低炭素マルテンサイト鋼の低温脆性とマルテンサイト微視組織の関係

低碳马氏体钢低温脆性与马氏体组织的关系

• 批准号: 14J02863
• 负责人: 坪井 瑞記
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J02863/
• 关键词: 低温脆性; へき開破壊; 破壊力学; 結晶学; マルテンサイト; ベイナイト; き裂進展開始抵抗; き裂伝播抵抗

鋼のマルテンサイト・ベイナイトは高強度を示すが,低温で靭性が大きく低下し,脆性的に破壊することが知られている.我々はマルテンサイト鋼の低温脆性破壊挙動を調べ,従来報告されていたブロックやパケットではなく,同じBain格子変形によって生成するバリアントの集合(Bain unit)がマルテンサイトの低温靭性を支配する組織単位であることを明らかにしている.また,異なるBain unitサイズを有するベイナイト組織の延性-脆性遷移温度を調べ,Bain unitサイズの微細化に伴い延性-脆性遷移温度は低温側に移行,すなわち低温脆性が抑制されたことを報告している.本年度は,Bain unitの微細化により低温脆性が抑制された要因を,クラック進展開始抵抗およびクラック伝播抵抗の観点から検討した.引張試験時の荷重-変位曲線からJ積分値を測定するとともに,破面トポグラフィ解析によりクラック成長量を精密測定することで,J抵抗曲線を正確に作成・解析しし,Bain unitの微細化によってクラック進展開始抵抗とクラック伝播抵抗がともに向上することを明らかにした.さらに,有限要素法解析により算出したマイクロクラック近傍の引張応力から,破壊クラックがBain unit間の境界を越えて進展開始するための局所的な破壊靭性値を評価し,局所的な破壊靭性値の最大値はBain unitサイズによらず同程度の値であることを見出した.これらの結果から,Bain unitサイズが微細である場合,破壊初期に生じるマイクロクラック長さが短いためにマイクロクラック先端における応力集中の度合いが低くなる結果,Bain unitの微細化によってクラック進展開始抵抗が向上すると考察している.また実験的に得られた局所的な破壊靭性値は,理想脆性体を仮定したGriffith 理論から予測される値よりも非常に大きいことから,Bain unitの微細化によるクラック進展開始時およびクラック伝播時の塑性緩和量の増加も,低温脆性の抑制に寄与していることを明らかにした.

马氏体贝氏钢具有高强度，但其韧性在低温下显着降低，并且已知会破坏脆性。我们调查了马氏钢的低温脆性断裂行为，并透露，同一贝恩晶格变形产生的一组变体是管理马氏体低温韧性的组织单位。我们还研究了具有不同BAIN单位尺寸的贝氏体结构的延性脆性过渡温度，并报告说，延性 - 脆性过渡温度向低温侧移动，即，由于贝恩单位尺寸被完善，抑制了低温的勃贴。今年，我们解释说，延性 - 脆性过渡温度被转移到低温侧，即抑制了低温的勃液。从裂纹发育起始抗性和裂纹传播抗性的角度检查了单位小型化抑制了低温勃起性的原因。 J积分值是通过拉伸测试期间从负载位置曲线测量的，并且通过精确测量裂缝表面地形分析对裂纹生长的量进行精确创建和分析J抗性曲线，并且揭示了裂纹的开发起始阻力和裂纹耐药性通过微微孔单位的微型生效来提高裂纹启动阻力和裂纹耐药性。此外，从通过有限元分析计算出的微裂纹附近的拉伸应力，裂缝裂纹的局部断裂韧性值开始超越贝恩单位之间的边界，而局部断裂韧性的最大值是相同的，无论贝恩单位的大小如何。从这些结果中，我们发现，当单位尺寸良好时，贝恩由于裂缝开始时发生的短微裂纹长度而在微裂纹尖端的应力浓度程度较低，并且贝恩单元的微型化提高了裂纹的开发启动阻力。此外，由于在实验上获得的局部断裂韧性值远大于格里菲斯理论的预测，该理论假设是理想的脆性身体，很明显，在裂纹开发开始时塑料松弛的增加以及在裂纹开发时，由于贝恩单位的微型化也有助于抑制低 - 体质的体现。

项目成果

Crystallographic Characterization of Cleavage Plane in Low-Carbon Martensitic Steel

低碳马氏体钢解理面的晶体学表征

• DOI: 10.1016/j.matpr.2015.07.369
• 发表时间: 2015
• 期刊: Materials Today: Proceedings
• 作者: Mizuki Tsuboi;Akinobu Shibata;Daisuke Terada;Nobuhiro Tsuji
• 通讯作者: Nobuhiro Tsuji

低炭素ベイナイト鋼の破壊靭性におよぼすBainサイズの影響

贝氏体尺寸对低碳贝氏体钢断裂韧性的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: 坪井瑞記;古渕義史;柴田曉伸;辻伸泰
• 通讯作者: 辻伸泰

Role of Different Kinds of Boundaries against Cleavage Crack Propagation in Low Temperature Embrittlement of Low-Carbon Martensitic Steel

不同类型边界对低碳马氏体钢低温脆化中解理裂纹扩展的作用

• DOI: 10.1007/s11661-017-4107-9
• 发表时间: 2017
• 期刊: Metallurgical and Materials Transactions A
• 作者: Mizuki Tsuboi;Akinobu Shibata;Daisuke Terada;Nobuhiro Tsuji
• 通讯作者: Nobuhiro Tsuji

Relationship between microstructure of martensite and cleavage crack propagation in low-carbon steel

低碳钢马氏体组织与解理裂纹扩展的关系

• 发表时间: 2014
• 期刊: Proceedings of the 4th International symposium on Steel Science
• 作者: Mizuki Tsuboi;Akinobu Shibata;Nobuhiro Tsuji
• 通讯作者: Nobuhiro Tsuji

Relationship between Bain unit size and low-temperature toughness in low-carbon bainitic steel

低碳贝氏体钢贝恩单位尺寸与低温韧性的关系

• 发表时间: 2017
• 期刊: Proceedings of 9th Pacific Rim International Conference on Advances Materials and Processing
• 作者: Mizuki Tsuboi;Yoshifumi Kobuchi;Akinobu Shibata;Nobuhiro Tsuji
• 通讯作者: Nobuhiro Tsuji