Effect of stress on hydrogen trapping state and elucidation of hydrogen embrittlement

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本研究では鋼中の水素のトラップ状態に及ぼす応力の影響解明を目的とする。実験的にこれを明らかにするための手段として、応力負荷条件下での昇温脱離分析装置を開発して測定を行った。オーステナイトステンレスSUS304鋼を用いた場合には、応力負荷条件で測定した水素脱離ピークは低温側にシフトした。オーステナイト鋼の場合には、水素の脱離と拡散の活性化エネルギーが近く、水素脱離ピークは水素の拡散の影響を受ける。したがって、水素脱離ピークのシフトの原因としては、応力負荷によりマルテンサイト変態が起こり、生じたマルテンサイト相中の水素拡散がオーステナイト相中よりも著しく速いことと考えられた。一方、マルテンサイトSCM435鋼を用いた場合には、水素脱離ピークに有意な高温側へのシフトが見られた。これは、応力負荷により水素トラップと水素との結合エネルギーが大きくなったことを示すと考えられる。前述のオーステナイト鋼中の水素脱離に及ぼすマルテンサイト変態の影響を見るために、真空中でSUS304鋼およびSUS316L鋼の引張試験を行い、変形中に放出される水素を質量分析器でモニタリングしたところ、SUS304鋼の場合、ひずみの増加に伴いマルテンサイト相の体積率が増加し、これに伴って水素の放出速度が増加することが確かめられた。これとは対照的に、ひずみ誘起マルテンサイト変態が見られないSUS316L鋼では、水素放出速度の増加は見られなかった。このことから、マルテンサイト相生成による水素固溶度の低下と水素拡散の促進が水素放出に影響することが確認できた。また、応力が水素分布に及ぼす影響を確認するため、切欠付き板状試験片に水素をチャージし、除荷時に銀デコレーション法を用い水素分布観察を行ったところ、応力集中部近傍の水素の集積を示唆する結果が得られたものの、それを検証出来る程の明確な濃度さは見られなかった。