High strength alloy thick plates for cryogenic structural use and their microstructure control for high cracking resistance

低温结构用高强度合金厚板及其高抗裂性的微观结构控制

• 批准号: 21K03748
• 负责人: 梅澤 修
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03748/
• 关键词: 極低温構造材料; 微小き裂形成; ひずみ不整合

極厚材と加工熱処理材における熱処理過程と金属組織および強度特性との関係を比較検討し、結晶界面に生じる「 ひずみ不整合」とそれに起因した特定の界面に生じる局所変形集中がどのような過程を経て微小き裂を形成するのか、これまでに得られた実験的検証を進めている。具体的には、化学成分あるいは加工熱処理条件が異なるオーステナイト鋼およびTi合金を用いて特性評価を行い、どのような金属組織パラメータが極低温での変形能と耐き裂形成に有効か検証を進めている。実機スケール部材から取得した316LN鋼を用いた4 K破壊靱性試験片のき裂先端部における変形組織とマルテンサイト変態について解析を行い、破壊靱性値およびき裂進展挙動との関係を明らかにした。また、Cr, Mo, Mn, N量を増量した極厚試作材について、4 Kにおける引張試験および破壊靱性試験、および変形および破壊特性の解析評価を行い、N固溶強化の影響を評価した。強度特性に及ぼす加工熱処理条件と試験片採取位置の影響を明らかにしたXM19鋼では、100 mm極厚板の1/2厚位置および1/4位置、冷間溝圧延材から採取した円柱試験片を用いて加工温度における圧縮変形挙動を評価し、1/2厚位置における変形応力が大幅に低いことを明らかにした。さらに、冷間溝圧延材に部分再結晶処理材、微細再結晶材および再結晶（溶体化）処理材の77 K高サイクル疲労特性を評価した。部分再結晶処理材および微細再結晶材の高サイクル疲労強度が著しく改善し、内部疲労き裂発生も抑制されたが、その回避には至らなかった。Ti-5Al-2.5Sn合金の4 K疲労変形で生じた{11-21}変形双晶面割れについて結晶学的解析を行い、ボイド状空隙の形成のモデル化を試みた。

我们已经比较并研究了热处理过程与金属结构与非常厚的材料和加工热处理材料的强度性能之间的关系，并进行了迄今为止迄今为止的实验验证，以查看在晶体界面处发生的“应变不匹配”以及在此过程中导致特定界面发生的局部变形浓度会导致微馏分引起的局部变形浓度。具体而言，使用具有不同化学成分或处理热处理条件的奥氏体钢和Ti合金评估特征，并正在验证以确定哪种金属结构参数在极低温度下有效地有效地变形和裂纹形成。我们使用从实际规模成分获得的316 ln钢在4K断裂韧性标本的裂纹尖端处分析了变形的结构和马塞西质转换，并揭示了断裂韧性和裂纹生长行为之间的关系。此外，对于具有增加量的Cr，MO，MN和N的超厚原型材料，我们在4 K时进行了拉伸测试和断裂韧性测试，并对变形和断裂性质进行了分析评估，并评估了N分析强化的效果。在XM19钢中，它揭示了加工热处理条件的影响以及试样收集对强度特性的位置，使用从冷凹槽滚动的材料从1/2和1/4位的1/4位置收集的圆柱滚动材料中收集的圆柱形标本在处理温度下的压缩变形行为进行了较低的厚度，并揭示了在1/2厚度的降低。此外，评估了冷凹槽滚动材料的77 K高周期疲劳性能，以部分重结晶的材料，精细的重结晶材料和重结晶（溶液）处理过的材料。部分重结晶材料和重结晶材料的高循环疲劳强度得到了显着改善，并且还抑制了内部疲劳裂纹的启动，但这尚未避免。晶体学分析是在{11-21}变形双表面裂纹上进行的，这是由TI-5AL-2.5SN合金的4K疲劳变形引起的，并模拟了效中空隙的形成。

项目成果

Tensile properties of XM-19 austenitic stainless steel thick plates and bars at cryogenic temperatures

XM-19奥氏体不锈钢厚板和棒材低温拉伸性能

• 发表时间: 2021
• 作者: Tetsuya Kato;Yoko Kato;Osamu Umezawa;Yoshinori Ono;Arata Nishimura;Susumu Kumagai;Tetsumi Yuri
• 通讯作者: Tetsumi Yuri

Structural material challenges for fusion magnets

聚变磁体的结构材料挑战

• 发表时间: 2022
• 作者: Klaus-Peter Weiss;Arata Nishimura;Yoshinori Ono;Ignacio Aviles Santillana;Stefano Sgobba;Osamu Umezawa;Robert P. Walsh
• 通讯作者: Robert P. Walsh

Study on new cryogenic structural material for fusion DEMO superconducting magnet

聚变DEMO超导磁体新型低温结构材料研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Arata Nishimura;Yoshinori Ono;Osamu Umezawa;Susumu Kumagai;Yohko Kato;Tetsuya Kato;Tetsumi Yuri;Masayuki Komatsu
• 通讯作者: Masayuki Komatsu

Study on development policy for new cryogenic structural material for superconducting magnet of fusion reactor

聚变反应堆超导磁体新型低温结构材料发展政策研究

• DOI: 10.1016/j.nme.2022.101125
• 发表时间: 2022
• 期刊: Nuclear Materials and Energy
• 影响因子: 2.6
• 作者: Nishimura Arata;Ono Yoshinori;Umezawa Osamu;Kumagai Susumu;Kato Yohko;Kato Tetsuya;Yuri Tetsumi;Komatsu Masayuki
• 通讯作者: Komatsu Masayuki

Fatigue and fracture of 22Cr-13Ni-(Mn,Mo,Nb,V) austenitic stainless steel at 77 K

22Cr-13Ni-(Mn,Mo,Nb,V)奥氏体不锈钢77 K时的疲劳与断裂

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤徹也;梅澤修;小野嘉則
• 通讯作者: 小野嘉則