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三浦 永祐*; 弘中 陽一郎*; 栗田 隆史*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 宮西 宏併*; 尾崎 典雅*; 渡利 威士*; 重森 啓介*
SPring-8/SACLA利用研究成果集(インターネット), 13(5), p.283 - 288, 2025/10
数100Jの高パルスエネルギーレーザーを用いてレーザーピーニング加工されたステンレス鋼の残留応力分布を測定した。直径3mmの集光径で照射した場合、圧縮残留応力層は表面から1.5mmに達し、その形状は円錐形であると推測された。この結果はレーザー照射域外周からの希薄波の侵入による衝撃波の減衰が、無視できないことを示している。2つの異なる強度を持つ同心円状のレーザー照射域を形成することで、直径1mmの集光径でも圧縮ひずみ層は1.2mmに達した。外側の照射領域で駆動される衝撃波がその外周からの希薄波の侵入を妨げ、内側の照射域で駆動される衝撃波の深部への伝搬をもたらしたと考えられる。レーザーピーニングの残留応力分布は、レーザー強度分布により制御できることが実証された。
三浦 永祐*; 弘中 陽一郎*; 栗田 隆史*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 宮西 宏併*; 尾崎 典雅*; 渡利 威士*; 重森 啓介*
SPring-8/SACLA利用研究成果集(インターネット), 13(5), p.302 - 305, 2025/10
高出力レーザーを金属材料に照射し、レーザーピーニングされた試料内部の加工状態を分析するため、一面を光学精度で研磨した2つの金属片を密着させて一体化してバルク材料を模擬する"割子"と呼ぶピーニング加工試料回収用ターゲットを考案した。レーザーによって金属平板材料内部と割子の密着面に形成されるひずみ分布を測定し、割子を用いた残留応力分布測定の妥当性を検証するための実験結果について報告する。
鈴木 賢治*; 三浦 靖史*; 豊川 秀訓*; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 諸岡 聡; 柴山 由樹
Quantum Beam Science (Internet), 9(2), p.15_1 - 15_15, 2025/06
In this study, austenitic stainless steel pipes with a small diameter (100A) were butt-welded and the residual stress was measured using high energy synchrotron radiation X-rays and neutron. The welding residual stress is asymmetrical with respect to the welding line and has unevenness due to the crystal grains. Large axial residual stress occurs from the HAZ near the penetration bead toward the weld part. A simulation of a butt-welded pipe was performed using the finite element method. In the half model of the welded pipe, the butt-plane was assumed to keep a plane. The simulated residual stress by the half model was larger than that by the whole model. To perform an accurate simulation, the whole butt-welded piping must be modeled. The real tensile stress area from the HAZ near the penetration bead toward the weld was not obtained by the simulation.
北條 智彦*; 小山 元道*; 熊井 麦弥*; Zhou, Y.*; 柴山 由樹; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 齋藤 寛之*; 味戸 沙耶*; 秋山 英二*
ISIJ International, 65(2), p.284 - 296, 2025/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Metallurgy & Metallurgical Engineering)Stress and plastic strain distributions and those partitioning behaviors of ferrite and retained austenite were investigated in the medium manganese (Mn) and the transformation-induced plasticity-aided bainitic ferrite (TBF) steels, and the martensitic transformation behaviors of retained austenite during Luders elongation and work hardening were analyzed using synchrotron X-ray diffraction at SPring-8. The stress and plastic strain of retained austenite and volume fraction of retained austenite were remarkably changed during Luders deformation in the medium Mn steel, implying that the medium Mn steel possessed inhomogeneous deformation at the parallel part of the tensile specimen. On the other hand, the distributions of the stress, plastic strain and volume fraction of retained austenite were homogeneous and the homogeneous deformation occurred at the parallel part of the tensile specimen at the plastic deformation regime with work hardening in the medium Mn and TBF steels. The martensitic transformation of retained austenite at uders deformation in the medium Mn steel was possessed owing to the application of high stress and preferential deformation at retained austenite, resulting in a significant increase in the plastic deformation and reduction of stress in the retained austenite. The martensitic transformation of retained austenite at the plastic deformation regime with work hardening was induced by the high dislocation density and newly applied plastic deformation in retained austenite in the medium Mn steel whereas the TBF steel possessed gradual transformation of retained austenite which is applied high tensile stress and moderate plastic deformation.
Li, X.*; Zhu, R.*; Xin, J.*; Luo, M.*; Shang, S.-L.*; Liu, Z.-K.*; Yin, C.*; 舟越 賢一*; Dippenaar, R. J.*; 肥後 祐司*; et al.
CALPHAD; Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry, 84, p.102641_1 - 102641_6, 2024/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Thermodynamics)The phase transformations and pressure-volume dependencies of the Ti-45Al alloy with respect to pressure have been investigated by means of in-situ observation using multi anvil-type high-pressure devices and synchrotron radiation. Under hydrostatic compression from 0 to 10.1 GPa, about 2.3 vol. % of 
transforms continuously to 
2. Lattice parameters as well as volume fractions of these two phases have been determined as a function of pressure. Bulk moduli estimated using Birch-Murnaghan's equation of state are 148 GPa for the phase, 138 GPa for the 2 phase, and 149 GPa for their two-phase mixture of Ti-45Al alloy. First-principles have also applied to investigate bulk moduli of two single phases, and the deviation between calculations and measurements is discussed and attributed to mainly phase transformation. The presently study provides useful insights into thermodynamics of 2 and phases under high pressure.
Liss, K.-D.*; 徐 平光; 城 鮎美*; Zhang, S. Y.*; 行武 栄太郎*; 菖蒲 敬久; 秋田 貢一*
Advanced Engineering Materials, 26(4), p.202300470_1 - 202300470_9, 2024/02
被引用回数：10 パーセンタイル：59.73(Materials Science, Multidisciplinary)In polycrystals, grains with certain orientations grow at high temperatures at the expense of grains with other unfavorable orientations. Grain growth involves a variety of situations and mechanisms that make experimental study, modeling, and understanding extremely complex. Normal grain growth occurs in a self-similar manner, with curved grain boundaries serving as the driving force and a parabolic growth law that scales up the grain size by the square root of time. More complex growth forms include boundary pinning of precipitates and other boundaries, topological transitions that alter driving forces, grain coalescence and anomalous grain growth, but these are considered "erratic" and their initiation is an open question in modern research, without a simple experimental approach on how they should be studied. Here, we show that grain rotation upon coalescence is spontaneously activated between one grain and a favorable neighbor, through the necessary diffusive mass transport at further boundaries of the same grain leading to their activation and a competitive "erratic" reorientation in a zigzag way, while other grains in the matrix remain stable. After two grains have eventually coalesced, their surrounding boundaries are still activated leading to further rotation and growth, filling the missing puzzle stone in thermodynamic theory between normal and abnormal growth, the latter stating that abnormal growth only takes place when the size of the growing grain is already large. Prerequisites and postulates of abnormal grain growth are based on advantageous texture, grain boundary mobility, enhanced diffusion kinetics and coalescence, which can be well explained by our observations. Moreover, our observations have been enabled through a novel experimental approach using the white-beam X-ray Laue diffraction method in bulk transmission mode on a polycrystalline.
平野 辰巳*; 前田 壮宏*; 村田 徹行*; 山木 孝博*; 松原 英一郎*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 安田 良*; 高松 大郊*
SPring-8/SACLA利用研究成果集(インターネット), 11(5), p.345 - 353, 2023/10
車載用リチウムイオン二次電池(LIB)のサイクル時の劣化要因として、高い電流レートにおける電池内部の温度上昇、リチウムイオンの正負極間移動にともなう電極の膨張・収縮による応力などが指摘されている。そこで、18650型LIB内部における温度・応力分布を同時に評価した。電流:1Cでの充電時、リチウムイオンの挿入により負極が膨張するため、負極の集電体であるCuは半径方向に圧縮応力が発生する。表面から2mmにおける充電時の半径方向の応力変化は88MPa減少した(圧縮)。一方、放電時において応力変化は98MPa増加し可逆的な変化を示した。高レートな4Cのサイクル充放電により内部温度は表面より10度も高い60度程度まで上昇する現象が確認できた。さらに、表面から6mmにおけるCuに応力が発生しない現象を捉えることに成功した。本結果から、18650型LIB内部における温度・応力分布を同時に評価するオペランド計測技術を確立し、高レートなサイクル充放電が18650LIB中心部の温度上昇の要因であること、および無拘束による電極内周部における膨張収縮がサイクル劣化の要因であることを明らかにした。
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.
平野 辰巳*; 前田 壮宏*; 村田 哲之*; 山木 孝弘*; 松原 英一郎*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 安田 良*; 高松 大郊*
SPring-8/SACLA利用研究成果集(インターネット), 11(1), p.49 - 57, 2023/02
The temperature rise due to high current/power operations and stress caused by the expansion or contraction of electrodes by lithium (de)-intercalation is known to be a degradation factor in lithium-ion batteries (LIBs). Therefore, in this study, a new technique is proposed to simultaneously measure the internal temperature and stress in the 18650-type LIB during its operation. The operando measurement involved retaining a constant gage volume using rotating spiral slits, obtaining X-ray diffraction images using a highly sensitive two-dimensional detector, and employing the sin
method to separate the stress and change in temperature. During the charging process, at the 1C current rate, the anode expansion, owing to the lithium intercalation, induced the radial compressive stress in the Cu anode collector. The radial stress changes of the Cu anode collector were -31 MPa (compression) and 44 MPa (tensile) during the 1C charge and discharge processes, respectively. Moreover, the internal temperature, which was higher than the surface temperature, was calculated by considering the radial stress change during the battery operation. During the 4C cycle, the surface and internal temperatures rose by 26 degree and 42 degree, respectively. The results indicate that the internal temperature and stress in the 18650-LIB were successfully measured during battery operation.
Liu, X. J.*; 徐 平光; 城 鮎美*; Zhang, S. Y.*; 菖蒲 敬久; 行武 栄太郎*; 秋田 貢一*; Zolotoyabko, E.*; Liss, K.-D.*
Journal of Materials Science, 57(46), p.21446 - 21459, 2022/12
被引用回数：6 パーセンタイル：31.70(Materials Science, Multidisciplinary)In situ time/temperature-resolved synchrotron high-energy X-ray diffraction is applied to study heat-mediated structural changes and phase transformations in rolled sheets of AZ91 and AZ31 magnesium alloys. Azimuthal diffraction intensities along the Debye-Scherrer rings (AT-plots) are used to obtain information on grain recovery and recrystallization temperatures as well as temperature-assisted grain rotations. The azimuthally integrated diffraction intensities, plotted as functions of the scattering vector (QT-plots), provide vital data on the temperature-dependent lattice parameters of the Mg/Al matrix and intermetallic precipitates, as well as on the evolution of the precipitates' volume fraction. It was found that in AZ31, the main precipitates are of the AlMn type, which is rather stable in the investigated temperature range (up to 773 K). In contrast, in AZ91, the major intermetallic precipitates, Al
Mg
, undergo complete dissolution above 600 K. It is caused by the enhanced diffusion of Al into the Mg/Al matrix, which according to the Al-Mg phase diagram, can adopt more Al at elevated temperatures. This diffusion is revealed by the proportional diminishing of the matrix lattice parameter (chemical strain), allowing us to quantify the Al content in the matrix. Fast temperature-dependent manipulation with intermetallic content in the Mg/Al alloy can, in principle, be used for controlling its mechanical properties.
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。
城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 萩原 幸司*; 渡邉 真史*
SPring-8/SACLA利用研究成果集(インターネット), 10(5), p.438 - 446, 2022/10
長周期積層型(LPSO)マグネシウム合金は、濃度と構造の変調が同期しており、軽量かつ高強度・高耐熱性という性質を併せ持った新規材料である。LPSO相の局所的な格子ひずみと構造変調の関係を調べるために、単相18R LPSO Mg-Zn-Y合金の圧縮下での
放射光X線回折測定を実施した。圧縮応力の増加に伴い、格子ひずみの増加が確認されるとともに、0 0 L回折面からの回折強度の大小が入れ替わる現象が発生した。解析の結果、回折強度の変化はイットリウム原子の特徴的な変位によるものであり、弾性変形から塑性変形への移行に大きな影響を与える可能性を明らかにした。
吉田 雅幸*; 西端 樹*; 松田 朋己*; 伊藤 佑介*; 杉田 直彦*; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 荒河 一渡*; 廣瀬 明夫*; 佐野 智一*
Journal of Applied Physics, 132(7), p.075101_1 - 075101_9, 2022/08
被引用回数：14 パーセンタイル：69.93(Physics, Applied)This study aims to investigate the influence of the pulse duration on the mechanical properties and dislocation density of a aluminum alloy treated using dry laser peening. The results of the micro-Vickers hardness test, residual stress measurement, and dislocation density measurement demonstrate that over a pulse duration range of 180 fs to 10 ps, the maximum peening effects are achieved with a pulse duration of 1 ps. Moreover, the most significant dry laser peening effects are obtained by choosing a pulse duration that achieves a laser intensity that simultaneously generates the strongest shock pressure, suppresses optical nonlinear effects, and realizes the least thermal effects, which weaken the shock effects.
上原 章寛*; 松村 大樹; 辻 卓也; 薬丸 晴子*; 田中 泉*; 城 鮎美*; 齋藤 寛之*; 石原 弘*; 武田(本間) 志乃*
Analytical Methods, 14(24), p.2439 - 2445, 2022/06
被引用回数：7 パーセンタイル：57.29(Chemistry, Analytical)Internal exposure to actinides such as uranium and plutonium has been reduced using chelating agents for decorporation because of their potential to induce both radiological and chemical toxicities. This study measures uranium chemical forms in serum in the presence and absence of chelating agents based on X-ray absorption spectroscopy (XAS). The chelating agents used were 1-hydroxyethane 1,1-bisphosphonate (EHBP), inositol hexaphosphate (IP6), deferoxamine B (DFO), and diethylenetriaminepentaacetate (DTPA). The main ligands forming complexes with uranium in the serum were estimated as follows: IP6 
EHBP bioligands DFO 
DTPA when the concentration ratio of the chelating agent to uranium was 10. Measurements of uranium chemical forms and their concentrations in the serum would be useful for the appropriate treatment using chelating agents for the decorporation of uranium.
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。
城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 岡田 達也*
材料, 71(4), p.354 - 360, 2022/04
金属材料加工技術の1つである再結晶メカニズムを明らかにするため、アルミニウム単結晶を用いた高温その場再結晶変態測定を高エネルギー放射光X線下で実施した。2次元検出器を使用し、8%変形したアルミニウム結晶を昇温,保持,徐冷中の試料にX線を照射し、変態していく過程でのX線回折を測定したところ、保持中に母材とは異なる位置に新たな回折ピークが観測、それが時間とともに増大していく様子、合わせて、母材からの回折ピークが減少していく様子が観測された。解析の結果、出現した再結晶からの回折は材料内部から発生したものであり、それが徐々に広がっていくことを明らかにした。また再結晶後の試験片のX線トプグラフィーを測定した結果、完全結晶とはいかないまでも結晶方位が0.001度のオーダーで変化していることを明らかにした。
上原 章寛*; Shuhui, X.*; 佐藤 遼太朗*; 松村 大樹; 辻 卓也; 薬丸 晴子*; 城 鮎美*; 齋藤 寛之*; 田中 泉*; 石原 弘*; et al.
X線分析の進歩,53, p.223 - 229, 2022/03
体内にアクチニドなどの放射性物質が取り込まれると、生体内配位子がアクチニドと化合物を生成し、体内滞留の原因となりうる。本研究では、アクチニドを体外に排出させるためのキレート剤の結合性評価を行うため、キレート剤と結合した元素の局所構造をX線吸収分光法によって解析し結合力を評価した。プルトニウム模擬元素としてジルコニウム(Zr),キレート剤として、EHBP(1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonate)およびDTPA (diethylenetriaminepentaacetate)を用いた。ZrはEHBPと八面体構造の錯体を形成するとともに、Zr-EHBP錯体はZr-DTPA錯体より強い結合を有することが分かった。これらの知見は、放射性元素による内部被ばく線量評価や、放射性元素を体外に取り除くための適切な除染方法の提案につながる。
北條 智彦*; 小山 元道*; 熊井 麦弥*; 柴山 由樹; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 齋藤 寛之*; 味戸 沙耶*; 秋山 英二*
Scripta Materialia, 210, p.114463_1 - 114463_5, 2022/03
被引用回数：24 パーセンタイル：83.11(Nanoscience & Nanotechnology)The origins of the superior work hardening capability of medium manganese (M-Mn) and conventional transformation-induced plasticity-aided bainitic ferrite (TBF) steels of similar tensile strength and elongation are comparatively investigated via synchrotron X-ray diffraction measurements. The M-Mn steel undergoes preferential plastic deformation in austenite; its superior work hardening capability and associated uniform elongation are attributed to the high rates of martensitic transformation and dislocation accumulation per strain in the retained austenite. By contrast, the excellent work hardening behavior and uniform elongation of the TBF steel are attributed to the sustained transformability until the occurrence of a large strain and significant stress partitioning between the face-centered cubic (FCC) and body-centered cubic (BCC) phases due to the high austenite phase stability and high resistance to slip deformation of austenite.
草野 完也*; 一本 潔*; 石井 守*; 三好 由純*; 余田 成男*; 秋吉 英治*; 浅井 歩*; 海老原 祐輔*; 藤原 均*; 後藤 忠徳*; et al.
Earth, Planets and Space (Internet), 73(1), p.159_1 - 159_29, 2021/12
被引用回数：7 パーセンタイル：32.38(Geosciences, Multidisciplinary)PSTEPとは、2015年4月から2020年3月まで日本国内の太陽・地球惑星圏に携わる研究者が協力して実施した科研費新学術領域研究である。この研究枠組みから500以上の査読付き論文が発表され、様々なセミナーやサマースクールが実施された。本論文では、その成果をまとめて報告する。
synchrotron radiation observation of deformation and annealing processes of aluminum single crystal城 鮎美*; 岡田 達也*; 菖蒲 敬久
Mechanical Engineering Journal (Internet), 8(6), p.21-00106_1 - 21-00106_8, 2021/12
本研究の目的は、SPring-8からの放射光X線を使用して、アルミニウム単結晶の変形および熱処理プロセス中のその場観察を実施することである。縦方向に平行な111配向を有するアルミニウム単結晶サンプルをブリッジマン法により成長させ、インライン引張装置を使用して、サンプルを室温で公称ひずみ0.08まで変形させた。その後、480
Cの熱処理を実施した。実験では二次元検出器を使用し、前述の過程中のサンプルから複数の回折線を検出した。その結果、初期段階から、X線が照射された領域は、サブグレイン微細構造に起因する小さな配向差を有する3つの領域で構成されていることを確認した。回折スポット強度の詳細な分析から、引張ひずみの増加に伴い、サブグレイン微細構造が転位微細構造に変化していることが分かった。そして変形後の熱処理中に、再結晶粒からの回折スポットは、480Cに達した後180秒から出現し、変形マトリックスと再結晶粒からの回折スポットの共存は約22秒間しか持続しなかったことを確認した。この結果を詳細に分析すると、変形マトリックスと再結晶粒の間の境界の移動速度は、数マイクロメートル/秒のオーダーであると推定された。
