2021 Fiscal Year Research-status Report
Control of grain boundary segregation in ferrous alloys using interaction between solute elements
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21K14433
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
張 咏ジエ 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40793740)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 粒界偏析 / 鉄鋼材料 / 合金元素 / 溶質元素間相互作用 / アトムプローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多結晶金属材料の粒界に溶質元素が偏析すると、粒界強度や腐食挙動など材料の諸性質が大きく変化するため、粒界偏析の制御は材質の向上に極めて重要である。これまでの粒界偏析に関する研究では、溶質の偏析量が他の元素に影響されることがと広く知られているが、その現象の本質の理解は不十分であり、見かけ上の合金元素添加の影響を考慮した経験的な偏析制御に留まっている現状がある。本研究では、最も重要な構造材料である鉄合金における異種元素の共偏析挙動に着目し、粒界性格の影響を考慮した上で溶質元素の粒界偏析量を系統的に調査する。得られた結果を元素間の熱力学的な相互作用の観点で検討を行うことで、金属材料の特性改善を目指した粒界偏析の制御技術を確立する。
今年度にはFe-0.01P(mass%)合金をベース材とし、Cを0から50massppmまでの添加量で加えた合金を比較材として用いた。冷間圧延ならびに再結晶焼鈍を施した各合金を、フェライト単相域である600℃で平衡偏析の状態になるまで24h焼鈍処理後、水冷することで組織を凍結した。得られたフェライト組織を電子線後方散乱法（EBSD）測定および集束イオンビーム（FIB）加工による断面観察を行うことで、合金間の粒界性格を方位差45°付近のランダム粒界に揃えたうえで三次元アトムプローブ(3DAP)による定量解析で偏析挙動の比較を行った。結果によると、Cの偏析量が添加量とともに増加し、Pの偏析量がそれにつれて単調に低下することがわかった。粒界におけるPとCのサイトコンペティション効果のみで説明できず、P-Ｃ間の強い反発的相互作用がその主因であることが明らかとなった。
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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
当初に計画したFe-P二元合金のフェライト粒界におけるP偏析の検討に加え、Fe-P-C三元合金の粒界偏析についても調査を行い、P偏析におよぼすC添加の影響とP-C間相互作用の影響について考察を行った。一方、Fe-C二元合金の粒界偏析については、試料作製の準備段階であり、次年度に実施する予定である。全体的な進捗として、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
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、今後は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予定である。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試みる。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響で、当初計画した学会の現地参加による旅費の支出がなくなった。次年度には、新たな合金作製や分析の費用、さらに国際学会への現地参加が可能になった後の旅費として、繰り越した予算を使用する予定である。
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