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小山 元道*; 山下 享介*; 諸岡 聡; 澤口 孝宏*; Yang, Z.*; 北條 智彦*; 川崎 卓郎; Harjo, S.
鉄と鋼, 110(3), p.197 - 204, 2024/02
The local plasticity and associated microstructure evolution in Fe-5Mn-0.1C medium-Mn steel (wt.%) were investigated in this study. Specifically, the micro-deformation mechanism during L
ders banding was characterized based on multi-scale electron backscatter diffraction measurements and electron channeling contrast imaging. Similar to other medium-Mn steels, the Fe-5Mn-0.1C steel showed discontinuous macroscopic deformation, preferential plastic deformation in austenite, and deformation-induced martensitic transformation during Lders deformation. Hexagonal close-packed martensite was also observed as an intermediate phase. Furthermore, an in-situ neutron diffraction experiment revealed that the pre-existing body- centered cubic phase, which was mainly ferrite, was a minor deformation path, although ferrite was the major constituent phase.
小山 元道*; 山下 享介*; 諸岡 聡; Yang, Z.*; Varanasi, R. S.*; 北條 智彦*; 川崎 卓郎; Harjo, S.
鉄と鋼, 110(3), p.205 - 216, 2024/02
deformation experiments with cold-rolled and intercritically annealed Fe-5Mn-0.1C steel were carried out at ambient temperature to characterize the deformation heterogeneity during Lders band propagation. Deformation band formation, which is a precursor phenomenon of Lders band propagation, occurred even in the macroscopically elastic deformation stage. The deformation bands in the Lders front grew from both the side edges to the center of the specimen. After macroscopic yielding, the thin deformation bands grew via band branching, thickening, multiple band initiation, and their coalescence, the behavior of which was heterogeneous. Thick deformation bands formed irregularly in front of the region where the thin deformation bands were densified. The thin deformation bands were not further densified when the spacing of the bands was below 
10 
m. Instead, the regions between the deformation bands showed a homogeneous plasticity evolution. The growth of the thin deformation bands was discontinuous, which may be due to the presence of ferrite groups in the propagation path of the deformation bands. Based on these observations, a model for discontinuous Lders band propagation has been proposed.
ders deformation in an Fe-5Mn-0.1C medium-Mn steel小山 元道*; 山下 享介*; 諸岡 聡; 澤口 孝宏*; Yang, Z.*; 北條 智彦*; 川崎 卓郎; Harjo, S.
ISIJ International, 62(10), p.2036 - 2042, 2022/10
被引用回数：5 パーセンタイル：64.46(Metallurgy & Metallurgical Engineering)The local plasticity and associated microstructure evolution in Fe-5Mn-0.1C medium-Mn steel (wt.%) were investigated in this study. Specifically, the micro-deformation mechanism during Lders banding was characterized based on multi-scale electron backscatter diffraction measurements and electron channeling contrast imaging. Similar to other medium-Mn steels, the Fe-5Mn-0.1C steel showed discontinuous macroscopic deformation, preferential plastic deformation in austenite, and deformation-induced martensitic transformation during Lders deformation. Hexagonal close-packed martensite was also observed as an intermediate phase. Furthermore, an in-situ neutron diffraction experiment revealed that the pre-existing body-centered cubic phase, which was mainly ferrite, was a minor deformation path, although ferrite was the major constituent phase.
ders band propagation in an Fe-5Mn-0.1C medium Mn steel clarified through 
scanning electron microscopy小山 元道*; 山下 享介*; 諸岡 聡; Yang, Z.*; Varanasi, R. S.*; 北條 智彦*; 川崎 卓郎; Harjo, S.
ISIJ International, 62(10), p.2043 - 2053, 2022/10
被引用回数：2 パーセンタイル：32.54(Metallurgy & Metallurgical Engineering) deformation experiments with cold-rolled and intercritically annealed Fe-5Mn-0.1C steel were carried out at ambient temperature to characterize the deformation heterogeneity during Lders band propagation. Deformation band formation, which is a precursor phenomenon of Lders band propagation, occurred even in the macroscopically elastic deformation stage. The deformation bands in the Lders front grew from both the side edges to the center of the specimen. After macroscopic yielding, the thin deformation bands grew via band branching, thickening, multiple band initiation, and their coalescence, the behavior of which was heterogeneous. Thick deformation bands formed irregularly in front of the region where the thin deformation bands were densified. The thin deformation bands were not further densified when the spacing of the bands was below 10 m. Instead, the regions between the deformation bands showed a homogeneous plasticity evolution. The growth of the thin deformation bands was discontinuous, which may be due to the presence of ferrite groups in the propagation path of the deformation bands. Based on these observations, a model for discontinuous Lders band propagation has been proposed.
北條 智彦*; 柴山 由樹; 味戸 沙耶*; 小山 元道*; 秋山 英二*
まてりあ, 61(7), p.413 - 418, 2022/07
本稿では自動車用高強度鋼板の水素脆化研究の紹介、および著者らの最近の研究成果の紹介を行った。自動車用高強度鋼板は優れた延性やプレス成形性を確保するため、微細組織を鋼中に微細均一に残留
を存在させた複相組織とすることが検討されており、水素脆化挙動に及ぼす微細組織の影響をより複雑化する。また、曲げ加工、深絞り加工、穴広げ加工、せん断加工等のプレス成形様式によって変形様式が大きく異なり、高強度鋼板に付与される塑性ひずみ、残留応力が異なるため、プレス加工も高強度鋼板の水素脆化特性評価を複雑化する因子となっている。自動車用高強度鋼板の水素脆化特性評価、水素脆化挙動の詳細な解析は、微細組織の複相化の効果、応力、塑性ひずみの効果を複合的に考慮する必要があり、これまでの高力ボルトの水素脆化研究から得られた知見をもとに、今後、自動車用高強度鋼板の耐水素脆化特性に関する研究がさらに進むことが期待される。
西村 隼杜*; 北條 智彦*; 味戸 沙耶*; 柴山 由樹*; 小山 元道*; 齋藤 寛之*; 城 鮎美*; 安田 良*; 菖蒲 敬久; 秋山 英二*
鉄と鋼, 107(9), p.760 - 768, 2021/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Metallurgy & Metallurgical Engineering)本研究では、球頭パンチを用いて張出し加工を施した引張強さ1000MPa級の一般的な焼戻しマルテンサイト鋼をプレス成形部品のモデルサンプルとして採用し、その水素脆化特性を評価した。残留応力分布は、SPring-8のBL14B1の白色X線を用いたエネルギー分散XRDによって求めた。さらにFEMを用いて張出し加工後の試験片の残留応力、および塑性ひずみ分布を解析した。その結果、水素チャージにより張出し試験片の張出し側のFoot部で、面対称に2つのき裂が発生し、半径方向に伝播すること、XRDとFEMにより得られた残留応力分布によると、円周方向の引張応力はFoot部で最大値を示し、この円周方向の最大引張応力が作用した位置はき裂発生位置とよく一致し、応力がき裂発生の要因となっていることなどが示唆された。
柴山 由樹; 北條 智彦*; 小山 元道*; 齋藤 寛之*; 城 鮎美*; 安田 良*; 菖蒲 敬久; 松野 崇*; 秋山 英二*
ISIJ International, 61(4), p.1322 - 1329, 2021/04
被引用回数：3 パーセンタイル：25.78(Metallurgy & Metallurgical Engineering)The effects of stress and plastic strain distributions on the hydrogen embrittlement fracture of the U-bent martensitic steel sheet specimen were investigated. The hydrogen embrittlement testing of the U-bent specimen was performed. Fracture morphology mainly consisting of intergranular fracture was found inside the hydrogen charged U-bent specimen, which indicated that the crack initiation took place in the interior, and shear lips were found near both surfaces of the U-bent sheet. The synchrotron X-ray diffraction measurement and the finite element simulation were utilized to analyze the stress and plastic strain distributions in the thickness direction of the U-bent specimen. The elastic strain distributions obtained by the measurement showed a good agreement with the simulation. The crack initiation site of the hydrogen-charged U-bent specimen was considered to be correspondent with the region where the tensile stress was the highest, suggesting that the maximum tensile stress predominantly determine the crack initiation.
西村 隼杜*; 北條 智彦*; 味戸 沙耶*; 柴山 由樹*; 小山 元道*; 齋藤 寛之*; 城 鮎美*; 安田 良*; 菖蒲 敬久; 秋山 英二*
ISIJ International, 61(4), p.1170 - 1178, 2021/04
被引用回数：3 パーセンタイル：25.78(Metallurgy & Metallurgical Engineering)The effects of residual stress on the hydrogen embrittlement behavior of a tempered martensitic steel sheet with 1-GPa-class tensile strength stretch-formed by a hemisphere punch simulating press-formed automotive structural parts were investigated. Cracking on the stretch-formed specimen induced by potentiostatic hydrogen charging was initiated in the foot of the impression of the specimen and propagated to the radial direction both toward the hillside and the plain. The mixture of quasi cleavage and intergranular fractures were observed whole through the fracture surface. Residual stress in the stretch-formed specimens was analyzed by using energy-dispersive X-ray diffraction method utilizing the synchrotron X-ray radiation at SPring-8. In addition, stress and plastic strain distributions in the specimen were analyzed by using Finite Element Method (FEM). These analyses depicted that the high tensile stress in the circumferential direction was in the foot of the impression, corresponding to the direction of the crack growth. The FEM analysis revealed that the high triaxial stress was in the foot suggesting accumulation of hydrogen. It was considered that the preferential crack initiation at the foot was promoted by the high residual stress in the circumferential direction and the hydrogen accumulation due to stress-induced diffusion.
北條 智彦*; Kumai, B.*; 小山 元道*; 秋山 英二*; 脇 裕之*; 齋藤 寛之*; 城 鮎美*; 安田 良*; 菖蒲 敬久; 長坂 明彦*
International Journal of Fracture, 224(2), p.253 - 260, 2020/08
被引用回数：14 パーセンタイル：67.28(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では、超高強度変態誘起塑性ベイナイトフェライト鋼の水素脆化特性に及ぼす予ひずみの影響を自動車フレーム部品への応用に向けて調査した。具体的には、3から10%の引張予ひずみでは全伸びに比べて水素による機械的劣化を抑制したが、12から15%の予ひずみ試験片では、水素充填後に伸びを示さなかった。これは3から10%の予ひずみの有利な効果が、残留オーステナイトに関連する亀裂発生の抑制に起因していたためであり、事前に予ひずみが与えられたTRIP鋼では、水素チャージ前に保持されたオーステナイトの体積分率が減少され、それによって優先的な亀裂開始サイトと伝播経路の既存の確率を減少させたと考えられる。一方、12から15%などの高い予ひずみを与えると、加工硬化のために予ひずみが効果的に機能せず、その結果、水素脆化感受性が増加し、転位の増殖により水素含有量が大幅に増加したと考えられる。
小山 元道*; 北條 智彦*; 宮本 吾郎*; 諸岡 聡; 山下 享介; 澤口 孝宏*; 峯 洋二*; 眞山 剛*; 興津 貴隆*; 榊原 睦海*; et al.
no journal, ,
高強度-高延性鋼を開発するために近年盛んに研究されてきた対象は、高Mn鋼と変態誘起塑性(TRIP)鋼である。高Mn鋼の研究を通して、Mn利用による積層欠陥エネルギーおよび相変態挙動の制御の重要性が再認識された。また、素材コストも睨みながら、従来の延性強度バランスを打破するには、未変態オーステナイトのTRIP効果を利用することが有効であるとの見方も広く受け入れられてきた。これら高Mn鋼とTRIP鋼の研究が合流する形で、TRIP効果を示す中Mn鋼が注目されている。中Mn鋼は優れた延性強度バランスを示す。しかし、複相であること、化学組成や熱処理条件に敏感であること、変形誘起マルテンサイト変態を示すこと、大きなリューダース変形を示すこと、応力ひずみ応答においてセレーションが現れること等に起因して、非常に複雑な塑性変形挙動を呈する。そのため、その優れた力学特性発現の機構は未だ不明瞭である。本講演では、その優れた力学特性の原因を組織発達および塑性変形挙動解析に基づいて明らかとするための研究戦略を示し、その妥当性と応用展開を広く議論する。
諸岡 聡; 山下 享介*; 小山 元道*; 城 鮎美*; 冨永 亜希; 菖蒲 敬久
no journal, ,
自動車産業や鉄鋼メーカーは成形性を満足し、より燃料効率の高い部材に対して、より軽く、耐衝撃性を向上させるためにより高強度で、より費用効果の高い鋼を開発している。これらのニーズを満たすために開発されている鋼は、第3世代先進高張力鋼として知られている。この高張力鋼は、フェライト,マルテンサイト、及び未変態オーステナイトを利用して、オーステナイトの存在により、鋼は塑性変形をさらに拡大することができ、オーステナイト自体が塑性変形すると、マルテンサイトに変態し、鋼の全体的な強度が向上する。特に、冷間圧延+2相域焼鈍鋼では、フェライトとオーステナイトが混在したサブミクロンサイズの超微細等軸粒組織を呈し、数%の降伏伸び(リューダース変形)が生じる。しかしながら、このリューダース変形機構は未だに明確な定義がなされておらず、リューダース変形機構の解明を進めるためにはさらなる調査が必要である。そこで、本研究では、放射光X線回折法によるリューダース変形その場観測を行い、冷間圧延と2相域焼鈍した5Mn-0.1C鋼のリューダース変形を詳細に観測することを目的とする。本実験はSPring-8に設置されたBL22XUを使用して、放射光X線回折法による引張変形中その場測定を実施した。引張変形による任意時間の回折パターンの変化に対して、格子面間隔・積分強度の情報を評価することで、リューダース変形中の応力分配及び体積率の変化をマッピングすることに成功した。
ders band propagation in a medium Mn steel小山 元道*; 山下 享介*; 諸岡 聡; Yang, Z.*; Varanasi, R.*; 北條 智彦*; 川崎 卓郎; Harjo, S.
no journal, ,
The micro-deformation of an Fe-5Mn-0.1C medium Mn steel consisting of face-centered cubic and body-centered cubic phases was characterized through multi-scale in situ scanning electron microscopy. Specifically, multiscale in situ back-scatter electron imaging coupled with ex situ electron backscatter diffraction measurements was conducted under tensile testing. The Fe-Mn-C alloy showed macroscopically localized deformation (i.e., Lders deformation), and the deformation-localized region consisted of multiple find deformation bands. The hierarchical structure of the deformation bands initiated from a specimen side edge and propagated to the other side edge. More microscopically, the plastic deformation preferentially progressed in a face-centered cubic phase, and temporarily stopped when the fine deformation band encountered a group of body-centered cubic grains, which resulted in zigzag propagation of the fine deformation bands. Through coalescence of fine deformation bands, a thick macroscopic deformation band formed. By repetition of the micro-deformation process, the thick deformation band front moved along the tensile direction from an end of the gauge portion to the other end.
諸岡 聡; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 山下 享介*; 小山 元道*; 澤口 孝宏*; 芳賀 芳範
no journal, ,
第3世代先進高張力鋼とされるQ&P鋼や5mass%前後のMnを添加した中Mn鋼等は、フェライト,マルテンサイト、及びオーステナイトを利用している。この三相の微視組織では、オーステナイトの存在により、鋼は塑性変形をさらに拡大することができ、オーステナイト自体が塑性変形すると、マルテンサイトに変態し、鋼の全体的な強度が向上する。特に、Millerにより提起された中Mn鋼は、2相域焼鈍し、その温度に保持することで、高温域におけるオーステナイト中にC, Mnを濃化させ、30vol.%以上の多量のオーステナイトを残存させることを可能とした。その結果として、第3世代先進高張力鋼の目標に合致する優れた強度-延性バランスを発揮することができる。これまで、Koyamaらは、5Mn-0.1C鋼において、室温における機械特性と詳細な微視組織観察の結果から変形機構の解明を進めている。一方で、Yamashitaらは、低温における機械特性を評価し、室温(298K)と比較して、降伏強度が非常に高くなることを報告しているが、その原因については言及していない。そこで、本研究では、中性子回折法による低温環境下その場測定を用いて、5Mn-0.1C鋼の低温挙動を観測し、低温環境における特異な力学特性の解明を進めることを目的とする。
小山 元道*; 北條 智彦*; Varanasi, R.*; 山下 享介*; 諸岡 聡; 川崎 卓郎; Harjo, S.
no journal, ,
鉄鋼材料では、リューダース変形のようなマクロ不均一変形から微視組織に依存したミクロ不均一変形まで、様々なスケールでの不均一塑性発達が知られる。特に、近年発展が著しい高強度複相鋼板ではミクロレベルの不均一塑性発達が著しく、これが強くマクロ力学特性に影響している。つまり、マクロ変形および特性を制御するためにはミクロ変形を理解することが不可欠となっている。例えば、高延性高強度を両立する中Mn鋼の不均一塑性発達は、初期組織だけでなく、変態誘起塑性に由来した変形中における結晶構造変化(マルテンサイト変態)が、ミクロ変形挙動を複雑化させている。降伏挙動だけを考える場合でも、フェライトと準安定オーステナイトで構成される微細等軸粒を有する中Mn鋼では、その複相組織およびマルテンサイト変態に由来したミクロ不均一変形だけでなく、これに連動したマクロな不均一変形、すなわちリューダース変形が起こるためにその理解は容易ではない。この複雑性のため、中Mn鋼の降伏挙動は未だ研究が続いている。本講演では、マルチスケールその場観察を通して得られた中Mn鋼のリューダース変形挙動の一端を示す。
味戸 沙耶*; 西村 隼杜*; 北條 智彦*; 小山 元道*; 藤田 健一*; 柿沼 洋*; 秋山 英二*; 柴山 由樹
no journal, ,
近年、自動車車体の軽量化による燃費の向上を目的として、自動車用鋼板は高強度化が進められている。しかし、鉄鋼材料は高強度化にともない、水素脆化感受性の増加が問題となる。自動車用鋼板は、プレス成形にともない材料内部には塑性ひずみと残留応力が不均一に導入される。この不均一な塑性ひずみおよび残留応力は、材料中での水素拡散挙動へ影響し、鋼中の水素濃度分布が局在化する可能性がある。したがって、プレス成形鋼板の水素脆化特性を理解するためには、プレス成形で導入される塑性ひずみや残留応力で変化する水素拡散挙動を明らかにする必要がある。我々は、これまで水素と反応すると色が変化するIr錯体を用いた水素可視化法の開発に取り組み、純鉄を透過した水素を可視化することに成功した。本研究では、この水素可視化法を張出し成形鋼板へ適用し、水素拡散挙動の分布解析を試みた。さらに、有限要素法(FEM)を用いて塑性ひずみと残留応力分布を解析し、塑性ひずみと残留応力が水素拡散挙動へ与える影響を調査した。
諸岡 聡; 山下 享介*; 小山 元道*; Harjo, S.; 菖蒲 敬久
no journal, ,
第3世代先進高張力鋼の目標に合致する優れた強度-延性バランスを発揮させるために開発された中Mn鋼は、冷間圧延加工した後に2相域焼鈍することで、フェライトと残留オーステナイトが混在した1m以下の超微細等軸粒組織を呈し、数%の特異な降伏点伸び(Lders帯の伝播を伴う塑性変形)を生じる。本研究は、中性子及び放射光X線回折法によるその場測定の利点を有効活用して、冷間圧延加工後に2相域焼鈍を施した5Mn-0.1C鋼の引張変形挙動の解明を進める。本手法を用いて、引張変形中のフェライト,残留オーステナイト,加工誘起マルテンサイトの格子ひずみ(応力)変化及び、相分率変化を捉えることで、5Mn-0.1C鋼の引張変形挙動である降伏現象、降伏点伸び、加工硬化を解釈することに成功した。
諸岡 聡; 小山 元道*; 川崎 卓郎; Harjo, S.
no journal, ,
Medium Mn steels have been actively investigated due to their excellent balance between material cost and mechanical properties. In particular, medium Mn steel with a nominal chemical composition of Fe-5.0Mn-0.1C (mass%) fabricated by intercritical annealing 923 K for 1.8 ks after cold-rolling, was the high-strength mechanical properties at low temperature. This strengthening mechanism evaluated by means of in-situ neutron diffraction under low temperature (engineering materials diffractometer (TAKUMI) at Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC)), electron back scatter diffraction (EBSD), low temperature differential scanning calorimetry (DSC) and low temperature magnetic susceptibility measurement. We found that as the sample temperature decreases, face-centered cubic (FCC) structure transferred face-centered tetragonal (FCT) structure. Namely, it suggests that austenite transformed martensite like Fe-Pd or Fe-Pt alloy. Therefore, the origin of the high-strength mechanical properties at low temperature was in the presence of FCT martensite. This study got partially support from MEXT Program: Data Creation and Utilization Type Material Research and Development (JPMXP1122684766).
