研究課題
相界面析出とは、Nb、Ti、Vなどの炭化物生成元素を含む鋼が冷却中オーステナイトからフェライト変態する時に、相界面で合金炭化物が周期的に核生成することによって、繰り返し微細に析出する現象である。相界面析出で生成したナノサイズの炭化物は近年自動車用鋼板の高強度化に使われている。これにより、車体の軽量化と燃費の改善が期待される。合金炭化物の分布は相界面の性質に強く影響されるが、その詳細は分かっていない。本研究はその分布を支配する諸因子の影響およびそれが強度に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。研究計画としては、分解能がナノレベルの三次元アトムプローブを用い、それぞれの変態温度、合金元素添加量での相界面析出ナノ炭化物を観察する。また、硬度測定及び引張試験を行い、炭化物が強度に及ぼす影響を調べる。今年度にはVC相界面析出に及ぼす変態温度および合金元素、特に一般的に鉄鋼材料に含められるMn、Si、Nの添加量の影響を調べた。簡単にまとめると、変態温度が低いほど、Mnの添加量が低いほど、炭化物がより高密度且つ微細に分布する傾向がある。一方で、SiとN添加の影響は比較的に小さい。これらの因子の影響は相界面での合金炭化物析出の駆動力で説明がつくことがわかった。析出強化されたフェライト粒の硬度は合金炭化物の数密度と同じ傾向を示す。今後はVよりさらに強い炭化物形成元素NbおよびTiなどの相界面析出を調査する予定である。
1: 当初の計画以上に進展している
当初の研究目的は相界面析出ナノ炭化物に及ぼす諸因子の影響を解明することであり、それに関しては大体完成した。また、相界面析出ナノ炭化物の分布に及ぼす変態温度、合金元素添加量の影響は相界面で析出の駆動力を変化させることである。つまり、適当な熱処理および合金設計することによって相界面析出の分布を制御できるということがわかった。従って、当初の計画以上進展していると考えられる。
今までの調査は全部V添加低炭素鋼に対するものであるが、今後はVよりさらに強い炭化物形成元素NbおよびTiなどの相界面析出を調べることによって、相界面析出ナノ炭化物の分布の支配因子、つまり相界面での析出の駆動力の影響を系統的に調べる予定である。この知見を得ることによって、実用相界面析出強化鋼に含まれる希少且つ高価なVをより少量且つ安価の合金元素で置換することができると考えられる。
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Acta Materialia
巻: 84 ページ: 375-384
doi:10.1016/j.actamat.2014.10.049
Proceedings of Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials
巻: in press ページ: in press
http://www.st-mat.imr.tohoku.ac.jp/
