2021 Fiscal Year Annual Research Report

応力・ひずみ・拡散性水素の不均一分布を考慮した水素割れの微視組織形態依存性の解明

Research Project

Project/Area Number	19K04075
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	三上欣希大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40397758)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	水素割れ / 水素拡散 / ミクロ組織 / 微視的応力 / 数値解析
Outline of Annual Research Achievements	よび水素集積挙動を評価した．ただし，当該解析モデルでは，比較対象とした実験に準じて，初期に水素チャージされた材料における，負荷による水素の拡散・集積挙動を評価した．一方，水素環境下で使用される材料においては，環境からの水素侵入過程も重要であり，水素に関する初期条件が異なることが想定される．そこで本年度は，境界条件として表面で水素環境と接する場合を考え，表面からの水素侵入と，時間の経過にともなう材料内での集積を評価対象とすることとした．まず，前年度までと同じモデルによって水素の境界条件のみを変化させた場合を検討した．その結果，二次元モデルでは微視組織の分布形態が強く影響し，特に，オーステナイト相分率が多い場合に見かけの水素拡散速度が大幅に低下することが明らかになった．これは，二次元モデルでオーステナイト相分率が多いと，拡散係数の小さいオーステナイト相の連続性が高まり，拡散に対する障壁としての作用が強く現れるためであると考えられる．このことから，拡散過程が支配的な場合には，微視組織モデルの三次元的形態も重要な因子となることがわかった．そこで，三次元微視組織モデルの構築を試みた．三次元微視組織モデルは機械学習による画像再構成手法を利用し，組織観察結果である二次元組織画像から三次元組織モデルを生成した．この結果，二次元モデルの課題であったオーステナイト相の連続性が低減され，実材料に近い巨視的な拡散挙動となることがわかった．これは，特に材料表面から水素が侵入する場合に関して重要な成果であり，材料内部の水素濃度分布の定量的予測を可能にするものである．さらに，これまでの研究で構築した微視組織レベルの応力ひずみ分布および水素拡散・集積挙動の数値解析を三次元微視組織モデルに適用することにより，水素割れ発生が懸念される位置の力学・水素条件を明らかにすることができた．