2018 Fiscal Year Annual Research Report
水素脆化破面直下の局所かつ原子レベルでの結晶学的・格子欠陥解析と新試験法への展開
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18H01740
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
高井 健一 上智大学, 理工学部, 教授 (50317509)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 水素脆性 / 高強度鋼 / 水素 / 破壊 / 格子欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、焼戻しマルテンサイト鋼において、水素起因で破壊した各種破壊形態（粒界、擬粒界、擬へき開割れ）破面直下の局所領域を抽出し、EBSDを用いて破面の結晶学的解析、破面直下のひずみ分布を解析した。その結果、粒界破壊においては、特定の結晶面での破壊は認められず、マルテンサイトブルックおよびラスに対応した複数の結晶面が認められた。一方、擬へき破壊においては、約半数の解析箇所で（011）面が認められた。特に、ブロックあるいはラスの成長方向に垂直に破壊する領域は、ブロックやラスを引き裂くようにして、MVC破壊のように大きな塑性変形を伴った延性的な破壊となる。一方、すべりおよびブロック・ラス界面の割れに対応した領域は、ブロックまたはラス境界破壊である。
また、破面直下のひずみ分布を明らかにするため、KAM値による比較を行った結果、粒界、擬粒界、擬へき開割れの順でKAM値が徐々に大きくなった。
さらに低温TDSを用いて、各種破面近傍のひずみ誘起格子欠陥形の水素による助長について検討した結果、粒界破壊近傍では空孔型欠陥の助長が認めれなかったが、擬へき開破壊近傍では空孔型欠陥の助長が認めれた。
以上、破面直下のEBSDによる結晶学的解析、ひずみ分布、さらには低温TDSによる解析から、粒界破壊はすべり面分離ではなく、破面形成時にはほとんど塑性変形を伴わなわず、主に水素自体の関与が示された。一方、擬へき開破壊においては、一部、塑性関与を含んだ破壊であることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の第1の目的は、水素起因で破壊した高強度鋼の「破面および破面直下のより局所領域」を抽出し、破壊の結晶学的お よび格子欠陥形成の観点から、「よりミクロな原子スケール（原子空孔・転位・結晶粒界スケール）」で水素起因破壊の本質を 探究することである。第2の目的は、水素を含んだ材料に応力が負荷され破壊した場合の「マクロな力学特性変化（水素脆化特性）」を「局所領域 で発現した原子スケールでの変化」まで破壊の本質掘り下げて探求し、両者の関係を明らかにした上で一致を目指すことである 。第3の目的は、上記の第2の目的で明らかになった関係を基に、「各種水素脆化試験方法」、および「各種材料」において得ら れた局所情報を比較し、「各試験方法で起こる本質的な違い」、「各材料で起こる本質的な違い」を抽出することである。既に第1の目的がほぼ達成され、第2の目的について試験を着手しており、当初3年間の計画より前倒しで進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究実施計画として、以下の2点を中心に取り組む。
(1)「破面直下の局所領域の情報」と「離れた箇所の平均情報」の違いを明らかにする： 各種金属材料（bcc:焼戻しマルテンサイト鋼、冷間伸線パーライト鋼、fcc：残留γを含む鋼など）において、水素起因で破 壊した各種破壊形態（粒界、擬粒界、擬へき開割れ）破面直下の局所領域を抽出し、EBSDを用いて破面の結晶学的解析、破面直 下のひずみ分布を解析する。また、低温TDSを用いて、水素による格子欠陥形成助長の有無を明らかにし、さらには水素助長欠 陥の種類 (原子空孔 or 空孔クラスター or 転位) を同定する。
(2) 「局所領域かつ原子スケール解析の情報」と「水素脆化特性」の対応を明らかにする： 従来、「試験片全体から得られた平均情報（破面観察、平均水素量、水素ひずみ助長格子欠陥量）」と「マクロな力学特性（ 水素脆化特性）」は必ずしも一致しなかった。しかし、本研究では実際に破壊した破面の直接情報（EBSDによる破面の方位マッ プ、二面トレース解析）、破面直下の情報（破面からの距離：100,500,1000μmにおけるKAMマップ、および低温TDSによる局所 水素量、局所水素助長格子欠陥量）など、従来に比べ格段に精緻な実験を積み重ねることで、水素脆化特性との対応を目指す。
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