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論文

パーライトにおける内部応力の動的緩和と結晶方位関係の選択

雨宮 雄太郎*; 中田 伸生*; 諸岡 聡; 小坂 誠*; 加藤 雅治*

鉄と鋼, 105(2), p.314 - 323, 2019/02

 パーセンタイル:100(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

パーライト変態中の応力緩和機構をより深く理解するために、電子線後方散乱回折法(EBSD)を用いて、セメンタイトの格子定数比を局所分析した。その結果、ラメラ状態のセメンタイトの格子定数比は球状態のセメンタイト粒子と大きく異なることを発見した。これは、パーライト組織がラメラ構造を維持する限り、ある程度の内部応力を保持することを実証した結果である。さらに、パーライト組織中の内部応力は、923Kの等温保持により、鉄原子の界面原子拡散が生じ、徐々に減少することを発見した。しかしながら、マイクロメカニクスを用いたPitsch-Petchの方位関係を満足させたフェライトとセメンタイトを仮定した内部応力の理論計算では、ミスフィット転位や構造レッジの導入により、パーライト変態中に多くの内部応力が緩和するという結果が得られている。つまり、パーライト組織の持つ内部応力は2つの異なるプロセスによって、動的緩和が進行すると考えられる。すなわち、それは、ナノ組織の形成による緩和と、時間に依存した焼鈍による緩和である。また、EBSD分析と中性子回折により測定したセメンタイトの格子定数は、異なる値を示した。これは、パーライトの階層組織に起因した局所情報とバルク平均情報の差異であると考えられる。

論文

原子力材料評価のための最新ナノミクロ分析技術の新展開,2; 中性子回折法による材料強度研究

諸岡 聡; 鈴木 裕士

日本原子力学会誌, 60(5), p.289 - 293, 2018/05

中性子回折法は、中性子線の優れた透過能を活かすことで、数センチメートルオーダーの材料深部の応力・ひずみを非破壊で測定できる唯一の測定技術であり、種々の機械構造物の製品開発や機械設計、材料開発や既存材料の信頼性評価に大きく貢献できる。本講座では、中性子回折法による応力・ひずみ測定技術の原理および工学回折装置の特徴について述べるとともに、その応用例として、溶接部の残留応力測定、およびステンレス鋼の変形挙動その場観察について紹介する。

論文

Inverse pole figure mapping of bulk crystalline grains in a polycrystalline steel plate by pulsed neutron Bragg-dip transmission imaging

佐藤 博隆*; 塩田 佳徳*; 諸岡 聡; 戸高 義一*; 足立 望*; 定松 直*; 及川 健一; 原田 正英; Zhang, S.*; Su, Y.; et al.

Journal of Applied Crystallography, 50(6), p.1601 - 1610, 2017/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:20.86(Chemistry, Multidisciplinary)

A new mapping procedure for polycrystals using neutron Bragg-dip transmission is presented. This is expected to be useful as a new materials characterization tool which can simultaneously map the crystallographic direction of grains parallel to the incident beam. The method potentially has a higher spatial resolution than neutron diffraction imaging. As a demonstration, a Bragg-dip neutron transmission experiment was conducted at J-PARC on beamline MLF BL10 NOBORU. A large-grained Si-steel plate was used. Since this specimen included multiple grains along the neutron beam transmission path, it was a challenging task for existing methods to analyze the direction of the crystal lattice of each grain. A new data-analysis method for Bragg-dip transmission measurements was developed based on database matching. As a result, the number of grains and their crystallographic direction along the neutron transmission path have been determined.

論文

Prediction method of improved residual stress distribution by shot peening using large scale analysis method

生島 一樹*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(3), p.NT87_1 - NT87_5, 2017/11

In this work, an analysis system that can analyze the modification of the residual stress distribution by peening is proposed based on IEFEM. In the proposed analysis system, IEFEM is extended to consider the dynamic effect to analyze the dynamic phenomenon with an impulsive load. The impulsive load due to the collision of shots is modeled as an equivalent load model. The equivalent load model is integrated with IEFEM considering the dynamic effect to calculate spatially and temporally random load in dynamic analyses. Using the proposed analysis system, the residual stress distribution modification by shot peening in a multi-pass welded pipe joint is predicted. The residual stress distributions obtained by the analysis are compared with those measured by X-ray diffraction (XRD), and the effect of the number of shot collisions on the change in residual stress distribution is discussed.

論文

Changes of dislocation density and dislocation arrangement during tensile deformation in lath martensitic steels

Harjo, S.; 川崎 卓郎; 諸岡 聡

Advanced Experimental Mechanics, 2, p.112 - 117, 2017/10

To understand strengthening mechanism in lath martensitic steels, in situ neutron diffractions during tensile deformation for 22SiMn2TiB steel and Fe-18Ni alloy were performed using TAKUMI of J-PARC. Profile analyses were performed using Convolutional Multiple Whole Profile (CMWP) fitting and Williamson-Hall (W-H) methods. As results, the dislocation densities as high as 10$$^{15}$$ m$$^{-2}$$ in the as-quenched states of both steels were determined hardly to change or slightly increase by the CMWP method. The reliability of the dislocation density obtained from the W-H method was low, because the whole profile was not considered for the analysis. In the former method, the values of parameter M related to dislocations arrangement was found to decrease rapidly for both steels at the beginning of plastic deformation. Hence, high work hardening in the lath martensitic steels was considered due to the dislocations rearrangements with plastic deformation.

論文

Study on shot peened residual stress distribution under cyclic loading by numerical analysis

生島 一樹*; 木谷 悠二*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡

溶接学会論文集(インターネット), 35(2), p.75s - 79s, 2017/06

In this research, to investigate the effect of shot peening on operation, an analysis method to predict the behavior of stress distribution on shot peening was proposed. In the proposed system, the load distribution on the collision of shots was modeled, and it was integrated with the dynamic analysis method based on the Idealized explicit FEM (IEFEM). The thermal elastic plastic analysis method using IEFEM was applied to the analysis of residual stress distribution of multi-pass welded pipe joint. The computed residual stress distribution was compared with the measured residual stress distribution using X-ray diffraction (XRD). As a result, it was shown that the both welding residual stress distribution agree well with each other. Considering the computed welding residual stress distribution, the modification of stress distribution due to shot peening was predicted by the proposed analysis system.

論文

Numerical analysis of residual stress distribution on peening process

生島 一樹*; 柴原 正和*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; 西川 聡*; 古川 敬*

Welding in the World, 61(3), p.517 - 527, 2017/05

本研究では、先ず、ショットピーニングプロセスにおける残留応力の挙動を予測するための解析手法を提案した。この手法ではショットの衝突時の荷重分布をモデル化し、さらに、理想化陽解法FEM解析手法(IEFEM)に基づく動的解析法と組み合わせた。提案した解析システムの解析精度は、ショット一発が衝突した際の応力分布をABAQUSによる解析結果と比較することで確認した。IEFEMを用いて熱弾塑性解析を実施し、配管のマルチパス溶接における溶接残留応力の解析を実施し、解析結果をX線回折による残留応力測定結果と比較し、両者がよく一致することを確認した。次いで、ショットピーニングによる溶接残留応力の変化を提案システムによって解析した。その結果、多量のショットを衝突した場合の残留応力は、解析と実験とでよく一致した。

論文

Energy-resolved small-angle neutron scattering from steel

大場 洋次郎*; 諸岡 聡; 大石 一城*; 鈴木 淳市*; 高田 慎一; 佐藤 信浩*; 井上 倫太郎*; 土山 聡宏*; Gilbert, E. P.*; 杉山 正明*

Journal of Applied Crystallography, 50(2), p.334 - 339, 2017/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:51.3(Chemistry, Multidisciplinary)

Recent progress of pulsed neutron sources has enabled energy-resolved analysis of neutron attenuation spectra, which include information on neutron scattering. In this study, a new analysis technique for small-angle neutron scattering (SANS) is demonstrated. A clear difference is observed in the neutron attenuation spectra between steels with different nanostructures; this difference can be understood as arising from attenuation due to SANS. The neutron attenuation spectra, calculated from the corresponding SANS profiles, agree well with the experimentally observed attenuation spectra. This result indicates that measurement of neutron attenuation spectra may enable the development of a novel experimental technique, i.e. energy-resolved SANS (ESANS).

論文

加熱中その場放射光X線回折による焼もどし組織の定量解析

諸岡 聡; 川田 裕之*; 大場 洋次郎*; 佐藤 真直*

平成28年度SPring-8産業新分野支援課題・一般課題(産業分野)実施報告書, p.95 - 98, 2017/00

Q&P(Quench and Partitioning)プロセスは、鉄鋼材料を高い衝撃吸収性を維持したまま高強度化するための有効的なミクロ組織制御法の一つである。本研究は、Q&Pプロセスで重要となる炭素分配挙動を任意の時間軸で観測し、炭素拡散挙動を定量化することを目的とする。本実験は産業利用IビームラインBL19B2を使用して、加熱中その場放射光X線回折測定を実施した。加熱による任意時間の回折線に対して、格子面間隔・積分強度の情報を評価することで、ミクロ組織の変化の乏しい温度域での炭素分配挙動を把握することに成功した。

論文

Characterization of microstructure using Bragg edge and energy-resolved small-angle neutron scattering

大場 洋次郎; 諸岡 聡; 大石 一城*; 鈴木 淳市*; 土山 聡宏*; Gilbert, E. P.*

Proceedings of 5th International Symposium on Steel Science (ISSS 2017), p.151 - 154, 2017/00

中性子散乱は鉄鋼中のミクロ組織の定量評価に適した実験手法であり、鉄鋼研究分野での活用が進んできている。特に、中性子回折法は鉄鋼母相の格子ひずみや結晶集合組織等の解析に利用され、中性子小角散乱法は析出物や介在物等の第二相の解析に利用されている。鉄鋼の力学特性には母相と第二相の両方が密接に関わっていることから、鉄鋼のミクロ組織と特性の関係を明らかにするためには、回折と小角散乱の両方を測定し、両者から得られる情報を合わせて総合的に考える必要がある。近年、J-PARC等の新しいパルス中性子源が稼働し、ブラッグエッジ解析やエネルギー分析型中性子小角散乱法等の新しい中性子散乱測定手法が利用可能になったことで、実験のフレキシビリティが向上し、回折と小角散乱を同時に測定しやすい環境が整ってきた。そこで、これらを活用した回折と小角散乱の同時測定について、鉄鋼材料への適用例を基に議論する。

論文

中性子透過率スペクトル測定を利用した新しい中性子散乱実験

大場 洋次郎*; 諸岡 聡; 佐藤 博隆*; 佐藤 信浩*; 井上 倫太郎*; 杉山 正明*

波紋, 26(4), p.170 - 173, 2016/11

Based on the time-of-light (TOF) technique, new generation pulsed neutron sources enable novel neutron scattering experiments. Using small-angle neutron scattering (SANS) at the pulsed neutron sources, simultaneous measurements of SANS and Bragg edge transmission can be performed. From the SANS profiles, the precipitates and inclusions in metals and alloys are characterized, while the Bragg edge transmission spectra give crystallographic information about the matrix. This is a powerful tool for quantitative characterization of the microstructures in the metals and alloys. The neutron transmission experiments have potential for further development. Magnetic Bragg edge transmission analysis will be useful for magnetic materials. These new neutron scattering techniques enhance the usability and flexibility of neutron scattering experiments.

論文

Magnetic scattering in the simultaneous measurement of small-angle neutron scattering and Bragg edge transmission from steel

大場 洋次郎*; 諸岡 聡; 大石 一城*; 佐藤 信浩*; 井上 倫太郎*; 足立 望*; 鈴木 淳市*; 土山 聡宏*; Gilbert, E. P.*; 杉山 正明*

Journal of Applied Crystallography, 49(5), p.1659 - 1664, 2016/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:37.25(Chemistry, Multidisciplinary)

Pulsed neutron sources enable the simultaneous measurement of small-angle neutron scattering (SANS) and Bragg edge transmission. This simultaneous measurement is useful for microstructural characterization in steel. Since most steels are ferromagnetic, magnetic scattering contributions should be considered in both SANS and Bragg edge transmission analyses. An expression for the magnetic scattering contribution to Bragg edge transmission analysis has been derived. The analysis using this expression was applied to Cu steel. The ferrite crystallite size estimated from this Bragg edge transmission analysis with the magnetic scattering contribution was larger than that estimated using conventional expressions. This result indicates that magnetic scattering has to be taken into account for quantitative Bragg edge transmission analysis. In the SANS analysis, the ratio of magnetic to nuclear scattering contributions revealed that the precipitates consist of body-centered cubic Cu$$_{0.7}$$Fe$$_{0.3}$$ and pure Cu, which probably has 9R structure including elastic strain and vacancies. These results show that effective use of the magnetic scattering contribution allows detailed analyses of steel microstructure.

口頭

Various applications of bulk texture measurement technique by neutron diffraction

徐 平光; 鈴木 徹也*; 行武 栄太郎*; 諸岡 聡*

no journal, , 

For sheet/pipeline metallic materials, texture control is one of important technical fields in order to realize good formability. Though the X-ray diffraction and the electron backscattering diffraction are usually used in the texture researches, the neutron diffraction can directly measure the bulk textures of various materials and provide high statistical texture information for the material property simulation. In this paper, several research cases of bulk texture measurements based on MUSASI-L/RESA-2 neutron diffractometer were introduced, including IF steel, multilayered steel composite, magnesium alloy and titanium alloy, suggesting that the broad application of bulk texture evaluation technique has become available in Japan.

口頭

Real time neutron small-angle scattering during cementite spheroidization

Su, Y.; 友田 陽; 鈴木 淳市*; Harjo, S.; 大沼 正人*; 諸岡 聡*

no journal, , 

In plastic forming like forging of high carbon steel, cementite spheroidization heat treatment is used for softening to guarantee ductility of raw material. During the process, steel is kept at high temperature for a long time and lamellar cementite is changed to spheroidized cementite, which results in a distribution of cementite particles of different size throughout the ferrite matrix. In order to shorten the heat treatment time and give a detail explanation on the pearlite spheroidization, SANS and dilatometry were employed to investigate microstructure during annealing process for a bulky pearlite steel in this study.

口頭

その場中性子回折によるLPSO型マグネシウム合金の特異な塑性変形挙動の観測

諸岡 聡; Gong, W.; Harjo, S.; 相澤 一也

no journal, , 

本研究は動的な引張-圧縮間その場中性子回折を用いて濃度変調と構造変調を伴ったシンクロ型LPSOマグネシウム合金の可逆繰り返し硬化挙動を調査することを目的とする。最大引張応力と最大圧縮応力は繰返し数の増加に伴い上昇し、繰返し数200回時の最大引張応力と最大圧縮応力はそれぞれ+97.4 and -176.7MPaである。これは、最大圧縮応力が圧縮変形時に生じる双晶(キンク帯)の影響により最大引張応力よりも大きくなったと示唆しており、このキンク帯は、動的な引張-圧縮間の(${it hk-il}$)結晶粒群の積分強度の変化から可逆的生成・消滅が生じている証拠が本実験手法により得られている。

口頭

鋼中に含まれる硬質/軟質分散第2相粒子の塑性変形挙動

諸岡 聡; 大場 洋次郎*; 土山 聡宏*; 赤間 大地*; Gilbert, E. P.*

no journal, , 

本研究は、中性子小角散乱(SANS)法を用いて任意の圧下率を与えた圧延材に対して、第2相粒子の塑性変形挙動を定量的に理解することを目的とする。特に、冷間圧延加工による硬質分散VC粒子(母相より剛性が高い粒子)と軟質分散Cu粒子(母相より剛性が低い粒子)の形態、粒子径、数密度などの変化に着目して定量解析する。硬質粒子の場合、圧下率の増加に伴い、形態、粒子径、数密度の変化が非常に小さいことから、母相が大きく塑性変形しても粒子自体は塑性変形しにくいことが分かる。したがって、硬質粒子は変形能が小さいため、大きな加工硬化は得られるが、粒子割れやボイド形成の核となることから延性の低下を招く。一方で、軟質粒子の場合、圧下率の増加に伴い、形態、粒子径、数密度の変化が非常に大きいことから、母相の大きな塑性変形とともに粒子自体も塑性変形しやすいことが分かる。したがって、軟質粒子は変形能が大きいため、大きな加工硬化を得ることは困難であるが、粒子自体が塑性変形し、内部応力を緩和する作用があるため、延性を維持することができる。このように小角散乱測定は微細な析出物の塑性変形挙動を定量的に観測するツールとしても有効的である。

口頭

中性子応力測定装置RESA-1の現状と高度化

鈴木 裕士; 秋田 貢一; 諸岡 聡

no journal, , 

中性子回折法は、中性子線の優れた透過能を生かすことで、数センチメートルオーダーの材料深部の応力・ひずみを非破壊で測定できる測定技術として知られている。日本原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3ビームホールには、応力測定専用の角度分散型中性子回折装置RESA-1が設置されている。震災以降、5年以上に及ぶ長期間の停止を余儀なくされているが、その間に、本回折装置の健全性確認作業を行うとともに、後述する装置高度化を行ってきた。まず、より広範囲なひずみマッピングを可能にするため、垂直方向に300mmの駆動距離を持つ新しいZステージを開発・導入した。一方、入射中性子線強度向上と波長選択範囲の改善を図るべく、Si(100)ウエハ積層型モノクロメータシステムの開発を進めている。縦集光と横集光の自動制御が可能な新しい結晶曲げ機構の開発により、サンプル位置における効率的な集光を実現するとともに、Si(400)対称反射や[110]晶帯の利用により、これまでよりも短い波長の選択が可能になる。理論計算やモンテカルロシミュレーションによる検討、および、理化学研究所小型中性子源RANSを用いた実験的検証から、従来比2$$sim$$2.5倍の中性子強度を期待している。さらに、光学系調整の簡便化と高精度化のために、回折装置を構成する種々光学系の自動化を進めている。本発表では、RESA-1の現状と高度化について報告する。

口頭

ピーニング後の残留応力分布に及ぼす外荷重の影響に関する検討

柴原 正和*; 木谷 悠二*; 生島 一樹*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 諸岡 聡; 鈴木 裕士

no journal, , 

本研究では、われわれが開発したショットピーニングによる残留応力予測システムを用いて、ショットピーニングによる残留応力低減効果の持続性について数値解析により検討した。その結果、今回対象とした同材円管多層溶接継手においては、1%圧縮ひずみサイクルを負荷した場合、ピーニングによる残留応力低減効果が消失する可能性があることを確認した。

口頭

異材溶接配管継手の軸圧縮下残留応力挙動の評価

木谷 悠二*; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; 川崎 卓郎; 相澤 一也; et al.

no journal, , 

ショット粒衝突時の荷重分布をモデル化し、理想化陽解法FEMに対して導入することで、ショットピーニングによって発生する残留応力を予測可能な解析システムを構築した。次いで、ショットピーニングを施工した異材円筒多層溶接試験体に対して軸方向圧縮荷重を負荷し、荷重負荷状態および負荷後の弾性ひずみ分布を中性子回折により測定した。その結果、解析値と実測値の定性的傾向は互いに対応することが確認され、構築した解析システムの妥当性が示された。

口頭

応力改善工法で付与した圧縮残留応力の持続性評価,1; 理想化陽解法FEMを用いたショットピーニング解析手法の開発

山田 祐介*; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 木谷 悠二*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡

no journal, , 

ショットピーニング時のショット粒の部材への衝突における荷重分布をモデル化した等価荷重モデルを作成し、理想化陽解法FEMに統合することで、ショットピーニングによる残留応力を予測できる解析システムを構築した。構築した解析システムを、ビードオンプレートを模擬したモデルのショットピーニングによる残留応力改善に適用し、ショット粒の衝突量と残留応力分布の変化について議論する。

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