| 研究課題/領域番号 |
23K26425
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01732 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
上路 林太郎 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, グループリーダー (80380145)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2025年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2024年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2023年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | 構造材料 / 鉄鋼 / 相変態 / パーライト / 高速変形 / 残留応力 / 高温変形 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
エネルギー問題を背景として耐水素特性が求められるが、伸長パーライトは優れた耐水素特性を有するため、線材のみならず条や板材としての展開が期待される。一方で、マルテンサイト等と比して靭性が低いことに問題を有する。本研究では、塑性異方性に関する知見等を利用し、パーライト鋼に強靭性を与えるための組織設計指針を力学試験（特にバウシンガー効果）を通した内部応力状態の把握とその組織との関係から獲得し、実際に各種組織形態を有するパーライト鋼の靭性を各種試験片サイズの衝撃試験を通して明らかにし、高靭性発現メカニズムも併せて明らかにすることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
層状組織は高強度金属材料を実現する工業上重要な組織である、鋼のパーライト組織は本研究の目的は、パーライト鋼に強靭性を与えるための組織設計指針を獲得することにある。当該年度は、素材としては、高炭素鋼でありかつ組織制御の際に球状化が生じにくいＣｒ添加鋼（JIS-SUP12）を用いた研究を行った。本年はラメラ間隔の調整した各種試験片に対して高速引張試験と微小衝撃試験による力学特性評価を行う。ラメラ間隔は、600℃～700℃の等温変態を利用し、40nm程度から150nm程度まで変化させた試料を作製した。既設の熱間加工シミュレーターに設置された40ｍｍ長さの試験片に対して熱処理を可能とする誘導加熱コイルを用いて組織制御を実施し力学試験片を採取した。ひずみ速度10の-3乗毎秒から10の2乗毎秒までの各種ひずみ速度にて引張および圧縮試験を行った。その結果、変態温度が低いほど、すなわちラメラ間隔が小さいほど変形抵抗が大きくなる傾向が、いずれの負荷極性・ひずみ速度においてみられた。一方で、活性化体積の逆数に相当するひずみ速度の対数-降伏応力の相関を示す直線の傾きは、ラメラ間隔によらず一定であることが明らかとなった。さらに、広範なひずみ速度範囲において、引張の降伏応力よりも圧縮の降伏応力が小さくなる力学的異方性が認められた。靭性は微小衝撃試験機（1~1.5mm角×20mm試験片）により評価した。特に、微小衝撃試験については、荷重変動の小さなデータを得るための撃針形状や試験片形状の検討を行ない、600℃近傍でも衝撃試験が可能な測定系を構築した。加えて、溝ロール加工等により得た伸長パーライト鋼の降伏応力の異方性についても測定を行い、フェライト内の残留応力との相関を踏まえた異方性発現メカニズムについて検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初予定した研究内容はすべて実施できた。特に溝ロール加工により得た伸長パーライト組織を有する棒鋼の降伏応力異方性に関する知見を検討したことにより、パーライトの変形や靭性を検討する上で残留応力の存在を無視できないことを見出すことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度用いたものと同じばね鋼（SUＰ１２）を用いて研究を進める。熱処理ままのパーライトについては、昨年度に引き続きてラメラ間隔と強度の関係を種々の変形条件で測定を積み重ねてゆく。加えて、変態前のオーステナイト化条件を変えた試験片を準備し、旧オーステナイト粒の形状と強度・靭性の関係を引張試験および微小衝撃試験により明らかにする。微小衝撃試験を用いた検討については、その試験方法の特性を検討するためにパーライトのみならず焼戻マルテンサイトやベイナイトといったSUP12で得られる他の組織についても、試験片サイズ依存性に注目したデータ収集を行い成果発信を行う。加えて、溝ロール加工材を用いて降伏強度の異方性の起源を検討するために、多軸応力状態における塑性変形における移動硬化則に基づく検討を内部応力との相関を念頭に検討する。この検討より、パーライト内部の残留応力の詳細を明らかにし、強度や靭性と組織の相関を考えるための基盤を構築する。
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