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.

Steel has high strength, low toughness at low temperature, and brittle fracture. We report that low temperature brittleness of steel is regulated by the Bain lattice, and the Bain lattice is formed by the Bain unit, which is the structure unit that controls the low temperature brittleness of steel. The ductility and brittleness transition temperature of Bain unit is adjusted, and the miniaturization of Bain unit is accompanied by the ductility and brittleness transition temperature shift to the low temperature side. This year,Bain unit miniaturization, low temperature brittleness and suppression of the main reasons, the progress of resistance began to resist the spread of resistance to the point of investigation. The load-displacement curve during tension test is measured accurately. The J-resistance curve is accurately constructed. The analysis is performed. The miniaturization of the Bain unit is performed. The resistance is started. In addition, the finite element analysis method calculates the tensile strength of the adjacent part of the Bain unit, and the maximum value of the fracture toughness of the local part is the same as the value of the Bain unit. As a result, the Bain unit is fine, and the initial stage of breakdown is short. As a result, the concentration of force is low, and the miniaturization of the Bain unit begins to resist upward. Griffith's theory predicts that the fracture toughness of an ideal brittle body will be very high, and that the plasticity relaxation of a Bain unit will increase at the beginning of the process, and that the low temperature brittleness will be suppressed.

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