マルテンサイト変態可視化システムとX線CTによる水素脆性メカニズムの解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19KK0095
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内一 哲哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70313038)
• 研究分担者: 武田 翔 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (10826225) ; 榎 浩利 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (90160374) ; 飯島 高志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 招聘研究員 (90356402) ; 鯉渕 弘資 茨城工業高等専門学校, 国際創造工学科, 研究員 (00178196) ; Kim Hyunjeong 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (00614645)
• 研究期間 (年度): 2019-10-07 – 2023-03-31
• キーワード: 材料評価 / 非破壊評価 / 破壊力学 / 水素脆性 / オーステナイト系ステンレス鋼

研究実績の概要

本研究課題では、相変態の観点からのオーステナイト系ステンレス鋼の水素脆性のメカニズム解明を解明するために、水素チャージ材の材料試験時にマルテン サイト変態のその場観察を定量的に行う新しいシステムを開発し、相変態のモニタリングを行う。開発したシステムを用いて得られる定量的な相変態の時系列情報に基づいてマルテンサイト変態が水素脆性に寄与するメカニズムを明らかにする。4年目にあたる 2022年度は、以下の研究について実施し、成果をあげた。
日本側メンバーが相手機関のフランスINSA-Lyon の共同研究者とともに、フランスのシンクロトロン放射光施設において水素チャージ試験片の相分析を行い、水素チャージにより加工誘起マルテンサイト変態が促進されるメカニズムについて考察した。水素チャージ試験片の引張試験時に相変態のその場分析を行った結果、水素チャージによりイプシロン相の生成が促進され、イプシロン相を経てマルテンサイト相が生成していることを確認した。
また、高感度磁気光学素子を用いた渦電流試験装置を構築し、マルテンサイト変態評価の空間分解能を向上させた。水素チャージ試験片の疲労亀裂周辺の相分布と、水素チャージ試験片の引張り試験片の相分布を比較することが可能となった。再測定を行った結果、疲労試験片においては、水素チャージによりマルテンサイト変態が抑制されており、引張り試験とは異なる形でマルテンサイト変態が寄与している可能性を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic indicators for evaluating plastic strains in electrical steel: Toward non-destructive assessment of the magnetic losses (2023)
  • 著者名/発表者名: Shurui Zhang, Benjamin Ducharne, Gael Sebald, Sho Takeda, Tetsuya Uchimoto
  • 雑誌名: NDT and E International 巻: 134 ページ: 102780 1～12
  • DOI: 10.1016/j.ndteint.2022.102780
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of fatigue crack of hydrogen-charged austenitic stainless steel by electromagnetic and ultrasonic techniques (2022)
  • 著者名/発表者名: Sho Takeda, Yoshikazu Ohara, Tetsuya Uchimoto, Hirotoshi Enoki, Takashi Iijima, Eri Tokuda, Takumi Yamada, Yuzo Nagatomo
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 47 ページ: 32223～32234
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.07.105
  • 査読あり
• [学会発表] 渦電流試験による水素チャージしたオーステナイト系ステンレス鋼のマルテンサイト相変態とマイクロクラックの評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 呉 泰成, 武田 翔, 内一 哲哉, 味戸 沙耶, 小山 元道, 秋山 英二
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部 東北学生会 第53回学生員卒業研究発表講演会
• [学会発表] Evaluation of the Hydrogen Effect on Stress Field during Fatigue Testing of Austenitic Stainless Steel by Digital Image Correlation (2022)
  • 著者名/発表者名: Sho TAKEDA, Tetsuya UCHIMOTO, Damien FABREGUE, Justine PAPILLON, Joel LACHAMBRE
  • 学会等名: 20th International Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics (ISEM 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Inductance spectroscopy for electrical steel characterization (2022)
  • 著者名/発表者名: Benjamin DUCHARNE, Gael SEBALD, Shurui ZHANG, Sho TAKEDA, Tetsuya UCHIMOTO
  • 学会等名: 20th International Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics (ISEM 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] 渦電流磁気指紋法を用いた炭素鋼における圧縮残留応力の定量的評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 滝上紘大, 武田翔, 内一哲哉
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M 2022 材料力学カンファレンス
• [学会発表] 磁気光学効果を利用した高解像渦電流試験プローブの性能評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金井一樹，武田 翔，内一哲哉，石橋隆幸
  • 学会等名: 日本非破壊検査協会 2022年度 秋季講演大会
• [学会発表] Performance Evaluation of High Resolution Eddy Current Probe Using Magneto-Optical Effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Kanai, Sho Takeda, Tetsuya Uchimoto, Takayuki Ishibashi
  • 学会等名: The 19th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2022)
  • 国際学会