2021 Fiscal Year Annual Research Report
Quantitative evaluation for hydrogen-induced reduction of cohesive energy through micromechanics analysis
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19H02459
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
柴田 曉伸 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (60451994)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水素脆性 / マルテンサイト鋼 / 破壊靭性 / マイクロメカニックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「水素脆性」とは材料中に水素が侵入することによって，材料が著しく脆化する現象である．これまでの国内外の精力的な研究により，水素脆性破壊の基本要因は明らかになりつつあるが，「破壊メカニズムに基づいた材料全体の破壊特性予測」という重要学術課題に関する水素脆性研究はほとんどなされてきていない．
本研究は，高強度マルテンサイト鋼の水素脆性粒界破壊を対象とし，各破壊素過程に対応する巨視的スケール破壊特性の評価，き裂発生・伝播挙動のミクロ組織解析を行うとともに，破壊メカニズムに基づいたマイクロメカニックス解析を行い，水素 / 結晶粒界凝集エネルギー / 巨視的スケール破壊特性の相関を定量的に明らかにすることを目的としている．
本年度は，変形条件が水素脆性破壊様式におよぼす影響，具体的には変形温度および付加荷重の影響を調べた．変形温度が水素脆性におよぼす影響は単純ではなく，温度低下とともに水素脆化感受性は増加するが，室温付近で最大となり，その後は減少することがわかった．そして水素脆化感受性と粒界破壊率には相関があり，この挙動は水素の集積挙動と密接に関連していることを明らかにした．また，種々の付加荷重の定荷重試験を行い，破壊様式 (粒界破壊，擬へき開破壊) は試料全体の平均水素濃度ではなく，破断時の荷重に依存していることを見出した．
また，水素が塑性変形挙動におよぼす影響を調べ，水素の存在によって変形組織の発達が加速することを見出し，これは水素によってらせん転位の移動度が相対的に上昇したことに起因している可能性を提唱した．
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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
前年度までに水素脆性クラックの伝播挙動とミクロ組織の相関や水素脆性クラックの発生におよぼす局所的な応力・ひずみ・水素濃度の影響を調べてきており，本年度はクラックの発生・伝播挙動におよぼす変形条件の影響を調べた．そのため，破壊特性 / ミクロ組織 / 変形条件の関係を明らかにすることができた．さらに，変形組織発達におよぼす水素の影響という，新しい項目の研究も実施した．
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| Strategy for Future Research Activity |
【研究実績の概要】および【現在までの進捗状況】に記述したように，本研究は順調であり，当初の計画以上に進展している．種々の条件での引張試験結果および破壊靭性試験結果に対するマイクロメカニックス解析（Cohesive zoneモデル解析）を行い，水素 / 結晶粒界凝集エネルギー / 巨視的スケール破壊特性の相関を定量的に明らかにする．
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Research Products
(13 results)
