2020 Fiscal Year Annual Research Report

Improving the corrosion resistance of carbide-reinforced martensitic steels via dealloying

Research Project

Project/Area Number	20H02472
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	山中謙太東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (30727061)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	森真奈美仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (80731512)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	鉄鋼材料 / マルテンサイト / 炭化物 / 腐食摩耗 / 組織制御
Outline of Annual Research Achievements	2020年度は、先行研究にて検討したFe-16Cr-3W-2Cu-1C (mass%)合金を基本組成として、高周波誘導溶解炉により作製した試料の硬さと耐食性に及ぼす合金添加元素および焼入れ温度の影響を検討した。耐食性は0.5 M硫酸水溶液への浸漬試験における重量損失から評価した。その結果、Cr添加量の増加に伴いわずかに硬さが低下するものの、耐食性は向上することが明らかになった。一方、Cr添加量に関わらず焼入れ温度が高いほど耐食性は優れていた。この理由として、温度の増加とともに炭化物の形成量が低下することに加え、腐食環境における表面へのCu濃化とそれに伴う表面電位分布が焼入れ温度により大きく変化することを見出した。すなわち、焼入れ温度が高いほど炭化物－マルテンサイト間の電気化学ポテンシャルの差が減少し、腐食反応の駆動力が低減されることでマトリックスの選択的溶解が抑制されることを見出した。さらに、上記で得られた試料に対して、中性子回折と電子顕微鏡を用いた組織解析を行った。中性子回折測定はJ-PARCのiMATERIA (BL20)にて実施し、相分率とマルテンサイト相の転位密度をそれぞれRietveld Texture解析とConvolutional Multiple Whole Profile法によるラインプロファイル解析を用いて評価した。以上より、焼入れ温度と組織の関係に関して系統的なデータを蓄積し、耐食性との関係を明らかにすることができた。また、本研究期間ではC添加量を変化させた試料を作製し、硬さの変化を評価した。上記と並行して摩耗中の電気化学測定が可能なトライボメータを導入した。年度末に納品された装置を用いて一次評価を行い、次年度以降の本格的な測定に向けた準備を整えることができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2020年度は、先行研究にて抽出したFe-Cr-W-Cu-C系合金の耐食性について主に研究を行い、添加元素および焼入れ温度の影響を調査した。また、腐食表面の組成・化学状態や表面電位分布の解析を行い、腐食挙動との関係を明らかにすることができた。作製した試料の組織解析については、コロナウイルス感染拡大による影響はあったものの、J-PARCでの中性子回折測定データを基に炭化物の形成量とマルテンサイト組織の転位密度の組成・焼入れ温度依存性を明らかにした。さらに、C添加量の影響の影響についても検討し、合金組成の最適化に向けた系統的なデータを蓄積することができた。一方、研究計画にて導入を予定していたトライボメータについては、仕様検討やデモ測定、製造を行う海外メーカーからの輸入に時間を要したが、2021年3月に納品され、次年度から本格的な測定・評価ができる環境を整えることができた。以上より、概ね順調に進捗していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	2021年度は、前年度に得られた知見を基に合金組成を検討し、種々の熱処理条件の下で作製した試料にて硬さと耐食性の評価を進める予定である。引き続き中性子回折と電子顕微鏡観察を併用した定量的な組織解析を行い、材料特性の最適化とメカニズムの解明に取り組む予定である。また、前年度末に導入したトライイボメータを用いた評価を本格的に開始し、表面分析や電気化学評価の結果を基に腐食摩耗挙動の解明に取り組む予定である。得られた成果については順次学会発表および論文投稿へとつなげていく。