微小試験片を用いた動的・準静的破壊靭性試験機の試作と材料局部靭性評価への展開

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10555224
• 研究機関: 室蘭工業大学
• 研究代表者: 三澤 俊平 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (70005982)
• 研究分担者: 鈴木 雅秀 日本原子力研究所, 原子力安全工学部, 主任研究員 ; 小林 秀敏 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (10205479) ; 臺丸谷 政志 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (40002018) ; 駒崎 慎一 室蘭工業大学, 工学部, 助手 (70315646) ; 小林 靖 (株)タナカ, 技術部・主任
• キーワード: 微小衝撃試験片法 / 超小型試験片 / 材料局部破壊靭性 / 日本刀の強度-靭性 / 日本刀傾斜機能 / 水素助長脆化 / 臨界変形速度 / き裂先端塑性域

研究概要

本年度は、完成した微小試験片動的・準静的破壊靭性試験機を用いて、高強度鋼の内部水素による水素助長脆化(Hydrogen Assisted Embrittlement:HAE)の臨界変形速度およびき裂先端塑性域減少の観察を目的として、引張強さ1545MPa焼入れ焼きもどし材(15LA)、(B+P)複合添加した引張強さ1400MPa焼入れ焼きもどし材の低合金高張力鋼への展開研究を実施した。
1)1545MPa級低合金高張力鋼:(1)あらかじめ一定量の水素を添加した後、変形速度2.5x10^0〜5x10^<-9>m・s^<-1>の広範囲において破壊エネルギーを調べた。2.5m・s^<-1>動的荷重速度から10^<-5>m・s^<-1>静的変形速度の範囲において、水素チャージ材と非水素チャージ材はほぼ同じ破壊エネルギーを示す。低変形速度10^<-6>〜10^<-7>m・s^<-1>で破壊エネルギーは急激な低下を示し、10^<-8>m・s^<-1>以下の極低速度になると破壊エネルギーは増加する回復現象が観察される。15LAはHAE感受性を有し、臨界変形速度(1.7x10^<-7>m・s^<-1>)が存在することを本研究において初めて明らかにできた。(2)割れ先端の塑性変形域、すなわちHAEによる塑性変形域の減少を、再結晶法により可視化した。高変形速度ではき裂発生初期から大きな塑性変形を伴って破壊に至るのに対し、臨界変形速度ではき裂発生から破壊まで塑性変形をほとんど伴わない。臨界変形速度より低速ではき裂発生初期は塑性変形をほとんど伴わないが、き裂の進展につれて塑性変形量が増大し、最終破断部では内部水素が逃散し延性回復に伴う大きな塑性変形域が観察される。
2)1400MPa級低合金高張力鋼:水素チャージ材と非水素チャージ材の破壊エネルギーは、変形速度の全範囲でP添加により低下し、B添加によりやや回復する。一方、水素チャージの低温脆性との重複現象は、-50〜-150℃の延性脆性遷移域において顕著に現れる。

研究成果

• [文献書誌] 駒崎慎一,川嶋嵩,渡辺真悟,三澤俊平: "高強度鋼の内部水素による水素助長脆化(HAE)の臨界変形速度およびき裂先端塑性域減少の観察"文部科学省金属材料技術研究所 第5回超鉄鋼ワークショップ報告書. 284-285 (2001)
• [文献書誌] 三澤俊平,丸山理絵,工藤真紀子,川嶋嵩: "吸着水素電位依存型侵入水素による脆化および内部チャージ水素による臨界脆化変形速度の出現"日本鉄鋼協会 環境脆化プロジェクトチーム 平成11年度研究報告書. 21-31 (2000)
• [文献書誌] 三澤俊平: "鉄鋼材料にみる機能傾斜化の2事例-耐候性鋼さび層と日本刀の断面解析"21世紀の新素材,第14回「大学と科学」公開シンポジウム組織委員会編,クバプロ. 81-95 (2000)
• [文献書誌] 佐々木直彦,堀井胤匡,藤原幹男,斎藤英之,三澤俊平: "日本刀の強度-靭性バランスと刃金用玉鋼の折返し鍛練による炭素量,焼入れ硬さの変化"鉄と鋼. 86・1. 45-50 (2000)
• [文献書誌] 三澤俊平,高佐成樹,中野善文,安田功一: "微小衝撃試験法による鉄鋼レーザー溶接金属の延性脆性遷移の評価"鉄と鋼. 82・8. 73-78 (1996)