の再不働態化能力を極限まで引き出すことが可能な金属組織設計指針の構築

Research Project

Project/Area Number 17H01331
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

武藤 泉  東北大学, 工学研究科, 教授 (20400278)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 菅原 優  東北大学, 工学研究科, 准教授 (40599057)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords腐食防食 / 炭素鋼 / ステンレス鋼 / 介在物 / 局部腐食
Outline of Annual Research Achievements

孔食およびすき間腐食に関し、腐食萌芽の再不働態化を促進し、ステンレス鋼の耐局部腐食性を大幅に向上させる手法として、1)Mo濃化相を分散させたステンレス鋼と、2)金属窒化物を分散させたステンレス鋼を開発した。いずれの技術も特許申請を行った。開発した高耐食化技術の具体例としては、SUS316Lステンレス鋼(Fe-17Cr-12Ni-2.5Mo)と同一合金量でありながら、Moを均一に鋼に固溶させるのではなく、Mo濃化相として第二相の形態で分散させるというものである。これにより、0.1mol/L NaCl中での孔食電位が大幅に向上することを見出した。同様に、SUS316LNステンレス鋼(Fe-17Cr-12Ni-2.5Mo-0.2N)に対しても、Nを固溶ではなく、窒化物として鋼中に分散させることで耐局部腐食性が向上することを発見した。
また、上述した研究開発の過程で、各種鋼材の局部腐食発生の起点はMnS介在物であり、そこを起点とする局部活性溶解を抑制する合金元素としては、Mo、N、Cが有効であることを見出すと共に、それらの作用機構を解明した。第一原理計算と電気化学計測の結果から、固溶Cと固溶Nには、Fe原子の電子濃度を低下させ、活性溶解に関与する電子濃度を低下させる作用があることが分かった。また、Nは、鋼から活性溶解した際に、アンモニウムイオンや亜硝酸イオンに変化し、腐食抑制剤として機能することも分かった。Moには、MnSを起点とする局部活性溶解の反応速度を大幅に低下させる作用があることをマイクロ電気化学システムを用いた研究により解明した。さらに、MnS介在物を起点とする孔食に及ぼす負荷応力の影響も調査した。そして、引張応力は、NaCl水溶液中でのステンレス鋼の自然浸漬電位近傍において、MnSのアノード溶解を加速する作用を有することを解明した。

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

    (23 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 8 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Int'l Joint Research] オハイオ州立大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      オハイオ州立大学
  • [Journal Article] First-principles analysis of the inhibitive effect of interstitial carbon on an active dissolution of martensitic steel2020

    • Author(s)
      Kadowaki Mariko、Saengdeejing Arkapol、Muto Izumi、Chen Ying、Masuda Hiroyuki、Katayama Hideki、Doi Takashi、Kawano Kaori、Miura Hideo、Sugawara Yu、Hara Nobuyoshi
    • Journal Title

      Corrosion Science

      Volume: 163 Pages: 108251~108251

    • DOI

      10.1016/j.corsci.2019.108251

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Artificial MnS Inclusions in Stainless Steel: Fabrication by Spark Plasma Sintering and Corrosion Evaluation by Microelectrochemical Measurements2020

    • Author(s)
      Nishimoto Masashi、Muto Izumi、Sugawara Yu、Hara Nobuyoshi
    • Journal Title

      ISIJ International

      Volume: 60 Pages: 196~198

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2019-408

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Roles of Interstitial Nitrogen, Carbon, and Boron in Steel Corrosion: Generation of Oxyanions and Stabilization of Electronic Structure2020

    • Author(s)
      Mariko Kadowaki, Arkapol Saengdeejing, Izumi Muto, Ying Chen, Gerald S. Frankel, Takashi Doi, Kaori Kawano, Yu Sugawara, Nobuyoshi Hara
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 167 Pages: 081503~081503

    • DOI

      10.1149/1945-7111/ab8926

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Pit initiation on sensitized Type 304 stainless steel under applied stress: Correlation of stress, Cr-depletion, and inclusion dissolution2020

    • Author(s)
      Tokuda Shimpei、Muto Izumi、Sugawara Yu、Hara Nobuyoshi
    • Journal Title

      Corrosion Science

      Volume: 167 Pages: 108506~108506

    • DOI

      10.1016/j.corsci.2020.108506

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Morphological Characteristics of Trenching around MnS Inclusions in Type 316?Stainless Steel: The Role of Molybdenum in Pitting Corrosion Resistance2019

    • Author(s)
      Nishimoto Masashi、Muto Izumi、Sugawara Yu、Hara Nobuyoshi
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 166 Pages: C3081~C3089

    • DOI

      10.1149/2.0131911jes

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] NH4+ Generation: The Role of NO3? in the Crevice Corrosion Repassivation of Type 316L Stainless Steel2019

    • Author(s)
      Aoyama Takahito、Sugawara Yu、Muto Izumi、Hara Nobuyoshi
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 166 Pages: C250~C260

    • DOI

      10.1149/2.0501910jes

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effectiveness of an intercritical heat-treatment on localized corrosion resistance at the microstructural boundaries of medium-carbon steels2019

    • Author(s)
      Kadowaki Mariko、Muto Izumi、Katayama Hideki、Masuda Hiroyuki、Sugawara Yu、Hara Nobuyoshi
    • Journal Title

      Corrosion Science

      Volume: 154 Pages: 159~177

    • DOI

      10.1016/j.corsci.2019.04.019

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Anodic Polarization Characteristics and Electrochemical Properties of Fe3C in Chloride Solutions2019

    • Author(s)
      Kadowaki Mariko、Muto Izumi、Takahashi Kinari、Doi Takashi、Masuda Hiroyuki、Katayama Hideki、Kawano Kaori、Sugawara Yu、Hara Nobuyoshi
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 166 Pages: C345~C351

    • DOI

      10.1149/2.1311912jes

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 蛍光イメージングによる SUS430ステンレス鋼のすき間内pHと塩化物イオン濃度分布の可視化2019

    • Author(s)
      松村健吾, 武藤 泉, 菅原 優
    • Organizer
      (公社)腐食防食学会「材料と環境2019」
  • [Presentation] Effect of Molybdenum on Pit Initiation Process at MnS Inclusions in Stainless Steel2019

    • Author(s)
      Masashi Nishimoto, Izumi Muto, Yu Sugawara, Nobuyoshi Hara
    • Organizer
      EUROCORR 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 第一原理計算を用いたマルテンサイト鋼の耐食性におよぼす固溶炭素影響解明2019

    • Author(s)
      門脇万里子, Arkapol Saengdeejing, 武藤 泉, 陳 迎, 升田博之, 片山英樹, 土井教史, 河野佳織, 三浦英生, 菅原 優, 原 信義
    • Organizer
      (公社)日本金属学会 2019年秋期(第165回)講演大会
  • [Presentation] 硫化物系介在物を起点としたステンレス鋼の孔食発生に及ぼす応力の影響解析2019

    • Author(s)
      德田慎平, 武藤 泉, 菅原 優, 原 信義
    • Organizer
      (一社)日本鉄鋼協会 第176回秋季講演大会
  • [Presentation] Pitting Corrosion Behavior at Sulfide Inclusions on Type 304 Stainless Steel with Applied Stress2019

    • Author(s)
      Shimpei Tokuda, Izumi Muto, Yu Sugawara, Nobuyoshi Hara
    • Organizer
      236th ECS Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] First-Principles Investigation of the Effect of Interstitial Carbon on Corrosion Resistance of Martensitic Medium-Carbon Steel2019

    • Author(s)
      Mariko Kadowaki, Arkapol Saengdeejing, Izumi Muto, Ying Chen, Hiroyuki Masuda, Hideki Katayama, Takashi Doi, Kaori Kawano, Hideo Miura, Yu Sugawara, Nobuyoshi Hara
    • Organizer
      236th ECS Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Effect of Interstitial Carbon on Corrosion Resistance for Martensitic Stainless Steel2019

    • Author(s)
      Reiya Kanda,Izumi Muto,Yu Sugawara
    • Organizer
      236th ECS Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マルテンサイト系ステンレス鋼の 硫化物系介在物を起点とする孔食発生に及ぼす熱処理の影響2019

    • Author(s)
      神田玲哉, 武藤 泉, 菅原 優
    • Organizer
      (公社)腐食防食学会 第66回材料と環境討論会
  • [Presentation] ステンレス鋼の(Mn,Cr)S介在物の溶解挙動に及ぼす介在物中Cr濃度の影響2019

    • Author(s)
      西本昌史, 武藤 泉, 菅原 優, 原 信義
    • Organizer
      (公社)日本金属学会 2020年春期(第166回)講演大会
  • [Presentation] SUS304における負荷応力下において耐孔食性に優れた硫化物系介在物の探索2019

    • Author(s)
      德田慎平, 武藤 泉, 菅原 優, 原 信義
    • Organizer
      (公社)日本金属学会 2020年春期(第166回)講演大会
  • [Presentation] 金属組織中の軽元素による鉄鋼材料の耐食性向上機構の解明2019

    • Author(s)
      門脇万里子, Saengdeejing Arkapol, 武藤 泉, 陳 迎、土井教史, 河野佳織, 菅原 優, 原 信義
    • Organizer
      (公社)日本金属学会 2020年春期(第166回)講演大会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 耐孔食性に優れるFe基合金およびその製造方法2019

    • Inventor(s)
      齋藤 遥, 武藤 泉, 西本昌史, 菅原 優
    • Industrial Property Rights Holder
      齋藤 遥, 武藤 泉, 西本昌史, 菅原 優
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2019-221778
  • [Patent(Industrial Property Rights)] Ce含有耐食鋼2019

    • Inventor(s)
      西本昌史, 武藤 泉, 菅原 優, 原 信義
    • Industrial Property Rights Holder
      西本昌史, 武藤 泉, 菅原 優, 原 信義
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2019-221583
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 耐食性評価用金属試験片の作製方法2019

    • Inventor(s)
      西本昌史, 武藤 泉, 菅原 優, 原 信義
    • Industrial Property Rights Holder
      西本昌史, 武藤 泉, 菅原 優, 原 信義
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2019-98463

URL: 

Published: 2021-01-27  

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