2018 Fiscal Year Annual Research Report
Systematization of academic background in grain refinement strengthening of steel
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15H05768
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
高木 節雄 九州大学, 鉄鋼リサーチセンター, 学術研究員 (90150490)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宗藤 伸治 九州大学, 工学研究院, 准教授 (20380587)
土山 聡宏 九州大学, 工学研究院, 教授 (40315106)
中田 伸生 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (50380580)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 結晶粒微細化強化 / 降伏強度 / 臨界粒界応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らは、60ppm以下の極微量の固溶炭素の有無によって結晶粒微細化強化係数が大きく変化し、同じ粒経でも純度に応じて降伏強度が変動することを最近明らかにした。これは、鉄鋼材料の分野では従来の常識を覆す発見である。また、鉄鋼材料にはMn,Si,Ni,Cr,Pなどの置換型元素が必要に応じて添加されるが、これまで、結晶粒微細化強化係数に及ぼす置換型元素の影響については十分な調査はなされていない。本研究では、CやNをTi(C,N)として完全に固定したInterstitial free steel（IF鋼）を使用して、各種の合金元素が結晶粒微細化強化係数に及ぼす影響を系統的に調査してきた。本研究では、多結晶フェライト鋼における降伏機構を明らかにするとともに、固溶強化や結晶粒微細化強化係数に及ぼす各種合金元素の影響を系統的に調査して、鉄鋼材料の強度設計に関するデータベースを再構築することを目的としている。平成30年度は、研究実施計画に従って、Mn,Si,Ni,Cr,Pなどの置換型合金元素を添加したフェライト鋼において、結晶粒微細化強化係数ならびに固溶強化に及ぼす合金元素の影響を継続して調査した。また、多結晶フェライト鋼の降伏メカニズムについては、三次元アトムプローブならびにナノインデンターを用いた解析により、粒界に偏析した炭素ならびに窒素と結晶粒微細化強化係数の間に強い相関性があること、粒界に偏析した炭素ならびに窒素の存在で粒界からの転位放出に必要な臨界粒界応力が高められることなどを明らかにした。さらに、結晶粒微細化強化係数に及ぼす置換型合金元素の影響については、Ni、Si、Mnはそれを高め、CrやPはほとんど影響を及ぼさないことも分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、１）多結晶のフェライト鋼における降伏機構の解明、２）鉄鋼材料の結晶粒微細化強化係数に及ぼす置換型合金元素の影響調査という２つの大きな課題を目的として研究を進めてきた。研究内容としては、購入した走査型電子顕微鏡を用いた組織解析、三次元アトムプローブを用いた粒界偏析に関する調査、ナノインデンターを用いた応力解析、分子動力学法による転位挙動の解析を行ってきたが、当初の計画通りに研究・調査を行ってきた。早期に得られた研究成果についてはすでに学術雑誌に投稿を済ませ、昨年度に得られた研究成果については学術雑誌への投稿準備をしている段階である。分子動力学法による転位挙動の解析については、現在、計算に用いるポテンシャルの信頼性を検証している段階であり、当初の計画通りに本年度中には最終的な解析を終え、研究成果を学術雑誌に投稿する予定である。以上のように、昨年度までにほとんどの研究を終了し、本年度は、学術雑誌への論文投稿や国内外の学会における発表といった情報発信が主な活動予定となっており、当初の計画の通りに着実に研究が実施されたと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．引張り試験結果の解析ならびに学術雑誌への投稿：当初予定していたFe-S合金ならびにFe-Cu合金については製造上の問題でデータが得られなかったが、それ以外のFe-P系、Fe-Ni系、Fe-Cr系、Fe-Si系、Fe-Al系、Fe-MN系の各種合金については、結晶粒微細化強化係数と固溶強化に及ぼす添加元素の影響を計画通りに調査することができた。今後は、得られたデータを解析して、学術雑誌に投稿する予定にしている。
２．三次元アトムプローブを用いた調査で得られた結果の情報発信：フェライト鋼における結晶粒微細化強化係については、粒界に偏析した炭素ならびに窒素の濃度と良好な相関性があることを三次元アトムプローブによる調査で明らかにできた。学術論文への投稿はすでに済ませているので、今後は得られた研究成果を国内外の学会等で発表し、情報の発信に努める。
３．ナノインデンテーション法を用いた解析結果の学術雑誌への投稿：多結晶フェライト鋼の降伏に関して、粒界に偏析した炭素や窒素が粒界からの転位放出に必要な臨界粒界応力を高めていることが推察された。この説を検証するために、昨年度はナノインデンテーション法を用いた応力解析を行ってきた。その結果、臨界粒界応力に関して、ナノインデンテーション試験で現れるPop-in荷重から求めた値と結晶粒微細化強化係数から得られる理論値が良く一致することを確認した。今後は、研究成果をまとめて、学術雑誌に投稿する予定にしている。
４．分子動力学による転位挙動の解析：分子動力学を用いた解析により、粒界から転位を放出させるのに必要なせん断応力を求めた結果、結晶粒微細化強化係数から得られる理論値に近い値となることを確認できた。今後は、得られた成果をまとめて学術雑誌に投稿するとともに、国内外の学会において発表する予定である。
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Research Products
(25 results)
