2023 Fiscal Year Annual Research Report
Effect of stress on hydrogen trapping state and elucidation of hydrogen embrittlement
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19H00817
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
秋山 英二 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70231834)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山 元道 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20722705)
味戸 沙耶 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20903834)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素脆化 / 高強度鋼 / 水素トラップ / 遅れ破壊 / 昇温脱離分析 / 応力 / 破壊 / 水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鋼中の水素のトラップ状態に及ぼす応力の影響解明を目的とし、応力下での昇温脱離分析装置を開発し、水素チャージした試験片の応力下での昇温脱離分析を行った。装置は、真空チャンバー中の試験片に引張試験機で応力を与え、通電加熱によって一定速度で昇温し、放出水素を四重極質量分析器で定量し、水素の昇温脱離曲線を得るものである。これまでの装置構成では、試験片の温度測定に放射温度計を用いており、 50℃以下の室温近傍の温度を測ることが困難であったため、本年度は、熱電対を用いた温度測定機構に改善し、温度の測定・設定を高精度化した。引張強さが1500 MPaのマルテンサイト鋼のSCM435鋼の場合には水素脱離ピークが約57℃に現れるが、500 MPaの応力を極小値として応力に伴いピークが低温側にシフトすること、また、それ以上の応力では高温側の52℃にやや戻る結果が得られた。応力負荷によるピークの低温へのシフトには再現性があり、有意と考えられることから、粒界、転位などの格子欠陥の水素トラップと水素との結合エネルギーが小さくなることが示唆された。これは当初の予想と逆の傾向である。負荷応力がより高い場合の高温側へのシフトは微小な塑性変形の導入による水素トラップ密度の増加の寄与が考えられる。
一方、同鋼種の応力下での電気化学的水素透過試験を行い、水素の拡散に及ぼす応力の効果についての検討を行った。1000 MPaの応力を加えた後一旦除荷し、その後に0から1000 MPaの応力下で水素透過試験を行ったところ、初期の応力負荷による微小な塑性変形の導入で水素の拡散係数は小さくなるが、再負荷の応力の増加に伴い大きくなることが明らかとなった。この応力の効果は、水素トラップサイトとの結合エネルギーの低下もしくは、応力による格子定数の増加による水素の格子拡散の促進によるものと思われる。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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