neutron diffraction revealing the achievement of excellent combination of strength and ductility in metastable austenitic steel by grain refinement

その場中性子回折による微細粒準安定オーステナイト鋼の優れた強度と延性の両立の解明

Mao, W.; Gong, W.   ; Harjo, S.   ; 諸岡 聡  ; Gao, S.*; 川崎 卓郎   ; 辻 伸泰*

Mao, W.; Gong, W.; Harjo, S.; Morooka, Satoshi; Gao, S.*; Kawasaki, Takuro; Tsuji, Nobuhiro*

Fe-24Ni-0.3C(wt.%)準安定オーステナイト鋼の降伏応力は、平均結晶粒径が35m(粗粒[CG])から0.5m(超微細粒[UFG])に減少すると3.5倍(158551MPa)に増加したが、引張伸びは大きく維持された(0.870.82)。結晶粒径が力学特性と変形機構に及ぼす影響を定量的に明らかにするため、室温での引張変形中にCGとUFG Fe-24Ni-0.3C鋼のその場中性子回折測定を行った。CGとUFG試料における塑性変形の初期段階は転位すべりによって支配され、変形後期には変形誘起マルテンサイト変態(DIMT)も生じた。結晶粒の微細化により、DIMTの開始応力が大きく増加し、ひずみに関するDIMTの速度が抑制されることがわかった。結果として、(i)結晶粒微細化によりオー ステナイトが安定化し、DIMTに対して最も安定な結晶粒である111//LD(LD:負荷方向)オーステナイト粒でのDIMTの開始が大幅に遅れた。その結果、UFG試験片の111//LDオーステナイト粒のほとんどはマルテンサイトに変態しなかった。(ii)結晶粒の微細化は、マルテンサイト変態の自己促進効果も抑制した。それにもかかわらず、UFG試験片の変態速度が低いDIMTは、CG試験片のより応力を増加させるのに効率がよく、変形中に均一な変形を維持するのに適していた。以上の現象は、UFG準安定オーステナイト鋼の優れた強度と延性の両立に相互に寄与している。

The yield stress of Fe-24Ni-0.3C (wt.%) metastable austenitic steel increased 3.5 times (158 551 MPa) when the average grain size decreased from 35 m (coarse-grained [CG]) to 0.5 m (ultrafine-grained [UFG]), whereas the tensile elongation was kept large (0.87 0.82). neutron diffraction measurements of the CG and UFG Fe-24Ni-0.3C steels were performed during tensile deformation at room temperature to quantitatively elucidate the influence of grain size on the mechanical properties and deformation mechanisms. The initial stages of plastic deformation in the CG and UFG samples were dominated by dislocation slip, with deformation-induced martensitic transformation (DIMT) also occurring in the later stage of deformation. Results show that grain refinement increases the initiation stress of DIMT largely and suppresses the rate of DIMT concerning the strain, which is attributed to the following effects. (i) Grain refinement increased the stabilization of austenite and considerably delayed the initiation of DIMT in the 111//LD (LD: loading direction) austenite grains, which were the most stable grains for DIMT. As a result, most of the 111//LD austenite grains in the UFG specimens failed to transform into martensite. (ii) Grain refinement also suppressed the autocatalytic effect of the martensitic transformation. Nevertheless, the DIMT with the low transformation rate in the UFG specimen was more efficient in increasing the flow stress and more appropriate to maintain uniform deformation than that in the CG specimen during deformation. The above phenomena mutually contributed to the excellent combination of strength and ductility of the UFG metastable austenitic steel.