Effect of cryogenic temperature on strain and plastic deformation evolution in impacted fractures of high manganese austenitic steel using neutron Bragg-edge imaging and electron back scattering diffraction

中性子ブラッグエッジイメージングと電子後方散乱回折を用いた高マンガンオーステナイト鋼の衝撃破壊におけるひずみと塑性変形の進展に対する極低温の影響

蒋 立*; Wang, H. H.*; 徐 平光   ; Su, Y. H.  ; 篠原 武尚   ; Wang, Y. W.*

Jiang, L.*; Wang, H. H.*; Xu, P. G.; Su, Y. H.; Shinohara, Takenao; Wang, Y. W.*

高マンガンオーステナイト鋼は極低温構造材料として、液化天然ガス(LNG)、液化水素(LH)を貯蔵および輸送するための加圧貯蔵設備に広く適用されている。極低温衝撃靭性は高マンガンオーステナイト鋼のサービス性能を予測する上で重要であることを考慮すると、衝撃を受けた破壊における残留ひずみと塑性変形の発達を分析し、変形と破壊のメカニズムを深く理解することが重要である。ここでは、高マンガン鋼(24Mn-4Cr-0.4C-0.3Cu)の衝撃を受けた破壊のひずみと塑性変形の発達を、さまざまな極低温での中性子ブラッグエッジ透過(BET)イメージングと電子後方散乱回折(EBSD)によって比較研究した。BETの結果は、破壊近くの大きな塑性変形を伴う領域で、残留ひずみ111が負で、200が正であることを示している。しかし、同じ温度のVノッチ付き衝撃サンプルでは、破壊から遠く離れた領域では、111と200は同様の分布を示している。衝撃温度が低下すると、破壊近くのブラッグエッジ幅の高広がり領域が徐々に減少し、対応する領域での極低温衝撃変形中の局所塑性ひずみが減少したことが明らかになった。これは、さまざまな温度で得られた衝撃靭性値の変化傾向と基本的に一致している。EBSDの結果は、極低温衝撃後の破壊近くの領域で、111と200配向粒子の局所分布密度に明らかな違いを示している。鋼の組織が、極低温衝撃破壊近くの領域での111と200の異なる分布特性を明らかにする主な理由であることが示唆されている。

High manganese austenitic steels as a cryogenic structural material are widely applied in the pressurized storage infrastructures for storing and transporting liquefied natural gas (LNG), liquefied hydrogen (LH). Considering that cryogenic impact toughness is important in predicting the service performance of high manganese austenitic steel, it is critical for analyzing residual strain and plastic deformation evolution in impacted fractures and for deeply understanding the deformation and fracture mechanisms. Here, the strain and plastic deformation evolution of impacted fractures in high manganese steel (24Mn-4Cr-0.4C-0.3Cu) were comparably investigated by neutron Bragg-edge transmission (BET) imaging and electron back scattering diffraction (EBSD) at various cryogenic temperatures. The BET results show that the residual strain 111 is negative and 200 is positive in the region with large plastic deformation near the fracture. However, 111 and 200 in the region far away from the fracture show similar distribution in the V-notched impact sample at the same temperature. With the decrease of impact temperature, the high broadening area of Bragg-edge width near the fracture gradually decreased, revealing that the local plastic strain during cryogenic impact deformation in the corresponding area decreased, which is primarily consistent in the change trend of impact toughness value obtained at various temperatures. EBSD results show evident difference in the local distribution density of 111 and 200-oriented grains in the region near the fracture after cryogenic impacting. It is suggested that the steel texture is a primary reason for clarifying the different distribution features of 111 and 200 in the region near the cryogenic impact fracture.