| 研究分担者 |
近藤 良之 九州大学, 工学研究院, 教授 (90325499)
野口 博司 九州大学, 工学研究院, 教授 (80164680)
松岡 三郎 独立行政法人物質・材料研究機構, 助教授 (10354250)
高井 健一 上智大学, 理工学部, 助教授 (50317509)
栄 中 九州大学, 工学研究院, 助教授 (00253477)
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| 研究概要 |
環境・エネルギーの両問題の解決へ向けて水素利用に関する研究開発が世界各国で活発化する中で,安全な水素利用社会実現のために本研究の重要性は益々高まっている.本研究では当初の目的であった高強度鋼のギガサイクル疲労破壊に及ぼす水素の影響に加え,近い将来燃料電池システムへの使用が想定される各種金属材料の疲労強度に及ぼす水素の解明を行った.得られた成果・知見を以下に示す.
1.予ひずみを与えた準安定オーステナイト系ステンレス鋼に水素チャージを行い,疲労き裂進展挙動を調査した.その結果,予ひずみによりマルテンサイトを誘起させたSUS316Lでは,SUS304と同様に水素チャージにより疲労き裂の進展が大幅に加速することを明らかにした.
2.疲労特性に及ぼす低圧水素ガス雰囲気の影響を調べた.S10C焼きなまし材の水素中の疲労き裂進展速度は,窒素中に比べて高くなり,破面には脆性的な平坦破面が多く観察された.また,A6061-T1の水素ガス中のき裂進展速度は窒素ガス中のそれより高く,試験周波数の低下に伴いき裂進展速度は高くなることがわかった.
3.水素を侵入させた低合金鋼について微小疲労き裂進展特性を求めたところ,進展速度の加速と進展限界の条件の低下が認められた.
4.水素マイクロプリント法(HMT)により水素チャージを施したSUS304の疲労試験中の水素の放出挙動を観察した.疲労き裂先端近傍では周囲に比べて多くの水素の放出が観察され,き裂先端で水素の集積が起こっていることを明らかにした.
5.FCC系金属材料のSUS316LとNi基超合金について水素の存在状態と水素環境脆化挙動を比較した.SUS316L鋼は100ppm近くの多量の水素を吸蔵させても脆化せず、水素脆化感受性が低いことが判明した.
6.水素同位体トリチウムを鉄-非鉄金属介在物(Al203,Cr3C2,TiC,MnS)擬2元系焼結合金に導入しトリチウムオートラジオグラフィを行い,MnS含有鉄合金は水素拡散係数が小さく、活性化エネルギーも高いことを明らかにした.
以上の実験結果を総合的に分析して2つの重要なことが明らかになった.
1.水素はいわゆる脆化を引き起こすのではなく,転位を動き易くし,すべりの集中をもたらす.
2.ギガサイクル疲労の発端となる介在物周辺にトラップされた水素の役割は低応力で微視的なすべりの集中を引き起こすことである.
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