| 研究課題/領域番号 |
21K14045
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2022-2023)
九州大学 (2021) |
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研究代表者 |
小川 祐平 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究センター, 研究員 (30847207)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 鉄鋼材料 / オーステナイト / 水素脆化 / 強度・延性 / 固溶強化 / 変形双晶 / オーステナイト鋼 / 水素 / 転位 / 熱活性化過程 / 元素拡散 / 合金成分 / 強度・延性バランス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Fe-Cr-Ni三元系成分のオーステナイト鋼を対象とし，高濃度水素チャージに伴う固溶強化と双晶変形促進効果を応用して，高強度・高延性化が達成される実例を示す．これにより，鉄鋼材料にとってネガティブな存在として忌避されてきた水素が，力学的材料性能向上のための有効添加元素としても活用できることを立証する．材料内部での水素-格子欠陥相互作用を捉えるための引張試験手法と最新鋭の走査型電子顕微鏡分析を融合させ，固溶強化・双晶変形発生の潜在機構と破壊の素過程を，ミクロレベルの水素-金属間相互作用を基に解明する．従来の水素脆化に関する固定概念を塗り替え，水素適合構造材料開発への新たな方向性を示す．
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| 研究成果の概要 |
水素ステーションを代表とする水素利用設備では，構造用金属部材の耐水素脆化特性と優れた力学特性の両立が急務とされている．本研究では近年見出されたオーステナイト鋼への多量水素添加に伴う高強度・高延性化に着眼し，その有効活用に向けた指導原理の構築を目指した．オーステナイト鋼の主成分であるFe-Cr-Niを対象としつつ「固溶強化」と「変形双晶促進」の2つをキーワードに，水素に由来した力学特性向上効果の発現条件と潜在メカニズムを，合金成分，ひずみ速度，変形温度等の観点から明らかにした．また，固溶強化の鍵を握る水素原子-転位間相互作用の新たなモデルを提案した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
水素脆化現象は1874年に発見されて以降，橋梁用高力ボルトの遅れ破壊や溶接部材の低温割れなど，水素侵入に伴う破壊事故の要因として工業的にも常に重要技術課題の一つに位置付けられてきた．その中において，水素によって力学特性の向上を示す材料の実例とその発現メカニズムを明示した本研究の成果が，水素侵入を危惧するのではなく，逆に有効利用するという新たな道を切り拓くための一助になることを期待する．また，「水素脆化は材料が高強度化するほど顕著となる」，これが構造材料分野の50年以上に渡る常識であったが，本研究が示す事実はこの従来常識を180度覆すという観点において，その学術的意義は大きい．
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