パーライト鋼の組織解析および加工硬化機構の解明

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鉄鋼材料の中でもパーライト鋼は、高強度でありかつ優れた加工硬化能を示す。このような機械的特性は、パーライト鋼特有の階層組織(ラメラー、コロニー、ブロック)によってもたらされていると考えられてきた。しかし、申請者はこれまでにパーライト鋼中に弾性歪が内在していること、さらに、弾性歪量の低下に伴い加工硬化率が低下することが明らかとしている。これは、パーライト鋼の加工硬化挙動に弾性歪が寄与していることを示唆している。そこで、本研究ではパーライト鋼の加工硬化機構の解明を目的として、平成25年度は合金組成・熱処理条件を変化させることにより弾性歪量・ラメラー形態を種々変化させた試料を準備し、機械特性を評価することでパーライト鋼の加工硬化率に与える弾性歪とラメラー組織の影響を調査した。パーライト鋼を高温で保持するとラメラーの球状化と共に弾性歪量が低下することがわかった。これらの試料を引張試験に供したところ、弾性歪量と降伏応力は良好な直線関係を示し、パーライト鋼の降伏応力が、弾性歪によって支配されることが示唆された。一方、加工硬化率に関しては弾性歪量の違いによりその値は変化するものの、ラメラー組織の球状化に伴う加工硬化率の低下が著しく大きかった。これは、パーライト鋼の加工硬化にはラメラー組織の形態が重要な因子であることを示唆している。以上の結果および前年までの変形組織の観察結果から、パーライト鋼の弾性歪および組織が加工硬化に与える影響としては、(i)弾性歪は、コロニーを単位とした不均一降伏を生じさせ、降伏応力を支配する因子であり、降伏前後での加工硬化率に影響を与えると考えられるが、その効果は小さいこと、(ii)ラメラー組織は、ラメラー配向に依存したコロニー毎の不均一塑性変形を形成させ、微細に歪を分布させることでパーライト鋼の加工硬化率を高める効果があることが明らかとなった。