Evaluation of Hydrogen Cracking at Microscopic Scale Considering Localized Distribution of Stress, Strain, and Diffusible Hydrogen

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04075
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Mikami Yoshiki 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 / 数値シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

Materials consisting of multiple phases with different strength properties and hydrogen diffusion coefficients exhibit non-uniform stress, strain, and diffusible hydrogen concentration distributions. Hydrogen cracking occurs when local stress and hydrogen concentration reach a particular limit condition. This study selected duplex stainless steel weld metal as such a material. The numerical simulation results of stress and hydrogen concentration distributions at the microstructure level and hydrogen cracking locations' observation results were compared. Furthermore, changes in the stress distribution and hydrogen concentration distribution were examined when the microstructure morphology changed by using numerical simulation. Finally, a three-dimensional microstructural model was generated and developed into a method that can be applied to practical materials.

Free Research Field

溶接力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水素エネルギー社会の実現に向けて，そのインフラ用構造材料の特性評価は重要な課題である．本研究は，水素に起因する構造材料の割れを，微視組織レベルの応力・ひずみ分布や水素濃度分布の観点から評価するための手法を提案し，微視組織形態の影響を把握することを可能にするものである．これにより，耐水素割れ性に優れた構造材料の微視組織形態の提案が可能になる．さらに構造化のためには，溶接・接合が不可欠であるが，溶接部の組織形態は溶接条件によってさまざまに変化する．そのような材料に対しても三次元微視組織モデルの構築により，特性を評価することを可能にしており，実用材料への展開も可能となっている．