常識を破る鉄鋼材料の疲労特性：疲労き裂研究の新機軸

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06365
• 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: 津崎 兼彰 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, フェロー (40179990)
• 研究分担者: 小山 元道 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20722705) ; 野口 博司 九州大学, 工学研究院, 教授 (80164680) ; 濱田 繁 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90432856)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• キーワード: 疲労変形 / 疲労き裂進展 / ひずみ時効 / マルテンサイト変態 / 耐疲労性 / 耐水素脆化性 / 鉄鋼 / アルミ合金

研究実績の概要

最終2020年度では、これまで得た研究成果の論文化に注力するとともに、基礎研究課題と応用研究課題について以下のように推進展開しました。なお論文化については4月30日時点で合計21件の原著論文と1件の解説論文（図書の1章）を公開しました。
■　基礎研究課題の推進「アルミ合金での疲労限の出現メカニズムの解明」：2018年度に行われた研究進捗評価において指摘いただいた動的ひずみ時効による疲労限向上のアルミ合金そのものでの実証とメカニズム解明について、前年度に引き続き研究を推進し論文発表しました。これにより「アルミ合金での疲労限発現のメカニズム解明」という第一ステージでの目標達成と成果公開ができました。
■　基礎研究課題の展開「チタン合金のDwell fatigueのメカニズム解明」：2018年度より対象材料に加えたチタン合金において、その長年の懸案未解決課題であった「応力保持による疲労き裂進展の促進（Dwell効果）」に着目し、そのメカニズム解明を新たな研究課題に追加して推進し、応力保持時におけるき裂先端から転位射出とそれによるき裂開口変位の増大というメカニズムを提案しました。これについては現在論文投稿準備中です。
■　応用研究課題「耐水素鋼」創製での成果：水素チャージにより高強度高延性化する鉄鋼について2020年3月に投稿した論文が9月に材料系トップジャーナルのActa Materialia誌に公開され、九州大学からプレス発表を行いました：プレス発表は昨年度末に引き続きで合計4回目となります。これより「耐水素鋼」創製の目標を達成しました。
以上のように当初計画以上の成果を上げることができました。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Microscopic examination of striation spacing during ductile crack growth in Fe-3wt%Si single-crystalline thin plates in air and hydrogen (2021)
  • 著者名/発表者名: Thuong Huynh Thanh、Hamada Shigeru、Tsuzaki Kaneaki、Noguchi Hiroshi
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 802 ページ: 140652～140652
  • DOI: 10.1016/j.msea.2020.140652
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of Hydrogen and Plastic Strain Distribution on Delayed Crack Growth in Single-crystalline Fe-Si alloy (2021)
  • 著者名/発表者名: Huynh Thanh Thuong、Hamada Shigeru、Tsuzaki Kaneaki、Noguchi Hiroshi
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 803 ページ: 140703～140703
  • DOI: 10.1016/j.msea.2020.140703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional characterization of low-cycle fatigue crack morphology in TRIP-maraging steel: Crack closure, geometrical uncertainty and wear (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang Zhao、Koyama Motomichi、Tsuzaki Kaneaki、Noguchi Hiroshi
  • 雑誌名: International Journal of Fatigue 巻: 143 ページ: 106032～106032
  • DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.106032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatigue Crack Growth at Different Frequencies and Temperatures in an Fe-based Metastable High-entropy Alloy (2021)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Eguchi Takeshi、Tsuzaki Kaneaki
  • 雑誌名: ISIJ International 巻: 61 ページ: 641～647
  • DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-504
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stacking fault aggregation during cooling composing FCC-HCP martensitic transformation revealed by in-situ electron channeling contrast imaging in an Fe-high Mn alloy (2021)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Seo Misaki、Nakafuji Keiichiro、Tsuzaki Kaneaki
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 22 ページ: 135～140
  • DOI: 10.1080/14686996.2021.1877570
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] {111} Trace Analysis in ECC Images ―toward In-Situ Observation of Deformation Behavior in FCC Bulk Specimens (2021)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Nakafuji Keiichiro、Tsuzaki Kaneaki
  • 雑誌名: Journal of the Japan Institute of Metals and Materials 巻: 85 ページ: 17～22
  • DOI: 10.2320/jinstmet.JD202003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen Embrittlement Behavior of Pure Ni and Ni-20Cr Alloy with Different Grain Sizes (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Naohiro、Koyama Motomichi、Kobayashi Kenji、Hojo Tomohiko、Akiyama Eiji
  • 雑誌名: Journal of the Japan Institute of Metals and Materials 巻: 85 ページ: 49～58
  • DOI: 10.2320/jinstmet.J2020036
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Harmless preexisting crack in structures made of hydrogen-embrittlement sensitive materials under monotonic tension (2020)
  • 著者名/発表者名: He Liu, Shigeru Hamada, Hiroshi Noguchi
  • 雑誌名: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Proceedings of 4th International Conference on Material Science and Technology, Wuhan, China) 巻: 774 ページ: 012098～012098
  • DOI: 10.1088/1757-899X/774/1/012098.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Equivalence between shallow notch and shallow crack in structural failure caused by plastic instability (2020)
  • 著者名/発表者名: Liu He、Hamada Shigeru、Koyama Motomichi、Noguchi Hiroshi
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Fracture Mechanics 巻: 108 ページ: 102577～102577
  • DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102577
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shallow crack effect on evaluation of residual tensile strength: Harmless and stable cracks in finite-sized structure made of ductile metals (2020)
  • 著者名/発表者名: Liu He、Hamada Shigeru、Koyama Motomichi、Noguchi Hiroshi
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Fracture Mechanics 巻: 109 ページ: 102734～102734
  • DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102734
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinguishing geometric and metallurgic hydrogen-embrittlement susceptibilities in pre-cracked structures made of interstitial-free steel under monotonic tension (2020)
  • 著者名/発表者名: Liu He、Hamada Shigeru、Koyama Motomichi、Noguchi Hiroshi
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Fracture Mechanics 巻: 108 ページ: 102574～102574
  • DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102574
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of dynamic-strain aging due to excess Mg on fatigue crack growth rate scatter in Al6061-T6 alloy (2020)
  • 著者名/発表者名: Anis Samsol Faizal、Koyama Motomichi、Hamada Shigeru、Noguchi Hiroshi
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Fracture Mechanics 巻: 108 ページ: 102617～102617
  • DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102617
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of micrometer-scale dislocation motion during hydrogen desorption (2020)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Taheri-Mousavi Seyedeh Mohadeseh、Yan Haoxue、Kim Jinwoo、Cameron Benjamin Clive、Moeini-Ardakani Seyed Sina、Li Ju、Tasan Cemal Cem
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 ページ: eaaz1187
  • DOI: 10.1126/sciadv.aaz1187
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen Enhances Shape Memory Effect of a Ferrous Face-Centered Cubic Alloy (2020)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Hao Chunxi、Akiyama Eiji、Tsuzaki Kaneaki
  • 雑誌名: Metallurgical and Materials Transactions A 巻: 51 ページ: 4439～4441
  • DOI: 10.1007/s11661-020-05886-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Mn Content and Grain Size on Hydrogen Embrittlement Susceptibility of Face-Centered Cubic High-Entropy Alloys (2020)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Wang Haoyu、Verma Virendra Kumar、Tsuzaki Kaneaki、Akiyama Eiji
  • 雑誌名: Metallurgical and Materials Transactions A 巻: 51 ページ: 5612～5616
  • DOI: 10.1007/s11661-020-05966-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative Evaluation of Hydrogen Effects on Evolutions of Deformation-Induced ε-Martensite and Damage in a High-Mn Steel (2020)
  • 著者名/発表者名: Hao Chunxi、Koyama Motomichi、Akiyama Eiji
  • 雑誌名: Metallurgical and Materials Transactions A 巻: 51 ページ: 6184～6194
  • DOI: 10.1007/s11661-020-06021-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel -75°C SEM cooling stage: application for martensitic transformation in steel (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuzaki Kaneaki、Koyama Motomichi、Sasaki Ryosuke、Nakafuji Keiichiro、Oie Kazushi、Shibata Akinobu、Gondo Takashi、Miyazaki Hiroya、Akamine Hiroshi、Nishida Minoru
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 70 ページ: 250～254
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfaa051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen, as an alloying element, enables a greater strength-ductility balance in an Fe-Cr-Ni-based, stable austenitic stainless steel (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Yuhei、Hosoi Hyuga、Tsuzaki Kaneaki、Redarce Timothe、Takakuwa Osamu、Matsunaga Hisao
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 199 ページ: 181～192
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2020.08.024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fatigue Behavior in an Fe-N Binary Ferritic Steel: Similarity and Difference between Carbon and Nitrogen (2020)
  • 著者名/発表者名: Habib Kishan、Koyama Motomichi、Sakurada Eisaku、Yoshimura Nobuyuki、Yokoi Tatsuo、Ushioda Kohsaku、Tsuzaki Kaneaki、Noguchi Hiroshi
  • 雑誌名: Tetsu-to-Hagane 巻: 106 ページ: 413～419
  • DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermal Stability of Resistance to Propagation of Mechanically Small Fatigue-cracks in an Fe-N Binary Ferritic Steel (2020)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Habib Kishan、Yokoi Tatsuo、Sakurada Eisaku、Yoshimura Nobuyuki、Ushioda Kohsaku、Tsuzaki Kaneaki、Noguchi Hiroshi
  • 雑誌名: Tetsu-to-Hagane 巻: 106 ページ: 420～428
  • DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-091
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of Mn Addition on Fatigue Limit and Coaxing Effect in Ferritic Steel Containing Solute Carbon (2020)
  • 著者名/発表者名: Uchida Yusui、Koyama Motomichi、Fukushima Yoshihiro、Tsuzaki Kaneaki
  • 雑誌名: Tetsu-to-Hagane 巻: 106 ページ: 402～412
  • DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] パンチ加工が金属材料の強度特性に及ぼす影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 濱田 繁
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会 第181回春季講演大会(2021)，オンライン
• [学会発表] 鉄鋼の高強度・高延性化元素としての水素の新たな一面：Fe-Cr-Ni基合金での一例 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小川祐平, 細井日向, 津﨑兼彰, 高桑脩, 松永久生
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会 第181回春季講演大会 討論会「塑性を起源とする損傷発達の理解とその克服・利活用」
  • 招待講演
• [学会発表] 低積層欠陥エネルギー鋼における水素脆化影響因子 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小山元道
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会 第181回春季講演大会 討論会「塑性を起源とする損傷発達の理解とその克服・利活用」
  • 招待講演
• [学会発表] 固溶炭素を含むフェライト鋼の疲労限およびコーキシング効果に及ぼすMn 添加の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 内田悠翠，小山元道，福島良博，津﨑兼彰
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会 第181回春季講演大会 討論会「塑性を起源とする損傷発達の理解とその克服・利活用」
  • 招待講演
• [図書] Book title: Advances in Hydrogen Embrittlement Study. Chapter: Potential effects of short-range-order on hydrogen embrittlement of stable austenitic steels - a review (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Koyam, B. Bal, D. Canadinc, K. Habib, T. Tsuchiyama, K. Tsuzaki, E. Akiyama
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: Springer Nature