2018 Fiscal Year Annual Research Report
Metallurgy of precipitation aiming at ductility enhancement: Fabrication and characterization of core-shell structured particle dispersion steels
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17H01333
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
土山 聡宏 九州大学, 工学研究院, 教授 (40315106)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
諸岡 聡 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (10534422)
大橋 鉄也 北見工業大学, 工学部, 特任教授 (80312445)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | コアーシェル構造 / 析出強化 / 延性 / ボイド / 残留オーステナイト / 軟質粒子 / 炭化物 / 中マンガン鋼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）Type I、IIおよびIII合金の創製
Type I：VC炭化物を起点（コア）にCuをIn-situ析出させる（シェル）ことで得られる複合析出物について、STEM-EDSで組織の確認を行った。その結果、冷却速度が空冷程度の速い場合はCuのSeparate 析出による微細分散が生じて材料強度が増大するが、炉冷程度の遅い冷却速度の場合はCuのVC上へのIn-situ析出が生じ、高延性が得られることが明らかとなった。Type II：M23C6型炭化物が分散したフェライト鋼（焼戻しマルテンサイト）を高周波加熱で短時間焼鈍することで、炭化物を残留オーステナイトが取り囲む形態のコアーシェル構造粒子が形成されることを確認した。本材料は耐摩耗性には優れるが、炭素濃度が高いため引張り延性に乏しい。低炭素濃度の鋼で同様の処理を試みること、またFe-Mn-C系合金でも同様の組織制御を行うことを予定している。Type III：Ms点以下Mf点以上の温度に部分焼入れしたFe-Mn-C合金を二相域焼鈍することで、コア部がマルテンサイト、シェル部がオーステナイトのコアーシェル構造組織を形成させることに成功した。さらに、部分焼入れ温度や二相域焼鈍時間を種々変化させ、コア部のサイズやシェル部の厚さを制御する手法を確立した。その機械的性質についても調査し、国際会議で二回の発表を行っている。
（２）その場中性子回折
上記3タイプのうち、Type IIIについて中性子その場引張り試験用の試料を既に作製済みであり、近日中に実験を行う手はずが整っている。
（３）結晶塑性解析（FEM） コア-シェル構造粒子の不均一な変形挙動を有限要素法を用いた結晶塑性プログラムで解析し、粒子内外のひずみや転位の分布を予測した。さらに得られた結果から材料の加工硬化特性ならびに延性破壊の関係について考察した。
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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
上記（１）の研究において、Type Iのコア-シェル構造粒子については（γ＋VC）二相域からの冷却速度によってSeparate核生成とIn-situ核生成を制御できることを明らかにし、Type IIにおいても炭化物周囲にオーステナイトを形成させる熱処理条件を見出した。これらは当初の予定通りの進捗である。一方、Type IIIについては、種々の熱処理条件によりコア-シェル構造組織の形態を制御できるだけでなく、優れた機械的性質を引き出す条件も明らかにしている。さらに、国際会議でも2件発表し、論文も2報目を執筆中であり、大きく計画を進展させることができた。上記（２）、（３）についてもほぼ計画通りに進捗しており、全体的には「おおむね順調に進捗している」といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記（１）の研究においては、基本的には申請時の計画通りに進めていくが、最も大きな効果が得られると考えられるType IIIコア-シェル構造粒子分散鋼について重点的に調査を進めていく予定である。それに伴い、上記（２）および（３）の研究もType IIIコア-シェル構造粒子分散鋼を主な対象として行っていく。すでに（２）の中性子回折については、Type IIIコア-シェル構造粒子分散鋼についてその場引張り試験用の試料の準備を完了しており、次回の測定時に実施する予定となっている。（３）のFEM解析についても、共同研究者との会合を予定しており、Type IIIコア-シェル構造粒子分散鋼に関する具体的なモデル作成の準備を進めている。今秋には（１）（２）（３）の情報が集まり、目標であった高延性・高強度を有するコア-シェル構造粒子分散強化鋼の提案に至る予定である。
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