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三浦 靖史*; 鈴木 賢治*; 諸岡 聡; 菖蒲 敬久
Quantum Beam Science (Internet), 8(1), p.1_1 - 1_14, 2024/03
Probabilistic fracture mechanics (PFM) is expected as a reasonable structural integrity assessment method for nuclear components such as piping, whose main degradation phenomenon is stress corrosion cracking (SCC). Some input parameters are necessary for PFM analysis, and welding residual stress is one of the most important parameters because welding residual stress affects SCC initiation and propagation. Recently, a double exposure method (DEM) with synchrotron X-ray has been proposed, and the method is an expected candidate for the measurement of welding residual stress with a high spatial resolution. In this paper, the DEM was applied to measure the residual stress of the plate specimen, which was cut from the welded pipe using electrical discharge machining, and detailed stress maps under a plane stress state were obtained. Furthermore, the residual stress distributions of the welded pipe under a triaxial stress state were also evaluated using neutron diffraction. From these results, the method for obtaining a detailed stress map of the welded pipe by the complementary use of high-energy synchrotron radiation X-rays and neutrons was proposed.
伊與田 宗慶*; 松田 朋己*; 佐野 智一*; 茂田 正哉*; 菖蒲 敬久; 湯本 博勝*; Koyama, Takahisa*; Yamazaki, Hiroshi*; 仙波 泰徳*; 大橋 治彦*; et al.
Journal of Manufacturing Processes, 94, p.424 - 434, 2023/05
被引用回数：3 パーセンタイル：57.26(Engineering, Manufacturing)Aluminum alloys are increasingly being applied to automobile bodies to reduce the weight of automobiles. In joining steel materials and aluminum alloys using resistance spot welding (RSW), it is important to control the state of intermetallic compounds due to the temperature at the joining interface. In other words, in RSW of Fe/Al dissimilar materials, it is necessary to clarify the heating and cooling phenomena of the interface temperature during joining. Although the convection behavior of the molten aluminum alloy is thought to influence the temperature distribution at the joining interface, there are no studies that have directly observed this phenomenon. In this study, convection in molten zone of aluminum alloy during RSW of steel and aluminum alloy is discussed. Direct observations were attempted in order to clarify the convection behavior of the molten aluminum alloy in RSW of steel and aluminum alloy. The main feature of this experiment is that a real-scale test piece and an RSW apparatus used in actual production were used to observe convection during actual production. The observation experiments were conducted using synchrotron radiation X-ray at SPring-8. During welding, the specimens were irradiated with synchrotron radiation X-ray, and convection was observed from the behavior of tracer particles placed on the specimens. As a results, three types of convection were observed: radial outward convection from the center of the molten zone at the joining interface, convection from the edge of the molten zone toward its center, and weak circulating convection at the edge of the molten zone. And, small convection velocities were generated at the edge of the molten zone. Furthermore, the convection velocity inside the molten zone was calculated to be approximately 1.75 m/s. In addition, it was shown that there is a correlation between convection behavior and the shape of the molten zone.
山崎 泰広*; 篠宮 啓介*; 奥村 忠晴*; 鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 中村 唯我*
Quantum Beam Science (Internet), 7(2), p.14_1 - 14_12, 2023/05
The suspension plasma spray (SPS) technique has attracted attention because of its various microstructures, which can be achieved by mixing submicron spray particles with a solvent to form a suspension. Thermal barrier coatings (TBCs) with a columnar structure, which might achieve high strain tolerance, can be obtained using the SPS technique. In this study, the internal stress distribution of the SPS-TBC with different columnar structures was evaluated by hybrid measurement using high-energy synchrotron X-ray diffraction analysis and laboratory low-energy X-rays. The effect of microstructure on the internal stress distribution of the SPS-TBC was discussed on the basis of the experimental results. In addition, the in-plane internal stress was decreased by decreasing the column diameter. The thin columnar microstructure of the SPS-TBC has superior strain tolerance. The internal stresses in the column of the SPS-TBC are periodic decrements caused by stress relaxation in porous layers.
鈴木 賢治*; 三浦 靖史*; 城 鮎美*; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 菖蒲 敬久; 諸岡 聡
材料, 72(4), p.316 - 323, 2023/04
Residual stresses in small-bore butt-welded pipe of austenitic stainless steel have never been measured. It is difficult to obtain a detailed residual stress map of the root welded part, because the gauge volume in neutron diffraction is large. The stress evaluation of the welded part by synchrotron X-rays was also difficult due to the dendritic structure. In this study, a double exposure method (DEM) with high-energy synchrotron X-rays was applied to measuring the details of the residual stress of the welded part, and we succeeded in obtaining the detailed axial and radius stress maps of the root welded part of the plate cut from the welded pipe, though the stress map was under the plane stress condition. The hoop stress map of the butt-welded pipe was obtained using the strain scanning method with neutrons under the triaxial stress state. The axial and radius stress maps under triaxial stress state were made up using the complementary use of the synchrotron X-ray and neutron. As a result, the detailed stress maps of the root welded part of the butt-welded pipe were obtained. The obtained map sufficiently explained the initiation and propagation of SCC.
Np and 
Am gamma ray regions福田 竜生; 小畠 雅明; 菖蒲 敬久; 吉井 賢資; 神谷 潤一郎; 岩元 洋介; 牧野 高紘*; 山崎 雄一*; 大島 武*; 白井 康裕*; et al.
Journal of Applied Physics, 132(24), p.245102_1 - 245102_8, 2022/12
被引用回数：1 パーセンタイル：17.38(Physics, Applied)Ni/SiCショットキー接合による放射線から電気エネルギーへの変換を、特にAm (30keV)及びAm (60keV)の
線に着目して調べた。変換効率は吸収量ベースで最大1.6%であった。SiCは比較的放射線耐性があることから、これは放射性廃棄物からの線エネルギーの再生に利用できる可能性を示している。また、高X線光電子分光(HAXPES)及び二次イオン質量分析法(SIMS)を組み合わせることで、接合界面にNi-Si化合物が生成されると効率が低下することも分かった。これは電気測定に加えてHAXPES及びSIMSの2つの手法を組み合わせて判明したことであり、今後のデバイス作成プロセスへのフィードバックが期待できる結果である。
鈴木 賢治*; 倉 己萌*; 三浦 靖史*; 城 鮎美*; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久
材料, 71(12), p.1005 - 1012, 2022/12
放射光X線を用いてオーステナイト系ステンレス鋼の溶接部応力測定を実施した。溶接部のX線応力測定の課題は、回折スポットが半径方向および円周方向に広がることである。当該課題を解決するために溶接部からなる角棒の曲げひずみを70keVの放射光単色X線と二重露光法を用いて測定した。2次元検出器からの回折パターンは、テクスチャーマテリアルからのパターンのような鋭い弧を示した。当該結果より回折プロファイルを円周方向の回折強度を積分から取得し、回折角度は二重露光法を使用して決定した。その結果、溶接部の残留応力分布を測定することに成功した。
鈴木 賢治*; 山田 みなみ*; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*
材料, 71(4), p.347 - 353, 2022/04
30keVのシンクロトロン放射光X線による二重露光法(DEM)を用いたアルミ合金の残留応力に関してはすでに成功している。しかしながら、高エネルギー放射光X線の領域でDEMは未だ試されていない。本研究では、約70keVのシンクロトロンX線で焼きばめ材の応力を測定した。検出器としては、CdTeピクセル検出器とDDC検出器を用いた。SUS304の焼きばめ試験片の粒径は、43
mのやや粗大な粒であり、回折環は斑点状であった。やや粗大粒であったが、DEMによって焼きばめ試験片の応力を測定することができた。その結果、DEMは粗大粒の応力測定に優れていることがわかる。また、検出器間距離を大きくすることが精度をよくする効果がある。他方、検出位置を増やしても精度改善効果はなかった。
稲見 俊哉*; 菖蒲 敬久; 石井 賢司*
IEEE Transactions on Magnetics, 57(3, Part 2), p.6400105_1 - 6400105_5, 2021/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Electrical & Electronic)Although the observation of magnetic domains well below the surface of a sample appears to be relatively easy, in reality, magnetic domains inside metallic samples have not been investigated in detail due to a lack of adequate techniques. Non-resonant magnetic X-ray diffraction (NRMXRD) is a candidate for such 3-D magnetic microscopy. A relatively small focus size of less than 100 nm and a relatively long attenuation length of more than 100 m can be obtained by using high-energy synchrotron X-rays. However, NRMXRD has a disadvantage in that the magnetic contrast is low. It is known that the magnetic contrast in NRMXRD increases with increasing the total polarization of the incident X-rays. In this feasibility study, we carried out NRMXRD experiments on a metallic iron sample to examine whether the magnetic contrast can be sufficiently enhanced even for high-energy X-rays.
鈴木 賢治*; 城 鮎美*; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 菖蒲 敬久
Quantum Beam Science (Internet), 4(3), p.25_1 - 25_14, 2020/09
粗大粒で構成される材料の2次元回折パターンはリング状とはならずスポット状となるため、従来の回折計と0次元検出器を利用したひずみスキャンニング法では応力評価が困難である。この課題を解決するために2次元検出器を利用した2重露光法を提案した。本研究ではこの技術を白色X線に対して適用するための技術開発を行った。粗大粒で構成される材料に白色X線を照射すると得られる回折はラウエスポットとなる。そこで検出するエネルギーを制限できるCdTeピクセル2次元検出器の開発とそれを利用した応力評価を行った。その結果、オーステナイト系ステンレス鋼を供試材とする曲げ試験片に対して、ほぼ理論値通りのひずみ分布を計測することに成功した。今後、当該技術の向上を図り、実機材料に適用していきたいと考えている。
熊田 高之; 大場 洋次郎; 元川 竜平; 諸岡 聡; 冨永 亜希; 谷田 肇; 菖蒲 敬久; 金野 杏彩; 大和田 謙二*; 大野 直子*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 528, p.151890_1 - 151890_7, 2020/01
被引用回数：1 パーセンタイル：12.16(Materials Science, Multidisciplinary)ステンレス鋼の放射線照射によるナノ構造変化観測用異常分散X線小角散乱(ASAXS)装置を開発した。イオンビーム照射前後のMA956試料の散乱パターンを比較したところ、Cr析出物の形状は全く変化していないことが判明した。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*
材料, 68(4), p.312 - 317, 2019/04
溶接等の熱加工後の材料においては粗大粒を有する場合が多い。これらの加工後の残留応力を把握することは構造物の健全性の観点から非常に重要視されている。本研究では、粗大粒を持つ材料のX線応力測定法として、2次元検出器と高エネルギー放射光を組み合わせた二重露光法を提案し、その実用性を確認した。アルミニウム合金の塑性曲げ試験片及び圧痕試験片の残留応力を計測した結果、有限要素解析による残留応力分布とよく一致していることから、本測定手法の有効性が明らかとなった。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久
E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 10(4), p.9 - 17, 2019/02
弾性異方性をもつ材料中では、塑性変形が発生した際に結晶間に応力差が生じており、これが材料破壊に深くかかわっていることが知られている。本研究では、高エネルギー放射光回折法を用いて、塑性変形させた材料中の荷重方向の残留応力を結晶方位ごとに調べた。その結果、残留応力はX線的弾性定数(回折面ごとに求められるヤング率)が高い指数では引張残留応力、低い指数では圧縮残留応力が発生していることがわかった。この結果は、材料強度を向上させる際、集合組織のように結晶方位を制御する技術に役立つと考えている。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*
Advanced Materials Research, 996, p.76 - 81, 2014/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Mechanical)A diffraction spot trace method (DSTM) is very useful to measure internal stresses of materials with coarse grains. In this study, validity of the DSTM was examined using high energy synchrotron X-ray of 70 keV. The specimen was a welded plate of austenitic stainless steel (SUS316L). The thickness of the specimen was 9 mm. The improved spiral slit system was used, and PILATUS was used as an area detector. It was difficult to detect the high energy X-rays due to the reduction of counting efficiency of the PILATUS. However, the residual stress map of the welding specimen was obtained by long exposure time. The residual stresses of the welding specimen were simulated by a finite element method (FEM). The outline of the residual stress measured by the DSTM coincided with that by the FEM.
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*
材料, 63(7), p.527 - 532, 2014/07
回折斑点追跡法とスパイラルスリットを組みあわせ、粗大粒を有する材料内部応力評価測定法を開発した。曲げたマグネシウム合金に対して本測定法を適用し、内部応力計測が可能であることを確認した。また溶接したマグネシウム合金に対して内部応力評価を実施し、粗大粒を有する溶接部に対しても有限要素解析とほぼ同様の結果を得ることに成功した。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*
Materials Science Forum, 777, p.155 - 160, 2014/02
被引用回数：3 パーセンタイル：82.26(Materials Science, Multidisciplinary)The spiral slit-system was improved in order to make a gauge length regularity. The bending stress was measured by the improved spiral slit-system, and the measured stresses corresponded to the applied stress regardless of the diffraction angle. As a result, the validity of the improved spiral slit system was proved. On the other hand, the diffraction spot trace method (DSTM), which combined the spiral slit-system and a PILATUS detector, was proposed to measure stress in a coarse grain. In this study, the distribution of the residual stress in a melt-run welding specimen was measured using the DSTM. The welding residual stresses measured accorded with that by the FEM simulation.
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美
材料, 62(7), p.437 - 442, 2013/07
ウォータージェットピーニング(WJP)による残留応力特性を明らかにするため、高エネルギー放射光および中性子を用いた深さ方向の残留応力測定を実施した。試験片にはSUS316Lを使用し、WJPを熱処理した試験片、773Kの大気中にて熱時効した試験片をそれぞれ作成し、計測した複数の回折面から表面残留応力状態の熱時効時間依存性を評価した。その結果、圧縮残留応力は1.5mm程度の深さまで内在していること、今回の熱時効程度では応力緩和が発生しないことなどを明らかにした。
鈴木 賢治*; 山岸 葵*; 西川 聡*; 菖蒲 敬久
保全学, 11(2), p.91 - 98, 2012/07
本研究では、オーステナイト系ステンレス鋼SUS316L及びニッケル基超合金NCF600を母材とした異種材平板の突合わせ溶接継手の残留応力について実材料表面残留応力分布計測及び熱弾塑性有限要素解析を行った。その結果、測定からは溶接部内部に弾塑性有限要素解析では見られない非対称な圧縮応力分布が発生していることを明らかにした。今後この差を解明するために結晶配向、弾塑性異方性なども含めたより詳細な研究が必須であり、それにより、より信頼性の高い弾塑性有限要素解析が可能になると期待できる。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; 豊川 秀訓*
保全学, 11(2), p.99 - 106, 2012/07
本研究では、高エネルギー放射光において回転スリットと2次元検出器を利用した粗大粒の応力評価について研究した。その結果、回転スリットと2次元検出器を利用した内部の応力測定は、細粒を持つ材料については、連続な回折環を利用して内部応力を評価することができるが、ゲージ体積と試料表面との表面効果があるので、回転スリットのコリメーションをある程度厳しくする必要があることを明らかにした。また、粗大粒を持つ試験片の内部応力測定においては、回転スリットのコリメーションを厳しくすると回折そのものが得られなくなるので、ある一定のゲージ体積を持つ必要があることを明らかにした。
鈴木 賢治*; 田邊 裕治*; 菖蒲 敬久
保全学, 10(1), p.57 - 63, 2011/04
低速から高速のひずみ速度で塑性変形させたオーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lの微視的残留応力について評価した。SPring-8による放射光応力測定の結果、微視的残留応力の形成にはひずみ速度依存性が存在することを明らかにした。加えて、111回折のように弾性異方性を考慮したヤング率が大きくなる回折面では圧縮応力、200回折のようにヤング率が小さくなる回折面では引張応力が得られることを明らかにした。
秋田 貢一; 宮下 大輔*; 竹田 和也*; 大谷 眞一*; 菖蒲 敬久; 佐野 健二*; 齋藤 利之*
日本材料学会第44回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.46 - 50, 2010/07
レーザーピーニング(LP)を施工したアルミニウム合金に引張及び圧縮負荷が作用した場合の表面圧縮残留応力緩和プロセスを検討した。残留応力は、X線,放射光,中性子によって実測し、併せて有限要素法解析も行った。明らかになった残留応力緩和プロセスは次の通りである。LP施工材に作用する引張負荷を増加していくと、表面層の圧縮残留応力に釣り合う形で存在する内部の引張残留応力領域がまず塑性変形する。また、圧縮負荷の場合は、表面直下の最大圧縮残留応力領域で塑性変形が開始する。このように内部が先に塑性変形して残留応力の再配分が発生するため、表面の降伏に先立って表面の圧縮残留応力が緩和する。
