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土信田 知樹*; 鈴木 啓史*; 高井 健一*; 平出 哲也; 大島 永康*
no journal, ,
実際の材料における水素脆化による破壊は、弾性応力範囲内で起こる。そこで、高強度鋼において一定弾性応力下で起こる欠陥の導入を、水素をトレーサーとした検出法と、局所的な欠陥検出が可能な陽電子マイクロアナライザーで検出することを試みた。その結果、弾性応力下において、水素の存在によって欠陥が導入され、その欠陥が原因となって破壊に至ることを示す結果が得られた。
笠原 清司; 小貫 薫; 小川 益郎
no journal, ,
日本国内の総排出量の12%(2008年)を占める製鉄業におけるCO
排出量を削減するため、グリーンエネルギー製鉄研究会において、高温ガス炉(HTGR)の熱で水を熱化学的に分解するISプロセスによって水素を製造し、それを鉄鉱石の直接還元に利用するプロセスに関する調査・検討を行ってきた。高温ガス炉を用いた水素還元製鉄プロセスは、水素源としての水及びエネルギー源としての原子力の両方でCOを発生せず、また、水素による鉄鉱石の還元ではCOが発生しないため、CO排出量の大幅削減が期待できる。しかし、水素還元製鉄プロセスは、現行の高炉プロセスと大きく異なり、プロセスすべてを変更することになるため、高炉プロセスから将来の水素還元プロセスへどのように移行するのかが大きな課題である。本報告では、高温ガス炉を用いた水素還元製鉄プロセスの熱物質収支,経済性の概念検討を行うとともに、移行段階の案として、鉱石原産地で部分的に水素還元を行ってから、高炉のある消費地に輸送する部分還元プロセスにおけるCO排出量削減効果等を検討した。
海老原 健一; 蕪木 英雄; 高井 健一*
no journal, ,
鉄鋼の水素脆化機構の理解のためには、鋼材中の水素存在状態に大きく影響する水素と格子欠陥の結合エネルギーを適切に評価する必要がある。近年、原子レベルの計算により結合エネルギーの見積もりが可能となった。また、低温からの昇温脱離解析(TDA)で比較的小さい結合エネルギーの欠陥の水素放出ピークが同定可能となったことから、そのような欠陥の結合エネルギーを実験的に評価できるようになった。そのため、両者の比較により実際の結合エネルギーを考察することが可能となると考えられる。しかし、TDAから結合エネルギーを評価できるChoo-Leeの手法は、水素放出過程が熱解離律速であることが前提であるため手法の適用条件は限定的である。よって、本研究では、Choo-Leeの手法の適用条件を数値解析によって考察し、その結果、結合エネルギーの算出精度は、昇温脱離解析の初期状態に大きく依存し、水素を吸蔵した試料を水素放出開始温度より低温で保持した場合、熱解離律速条件が緩和されることがわかった。この結果は、欠陥と水素の実際の結合エネルギーを同定するための知見を与え、水素脆化機構の理解に寄与すると考えられる。
徐 平光; 鈴木 徹也*; 山中 啓輔*; 秋田 貢一
no journal, ,
The high strength pipeline steels with resistance to strain-aged hardening are being required in the permafrost ground or seismic region because the local buckling deformation (a phenomenon related to the anisotropic plastic deformation) may occur during the production or the service of pipeline and plate steels. The 2% pre-strain deformation led to a certain residual strain occurring in the steel and such strain did not disappear after 423K ageing treatment, suggesting that the strain-aged anisotropy should be related to the pre-strain induced crystallographic characteristics. Here, the change in bulk texture during the anisotropic tensile deformation was investigated with MUSASI-L neutron diffractometer. The texture of the sample along the pre-strained direction became stronger at {110}
001
and {001}110 orientation components at a small strain and then the ferrite grains rotated to {110}001 orientation component. On the other hand, the texture of the sample perpendicular to the pre-strained direction showed only little rotation to {110}001 texture component until the 2.0% tensile strain, and then the ferrite grains rapidly rotated to {110}001 orientation component.
横田 仁志*; 鈴木 徹也*; 倉田 有司
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の核変換処理を目的とした加速器駆動システムでは、鉛ビスマスが核破砕ターゲットや冷却材として用いられる。液体鉛ビスマスは高温で鋼材に対する腐食性が高いため、鋼材の耐食性を改善することが必要である。液体鉛ビスマス中での耐食性向上を図るため、Al, Ti, Fe粉末を用い、レーザービーム加熱を利用したAl合金被覆法を開発し、被覆材を用いて液体鉛ビスマス中の腐食試験を実施した。このAl合金被覆において、被覆過程で形成される主な欠陥は、表面欠陥とクラックであった。これらの欠陥をなくすため、レーザービーム走査速度と被覆層中のAl濃度の調整を行った。550
C, 3000hの液体鉛ビスマス中での腐食試験では、表面欠陥には鉛ビスマスの侵入が認められるが、Al合金被覆層のクラックには鉛ビスマスは侵入しにくい。レーザービーム走査速度を下げて作製した、クラックのないAl合金被覆層は、被覆なしのSUS316で顕著であったNiの溶出,粒界腐食や鉛ビスマスの侵入を防いでいることがわかった。
Harjo, S.; 伊藤 崇芳*; Gong, W.; 鈴木 裕士; 相澤 一也
no journal, ,
Materials developments need in-situ observation under various environments. However, it was difficult to conduct using a conventional angular dispersive neutron diffraction having low data acquisition rate. A neutron diffractometer for engineering materials (TAKUMI) has been built at MLF of J-PARC which is designed to operate up to 1 MW. TAKUMI is a time-of-flight diffractometer that can perform multi hkl diffraction measurement for a d range between 0.05 nm to 0.27 nm as the standard data acquisition operation. Moreover, an event data recording method is also adopted which make us easily to manipulate data as we like, even during measurement and/or after measurement. These performances are quite attractive for in-situ observation under various environments of engineering materials. As a demonstration, we have performed a tensile deformation of medium strength carbon steel at 873 K. Experimental details and results obtained will be introduced and discussed during presentation.
伊藤 崇芳*; Harjo, S.; 阿部 淳; 相澤 一也; 徐 平光; 秋田 貢一
no journal, ,
集合組織測定における中性子線の利用は、中性子の透過能を活かして材料内部及びバルク全体の平均の状態を調べられるという利点がある。また、J-PARC/物質・生命科学実験施設(Materials and Life Science Experimental Facility, MLF)の工学材料回折装置「匠」ではパルス中性子を利用しての回折実験により、これまで鉄鋼材料のひずみ測定,昇温過程のその場観察などが行われてきた。パルス中性子の利用により、同時に複数の回折線を測定することが可能であり、測定効率が向上する。われわれは、このパルス中性子を用いた匠での集合組織測定のためのシステム構築をハードウェア・ソフトウェアの両面から進めており、その実証実験を、複層鋼板を試料として行った。
Su, Y. H.; 友田 陽; 鈴木 淳市*; Harjo, S.; 大沼 正人*; 諸岡 聡*
no journal, ,
In plastic forming like forging of high carbon steel, cementite spheroidization heat treatment is used for softening to guarantee ductility of raw material. During the process, steel is kept at high temperature for a long time and lamellar cementite is changed to spheroidized cementite, which results in a distribution of cementite particles of different size throughout the ferrite matrix. In order to shorten the heat treatment time and give a detail explanation on the pearlite spheroidization, SANS and dilatometry were employed to investigate microstructure during annealing process for a bulky pearlite steel in this study.
Gong, W.; Harjo, S.; Koo, M. S.*; 西島 ひかり*; 相澤 一也; 友田 陽
no journal, ,
Recently, a special type of bainite steel which is called "Nano-bainite", exhibits a very strong tensile strength of 2.3 GPa and a high toughness of 30 MPa m
. The nano-bainite consists of nano-sized lamellar bainitic ferrite, carbon-enriched retained austenite, in which untransformed austenite regions are also observed, and bulky austensite with low carbon concentration. In this study, the bainite transformation behavior during isothermal holding and the stability of the retained austenite at the tempering were examined using an in situ combination observation by neutron diffraction and dilatometry measurement. This method was found to be very useful to observe the nanobainite transformation behavior, and a relation of results obtained from both techniques was clarified.
Gong, W.; 足立 吉隆*; Harjo, S.; 友田 陽
no journal, ,
"Nanobainites" with the microstructure consisting of nano-sized lamellar bainitic ferrite and carbon-enriched retained austenite, exhibited a very strong tensile strength of 2.3 GPa and toughness of 30 MPa m. The nanobainite transformation was found to be extremely accelerated by ausforming at a low temperature between 773 K to 523 K. However, the mechanism of bainite transformation effected by ausforming was still unclear. In the present work, EBSD and 3-D visualization were employed to investigate the crystallography and morphology of ausformed nanobainite. The active slip systems and variant selection of the Nishiyama-Wassermann (N-W) relationship are discussed.
末吉 仁*; 石川 信行*; 鈴木 裕士; 秋田 貢一
no journal, ,
水素を導入した980MPa級鋼の拘束溶接継手の低温割れ試験を実施するとともに、中性子回折により溶接継手内部の応力分布状態を解析した。得られた結果から、高強度溶接継手の低温割れ限界条件を明らかにした。
山口 正剛; 亀田 純*; 海老原 健一; 板倉 充洋; 蕪木 英雄
no journal, ,
中強度から高強度の鉄鋼材料において、腐食環境等からの水素侵入が粒界割れを引き起こすことはよく知られているが、そのメカニズムはよくわかっていない。われわれはここ数年にわたって鉄の結晶粒界における水素の偏析とその脆化効果すなわち粒界凝集エネルギーを低下させる効果を第一原理計算によって調べてきた。今回、平衡偏析のマクリーン理論を偏析した水素原子間の相互作用を取り込めるように一般化することによって、水素のモバイル効果すなわちき裂の進展に伴って新たに生成される破壊表面に水素が次々と吸着することによる脆化効果の見積りが可能となり、水素による鉄の粒界凝集エネルギー低下の大部分はこのモバイル効果によってもたらされることを示した。
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。
鈴木 徹也*; 山中 啓輔*; 石野 まゆ子*; 徐 平光; 鈴木 裕士
no journal, ,
フェライト単相鋼材の予ひずみ方向がその後の時効硬化挙動にどのような影響を与えるか調査した。特に結晶方位による塑性異方性に注目し、予ひずみにより導入される加工の結晶方位依存性、その後の引張り変形における結晶方位群ごとの残留ひずみを中性子回折により測定した。また、EBSPにより変形に伴う組織の変化を時効前後について解析した。結果としては、結晶方位ごとに残留ひずみの値が異なり、200粒に引張りの残留ひずみが存在することが分かる。ひずみが大きくなるほどKernel平均方位差(KAM)値が増加している。時効前の試料は200粒のKAM値の増加率が110粒よりも大きい。ひずみ時効後の試料のKAM値の増加率は、110粒は時効前の試料とほぼ変わらないが、200粒はひずみ4%までは時効前の200粒より大きい。このことは時効硬化後の塑性変形挙動にKAM値に影響を与えるような結晶粒異方性が存在することを意味する。