成果報告書詳細
管理番号20110000001359
タイトル平成22年度成果報告書 水素先端科学基礎研究事業 水素先端科学基礎研究 材料中の疲労き裂先端の水素状態の調査
公開日2011/9/9
報告書年度2010 - 2010
委託先名学校法人福岡大学
プロジェクト番号P06026
部署名新エネルギー部
和文要約 水素パイプラインに設置されるバルブの候補材料であるダクタイル鋳鉄について、延性低下に及ぼす水素の影響を調査した。昇温脱離分析および水素マイクロプリント法による材料中の水素の可視化によって、同材料に侵入する水素の大半が拡散性水素であり、主に黒鉛部およびパーライト部に貯蔵されることをつきとめた。同材料では、侵入水素により延性が大きく低下する。これは、黒鉛から発生するき裂の進展が水素によって早まることによる。また、未チャージ材では、クロスヘッドスピードを0.02~50mm/minの範囲で変化させても延性に明確な変化は生じないのに対し、水素チャージ材では、クロスヘッドスピードを低下させると、延性がさらに低下する。これらの実験結果から、同材料における水素による延性低下の機構として、1.黒鉛と基地組織の界面に存在する水素のき裂先端への供給、2.水素によるパーライト割れの促進、3.黒鉛内部から徐々に放出される水素のき裂先端への供給、の3つの因子の相互作用が考えられる。都市ガスパイプラインで多用されている鋳鉄を水素パイプラインで安全に使用するためには、今後パーライト量や黒鉛量の異なる材料についても同様な調査を行い各因子の影響を定量化していく必要がある。上記の知見に基づき、年度終盤からはパーライト量や黒鉛量が異なる材料についても調査を開始している。その成果については、次年度の成果と合わせて報告したい。また、将来は静的強度特性だけでなく疲労強度や衝撃強度について調査することも重要である。さらに、上記の鋳鉄に関する研究と並行して、疲労き裂先端への水素集積可視化をより高感度で行うために水素マイクロプリント法の改良を行っている。今年度は、試験片表面における水素検出効率を改善させるためのめっき装置を構築した。
英文要約 We investigated the effect of the hydrogen-charging on the uniaxial tensile behaviors of a ductile cast iron, which is a candidate material for valves in hydrogen pipeline. It was found that the hydrogen-charging accelerated the crack growth from graphite in the fracture process. The crack growth acceleration resulted in a marked decrease in ductility, e.g., reduction of area at final fracture (RA) of specimens. For the uncharged specimens, the RA was nearly constant irrespective of the strain rate. In contrast, for the hydrogen-charged specimens, the RA was gradually decreased as the strain rate was decreased. The thermal desorption spectroscopy and the hydrogen microprint technique revealed that, in the hydrogen-charged specimens, most of solute hydrogen was diffusive and mainly segregated at graphite, graphite/matrix interface zone and pearlite. Based on these experimental observations, it is considered that the hydrogen-induced degradation behavior was caused mainly by a combination of the following three mechanisms: (i) supply of hydrogen to the crack tip from graphite and graphite–matrix interface, (ii) hydrogen-enhanced pearlite cracking and (iii) successive hydrogen-emission from graphite and additional hydrogen-supply to the crack tip. Above results indicated that, to ensure the safety use of cast irons in hydrogen gas environment, further systematic study is needed to quantify the contribution of each mechanism. Therefore, we have started investigating the hydrogen-induced degradation and its mechanism also for the other materials having different amounts of pearlite and graphite. The result will be reported in the next year together with the additional result to be obtained. In addition, we have been trying to improve the microprint technique to enable the visualization of hydrogen more sensitively. As regarding this problem, an electroplating system was developed to increase the efficiency for hydrogen detection at specimen surface.
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