| 研究課題/領域番号 |
06555219
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 試験 |
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| 研究分野 |
金属生産工学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
江見 俊彦 東北大学, 素材工学研究所, 教授 (30250822)
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| 研究分担者 |
藤井 徹也 川崎製鉄(株), 鉄鋼プロセス部長
柴田 浩幸 東北大学, 素材工学研究所, 助手 (50250824)
佐藤 俊一 東北大学, 素材工学研究所, 助教授 (30162431)
鈴木 幹雄 東北大学, 素材工学研究所, 助教授 (10261471)
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| 研究期間 (年度) |
1994 – 1996
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| キーワード | 複層材料 / 高温引張試験 / 傾斜温度場 / 連続鋳造 / 中炭素包晶鋼 / 凝固殻 / 縦割れ / 割れ限界ひずみ |
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| 研究概要 |
本研究では、温度勾配のもとで機械的性質が復層となる材料、たとえば代表的には凝固初期の凝固殻の強度測定や割れ発生のシミュレーションが可能な傾斜温度場における引張りおよび曲げ試験装置を開発した。得られたデータを基に、高速連続鋳造時に特に割れを生じやすい炭素濃度0.09〜0.16mass%の中炭素包晶鋼の鋳片表面割れの発生機構を検討した。
1.本試験法の結果と試料をメッシュに分割し、伝熱解析と応力歪解析を連成させた熱弾塑性応力有限要素解析結果を比較したところ、両者は非常によく一致した。従って本試験法を使えば、煩雑な各温度における等温場での応力-歪関係を多数測定し、その結果を熱弾塑性応力解析に使う複雑な計算が不要となり、一度の引張試験で信頼性の高い複層材料の機械的性質が測定可能である。
2.傾斜温度場(直線温度勾配)引張り試験で測定したas-cast材の引張強度は分割チルブロック浸漬引張試験で測定した凝固殻(3-5mm厚さ)の破断強度と良く一致する。温度勾配を有する材料の応力-歪み曲線や引張強度は、その材料の平均温度よりやや高い温度のそれに相当している。最も割れやすい中炭素包晶鋼の引張強度は他の鋼種より高い。
3.傾斜温度場引張りおよび曲げ試験による内部割れシュミレーション(加熱面:固液共存温度、冷却面:1000〜1400℃)では、割れは試験片の高温側に発生し、0.2mass%以下では粒界、それ以上では結晶粒界および樹間に発生した。限界歪みは引張り、曲げ両試験法とも同じ値を示し、炭素濃度が0.001および0.1mass%で大きくなり、同一炭素濃度では硫黄濃度が増加すると低下する。このように中炭素包晶鋼の引張強度は高く割れ限界歪みも大きいので、割れ発生頻度の高い理由を材料特性からは説明できない。従って、この鋼種の割れの原因は凝固直後のδ→γ変態による凝固殻の変形、伝熱不良、その結果としての凝固殻の不均一成長であると考えられる。
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