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

碳钢中高温相（奥氏体）的挑战性超晶粒细化

• 批准号: 22K18888
• 负责人: 辻 伸泰
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18888/
• 关键词: バルクナノメタル; 鉄鋼材料; オーステナイト; 加工熱処理; 力学特性

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。

The purpose of this study is to find out how to refine crystal grains in carbon steel in high temperature phase with an average particle size of less than 1μm. Medium Mn low carbon steel for processing, large temperature processing, rapid heating, rapid cooling, high temperature processing, ultra-fine crystal grain test Atomic dispersion is activated at high temperatures, and the destruction (recovery) of the crystal position and recrystallization grain growth are carried out in a short time. It is difficult to refine the crystal grains at high temperatures. This paper reports the achievement of ultrafine grain refinement in high temperature phases of metals and alloys. The basic structure of heat treatment of steel, crystal grain ultrafine refinement, ultra-fine grain phase change, new research field development High probability of final organization due to excellent mechanical properties In the first year of 2022, 3-6wt% Mn and Mn containing low carbon steel were used in medium and high temperature phases. Mn is a stabilizing element, and the lower limit temperature of Mn is A3 (911°C for pure iron). The recovery, recrystallization and grain growth are inhibited, and the crystal grain is ultra-fine. The following processing and heat treatment methods are used for the ultra-fine refinement of the crystal grains of Oyster. For low-temperature organization, huge internal processing can be carried out, rapid heating and short-time heat treatment at temperatures above A3 can be carried out using a small machine, and ultra-fine particle fast organization can be realized. As a result, medium Mn steel has a high temperature phase and a fine crystal particle size of 1μm. The results of this study were successful in stabilizing the FCC phase at room temperature. The important achievements in the process of crystal grain refinement under high temperature and high temperature deformation are obtained.

项目成果

Thermomechanical processing for fabricating untrafine grained steels

用于制造超细晶粒钢的热机械加工

• 发表时间: 2022
• 作者: 木下 直樹;川野 哲也，川村 隆一，鈴木 賢士，杉本 聡一郎，高橋 劭;Nobuhiro Tsuji
• 通讯作者: Nobuhiro Tsuji

Rediscovery of Hall-Petch strengthening in bulk ultrafine grained pure Mg at cryogenic temperature: a combined in-situ neutron diffraction and electron microscopy study

• DOI: 10.1016/j.actamat.2022.118243
• 发表时间: 2022-08
• 期刊: Acta Materialia
• 影响因子: 9.4
• 作者: Ruixiao Zheng;W. Gong;Jun-ping Du;Si-feng Gao;Maowen Liu;Guodong Li;T. Kawasaki;S. Harjo;Chao-Li Ma;S. Ogata;N. Tsuji

McGill University(カナダ)

麦吉尔大学（加拿大）

Effect of ultra-grain refinement on deformation behavior of Fe-24Ni-0.3C metastable austenitic steel

超晶粒细化对Fe-24Ni-0.3C亚稳奥氏体钢变形行为的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Wenqi Mao;Si Gao;Wu Gong;Akinobu Shibata;Nobuhiro Tsuji
• 通讯作者: Nobuhiro Tsuji

Yield and flow properties of ultra-fine, fine, and coarse grain microstructures of FeCoNi equiatomic alloy at ambient and cryogenic temperatures

• DOI: 10.1016/j.scriptamat.2023.115392
• 发表时间: 2023-06
• 期刊: Scripta Materialia
• 影响因子: 6
• 作者: A. Lavakumar;S. Yoshida;Jesada Punyafu;S. Ihara;Yan Chong;H. Saito;N. Tsuji;M. Murayama