【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.05】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5108
利用課題名 / Title
高強度鋼における脆性破壊挙動
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
走査型電子顕微鏡/ Scanning electron microscopy, 集束イオンビーム（FIB）/ Focused ion beam
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
柴田 曉伸
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
諸永拓,中村晶子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
通常，鉄鋼材料では，材料強度が上昇するにつれて水素脆化感受性が増加していく傾向があり，引張強度が1.2 GPaを超えるような超高強度鋼では，通常の大気環境下においても水素脆性が発現する危険性が提唱されている．高強度を維持しつつ，耐水素特性にも優れた鉄鋼材料を実現していくためには，クラック伝播挙動とミクロ組織の相関といったような破壊メカニズムの基礎を理解し，そのメカニズムに基づいたミクロ組織制御が必要不可欠となる．本研究ではFIB-SEMシリアルセクションングおよびSTEMによりマルテンサイト鋼の水素脆性クラック伝播挙動を明らかにすることを目的として実験を行った．
実験 / Experimental
試料としてモデル鋼である8Ni-0.1C (wt. %) 鋼の焼入れままマルテンサイトを用いた．陰極電界チャージにより種々の濃度の水素を導入し (0.28 ～ 4.00 wt.ppm)，コンパクトテンション試験片を用いた除荷コンプライアンス試験によって水素脆性特性を評価した．除荷コンプライアンス試験後の中心断面付近に存在するクラックを，FIB-SEMシリアルセクショニングおよびSTEMにより解析した．
結果と考察 / Results and Discussion
クラック進展抵抗曲線 (J –
da曲線) から，水素チャージ材は小さなJ積分値でクラックが伝播し始めるが，不安定破壊前に一種の安定クラック成長段階が存在することがわかった．Figure 1に水素脆性クラックの3次元形態および3D-EBSD解析結果を示す．主な破壊様式は旧オーステナイト粒界での粒界破壊であったが，Figure 1(a)の赤色で示すようにクラックは頻繁に旧オーステナイト粒界から外れており，また小角の方位差を有する旧オーステナイト粒界セグメントにおいてクラック伝播が停止する傾向が確認された (Figure 1 (c, d))．
旧オーステナイト粒界から外れて旧オーステナイト粒内を擬へき開クラックとして伝播している箇所をSTEMにより解析したところ，クラック先端には高密度の転位および転位セルが観察された．また，クラック先端から1 mm以内の領域で10 °程度の大きな方位変化が確認された．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Figure 1 (a) 3D crack morphology (blue: intergranular crack component and red: quasi-cleavage crack component), (b) 3D-EBSD orientation map, and (c, d) misorientation of the prior austenite grain boundary segments at the regions indicated in (c) of the hydrogen-charged specimen with HD = 0.42 wt ppm.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Akinobu Shibata, Local crack arrestability and deformation microstructure evolution of hydrogen-related fracture in martensitic steel, Corrosion Science, 233, 112092(2024).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.112092
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- SHIBATA, Akinobu, GUTIERREZ URRUTIA, Ivan, NAKAMURA Akiko, MORONAGA, Taku, OKADA, Kazuho, Yazid Madi, Jacques Besson, HARA, Toru. Local crack arrestability of hydrogen-related fracture in high-strength martensitic steel. The 7th International Symposium on Steel Science 2024 (ISSS). 2024
- 柴田 曉伸, グティエレス ウルティア イヴァン, 中村 晶子, 諸永 拓, 岡田 和歩, 原 徹. マルテンサイト鋼における水素脆性破壊のマルチスケール解析. 日本金属学会2024年秋期（第175回）講演大会. 2024
- 柴田 曉伸, グティエレス ウルティア イヴァン, 中村 晶子, 諸永 拓, 岡田 和歩, 原 徹. マルテンサイト鋼の水素脆性き裂伝播挙動. 日本鉄鋼協会 第188回秋季講演大会. 2024
- SHIBATA, Akinobu, GUTIERREZ URRUTIA, Ivan, NAKAMURA Akiko, MORONAGA, Taku, OKADA, Kazuho, Yazid Madi, Jacques Besson, HARA, Toru. Local crack arrestablity of hydrogen-related intergranular fracture in as-quenched martensitic steel. European Conference on Fracture 2024. 2024
- SHIBATA, Akinobu, NAKAMURA Akiko, MORONAGA, Taku, GUTIERREZ URRUTIA, Ivan, OKADA, Kazuho, Yazid Madi, Jacques Besson, HARA, Toru. Three-dimensional crack propagation behavior and deformation microstructure evolution of hydrogen-related fracture in martensitic steel. 3rd International Symposium on the Recent Developments in Plate Steels. 2024
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件