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応力・ひずみ・拡散性水素の不均一分布を考慮した水素割れの微視組織形態依存性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K04075
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分18010:材料力学および機械材料関連
研究機関大阪大学

研究代表者

三上 欣希  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40397758)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード水素割れ / 水素拡散 / ミクロ組織 / 微視的応力 / 数値シミュレーション / 数値解析 / 材料組織 / 不均質 / 拡散性水素
研究開始時の研究の概要

水素エネルギー社会の実現に向けて,そのインフラ用構造材料の特性評価は重要な課題である.金属系構造材料は,高圧での貯蔵や輸送に耐えうる強度の観点,ならびに,インフラ構築のための製作や維持管理の効率性・経済性の観点の双方から,有効活用が必須であるが,不均質な材料組織を有しており,その水素割れ挙動も複雑である.本研究では,水素割れと微視組織形態の関連を実験および数値解析を活用して明らかにする.

研究成果の概要

強度特性や水素拡散係数が異なる複数の構成相からなる材料では,応力・ひずみ・拡散性水素濃度の分布が不均一で,局所的に水素割れ限界条件に達して割れが発生すると予想される.本研究では,そのような材料として二相ステンレス鋼溶接金属を取り上げ,微視組織レベルの応力分布および水素濃度分布の数値シミュレーション結果と,水素割れ発生位置の観察結果の対応関係を評価した.さらに,数値シミュレーションを活用して,微視組織形態が変化した場合の応力分布および水素濃度分布の変化を検討した.最終的に微視組織モデルを三次元で構築し,実用材料へも適用可能な手法へと展開した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

水素エネルギー社会の実現に向けて,そのインフラ用構造材料の特性評価は重要な課題である.本研究は,水素に起因する構造材料の割れを,微視組織レベルの応力・ひずみ分布や水素濃度分布の観点から評価するための手法を提案し,微視組織形態の影響を把握することを可能にするものである.これにより,耐水素割れ性に優れた構造材料の微視組織形態の提案が可能になる.さらに構造化のためには,溶接・接合が不可欠であるが,溶接部の組織形態は溶接条件によってさまざまに変化する.そのような材料に対しても三次元微視組織モデルの構築により,特性を評価することを可能にしており,実用材料への展開も可能となっている.

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Evaluation of Hydrogen-induced Cracking Behavior in Duplex Stainless Steel by Numerical Simulation of Stress and Diffusible Hydrogen Distribution at the Microstructural Scale2021

    • 著者名/発表者名
      Ogita Gen、Matsumoto Koki、Mochizuki Masahito、Mikami Yoshiki、Ito Kazuhiro
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 61 号: 4 ページ: 1135-1142

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-399

    • NAID

      130008024880

    • ISSN
      0915-1559, 1347-5460
    • 年月日
      2021-04-15
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Numerical Simulation on Effect of Microstructure on Hydrogen-induced Cracking Behavior in Duplex Stainless Steel Weld Metal2021

    • 著者名/発表者名
      Ogita Gen、Matsumoto Koki、Mochizuki Masahito、Mikami Yoshiki、Ito Kazuhiro
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 61 号: 4 ページ: 1236-1244

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-400

    • NAID

      130008024881

    • ISSN
      0915-1559, 1347-5460
    • 年月日
      2021-04-15
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 微視組織レベルの応力および拡散性水素濃度分布の数値解析による二相ステンレス鋼の水素割れ発生特性の評価2020

    • 著者名/発表者名
      Ogita Gen、Matsumoto Koki、Mochizuki Masahito、Mikami Yoshiki、Ito Kazuhiro
    • 雑誌名

      鉄と鋼

      巻: 106 号: 4 ページ: 214-223

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-101

    • NAID

      130007822471

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 二相ステンレス鋼の溶接金属における水素割れ発生特性に及ぼす微視組織の影響に関する数値解析2020

    • 著者名/発表者名
      Ogita Gen、Matsumoto Koki、Mochizuki Masahito、Mikami Yoshiki、Ito Kazuhiro
    • 雑誌名

      鉄と鋼

      巻: 106 号: 4 ページ: 224-234

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-102

    • NAID

      130007822470

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 水素割れ評価に向けた材料組織レベルの応力および水素濃度分布の評価2022

    • 著者名/発表者名
      三上欣希
    • 学会等名
      (一社)軽金属学会 アルミニウム中の水素と材料物性研究部会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 応力および水素濃度の微視的分布に基づく二相ステンレス鋼溶接金属の水素割れ発生特性の検討2022

    • 著者名/発表者名
      三上欣希
    • 学会等名
      (一社)日本溶接協会 2022年度 第4回 特殊材料溶接研究委員会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 二相ステンレス鋼溶接部における水素割れに及ぼす微視組織形態の影響に関する検討2021

    • 著者名/発表者名
      三上欣希, 伊藤和博
    • 学会等名
      (一社)日本機械学会 M&M2021 材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 二相ステンレス鋼溶接金属の水素割れに及ぼす微視組織形態の影響に関する数値解析的検討2019

    • 著者名/発表者名
      三上欣希,伊藤和博,松本幸樹,望月正人
    • 学会等名
      (一社)日本鉄鋼協会 第178回秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 微視的応力および拡散性水素濃度分布を考慮した二相ステンレス鋼の水素割れ発生特性の検討2019

    • 著者名/発表者名
      三上欣希,伊藤和博,松本幸樹,望月正人
    • 学会等名
      (一社)日本鉄鋼協会 第178回秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 二相ステンレス鋼の微視組織を考慮した水素割れ発生特性の検討2019

    • 著者名/発表者名
      三上欣希,伊藤和博,松本幸樹,荻田玄,望月正人
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2019年度 秋季全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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