2022 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of intergranular fracture mechanism in pure Ni improving the strength of hydrogen compatible metals
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21K14049
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
和田 健太郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 研究員 (50881124)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素脆化 / 純ニッケル / 低ひずみ速度引張試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
純ニッケルの水素助長粒界破壊に及ぼす，結晶粒界近傍における水素濃度分布の影響をより詳細に解明するための研究を継続実施した．2021年度には特に水素トラップによる結晶粒界への水素集積を対象として調査したのに対し，2022年度においては，粒界拡散による水素侵入に着目して研究を実施した．そのため，水素チャージした試験片を大気中で試験実施する「内部水素による試験」と，水素チャージしていない試験片を高圧水素ガス中で試験実施する「外部水素による試験」を実施し，その両者における結果の差異から，純ニッケルにおいて水素助長粒界破壊が生じるクライテリアを水素濃度分布の観点から議論した．これら試験方式の違いによる結果の差異を議論することは，左記の学術的観点において重要であることに加え，実用的な観点においても重要である．これは，水素利用機器の実機においては外部水素試験に近い条件で部材が破壊することが多いためである．
研究状況として，2022年度には上記の外部水素による試験を主に実施した．結果として，内部水素による試験ではほとんど認められなかった，水素による延性低下量の温度依存性とひずみ速度依存性が，外部水素による試験では生じることが明らかとなった．この結果を基に，結晶粒界への水素トラップではなく結晶粒界に沿った水素拡散が水素助長破壊を支配する場合に水素脆化が生じる条件に関して議論を進めている．これらの試験結果は国際誌に投稿済であり，すでにプレプリントとして公開されている．
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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
昨年度に実施した粒界強度に及ぼす硫黄の粒界偏析の影響に関して，必要な追加試験および議論を行い，① 硫黄と水素がともに純ニッケルの粒界結合力を低下させる作用を持つこと，② 粒界偏析した硫黄は水素をトラップする効果を持つものの，その水素は純ニッケルの粒界結合力に対してほとんど影響を持たない との結論を得た．この成果は学会誌へ投稿し，掲載が決定している．
マクロスケールの力学試験である低ひずみ速度引張（SSRT）試験に関しては，当初予定していた試験のほぼすべてを完了した．加えて，微小領域での水素濃度分布の同定についても，主に実験の側面からアプローチを行い，基本的なモデルの構築は完了している．今後，数値解析を援用することで，モデルの精度を高めることを計画している．これら力学試験結果と水素濃度分布を対応づけることにより，純ニッケルの水素による延性低下量に及ぼす水素濃度分布の影響を定量的に解明し，その成果を国際誌にて発表した．
上記アプローチにより，本課題の最終目標である「結晶粒界へ集積した水素に起因する粒界結合力の低下挙動解明」に向けて順調に研究が進んでいる．そのため，進捗状況を「おおむね順調に進展している」と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに構築した水素助長粒界破壊モデルの精度を高めるため，よりミクロスケールでの現象に注目して研究を進める．そのために，実験および数値解析の両面から検討を行っていく．実験的には，SSRT試験をより低温で実施すべきであることが明らかとなったため，試験温度を拡大したSSRT試験を追加実施する．加えて，ミクロスケールでの破壊挙動の分析を進めていく．数値解析では，純ニッケルの水素助長破壊において重要となるき裂先端と固溶水素との相互作用および転位と固溶水素の相互作用に着目した解析を行う．
本年度が最終年度であるため，これまで得られた成果の発表を積極的に行うとともに，課題終了後の研究の方向性についても検討していく．
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| Causes of Carryover |
国際学会発表のための旅費を計上していたものの，新型コロナウイルスの蔓延状況を踏まえ，発表を次年度に延期することとした．そのため，2022年度に旅費として使用する予定だった金額の一部を2023年度に繰り越し，当該年度において旅費として使用する計画である．
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