2019 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation of hydrogen compatibility in carbon- and nitrogen-bearing high strength austenitic stainless steel
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18K14016
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
増村 拓朗 九州大学, 工学研究院, 助教 (40804688)
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2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 水素脆化 / オーステナイト系ステンレス鋼 / 窒素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
オーステナイト鋼の耐水素脆性に及ぼす炭素および窒素の影響を評価した。水素、炭素、窒素はいずれも侵入型元素であり、それらの鋼中の固溶位置、拡散経路も同じである。つまり、炭素、窒素を添加するだけで水素の鋼中への侵入が阻害され、水素脆化が抑制される可能性があると考えた。また、炭素、窒素は強力なオーステナイト安定化元素であり、水素脆化を引き起こすマルテンサイトの生成を抑制するため、水素脆化特性の向上に有効であると考えられる。
代表的なオーステナイト鋼であるFe-18%Cr-8%Ni合金に0.2mass%の炭素または窒素を添加した試料に対して、270℃-72時間の高圧水素チャージを行ったところ、飽和水素量に及ぼす炭素、窒素の影響の相違は見られなかった。そこで、固相窒素吸収法により窒素量をさらに高めた0.5mass%N含有オーステナイト鋼に対して同様の実験を行ったところ、窒素によって飽和水素量がわずかに減少した。また、冷間加工により転位を導入した試料に対して同様の試験を行った。転位は水素のトラップサイトとなるため、転位密度が高いほど飽和水素量が上昇する。しかしながら、窒素含有鋼ではその上昇が抑制される傾向が見られた。これは、転位上に窒素が存在することで、水素のトラップ能を低減させたためであると考えられる。さらに、水素チャージ前に時効を行い、転位上への窒素の偏析を促進させた場合、水素含有量がさらに低下し、含有水素量の低減に高濃度の窒素が有効であることが示された。
また、水素の拡散速度に及ぼす窒素の影響についても検討したが、拡散速度に窒素の影響はほとんど現れなかった。
炭素、窒素がオーステナイト安定度を向上させる効果を検討した結果、オーステナイト安定度の指標として用いられてきたMd30を修正することに成功し、そのMd30と水素脆化特性に良好な相関性があることを示した。
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