2023 Fiscal Year Annual Research Report
High strength alloy thick plates for cryogenic structural use and their microstructure control for high cracking resistance
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21K03748
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
梅澤 修 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20343171)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 極低温構造材料 / 微小き裂形成 / ひずみ不整合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極厚材と加工熱処理材における熱処理過程と金属組織および強度特性との関係を比較検討し、結晶界面に生じる「 ひずみ不整合」とそれに起因した特定の界面に生じる局所変形集中がどのような過程を経て微小き裂を形成するのか実験的検証を行った。具体的には、化学成分あるいは加工熱処理条件が異なるオーステナイト鋼およびTi合金を用いて特性評価を行い、どのような金属組織パラメータが極低温での変形能と耐き裂形成に有効か検証した。
316LN鋼をベースにCr, Mo, Mn, N量を増量した極厚試作材を用い、4 Kにおける引張試験および破壊靱性試験、および変形および破壊特性の解析評価を行い、N固溶強化の影響を定式化した。
強度特性に及ぼす加工熱処理条件と試験片採取位置の影響を明らかにしたXM19鋼では、100 mm極厚板の1/2厚位置および1/4位置、冷間溝圧延材から採取した円柱試験片を用いて加工温度における圧縮変形挙動を評価し、1/2厚位置における変形応力が大幅に低いことを明らかにした。さらに、冷間溝圧延材に部分再結晶処理材、微細再結晶材および再結晶（溶体化）処理材の77 K高サイクル疲労特性を評価した。部分再結晶処理材および微細再結晶材の高サイクル疲労強度は著しく改善し、内部疲労き裂発生は抑制された。高サイクル疲労強度改善の要因は、可動転位分散組織制御よりも結晶粒微細化による「ひずみ不整合」の緩和が支配的であった。
Ti-5Al-2.5Sn合金では変形双晶の発生が抑制されるが、4 K疲労変形で生じた{11-21}変形双晶面割れについて結晶学的解析を行い、変形双晶内の{10-10}すべりの駆動によりマトリックスとの「ひずみ不整合」を生じ、変形双晶部にボイド状空隙が形成にしてき裂形成に至る機構を明らかにした。
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