2020 Fiscal Year Annual Research Report
The effect of the overload history on hydrogen embrittlement mechanism under fatigue conditions
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18K03850
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| Research Institution | Shonan Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大見 敏仁 湘南工科大学, 工学部, 准教授 (90586489)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 水素脆化 / 数値解析 / 過大荷重 / 疲労 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄鋼材料において材料中に水素が侵入することで発生する「水素脆化」現象は、未だに原因が解明されていない。しかし，水素脆化は材料中の水素濃度が局所的に増加することにより誘起される。従って，材料中の水素凝集メカニズムを解明することで，水素脆化が誘起されにくい条件をも知ることができる。
他方，金属疲労について，稀に通常の疲労負荷以上の荷重が加わる場合には疲労限度が低下し安全上問題ないとする実験結果がある。これはき裂近傍での加工硬化が進行して損傷領域が小規模化するためと考えられる。しかしながら水素凝集の観点からは，降伏領域が小規模化すると応力勾配が増加して水素が凝集しやすくなり水素脆化が促進されて危険であると予測される。金属疲労や予期せぬ過大負荷に対する水素脆性を評価することは，水素社会実現のための安全な構造物設計に必要な知見となる。本研究では，過大荷重履歴のある疲労条件下での応力集中部における水素凝集メカニズムを数値解析により明らかにした。
これまでの研究で開発してきた水素拡散解析プログラムに，過大荷重を含む疲労負荷を解析できるように改良して材料中の水素拡散解析を行った。この数値解析では，切欠き周りの水素濃度分布の時間変化を予測することができる。この解析から，単純な疲労負荷を加えた場合よりも，過大荷重後に疲労負荷を加えた解析において最大水素濃度が高くなる場合があることが示された。この研究で得られた重要知見は，材料そのものが持つ特性と使用条件に依存して，過大荷重の効果が発現して危険な場合と発現せずに安全な場合とがあることを示した点である。本研究ではこの危険な使用条件の分布をマッピングすることで設計に利用しやすい成果としてまとめた。本研究成果は，耐水素脆性が求められる構造物の設計や破壊寿命予測などを可能とする。水素エネルギーインフラの安全性と経済性に寄与する重要な研究課題である。
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