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2017 年度 実績報告書

新原理に基づく高炭素鋼マルテンサイト組織の強化機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15H02304
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

平 徳海  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (80354207)

研究分担者 阿部 太一  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, .主幹研究員 (50354155)
大沼 正人  北海道大学, 工学研究院, 教授 (90354208)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
キーワード炭素鋼 / 相変態 / オメガ相 / マルテンサイト / 炭化物 / 透過電子顕微鏡
研究実績の概要

平成29年度は、TEM観察と電子回折分析により、急冷Fe-CマルテンサイトのBCC双晶境界地域に粒径1-2 nmのオメガ(ω) 相が均一に分布していることを確認した (T. W. Liu, D. H. Ping, T. Ohmura, M. Ohnuma, “Electron diffraction analysis of quenched Fe-C martensite”, J. Mater. Sci., 53(2018) 2976-2984)。また、TEM観察においてω相を簡便に識別する為の晶帯軸調整法を確立し、論文発表した(D. Ping, A. Singh, S. Guo, T. Ohmura, M. Ohnuma, T. Abe, H. Onodera, “A simple method for observing ω-Fe electron diffraction spots from <112>α-Fe directions of quenched Fe-C twinned martensite”, ISIJ Int., 58(2018) 159-164)。さらに、TEMによるその場観察により、Fe-C合金では温度上昇に伴い、ω相から新しい炭化物が形成することを見出した (D. Ping, T. Liu, M. Ohnuma, T. Ohmura, T. Abe, H. Onodera, “Microstructural evolution and carbides in quenched ultra-low carbon (Fe-C) alloys”, ISIJ Int., 57(2017) 1233-1240. T. H. Man, T. W. Liu, D. H. Ping, T. Ohmura, “TEM investigations on lath martensite substructure in quenched Fe-0.2C alloys”, Mater. Char., 135(2018) 175-182)。これらの結果をもとに構築した熱処理におけるFe-C合金中の微細組織形成メカニズムは、オーステナイト → マルテンサイト(ω相を含む双晶組織) → ラス組織 → フェライトと炭化物 (最終的な組織構造)であることを提案した。これらの結果は、28年度提案された炭素鋼中のオメガ相の形成メカニズムともよく整合している。以上の結果は、国際学術論文誌(4篇)、口頭発表として国際および国内学会でそれぞれ1件の発表を行った(International Conference on Martensitic Transformations (ICOMAT) 2017, Chicago, USA、日本鉄鋼協会)。

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

Fe-C合金の加熱に伴う組織変化をTEMを用いたその場の観察によって明らかにし、様々な炭素鋼微細組織がω相を含む双晶組織からなる初期マルテンサイト組織構造に由来することを示した。具体的には温度上昇に伴い、Fe-C合金相中のω相から新しい炭化物が形成し、その生成順序は、オメガ(ω) → 新しい炭化物(ω′またはθ′) → θ-Fe3C(セメンタイト)であることがわかった。この観察の結果は当初提案された炭素鋼中のオメガ相の形成メカニズムの妥当性を強く示唆している。

今後の研究の推進方策

平成29年度で得られた急冷Fe-C2元系モデル合金中のオメガ(ω)相のTEM観察の結果に基づいて、平成30年には、以下の3項目を実施する。
1)TEMでFe-N合金中のオメガ(ω)相を確認し、異なる温度で熱処理によるFe-N合金中のオメガ(ω)相の変化を観察する。
2)オメガ(ω)相と関連する新型炭化物の構造を確定する。オメガ(ω)相から生成する炭化物の構造を解析し、炭化物の形成過程とオメガ(ω)相との相関性を明らかにする。新炭化物についてX線回折によるバルク試料でも検出する可能性を探索する。
3)Fe-C合金中に、オメガ(ω)相の形成過程中における磁性の役割は、第一原理計算で理論的に解析し、オメガ(ω) 相安定性に及ぼすCとN原子および磁力の影響を検討する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] A simple method for observing ω-Fe electron diffraction spots from <112>α-Fe directions of quenched Fe-C twinned martensite2018

    • 著者名/発表者名
      D. H. Ping, A. Singh, S. Q. Guo, T. Ohmura, M. Ohnuma, T. Abe, H. Onodera
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 58 ページ: 159-164

    • DOI

      https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2017-270

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electron diffraction characterization of quenched Fe-C martensite2018

    • 著者名/発表者名
      T. W. Liu, D. H. Ping, T. Ohmura, M. Ohnuma
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science

      巻: 53 ページ: 2976-2984

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10853-017-1731-0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] TEM investigations on lath martensite substructure in quenched Fe-0.2C alloys2018

    • 著者名/発表者名
      T. H. Man, T. W. Liu, D. H. Ping, T. Ohmura
    • 雑誌名

      Materials Characterization

      巻: 135 ページ: 175-182

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.11.039

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructural Evolution and Carbides in Quenched Ultra-low Carbon (Fe-C) Alloys2017

    • 著者名/発表者名
      D. H. Ping, T. W. Liu, M. Ohnuma, T. Ohmura, T. Abe and H. Onodera
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 57(7) ページ: 1233-1240

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2016-624

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] As-quenched Microstructure in High Carbon Ferrous Alloys2018

    • 著者名/発表者名
      X. Liu, X. Lu, D. H. Ping
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会、第175回春季講演大会
  • [学会発表] Electron Diffraction Analysis of Martensite in Quenched High Carbon Steels2017

    • 著者名/発表者名
      T. W. Liu, D. H. Ping, I. Watanabe, T. Ohmura, M. Ohnuma
    • 学会等名
      International Conference on Martensitic Transformations (ICOMAT 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] The observation of ω-Fe from <112> zone axes of twinned martensite2017

    • 著者名/発表者名
      D. H. Ping, A. Singh, S. Q. Guo, T. Abe, H. Onodera, T. Ohmura, M. Ohnuma
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会、第174回秋季講演大会

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公開日: 2018-12-17  

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