粒界型応力腐食割れの発生および成長機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17H04899
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 藤井 朋之 静岡大学, 工学部, 准教授 (30377840)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円); 2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2017年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
• キーワード: 応力腐食割れ / 粒界 / 応力 / ひずみ / 応力拡大係数 / ステンレス鋼 / き裂 / 粒界腐食 / 電気化学ノイズ / その場観察 / 環境強度 / 微視組織 / 転位密度 / き裂発生 / き裂進展 / 粒界性格

研究成果の概要

本研究ではステンレス鋼に生じる応力腐食割れ（ＳＣＣ）の寿命評価のために，ＳＵＳ３０４を用いて腐食環境中でき裂発生試験および進展試験を行い，以下の４つの結果を得た．１）ＳＣＣは粒界腐食感受性が高い粒界で発生・進展する．２）割れ粒界近傍では，転位のパイルアップが顕著に確認でき，粒界では応力・ひずみ集中が生じると考えられる．３）材料表面の粒界における垂直ひずみによりき裂発生を特徴づけられる．４）き裂進展特性は，応力拡大係数とその変化率を用いて定式化できる．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では，ステンレス鋼に生じるＳＣＣの発生および進展条件を明らかにした．ＳＣＣの発生には，力学および粒界構造に関する条件が必要であり，それらを排除することで耐ＳＣＣ性を有する材料の設計に生かすことが可能である．さらに，ＳＣＣ進展式を提案したことから，高精度な寿命予測が可能となる．これらの結果は，高経年化した機械構造物の健全性確保に資する．

研究成果

• [雑誌論文] Mechanical criterion for nucleation of intergranular stress corrosion cracking in austenitic stainless steel (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujii Tomoyuki、Sawada Tatsuro、Tohgo Keiichiro、Shimamura Yoshinobu
  • 雑誌名: Forces in Mechanics 巻: 3 ページ: 100013-100013
  • DOI: 10.1016/j.finmec.2021.100013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of the early stage of stress corrosion cracking in austenitic stainless steel by EBSD and XRD (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujii Tomoyuki、Yamakawa Ryohei、Tohgo Keiichiro、Shimamura Yoshinobu
  • 雑誌名: Materials Characterization 巻: 172 ページ: 110882-110882
  • DOI: 10.1016/j.matchar.2021.110882
  • NAID: 120007151899
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallographic Evaluation of Susceptibility to Intergranular Corrosion in Austenitic Stainless Steel with Various Degrees of Sensitization (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujii Tomoyuki、Furumoto Takaya、Tohgo Keiichiro、Shimamura Yoshinobu
  • 雑誌名: Materials 巻: 13 号: 3 ページ: 613-613
  • DOI: 10.3390/ma13030613
  • NAID: 120006816587
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Strain-based approach to investigate intergranular stress corrosion crack initiation on a smooth surface of austenitic stainless steel (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii Tomoyuki、Yamakawa Ryohei、Tohgo Keiichiro、Shimamura Yoshinobu
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 756 ページ: 518-527
  • DOI: 10.1016/j.msea.2019.04.083
  • NAID: 120006644918
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystallographic and mechanical investigation of intergranular stress corrosion crack initiation in austenitic stainless steel (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Fujii, Keiichiro Tohgo, Yota Mori, Yutaro Miura, and Yoshinobu Shimamura
  • 雑誌名: Materials Science & Engineering A 巻: 751 ページ: 160-170
  • DOI: 10.1016/j.msea.2019.02.069
  • NAID: 120006606182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallography of intergranular corrosion in sensitized austenitic stainless steel (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Fujii, Keiichiro Tohgo, Yota Mori, and Yoshinobu Shimamura
  • 雑誌名: Materials Characterization 巻: 144 ページ: 219-226
  • DOI: 10.1016/j.matchar.2018.07.014
  • NAID: 120006533612
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of stress corrosion crack growth in austenitic stainless steel under variable loading in small- and large-scale yielding conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Fujii, Keiichiro Tohgo, Motohiro Kawamori, and Yoshinobu Shimamura
  • 雑誌名: Engineering Fracture Mechanics 巻: 205 ページ: 94-107
  • DOI: 10.1016/j.engfracmech.2018.11.020
  • NAID: 120006549590
  • 査読あり
• [学会発表] Investigation of intergranular stress corrosion cracking based on X-ray diffraction analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Yamakawa, Tomoyuki Fujii, Keiichiro Tohgo, and Yoshinobu Shimamura
  • 学会等名: The 6th Joint-Symposium on Mechanics of Advanced Materials & Structures (JSMAMS 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 局所ひずみに基づく粒界型応力腐食割れ発生条件の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井朋之，山川椋平，東郷敬一郎，島村佳伸
  • 学会等名: M&M2019材料力学カンファレンス
• [学会発表] Nucleation of intergranular stress corrosion cracking based on surface strain distribution measured by DIC (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Yamakawa, Tomoyuki Fujii, Keiichiro Tohgo, and Yoshinobu Shimamura
  • 学会等名: The 14th Asia-Pacific Symposium on Engineering Plasticity and Its Applications (AEPA2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 材料表面のひずみ分布に基づく応力腐食割れの発生挙動評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山川椋平，藤井朋之，東郷敬一郎，島村佳伸
  • 学会等名: M&M2018材料力学カンファレンス
• [学会発表] Fracture mechanics approach to stress corrosion crack growth in sensitized austenitic stainless steel (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Fujii, Keiichiro Tohgo, Motohiro Kawamori, Yoshinobu Shimamura
  • 学会等名: The 5th Joint Symposium on Mechanics of Advanced Materials and Structures (JSMAMS2017)
  • 国際学会
• [学会発表] オーステナイト系ステンレス鋼の粒界型応力腐食割れ発生挙動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井朋之, 東郷敬一郎, 森要太, 島村佳伸
  • 学会等名: M&M2017材料力学カンファレンス
• [備考] 静岡大学工学部 機械工学科 島村・藤井研究室
  • URL: https://mechmat.eng.shizuoka.ac.jp/
• [備考] 東郷・島村・藤井研究室
  • URL: https://mechmat.eng.shizuoka.ac.jp/
• [備考] 静岡大学大学院工学研究科 機械工学専攻 藤井朋之
  • URL: https://mechmat.eng.shizuoka.ac.jp/~tofujii/