2021 Fiscal Year Annual Research Report
破壊に強い高強度鋼の先進的設計 － 粒界偏析制御におけるパラダイム転換
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20H00296
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
古原 忠 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50221560)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大谷 博司 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (70176923)
秋山 英二 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70231834)
榎木 勝徳 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60622595)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 粒界偏析 / 鉄鋼材料 / 高強度化 / 粒界構造 / 脆化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[粒界偏析の温度依存性と他元素添加の影響解明] 不純物粒界偏析の温度依存性を高純度のFe-P合金を用いて調査した。焼鈍温度を低くすると、フェライト粒界におけるPの偏析量が高くなることが明らかとなった。また、Fe-P二元合金とともにCを微量添加したFe-P-C三元合金に対して比較実験を行った結果、Cが粒界に偏析することによってPの偏析量が低下し、P-C間の反発的相互作用がその主因であることがわかった。
[第一原理・MDによる大角粒界の原子構造の評価法確立] 粒界構造を対象とした大規模な原子シミュレーションを可能にすることを目的として、第一原理計算の精度で古典分子動力学法を行うニューラルネットワークポテンシャルの作成を進めた。作成したポテンシャルからは数万原子規模の原子シミュレーションが可能であることを確認した。一方、作成したポテンシャルの計算精度を検証した結果、Fe原子配置 (BCC) は現実と異なり、HCP構造が過剰に安定である課題が明らかとなった。
[不純物元素偏析下での腐食挙動の評価] これまで、粒界腐食進展速度の粒界P偏析量との関係を調査し、その腐食進展速度に結晶方位差依存性があることを見出した。より具体的には、Pの偏析量が多いほど腐食進展速度は速く、小角粒界に比べて大角粒界でより大きな進展速が観察された。この成果に関する追試を行い、統計的な妥当性を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り、不純物偏析粒界偏析の温度依存性ならびに他元素添加の影響について評価できていること、または第一原理計算の精度で古典分子動力学法を行うニューラルネットワークポテンシャルの作成が可能になっていること、さらにＰの粒界偏析量と腐食挙動の関係が明確にできているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
[粒界偏析の温度依存性と他元素添加の影響解明] 溶質元素の粒界偏析におよぼす合金元素の影響について、Fe-C二元合金ならびに合金元素を添加した三元合金のフェライト粒界偏析について系統的に調べる。また、熱力学モデルを用いることで粒界偏析におよぼす元素間相互作用の影響を本質的に理解することを進める。
[第一原理・MDによる大角粒界の原子構造の評価法確立] ニューラルネットワークポテンシャルにおける精度の課題について、ポテンシャル構築に使用した第一原理の計算条件が非磁性であることに起因するものと考えている。本年度は強磁性も含めて学習する方法を検討し、計算精度の向上を計画する。さらに開発したポテンシャルを利用して、粒界構造を作成し粒界偏析の本質的要因を考察する。
[不純物元素偏析下での腐食挙動の評価] より定量的な議論のため、今年度は定電位または定電流条件にて電気化学的に腐食を加速した状態における腐食挙動と粒界P偏析の関係を明らかにする実験を行う。また、解析対象として、粒界方位差だけでなく、対応粒界などの粒界性格も考慮して粒界腐食挙動の解析を進める。
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