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梅田 岳昌*; Zhang, Y.*; 宮本 吾郎*; 古原 忠*; 諸岡 聡
no journal, ,
パーライトは、鋼の共析変態によって得られ、冷却によって生じた駆動力は炭素の拡散や、フェライト/セメンタイトラメラの形成、パーライト/オーステナイト界面の移動に消費されると考えられてきた。実際には、パーライト変態時に生じるひずみや、成長先端における合金元素の分配や界面偏析によっても駆動力が消費され、より複雑なエネルギー散逸が起こっていると推測される。エネルギー散逸によって界面の移動に寄与できる駆動力が減少し、成長速度も遅くなるが、その定量的な理解がパーライト鋼の組織制御において重要である。しかし変態kineticsに影響を及ぼすエネルギー散逸因子の検討はパーライト変態の場合にはあまり行われていない。そこで本研究では、Fe-C-Mn合金をモデル系として選択し、パーライトの成長界面の移動時におけるエネルギー散逸について定量的評価することを目的とした。
梅田 岳昌*; Zhang, Y.*; 宮本 吾郎*; 古原 忠*; 諸岡 聡
no journal, ,
共析変態によって得られるパーライト鋼は、フェライトとセメンタイトが層状に積層した微細なラメラ組織を有し、鉄道用レールやピアノ線、橋梁用ワイヤなどに幅広く用いられる重要な鉄鋼材料である。強度特性と大きく関係するラメラ間隔は、パーライト変態の駆動力および成長速度に依存することから、その制御にはパーライト変態の熱力学的な理解が重要である。パーライト変態の駆動力は炭素拡散、界面移動に伴う摩擦、ラメラ界面形成の3つの素過程に消費されると考えられてきた。しかし近年、フェライト/セメンタイト間の格子ミスフィットによって変態時に弾性ひずみエネルギーが蓄積することで、駆動力が消費されることが報告されている。また合金元素を添加すると、界面近傍における拡散や界面偏析が起こることで実質的な変態の駆動力もさらに変化すると考えられる。変態挙動に影響を与えるこれらの現象には未だ不明点が多く、特に成長界面における合金元素の分布を直接観察した例が少なく、さらに上記因子の効果を定量評価した例もほとんどない。よって本研究では、Fe-C-Mn合金のパーライト成長時の駆動力消費を様々な組織解析技術を用いて解明することを目的とした。その結果、Mn添加材では、
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界面でのMn偏析によるソリュートドラッグ効果が最も駆動力を消費する大きな要因であることが示唆され、界面移動に伴う摩擦によるエネルギー散逸や、その場中性子回折実験より評価した変態ひずみの効果など他因子も少なからず影響していることが判明した。
Zhang, Y.*; 梅田 岳昌*; 諸岡 聡; 宮本 吾郎*; 古原 忠*
no journal, ,
Essential understanding of the pearlite growth kinetics is of great significance to predict the lamellar spacing and the resultant mechanical properties of pearlitic steels. In this study, a series of eutectoid steels with Mn addition up to 2mass% were isothermally transformed at a temperature range from 873K to 973K to investigate the growth kinetics and the underlying thermodynamics at the migrating interface during pearlite transformation. The microscopic observation revealed that the pearlite growth rate in each alloy becomes increased while the lamellar spacing becomes decreased by lowering the transformation temperature. Mn addition decelerates the growth rate, accompanied by a relatively wider lamellar spacing at each temperature. After analyzing the element distribution in the vicinity of migrating austenite/pearlite interface via three-dimensional atom probe, Mn was found to be enriched at the austenite/pearlitic ferrite interface, whereas the Mn partitioning among the three phases is negligibly small in the 2mass% Mn added alloy isothermally transformed at 873K. Based on the estimation of energy dissipated by various factors, the driving force for pearlite transformation in the Mn-free alloy was found to be consumed by interface friction, carbon partitioning and ferrite/cementite interfacial energy, whereas neutron diffraction analysis indicated that the influence of transformation strain is relatively small. The retardation effects of pearlite growth kinetics in the Mn-added alloy, which is partly due to the reduced driving force for pearlite transformation, can be well explained by further considering the energy dissipation caused by solute drag effects of Mn.
Zhang, Y.*; 梅田 岳昌*; 宮本 吾郎*; 古原 忠*; 諸岡 聡
no journal, ,
Essential understanding of the pearlite growth kinetics is important to predict the lamellar spacing and the resultant mechanical properties of pearlitic steels. In this study, through quantitatively analyzing the microstructural features in the vicinity of pearlite growth interface, the influence of these factors and the underlying thermodynamics of pearlite growth kinetics were clarified. The pearlite growth rate and lamellar spacing were measured based on the microstructural observation via optical microscopy and scanning electron microscopy, respectively. Three-dimensional atom probe (3DAP) was used to analyze the elemental distribution in the vicinity of pearlite growth front, whereas in-situ neutron diffraction at elevated temperatures was performed at J-PARC, BL19 (TAKUMI) to quantify the elastic strain generated during pearlite transformation. Based on the proposed thermodynamic model, the influence of various factors on the pearlite growth kinetics is estimated using the experimental results obtained in this study. It was found that in most transformation conditions, solute drag effects caused by Mn interfacial segregation have the largest contribution in retarding the pearlite growth rate. In contrast, the magnitude of elastic strain in pearlite measured by neutron diffraction is quite small, which marginally affects the pearlite growth kinetics.