Challenging Ultra Grain Refinement of High Temperature Phase (Austenite) in Carbon Steels

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本研究の目的は、高温相であるため結晶粒超微細化が困難であった炭素鋼のオーステナイト相の結晶粒超微細化に挑戦し、平均粒径1μm以下のオーステナイト組織を作製する事である。中Mn低炭素鋼に対して、巨大ひずみ加工した低温相の急速加熱・急速冷却、またはA3温度直上での強加工による結晶粒超微細化を試みる。原子拡散が活発となる高温では、転位の消滅(回復)や再結晶・粒成長が短時間で進行するため、高温相の結晶粒超微細化は困難である。金属・合金の高温相の結晶粒超微細化を達成したという報告はなく、本研究は挑戦的研究として大きな意義を有している。オーステナイトは鋼の熱処理の基本となる組織であり、結晶粒超微細化を達成できれば、超微細粒オーステナイトからの相変態という新しい研究分野が開拓される。また、卓越した力学特性を有する最終組織が実現できる可能性が高い。第１年度である2022年度は、3-6wt%のMnを含む中Mn低炭素鋼を用い、高温相オーステナイトの結晶粒超微細化に挑戦した。Mnはオーステナイト安定化元素であり、その添加によりオーステナイト単相領域の下限温度であるA3点(純鉄では 911°C)が低下する。これにより回復・再結晶・粒成長を抑制し、結晶粒超微細化が実現できる。オーステナイトの結晶粒超微細化のために以下の加工熱処理法を用いた。低温組織に対して巨大ひずみ加工を施し、ソルトバスを用いたA3点直上温度への急速加熱・短時間熱処理を行なって、超微細粒オーステナイト組織を実現する。この結果、中Mn鋼において高温相オーステナイトの結晶粒径を１μm程度まで微細化することが可能であることを明らかにした。この成果を純コバルトに対して応用し、コバルトの高温FCC相を室温で安定化することに成功した。また、高温強加工による結晶粒微細化の実験において、高温変形中の動的相変態の発現理由に関する重要な成果も得た。