Quantitatively evaluating respective contribution of austenite and deformation-induced martensite to flow stress, plastic strain, and strain hardening rate in tensile deformed TRIP steel

Mao, W.; Gao, S.*; Gong, W.; Bai, Y.*; Harjo, S.; Park, M.-H.*; 柴田 曉伸*; 辻 伸泰*

Acta Materialia, 256, p.119139_1 - 119139_16, 2023/09

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119139

変形誘起塑性(TRIP)鋼は、変形誘起マルテンサイト変態(DIMT)に伴う加工硬化率の向上により、強度と延性の優れた組み合わせを示す。TRIP鋼や合金の加工硬化挙動におけるDIMTの役割を定量的に評価することは、強度と延性の両立を可能にする先進材料を設計するための指針を与えるが、変形中に相組成が変化し続け、応力と塑性ひずみの両方が構成相間で動的に分配されるため、その評価は困難である。本研究では、Fe-24Ni-0.3C(wt.%)TRIPオーステナイト鋼の引張変形とその場中性子回折測定を行った。中性子回折測定による応力分割と相分割に基づく解析手法を提案し、試験片の引張流動応力と加工硬化率を、オーステナイト母相,変形誘起マルテンサイト、DIMT変態速度に関連する因子に分解し、試料の加工硬化挙動における各因子の役割を考察した。さらに、回折プロファイル解析により測定した転位密度を用いてオーステナイトとマルテンサイト間の塑性ひずみ分配を間接的に推定し、材料中のオーステナイトとマルテンサイト間の応力・ひずみ分配の全体像を構築した。その結果、変形誘起マルテンサイト変態速度とマルテンサイトが負担する相応力の両方が、材料の全体的な引張特性に重要な役割を果たしていることが示唆された。提案した分解解析法は、TRIP現象を示す多相合金の機械的挙動を調べるために広く適用できる可能性がある。

Unexpected dynamic transformation from phase to phase in zirconium alloy revealed by in-situ neutron diffraction during high temperature deformation

Guo, B.*; Mao, W.; Chong, Y.*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.; Gong, W.; Chen, H.*; Jonas, J. J.*; 辻 伸泰*

Acta Materialia, 242, p.118427_1 - 118427_11, 2023/01

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118427

Dynamic transformation from alpha (HCP) to beta (BCC) phase in a zirconium alloy was revealed by the use of in-situ neutron diffraction during hot compression. The dynamic transformation was unexpectedly detected during isothermal compression at temperatures of 900C and 950C (alpha + beta two-phase region) and strain rates of 0.01 s and 0.001 s, even though equilibrium two-phase states were achieved prior to the hot compression. Dynamic transformation was accompanied by diffusion of Sn from beta to alpha phase, which resulted in changes of lattice parameters and a characteristic microstructure of alpha grains. The details of dynamic transformation are discussed using the evolution of lattice constants.

Grain orientation dependence of deformation microstructure evolution and mechanical properties in face-centered cubic high/medium entropy alloys

吉田 周平*; Fu, R.*; Gong, W.; 池内 琢人*; Bai, Y.*; Feng, Z.*; Wu, G.*; 柴田 曉伸*; Hansen, N.*; Huang, X.*; et al.

IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 1249, p.012027_1 - 012027_6, 2022/08

https://doi.org/10.1088/1757-899X/1249/1/012027

This study revealed characteristics of the deformation behavior in high/medium entropy alloys (HEAs/MEAs) with face-centered cubic (FCC) structure. A CoNi alloy and a CoCrNi MEA having low and high friction stresses (fundamental resistance to dislocation glide in solid solutions), respectively, but similar in other properties, including their stacking fault energy and grain sizes, were compared. The MEA exhibited a higher yield strength and work-hardening ability than those in the CoNi alloy at room temperature. Deformation microstructures of the CoNi alloy were composed of coarse dislocation cells (DCs) in most grains, and a few deformation twins (DTs) formed in grains with tensile axis (TA) nearly parallel to 111. In the MEA, three microstructure types were found depending on the grain orientations: (1) fine DCs developed in TA//100-oriented grains; (2) planar dislocation structures (PDSs) formed in grains with other orientations; and (3) dense DTs adding to the PDSs developed in TA//111-oriented grains. The results imply difficulty in cross-slip of screw dislocations and dynamic recovery in the MEA, leading to an increase in the dislocation density and work-hardening rate. Our results suggest that FCC high-alloy systems with high friction stress inherently develop characteristic deformation microstructures advantageous for achieving high strength and large ductility.

Effective grain size refinement of an Fe-24Ni-0.3C metastable austenitic steel by a modified two-step cold rolling and annealing process utilizing the deformation-induced martensitic transformation and its reverse transformation

Mao, W.; Gao, S.*; Bai, Y.*; Park, M.-H.*; 柴田 曉伸*; 辻 伸泰*

Journal of Materials Research and Technology, 17, p.2690 - 2700, 2022/03

https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.02.031

超微細結晶粒(UFG)組織を有する準安定オーステナイト鋼は、冷間圧延中の変形誘起マルテンサイト変態と焼鈍時のオーステナイトへの逆変態を利用することにより、従来の冷間圧延および焼鈍プロセスで製造することができる。しかし、変形誘起マルテンサイト変態に対するオーステナイトの機械的安定性が高い場合には、冷間圧延中に十分な量のマルテンサイトが生成しないため、このようなプロセスは適用できない。本研究では、高い機械的安定性を有するFe-24Ni-0.3C準安定オーステナイト鋼に対して、冷間圧延と焼鈍の2段階プロセスを適用した。冷間圧延に先立ち、繰り返しサブゼロ処理と逆焼鈍処理を施した。このような処理により、オーステナイトの機械的安定性が劇的に低下し、その後の冷間圧延工程で変形誘起マルテンサイトの生成が大幅に促進された。その結果、結晶粒の微細化が著しく促進され、平均オーステナイト粒径0.5mmの完全再結晶試験片の作製に成功し、高強度と高延性を両立させた。

High intensity beam studies for the new MEBT1 design

岡部 晃大; Liu, Y.*; 大谷 将士*; 守屋 克洋; 柴田 崇統*; 地村 幹*; 平野 耕一郎; 小栗 英知; 金正 倫計

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011011_1 - 011011_6, 2021/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.33.011011

J-PARC大強度陽子加速器では設計出力値である1MWビームパワーのビーム調整を行っている。線形加速器におけるMEBT(Medium Energy Beam Transport)1は低エネルギーでの大強度ビーム輸送系であり空間電荷力が支配的な状況でビームを輸送、及び、下流加速器であるDTLに整合したビームに成型する機能を持つため、J-PARC加速器の出力を安定化する上で最も重要な機器である。そこで、ビーム供給安定化向上のため、MEBT1より上流のイオン源やRFQ等の機器パラメータとMEBT1でのビームパラメータとの関連性を調査した。その結果、MEBT1に入射するビームの挙動は上流機器の設定パラメータと関連があり、その関係はイオン源の数値シミュレーション結果をもとにしたビーム力学理論から解釈できることが今回初めて判明した。さらに、本結果をもとにシミュレーションによる解析を行い、現状のMEBT1では下流側DTLとのビーム整合を行う上でビームモニターの数が不足しており、それらの設置個所を含めて再検討が必要なこと、バンチャー空洞の数を増やしてチョッパーシステム及びDTLとのビーム整合を両立可能な状態にすることによりさらなるビーム供給の安定化が見込めること、などの課題がはっきりと分かった。本発表にてそれらビーム実験結果を報告する。

Numerical and experimental study of H beam dynamics in J-PARC LEBT

柴田 崇統*; 池上 清*; Liu, Y.*; 三浦 昭彦; 内藤 富士雄*; 南茂 今朝雄*; 小栗 英知; 大越 清紀; 大谷 将士*; 神藤 勝啓; et al.

Proceedings of 29th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2018) (Internet), p.519 - 521, 2019/01

https://doi.org/10.18429/JACoW-LINAC2018-TUPO079

実験結果と数値計算結果の比較によって低エネルギービーム輸送系(LEBT)での負水素イオン(H)ビームの輸送過程を調査している。これまで、(i)J-PARCのLEBTの2つのソレノイド電磁石による軸方向磁場と、(ii)空間電荷効果による径方向電場の2つを考慮するために、3次元のParticle-In-Cell(PIC)粒子輸送モデルを開発してきた。2つのソレノイド電磁石電流が変化したときの高周波四重極リニアック(RFQ)入口での全Hビーム粒子数に対するRFQのアクセプタンス内のHビーム粒子数の比を計算した。この計算結果をJ-PARCリニアックのコミッショニングで得たRFQの透過率測定の実験結果と比較したところ、実験で見られたソレノイド電磁石への印加電流に対するRFQの透過率の2つのピークが現れることが、計算結果からも確認できた。計算結果では、LEBT内で作動排気のために設置しているオリフィスがRFQ入口のエミッタンスを削ってしまうコリメータのような役割をしていることが示された。

Nuclear moments of the low-lying isomeric state of Al; Investigation on the neutron excitation across in the island of inversion

Xu, Z. Y.*; Heylen, H.*; 旭 耕一郎*; Boulay, F.*; Daugas, J. M.*; de Groote, R. P.*; Gins, W.*; Kamalou, O.*; Koszors, .*; Lykiardopoupou, M.*; et al.

Physics Letters B, 782, p.619 - 626, 2018/07

AA2018-0159.pdf:0.5MB

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2018.06.009

GANIL研究所において、Sからのフラグメンテーション反応によって中性子過剰核Alにおける核異性体である状態を生成し、その磁気双極子モーメントと電気的四重極モーメント(Qモーメント)をそれぞれ-NMR法および-NQR法を用いて測定した。この状態は中性子数20の殻ギャップを越えて励起したものであり、その性質を実験的に押さえることは、この原子核の周辺で知られている逆転の島(基底状態で既に殻ギャップを越えた励起が起こるとされる原子核の一団)の発現のメカニズムを解明するための有益な情報を与える。測定されたg因子の絶対値は、Qモーメントの絶対値は38(5)mbとなった。これらの値は、大規模殻模型計算による予言値に近く、模型の高い記述能力を確かめることができた。

Observation of a -decaying millisecond isomeric state in Cd

Jungclaus, A.*; Grawe, H.*; 西村 俊二*; Doornenbal, P.*; Lorusso, G.*; Simpson, G. S.*; Sderstrm, P.-A.*; 炭竃 聡之*; Taprogge, J.*; Xu, Z. Y.*; et al.

Physics Letters B, 772, p.483 - 488, 2017/09

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2017.07.006

A new high-spin isomer in the neutron-rich nucleus Cd was populated in the projectile fission of a U beam at the Radioactive Isotope Beam Factory at RIKEN. A half-life of T = 6.3(8) ms was measured for the new state which was tentatively assigned a spin/parity of (15). The isomeric state decays via the emission of a 309-keV ray with multipolarity. The experimental results are compared to shell model calculations performed using state-of-the-art realistic effective interactions and to the neighbouring nucleus Cd. The comparison with calculations shows that adjustments of the pairing and multipole parts of the effective interaction derived from the CD-Bonn nucleon-nucleon potential are required in order to describe the properties of nuclei in the region around Sn.

LEBT commissioning of the J-PARC LINAC

柴田 崇統*; 池上 清*; Liu, Y.*; 丸田 朋史*; 内藤 富士雄*; 高木 昭*; 浅野 博之; 近藤 恭弘; 三浦 昭彦; 小栗 英知; et al.

Proceedings of 28th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2016) (Internet), p.251 - 253, 2017/05

https://doi.org/10.18429/JACoW-LINAC2016-MOPLR052

J-PARCリニアックでは2014年の大強度化に向けた機器アップグレード後、低エネルギービーム輸送(LEBT)内のビームコミッショニングを実施した。コミッショニングでは、LEBT内に取り付けられた2機のソレノイドコイル電流値、2機のステアリングコイル電流値、およびイオン源加速部の引出し電圧・加速電圧の調整を行った。LEBT内のビームを調整し、RFQ入口でのマッチングを最適化した結果、Hビーム電流値50mAの運転時に、従来より高いRFQ透過率96%を達成した。透過率向上の原因を理解するため、LEBT内部のビーム輸送過程をPIC-MCシミュレーションにより解析し、測定結果の比較から、イオン源・LEBTのパラメータ調整とビーム輸送過程の関係を明らかにする。

Corrosion test of HTGR graphite with SiC coating

Chikhray, Y.*; Kulsartov, T.*; Shestakov, V.*; Kenzhina, I.*; Askerbekov, S.*; 角田 淳弥; 植田 祥平; 柴田 大受; 坂場 成昭; Abdullin, Kh.*; et al.

Proceedings of 8th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2016) (CD-ROM), p.572 - 577, 2016/11

高温ガス炉(HTGR)に用いられる黒鉛について、耐腐食性を有するSiC被覆の適用は重要な課題である。本研究は、高密度のIG-110黒鉛にSiCを傾斜被覆した材料について、1673Kまでの温度で蒸気との化学反応の結果を示したものである。100Paの蒸気との反応に関する実験では、SiC酸化のパッシブ反応により表面にSiO膜が形成されることを確認した。また、1Paの蒸気とのアクティブ反応では、表面に様々なカーボン複合材が形成されることを確認した。