中性子線回折や透過電子顕微鏡を用いたBCC鉄の水素脆性破壊のミクロ機構の解明

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初年度には、BCC 鋼の水素脆性に伴い現れる擬へき開破壊において、{011} すべり面が本質的に重要な役割を果たすことを明らかとした。さらに、フェライト鋼において、水素により (i) らせん転位の刃状転位に対する相対的な易動度が上昇すること、(ii) 絡まり合った転位形態に発達すること、(iii) 破壊が生じる直前のひずみ量においてらせん転位密度が上昇することを見出した。この結果に基づいて、らせん転位のジョグ引きずり運動により導入された空孔が {011} すべり面近傍で連結・成長することによる擬へき開破壊機構を提案した。2年度目には、フェライト鋼の水素脆性擬へき開破壊において {011} すべり面に働く分解垂直応力が重要な役割を果たすことを見出した。これは、水素脆性擬へき開破壊は、単純に水素によってすべり変形が助長されることで生じるすべり面分離のような現象ではなく、塑性変形によって導入された空孔の連結による破壊機構などを考える必要性を示唆しており、初年度に提案した機構を支持する結果である。最終年度では、2年度目と同様の解析をマルテンサイト鋼に対して行い、フェライト鋼と同様の結果を得た。したがって、フェライト鋼とマルテンサイト鋼の水素脆性擬へき開破壊は同一のメカニズムにより生じたことが明らかとなった。最終年度では、さらに、旧オーステナイト粒界における偏析炭素濃度を増加させることで水素脆性粒界破壊を抑制し、マルテンサイト鋼の水素脆性特性を向上させることに成功した。このように、本研究では、水素存在下の塑性変形により形成される微視組織に基づきBCC 鋼の水素脆性擬へき開破壊の統一的なメカニズムを明らかにし、当初の研究目的を達成している。さらに、組織制御により水素脆性破壊機構を抑制することでマルテンサイト鋼の水素脆性特性を向上させることにも成功しており、大きな成果を収めたと言える。