小型中性子源の現場利用を目指した残留オーステナイト相分率測定手法の開発

Development of on-site measurement technique of retained austenite volume fraction by compact neutron source RANS

池田 義雅*; 高村 正人*; 箱山 智之*; 大竹 淑恵*; 熊谷 正芳*; 鈴木 裕士  

Ikeda, Yoshimasa*; Takamura, Masato*; Hakoyama, Tomoyuki*; Otake, Yoshie*; Kumagai, Masayoshi*; Suzuki, Hiroshi

得られる情報が材料表面に限られるX線回折法や電子線後方散乱回折法に比べて、中性子工学回折法は、鉄鋼材料のバルク平均の微視組織の評価が可能な優れた測定技術である。しかしながら、中性子回折法による測定は、原子炉や放射光といった大型実験施設で実施可能なものであり、これまでに小型中性子源が利用されることはなかった。われわれは、陽子線加速器駆動理研小型中性子源RANSを開発するとともに、それを利用することで鉄鋼材料の集合組織変化の実測に成功した。本研究では、RANSを用いて残留オーステナイトの体積率の測定に挑戦した。低フラックスの中性子によりできる限り多くの回折ピークを得るために、バックグランドノイズをできるだけ低減した。体積率はリートベルト解析によって求めた。J-PARCのMLFに設置された工学材料回折装置TAKUMIによって得られた結果と比較すると、RANSにて30分から300分の測定で得られた体積率は、1-2%の誤差で一致した。このように、RANSによる中性子回折を用いることにより、結晶相の体積率の定量解析に成功するなど、工場などにおける小型中性子源の実用化に可能性を示した。

Neutron engineering diffraction is a powerful technique which provides the information of the micro structure of steels in bulk-average, while X-ray diffraction or Electron backscatter diffraction can provide information only from the surface layer. However, such measurement using neutron diffraction is typically performed in a large facility such as a reactor and a synchrotron, while a compact neutron source has never been used for this purpose. Authors have recently developed a neutron diffractometer installed in Riken Accelerator driven compact Neutron Source (RANS) and succeeded in the measurement of texture evolution of a steel sheet. In this study, we made an attempt to measure the volume fraction of retained austenite by RANS. Background noise was carefully eliminated in order to detect as many diffraction peaks as possible with low flux neutrons. The volume fraction was estimated by Rietveld analysis. The accuracy of the measurement result was discussed by comparing with those obtained by a large neutron facility (J-PARC TAKUMI). The volume fraction obtained by RANS with reasonable measurement time, i.e. 30 to 300 min, showed only 1 to 2 % discrepancies with those obtained in J-PARC. These comparisons suggest that neutron diffraction by RANS is capable of quantitative analysis of the volume fraction of crystal phases, showing the possibility of practical use of an in-house compact neutron source in the industry.