2015 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Stronger, Tougher Steel by Microstructure Control and Development of Fracture Control Technology
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26249107
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
井上 忠信 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点 塑性加工プロセスグループ, グループリーダー (90354274)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 構造・機能材料 / 機械材料・材料力学 / 材料の強靭化 / 破壊制御 / 微細組織制御 / き裂伝播挙動 / 低合金鋼 / 結晶粒微細化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年は，昨年創成に成功した14mm角×1000mm長さで超微細繊維状結晶粒組織を有する1800MPa級の棒鋼（TF材）の異方性試験を-196℃～200℃の温度範囲で実施した。強度を評価する引張り試験では，棒材の長手方向とその方向に垂直の方向から微小引張り試験片を採取した．また，靭性を評価する３点曲げ試験（10mm角×55mm長さ試験片）では，荷重方向（初期ノッチ方向）と圧延方向が平行な場合において試験片を採取できない．そこで，ノッチ底近傍の組織を変化させない適切な条件を電子ビーム溶接で探索し，TF材両端を低炭素鋼と溶接後，3点曲げ試験片形状に加工した．実験結果から，TF材は従来の鋼に比べ強度―靭性バランスに優れていることを明らかにした．また，TF材を熱処理することで等軸微細粒鋼を作製し，強靭化を実現できる組織形態について検討を行い，その方向性について示した（論文発表）．また，微視き裂発生から進展にいたる挙動について，詳細な組織観察結果を通して，TF材の壊れにくさの発現機構を検討し，明らかにした（論文発表）．
ノッチ底における応力・ひずみ場はFEMを用いて定量的に評価するために，３点曲げ試験結果から得られる微視き裂発生の条件をFEMでモデル化した．なお，FEMでは微小引張り試験片で得られた異方性を考慮した応力―ひずみ線図を用いた．
強度レベルの異なる材料を創成するため，0.15％C-0.3%Si-1.5%Mn成分の鋼を空冷および水冷後，500℃で減面率約90%の溝ロール圧延を施し，微細繊維状結晶粒組織を有する800MPa級の棒鋼の創成に成功した．
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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
３点曲げ試験時での治具の弾性変形が，初期ノッチ底近傍の応力に対して無視できない影響を持ったため，数値解析に用いる治具の特性データ取得に時間を要し，結果的に5ヶ月の繰越し（H28年8月31日迄）を実施したが，材料創成や組織観察は問題なく実施でき，予定通りに研究は進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
曲げ試験中におけるノッチ先端からのき裂の発生とその後の進展挙動は，ノッチや主き裂進展中に発生した多数の微視き裂端近傍における局所的な応力，ひずみ場に支配される．よって，これらの定量解析は３次元有限要素法（FEM）によって検討を行い，上記の実験観察で得られたき裂の挙動（存在位置，大きさなど）とき裂周辺の応力・ひずみ場の関係から，層状破壊を引き起こす破壊のクライテリア（例えば，脆性破壊応力）を明らかにする．また，微細繊維状結晶粒組織を有する800MPa級の棒鋼の強靭化についての検討を開始する．
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Research Products
(8 results)
