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論文

放射光X線回折法を用いた積層型高強度鋼板におけるマルテンサイト層の局所変形挙動評価

小島 真由美*; 城 鮎美*; 鈴木 裕士; 井上 純哉*; 菖蒲 敬久; 徐 平光; 秋田 貢一; 南部 将一*; 小関 敏彦*

材料, 66(6), p.420 - 426, 2017/06

The strain distribution in a multilayered steel composite, which consists of martensite and austenite layers, was evaluated by energy dispersive X-ray diffraction to investigate the homogeneity of deformation in the martensite layer under uniaxial loading. A dog-bone shape specimen with a martensite layer with 0.2 mm in a thickness, sandwiching by austenite layers with 0.4 mm in thickness, was utilized in this study. A change in strains as a function of tensile loading was measured at the center of the martensite layer as well as near the interface between the martensite and austenite layers. Furthermore, the residual strain distributions were measured in the martensite layer of the unloaded specimens after different applied strains. As a result, slight inhomogeneous deformation was found at the beginning of the plastic deformation in the martensite layer although no local deformation was recognized even near the interface between austenite and martensite layers. After further deformation, mismatch of plastic deformation between austenite and martensite layers was reduced, and the martensite layer deformed homogeneously. Therefore, an unstable interface phenomenon might not be caused by the intrinsic factors with a mesoscopic scale discussed in this experiment.

論文

Stress partitioning behavior of multilayered steels during tensile deformation measured by in situ neutron diffraction

小島 真由美*; 井上 純哉*; 南部 将一*; 徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 小関 敏彦*

Scripta Materialia, 66(3-4), p.139 - 142, 2012/02

 被引用回数:49 パーセンタイル:92.71(Nanoscience & Nanotechnology)

Stress partitioning in multilayered steels consisting of martensitic and austenitic layers was measured during tensile deformation by in situ neutron diffraction measurements to investigate the mechanism of improved strength-elongation combinations. The deformation mode can be classified into three stages, and the results indicated that the applied stress is effectively transferred to the martensitic phase, because no stress concentration sites exist, owing to the multilayered structure. Hence, even as-quenched martensite deformed uniformly, resulting in improved strength-elongation balance in multilayered steels.

口頭

Optimization of multiphase textures measured by neutron diffraction

徐 平光; Vogel, S. C.*; 鈴木 裕士; 目時 直人; 南部 将一*; 井上 純哉*; 秋田 貢一

no journal, , 

中性子回折は金属材料のバルク集合組織を測定できるが、測定精度は中性子回折装置に依存している。本文はJRR-3ガイドホイルにおいてMUSASI-LとRESA-2角度分散法中性子回折とHIPPPO飛行時間法中性子回折を用い、高強度複層鋼板オーステナイトSUS301/マルテンサイトSUS420J2の集合組織を測定し、定量的に比較した。中性子回折装置RESA-2で一次元検出器を用いたプロファイルをガウス積分した回折強度を基づいた結晶方位分布関数(ODF)結果と比較すると、MUSASI-L多目的中性子装置でピック回折強度に基づく集合組織測定結果はよく一致した。HIPPO飛行時間法中性子回折法は短時間で集合組織を測定できるが、角度分解能が低いため、最適化処理しても測定精度はやや低いことを示した。

口頭

角度分散法と飛行時間法中性子回折による集合組織評価技術の比較と最適化

徐 平光; 鈴木 裕士; 目時 直人; 秋田 貢一; Vogel, S. C.*; 南部 将一*; 井上 純哉*

no journal, , 

Compared with the X-ray diffraction, neutron diffraction is advantageous to measure complete pole figures of coarse-grained materials, to measure magnetic/residual strain/dislocation density/crystal size pole figures and it is also possible to investigate complex texture evolutions of bulk samples (rather than surfaces) of multiphase materials during heating, cooling and/or straining. Here, the crystallographic textures of high strength austenite-martensite laminated steel were measured with different neutron diffractometers. The comparison of orientation distribution functions showed that the Gaussian integrated intensities obtained from partially overlapping peaks were reliable to calculate the multiphase textures. Collimator optimized neutron beam and careful background correction enabled peak maximum intensities from non-overlapping peaks suitable to evaluate the multiphase textures. The Rietveld texture analysis of time-of-flight neutron diffraction spectra suggested that the spherical harmonic method and the E-WIMV discrete method were convincible up to an expansion series of L$$_{max}$$=12 and at a resolution angle of 10 degrees, respectively. In the near future, the development of time-of-flight texture measurement technique at J-PARC will be valuable to carry out the in situ texture evaluation while the introduction of 2-dimensional position-sensitive detector to the angle dispersive diffractometer will reduce the measurement time.

口頭

変形中その場中性子回折測定による複層鋼板の応力分配挙動解析

小島 真由美*; 井上 純哉*; 南部 将一*; 小関 敏彦*; 徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士

no journal, , 

近年、鋼の強度-延性バランス向上の目的で組織の複合化が進められてきた。小関らは焼入れのままマルテンサイト 鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板を積層し板厚や界面強度を制御した複層鋼板を作製することで顕著な力学的特性の向上を実現した(最大強度1.2GPa以上 破断伸び20%以上)。また、単体では5%程度の伸びに限定されたマルテンサイト鋼にも十分な塑性変形が生じていることを走査型電子顕微鏡によるすべり帯観察や局所的塑性ひずみ測定によって確認している。しかし、硬質層と軟質層間の応力分配については未検討であり、積層形状が鋼の変形に及ぼす影響については必ずしも明らかになっていない。そこで本研究では変形中その場中性子回折法を用いて異なる組織ごとの内部応力を変形中にモニタリングし複層鋼板の応力分配挙動を測定することとした。低応力域では軟質のオーステナイト組織が先に降伏し硬質のマルテンサイト組織は応力を担うのに対し、高応力域ではマルテンサイト組織も降伏すると同時にオーステナイト組織も転位強化され応力を担い始めることを示した。

口頭

Microstructure evaluation of multilayered steel after tensile deformation

徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 小島 真由美*; 南部 将一*; 井上 純哉*; 小関 敏彦*

no journal, , 

As-quenched martensite is of low ductility and generally not suitable for direct usage as an important sheet structural material. By using the sandwich-type structure, the multilayered steel composite was reported to possess good strength-ductility balance. In order to evaluate the plastic deformation characteristics of martensite, the angle dispersive neutron diffraction technique was here employed to investigate the residual strain and texture evolution after uniaxial tensile deformation of SUS301/420J2 multilayered steel composite. It is found that the evident plastic deformation occurred in martensite. The tensile residual strain occurred in martensite both along tensile and transverse directions of multilayered steel composite. The change in integrated intensity shows that the martensite ductility improvement is partially related to the enhancement of work-hardening ability of martensite through the deformation induced martensite transformation from austenite.

口頭

放射光回折測定によるオーステナイト/焼入れマルテンサイト複層鋼板の変形挙動の検討

小島 真由美*; 井上 純哉*; 南部 将一*; 小関 敏彦*; 徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.

no journal, , 

複層鋼板では、従来鋼板を凌駕する強度-延性バランスが実現されており、その変形挙動について興味が持たれる。前報では、変形中その場中性子回折法を用いて各ひずみレベルにおける内部応力測定を行い、降伏点や加工硬化挙動の違いに起因してマルテンサイトとオーステナイト間で応力分配が生じる点を明らかにした。また、脆性的な焼入れマルテンサイトにおいても複層化によって十分な塑性変形が生じることを示した。しかしながら、中性子回折では材料全体のマクロな応力分配挙動は明らかになったものの、界面を考慮したミクロな応力分布については未だ不明である。一方で、放射光は集光性が高く数十$$mu$$mの空間分解能を有する。そのため、本研究で用いる数百$$mu$$m程度の層内における応力分布を評価するには有効な手法と考えられる。また、白色光であるため、1つのスペクトル中に多数のhkl反射が含まれ、変形の結晶方位依存性に関する評価も可能と期待される。そこで本研究では、放射光回折を用いて、変形前の変形後における層内の残留応力,結晶回転,内部ひずみ(転位密度)分布を評価することとした。初期状態において、マルテンサイトでは圧縮の残留ひずみ、オーステナイトではマルテンサイトとバランスをとるように引張の残留ひずみが測定された。変形後は硬質なマルテンサイトでは弾性的な変形をするため引張ひずみに転じるが、層内の応力分布は比較的均一に生じることが明らかとなった。

口頭

Strain and texture evaluation of multilayered steel after tensile deformation

徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 小島 真由美*; 井上 純哉*; 南部 将一*; Vogel, S. C.*; 小関 敏彦*

no journal, , 

As-quenched martensite is of low ductility and generally not suitable for direct usage as an important sheet structural material. By using the sandwich-type structure alternatively with martensite steel layer and austenite steel layer, the multilayered steel composite after hot rolling, cold rolling and short-time solid solution treatment was reported to possess good strength-ductility balance. In order to evaluate the plastic deformation characteristics of martensite, the neutron diffraction techniques were here employed to investigate the evolution of the residual strain, the bulk texture and the deformation induced martensite transformation after uniaxial tensile deformation of SUS301/420J2 multilayered steel composite at different engineering strains. The neutron diffraction studies finally suggests that the martensite ductility improvement is mostly related to the sandwich-type multiphase layer structure and partially related to the enhancement of work-hardening ability of martensite through the deformation induced martensite transformation from austenite.

口頭

白色X線を利用した複層鋼板内部ひずみ評価

城 鮎美; 菖蒲 敬久; 鈴木 裕士; 小島 真由美*; 南部 将一*; 井上 純哉*

no journal, , 

複層鋼板は高強度-高延性の相反特性を両立させるために開発された新規材料である。現在は自動車の車体への実用化に向けて研究が進められているが、高強度-高延性の発現機構については未だに不明な点が多い。そこで本研究では、マルテンサイト鋼とオーステナイト鋼を複層化した複層鋼板を測定対象とし、放射光白色X線によって層内のひずみ分布を明らかにしようと試みた。その結果、マルテンサイトの界面と相中心部では変形に伴う格子ひずみの値が一致しており、マルテンサイト層内は均一に変形していることが明らかになった。変形に伴い、マルテンサイトが均一変形し続けることが、複層鋼板の高延性発現の要因であると考えられる。

口頭

Martensite tensile deformation and bulk texture evolution in austenite-martensite multilayered steel by neutron diffraction

徐 平光; 小島 真由美*; 井上 純哉*; 城 鮎美; 秋田 貢一; 南部 将一*; 鈴木 裕士; Harjo, S.; Gong, W.; 友田 陽; et al.

no journal, , 

Monolithic low carbon martensite steel is rarely applied as an important structural sheet material because of its very low tensile ductility. Recently, some austenite-martensite multiphase steels with proper multilayer structure design have been found to possess a high uniform elongation similar to the commercial high strength steel sheets (such as DP590) even at a double tensile strength. It is valuable to clarify why the martensite in the multiphase multilayer condition may approach a much higher ductility than that in the monolithic condition through high statistical texture measurement. The monolithic martensite during uniform deformation shows similar deformation characteristic to the monolithic ferrite in IF steel. However, for the martensite in multiphase multilayered condition, it is found that the main crystallographic orientation of martensite layer from {111}$$<$$112$$>$$ component at 0% tensile strain rotated to {111}$$<$$110$$>$$ component at 15% tensile strain through the transition of {556}$$<$$1-75$$>$$+{221}$$<$$01-2$$>$$ split texture components. It suggested that the inter-layer constraint in multiphase multilayered steel induced such difference in martensite during tensile deformation, which finally resulted into much higher elongation than the monolithic martensite steel.

口頭

引張変形中複層鋼板に生じるひずみ分布評価

小島 真由美*; 井上 純哉*; 安藤 風花*; 南部 将一*; 小関 敏彦*; 徐 平光; 城 鮎美; 秋田 貢一; 菖蒲 敬久; 鈴木 裕士

no journal, , 

材料の複合化により強度と延性の相反する特性の両立が図られている。本研究グループでは高強度鋼と高延性鋼を積層型に組み合わせた複層鋼板の開発および研究を進めており、焼き入れマルテンサイト鋼を高強度層に採用した複層鋼板では優れた力学的特性を得ている。しかしながら、高強度高延性を同時に追求するためには強度と延性の差異が顕著な材料で構成する必要があるため、層ごとや層内のミクロ組織に起因したひずみや応力の分配挙動が平均の力学的特性を左右することが予想される。また、界面剥離といった複合材料特有の問題が生じる可能性もあり、様々なスケールで生じるひずみ分布の把握は複層鋼板の力学的特性を考える上で重要である。そこで本研究では、中性子・放射光回折法や光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡を用いた画像相関法による引張変形時のひずみ測定を行い複層鋼板中に生じるひずみ測定を行った。その場引張変形中性子回折と放射光回折による界面付近の弾性歪み測定結果により、力学的特性の差異が顕著な組み合わせであっても、界面剥離やクラックが生じる事なく高負荷ひずみレベルまで両組織に応力が効率よく伝達していることが確認された。一方で、光学顕微鏡を用いた画像相関法により巨視的に生じるネッキングの開始点よりも小さな負荷ひずみレベルにおいて、塑性ひずみの局所化が観察視野内に生じることが確認された。

口頭

Tensile deformation and texture evolution in brittle/ductile multilayered steel sheet studied by neutron diffraction

徐 平光; 小島 真由美*; 鈴木 裕士; 南部 将一*; 井上 純哉*; 小貫 祐介*; Harjo, S.; 秋田 貢一

no journal, , 

Bulk textures of austenite/nickel/martensite/nickel/austenite multilayered steel and monolithic martensite steel after uniaxial extension were off-line measured using time-of-flight neutron diffraction texture measurement and Rietveld texture analysis techniques. The martensite layer containing {111}$$<$$112$$>$$ initial component exhibited certain {111}$$<$$hkl$$>$$-fiber orientation splitting characteristics during 5$$sim$$10% extension, then such transient splitting texture components reoriented into {111}$$<$$110$$>$$ component after 15% extension. The comparison with ferrite texture evolutions in ferrite-austenite multilayered steel and ferrite monolithic steel revealed that above orientation splitting is related to the multiphase interlayer constraint and the phase stress partitioning between martensite and austenite.

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