Determination of detrapping and trapping rate constants for hydrogen based on experimental thermal desorption spectra

実験昇温脱離スペクトルに基づく水素のデトラップ及びトラップ速度定数の決定

海老原 健一   ; 齋藤 圭*; 高井 健一*

Ebihara, Kenichi; Saito, Kei*; Takai, Kenichi*

鉄鋼の水素脆化機構を理解するためには、鋼材中の欠陥における水素トラップ状態を推定する必要あり、水素昇温脱離解析はそのための有効な方法である。しかし、水素昇温脱離解析で得られる昇温脱離スペクトルは、欠陥による水素トラップの情報を含むが、実験条件や水素拡散に影響されるため、数値シミュレーションによる昇温脱離スペクトルの解釈が必要となる。本研究では、数値シミュレーションに必要となる水素のデトラップ及びトラップ速度定数を、焼戻しマルテンサイト鋼の拡散の影響を無視できる程度の厚さの板状試料から得た実験昇温脱離スペクトルから決定し、その速度定数を用いてよりサイズが大きい棒状試料から得たスペクトルの再現を試みた。その結果、得られた速度定数を使ったモデルは、そのスペクトルをうまく再現することができた。この結果から、拡散が無視できる程度の試料の実験スペクトルから得た速度定数は、サイズや形状が異なる試料のスペクトルのシミュレーションでも使えることが分かった。

For understanding hydrogen (H) embrittlement of steels, it is necessary to infer the state that defects trap H in the steels. Thermal desorption spectra of H obtained by the thermal desorption spectrometry (TDS) are used for inferring such a state. Because the thermal desorption spectra include the influence of experimental conditions and hydrogen diffusion as well as information of the defects trapping H, it is necessary to interpret the spectra using the numerical simulation. In the presentation, we determined the detrapping and the trapping rate constants which are necessary for the simulation from the experimental spectra obtained for plate specimens which is so small that H diffusion is ignorable. Then we confirmed that the model using the obtained rate constants can simulate the spectra of larger cylindrical specimens, so that it was found that the rate constant for small specimens can be used for the simulation of the spectra for specimens of different shape or size.