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2012 年度 実績報告書

結晶粒の形態と方位を制御した高強度高靭性鋼の破壊挙動解明

研究課題

研究課題/領域番号 23360312
研究機関独立行政法人物質・材料研究機構

研究代表者

井上 忠信  独立行政法人物質・材料研究機構, 構造材料ユニット靭性設計グループ, グループリーダー (90354274)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード材料の強靱化 / 破壊 / 結晶粒微細化 / き裂伝播 / 低合金鋼 / 組織制御
研究概要

研究代表者らは,これまで結晶粒を微細にするだけでなく,結晶の形態と方位を精緻に制御することで,衝撃特性を飛躍的に向上させた高強度鋼を開発してきた.その強靭鋼の更なる性能向上と加工プロセス設計を図るためには,静的なき裂感受性試験を通じ,き裂の発生条件,およびその後の進展という破壊挙動と組織の関係を明確にし,強靭な鋼を実現できる最適な組織設計指針を明示することが必要である.
2年目に当たる今年度は,初年度に創成した強度1800MPa級の中炭素鋼を引き続き検討した.特性の異方性と結晶粒の形状の関係を検討するため,開発材(TF材)を700℃×1h.施すことでTFA材を創成した.TF材,TFA材,既存材(QT材)から10mm角×55mm長さの曲げ試験片を抽出し,室温および-196℃で三点曲げ試験を実施した.このとき,圧延方向に垂直なき裂を付与した場合だけでなく(1年目に実施済),棒材長手方向と垂直にダミー材を電子ビーム溶接することで,圧延方向と平行および45°方向のき裂を付与した曲げ試験片も作成し,同条件で試験に施した.また,棒材の長手方向とその方向に垂直な方向から小型の引張り試験片を採取し引張り試験を実施した.初期ノッチが棒材長手方向と直角にある場合,0.2%耐力σys=1.51GPa のQT材の強靱特性(σys×J(破壊エネルギ))は195GPa kJ/m2であった.一方,超微細繊維状結晶粒組織を有するTF材の強靱特性は9642 GPa kJ/m2となり飛躍的に向上する.結晶粒が比較的等軸なTFA材は2171GPa kJ/m2であった.これらの強靱特性の相違は,-196℃でも同じであった.ただし,初期ノッチの方向が棒材長手方向と平行になると,TF材の強靱性は著しく低くなることを示し,材料強靱化には結晶粒径の形状も重要なパラメータであることを明らかにした.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2012年11月の破壊試験の結果、開発材の異方性を取得する試験が上手くいかず、試験片形状の変更と追加の材料創製実験の必要性が生じたため,当初の計画からやや遅れた.

今後の研究の推進方策

懸案事項であった異方性取得の試験がクリアーでき,かつ追加の材料創製も出来ているため,今後当初の計画を加速させる予定である.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of initial notch orientation on fracture toughness in fail-safe steel2013

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue, Y. Kimura
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science

      巻: 48 ページ: 4766-4772

    • DOI

      10.1007/s10853-012-6874-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shape effect of ultrafine-grained structure on static fracture toughness in low-alloy steel2012

    • 著者名/発表者名
      T.Inoue, Y.Kimura, S.Ochiai
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 13 ページ: 035005(10pages)

    • DOI

      DOI:10.1088/1468-6996/13/3/035005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 強くて壊れにくい“強靭鋼”の開発2012

    • 著者名/発表者名
      井上忠信
    • 雑誌名

      MATERIAL STAGE

      巻: 12 ページ: 58-61

  • [学会発表] 塑性加工による組織微細化と材料の強靭化2013

    • 著者名/発表者名
      井上忠信
    • 学会等名
      大阪大学先端機械工学セミナー ―材料加工の最前線―
    • 発表場所
      大阪大学吹田キャンパス(大阪府)
    • 年月日
      20130709-20130709
    • 招待講演
  • [学会発表] 溝ロール圧延による微細粒鋼創成とその破壊特性2012

    • 著者名/発表者名
      井上忠信
    • 学会等名
      日本塑性加工学会圧延工学分科会 第112 回研究会
    • 発表場所
      物質・材料研究機構(茨城県)
    • 年月日
      20121129-20121129
    • 招待講演
  • [学会発表] 超微細フェライト―セメンタイト組織鋼のシャルピー衝撃特性2012

    • 著者名/発表者名
      井上忠信,木村勇次,落合庄治郎
    • 学会等名
      日本塑性加工学会第63回塑性加工連合講演会
    • 発表場所
      北九州国際会議場(福岡県)
    • 年月日
      20121106-20121106
  • [学会発表] 層状破壊を活用した低合金鋼の強靭化2012

    • 著者名/発表者名
      井上忠信,木村勇次,落合庄治郎
    • 学会等名
      日本材料学会第56回日本学術会議材料工学連合講演会
    • 発表場所
      京都テルサ(京都府)
    • 年月日
      20121030-20121030
  • [学会発表] フェールセーフ設計された材料の強靭化(第1報 800MPaクラス級低炭素鋼の衝撃特性)2012

    • 著者名/発表者名
      井上忠信,木村勇次,落合庄治郎
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2012材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県)
    • 年月日
      20120923-20120923
  • [備考] inoino HP

    • URL

      http://www.nims.go.jp/inoino/

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公開日: 2015-05-28  

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