鍛造熱処理による超高強度ＴＲＩＰ鋼の耐水素脆化特性改善機構の解明

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04743
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 北條 智彦 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50442463)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋山 英二 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70231834)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 水素脆化 / 残留オーステナイト / 熱間鍛造 / 微細粒 / 機械的特性

Outline of Annual Research Achievements

(0.2-0.4)C-1.5Si-1.5Mn（mass％）の化学組成を有する熱延丸棒から熱間鍛造用試験片を切り出し，γ域焼鈍＋熱間鍛造＋炭素濃化処理を施してTRIP型ベイニティックフェライト鋼（TBF鋼），およびTRIP型マルテンサイト鋼（TM鋼）を製造した．
TBF鋼，TM鋼とも熱間鍛造熱によって組織微細化，残留オーステナイト特性向上が達成された．また，水素添加しない場合の全伸びは，いずれの低合金TRIP鋼でも熱間鍛造熱によってわずかに低下したが，強度は改善し，全伸びと強度の関係（強度―延性バランス）は大幅に向上した．水素添加をした場合，0.2C-TBF鋼では水素脆化はほとんど生じなかったが，0.3，および0.4C-TBF鋼，およびTM鋼では水素脆化が現れた．熱間鍛造熱処理を施すことによって，TBF鋼，およびTM鋼の水素脆化感受性は低下し，熱間鍛造熱処理を施していない低合金TRIP鋼よりも優れた（強度―延性バランス）を有することが明らかとなった．
熱間鍛造熱熱処理による組織微細化，および残留オーステナイト特性の向上は熱間鍛造によるオーステナイト粒の静的，動的再結晶の促進と，炭素濃化処理中のベイナイト変態の促進による残留オーステナイトの安定性向上に起因したと考えられる．
低合金TRIP鋼の熱間鍛造熱処理による機械的特性向上，および耐水素脆化特性向上は，組織微細化によるき裂発生，進展の抑制効果，残留オーステナイト特性向上によるマルテンサイト変態の抑制，残留オーステナイトの水素吸蔵効果によるものと考えている．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成30年度は，熱間鍛造熱処理を施した低合金TRIP鋼を作製し，その熱間鍛造試験片から機械的特性調査用の引張試験片を作製した．
これらの試験片を用いて，低合金TRIP鋼の微細組織観察，残留オーステナイト特性調査，引張試験，硬さ試験等の機械的特性調査を行い，機械的特性に及ぼす水素の影響を明らかにした．
以上のように，平成30年度当初に計画していた研究実施内容はおおむね達成することができた．
平成30年度当初の研究実施計画では，低合金TRIP鋼の水素添加後に引張試験や小型パンチ試験を行って耐水素脆化特性を評価することとしていたが，低合金TRIP鋼の耐水素脆化特性は定荷重，定変位で実験することが望ましいことがわかってきた．そのため，平成31年度以降は，引張試験に加えて，定荷重，定変位試験を行うことに研究計画を変更した．そのため，平成30年度は定荷重，定変位試験機の準備も並行して行った．

Strategy for Future Research Activity

引張試験に加えて，定変位，定荷重試験を行って，低合金TRIP鋼の耐水素脆化特性に及ぼす熱間鍛造熱処理の影響を調査する．定変位，定荷重試験は，小型引張試験機を改造して利用する．
TBF鋼，およびTM鋼の引張試験，定変位試験，定荷重試験後の破面，縦断面観察を詳細に行い，各材料，各試験方法での破壊形態の違いを明らかにする．
水素透過試験を行って，TM鋼中の水素拡散挙動を解析し，結晶粒超微細化，および残留オーステナイト体積率向上による水素脆化の破壊起点への水素拡散の抑制機構を提案する．また，四重極質量分析計を水素の検出器として用いた昇温脱離分析法（TDS）によってTM鋼の水素分析を行い，結晶粒超微細化，および残留オーステナイト体積率向上によるTM鋼中の水素存在状態の変化を明らかにする．

Causes of Carryover

当初の予定では，熱間鍛造熱処理を施した低合金TRIP鋼の引張試験をさまざまな水素チャージ条件で行う予定であったが，定変位，定荷重試験も行う必要があることとなったので，水素チャージのための薬品購入費用分の額が次年度使用額として生じた．この予算は，平成31年度に実施予定の定ひずみ，定荷重試験時の水素チャージ薬品の購入に充てる予定としている．また，定ひずみ，定荷重試験を行う小型引張試験機の部品の購入にこの予算を充てる予定としている．