ナノ水素局在化解析による動的水素ぜい化機構解明と耐水素ぜい化材料の開発指針の構築

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高強度鋼は環境中から侵入した水素により水素ぜい化を生じる.材料内の水素は主に格子欠陥にトラップされており,室温で拡散する拡散性水素と室温では拡散できない非拡散性水素の2種類の状態に大別される.水素ぜい化は拡散性水素により生じ,非拡散性水素は静的強度に影響しないと報告されている.しかしながら,機械構造物の長期信頼性を確保する上で重要となる疲労強度特性に及ぼす影響については不明である.そこで,非拡散性水素が疲労強度特性を低下させることを明らかにした上で,その機構解明を目的として研究を実施して,本年度は以下のことを明らかにした.(1)非拡散性水素は疲労き裂進展を加速させ,さらに,ΔKが小さくなるにつれてき裂進展速度が加速する傾向にあった.また,非拡散性水素吸蔵条件下の疲労き裂進展特性に及ぼす応力繰返し速度と応力比の影響を調べた.その結果,非拡散性水素吸蔵条件下の疲労き裂進展は応力繰返し速度に依存し,低繰返し速度になるほどき裂進展速度の加速は大きくなった.しかしながら,応力比は非拡散性水素吸蔵条件下の疲労き裂進展に影響を及ぼさず,き裂進展速度は有効応力拡大係数範囲により整理できた.(2)疲労き裂近傍における非拡散性水素の挙動を,水素マイクロプリント法を用いた水素可視化手法により検討した.非拡散性水素を吸蔵した条件において,静荷重下では水素の放出は見られないが,繰返し荷重が負荷されることにより,疲労き裂の近傍のみに水素の放出が観察された.これは,室温・静荷重下では拡散できない非拡散性水素が繰返し荷重によりトラップサイトから脱離・拡散していることを示している.また,ΔKが大きくなるにしたがって,非拡散性水素の脱離範囲も広くなる傾向にあった.さらに,有限要素法による応力解析の結果から弾性の繰返し応力でも非拡散性水素が脱離することを明らかにし,脱離を支配する力学条件として相当応力の振幅が妥当であると結論づけた.