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合金元素としての水素の有効活用：構造用耐水素オーステナイト鋼開発の新境地

有效利用氢作为合金元素：结构抗氢奥氏体钢开发的新领域

基本信息

批准号：
21K14045
负责人：
小川祐平
金额：
$ 2.91万
依托单位：
National Institute for Materials Science (2022)Kyushu University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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

项目摘要

当該年度は，水素侵入に伴うオーステナイト鋼の高強度化現象，すなわち固溶強化メカニズムの解明に注力した．前年度までの研究において水素固溶による高強度・高延性化が認められているFe-24Cr-19Ni（mass%）合金を用い，～7600 at ppmの水素を添加した状態で，173～423 Kまでの広範な温度範囲における引張試験と，296 Kにおける繰返し応力緩和試験を実施した．水素による固溶強化量は室温付近かつ低ひずみ速度域で最大値を示し，このことから，結晶格子中に分散した水素原子に加え，塑性変形中の運動転位に追従する水素原子の雰囲気が，固溶強化に対して重要な役割を担っていることを定量的に実証した．また，173 K付近の低温域では，応力上昇自体は室温付近ほど顕著ではないものの，固溶強化量が水素原子濃度に対して指数関数的に上昇し，かつひずみ速度に依存しない非熱的特性を持つことを明らかにした．昨年度までの成果である水素固溶度のCr濃度依存性を踏まえ，低温ではCrと水素から成るI-S複合体および短範囲規則格子が，固溶強化の支配要因であることを示唆する結果を得た．応力緩和試験においては，測定される熱活性化パラメータから，水素が転位に対する母相格子中の摩擦力成分を上昇させていることを明確に示す結果を得ることができた．同実験において得られた転位運動の活性化体積の定量的数値から，水素-転位間相互作用の具体的様相と，それによる固溶強化発現のモデルを構築した．

In this year, water element intrusion is accompanied by high strength phenomenon of steel, and solid solution strengthening is accompanied by solution stress. In previous years 'research, Fe-24Cr-19Ni (mass%) alloy was used to achieve high strength and high ductility for water solid solution. When ~7600 at ppm of water was added, tension tests were carried out over a wide temperature range of 173 to 423 K, and cooling force relaxation tests were carried out at 296 K. The maximum value of solution strengthening amount of water element in the velocity domain near room temperature is shown, and the quantitative proof of solution strengthening amount is shown. The dispersion of water element atoms in the crystal lattice is increased, and the movement position of water element atoms in plastic deformation is tracked. In the low temperature range near 173 K, the force increases from room temperature to room temperature, and the solid solution strengthening amount increases with the water atomic concentration to the exponential factor. Last year's results showed that Cr concentration dependence of water solid solubility was the main factor of solution strengthening, and I-S complex was formed at low temperature. The friction force component in the matrix increases when the thermal activation is determined. In the same way, the quantitative value of the activation volume of the site movement is obtained, and the specific phase of the water-site interaction is constructed.