成果報告書詳細
管理番号20120000001144
タイトル平成19年度~平成23年度成果報告書 鉄鋼材料の革新的高強度・高機能化基盤研究開発
公開日2012/10/20
報告書年度2007 - 2011
委託先名一般財団法人金属系材料研究開発センター 国立大学法人大阪大学 独立行政法人物質・材料研究機構 国立大学法人東京工業大学 国立大学法人九州工業大学 国立大学法人京都大学 国立大学法人九州大学 国立大学法人東北大学 国立大学法人豊橋技術科学大学 国立大学法人横浜国立大学 独立行政法人理化学研究所 国立大学法人鹿児島大学
プロジェクト番号P07005
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約目標
鋼構造体での強度(980MPa)及び靭性(-40℃で47J以上)達成のための(1)純Ar下でのMIG溶接技術(クリーンMIG)の確立、(2)板厚25mmの鋼板のレーザ溶接技術の確立、(3)極低酸素のクリーンマルテンサイト高強度高靭性溶接金属組織設計
成果
(1)クリーンMIG溶接と呼ぶ新しい極低酸素(50ppm以下)溶接技術の創出・確立
(2)残留γの生成を適正制御し耐水素脆化性(予熱不要)と高靭性(-40℃で47J以上)を兼備する極低酸素マルテンサイト組織制御基盤技術の確立、および溶接材料の開発
(3)最大26kWの大出力ファイバーレーザを利用しレーザ・アークハイブリッド溶接方法の高度化、980MPa級25mm厚までの溶接条件(溶接速度0.8?1 m/min)確立
2.水素脆化BRU
目標
(1)複数の格子欠陥が重畳する金属組織での各種格子欠陥における水素存在状態定量化
(2)メゾスケールでの水素影響による亀裂進展モデル構築
(3)単純化した金属組織の980MPa高強度鋼での局所応力?局所水素量の破断限界取得
成果
(1)第一原理計算と分子動力学法、および低温昇温脱離分析装置による鉄中の各種格子欠陥の相互作用エネルギー(Eb)の定量化
(2)第一原理計算と原子スケール分子動力学計算結果を有限要素計算に用いた亀裂進展モデル
(3)980MPa焼き戻しマルテンサイト鋼の局所応力-局所水素量(4ppmまで)の破断限界を実験取得 3.高温クリープSG
目標
700℃級超々臨界火力発電(A-USC)用耐熱材料として、(1)650℃(フェライト系鋼)、700℃(オーステナイト系鋼)、750℃(Ni基合金)で10万時間クリープ強度100MPaを実現できる合金設計指針の提示、(2)予測時間精度 Factor of 1.2の高精度クリープ強度予測法の確立
成果
(1)合金設計指針を提示
(2)損傷データベースと強度予測プラットフォームの構築
4.制御鍛造SG
目標
 1つの鍛造部品内で1000MPa以上と900MPa以下の降伏強度を発現できる鍛造技術開発を目的として、(1)VC相界面析出による高強度化、(2)強度分布を予測するバーチャルラボシステムの構築、(3)プロトタイプ部品作製を実施する。
成果
(1)降伏強度1000MPa以上を達成するための成分・プロセスの開発
(2)VC相界面析出強化を含む強度分布の予測シミュレーションシステムの構築
(3)強度差を持つプロトタイプ部品の試作を達成
5.内部起点疲労破壊SG
目標
(1)材料力学と材料因子の両方を考慮した世界初の転動疲労の寿命予測式を構築して目標寿命に対する介在物サイズの臨界値を得る
(2)限界き裂長さに及ぼす非金属介在物と応力の影響を明確化
成果
(1)転動疲労メカニズム解明とParis則に準じたパラメータ(ΔKII’)の定義、転動疲労試験データ取得して種々の非金属介在物大きさからの寿命下限線式寿命下限線を取得
(2)介在物形態の3次元解析、転動疲労メカニズムのモデル化、介在物種による転動疲労損傷過程の相異
英文要約T:Targets and A:Achievements
1.Welding technology SG
T:
High strength (980MPa) and toughness ( 47J at -40 deg. C) joints, which requires;
(1)Creation of pure Ar MIG welding (Clean MIG Welding).
(2)Establishment of Laser welding available for 25mm thick plates.
(3)Advanced weld metal for high strength and -toughness.
A:
(1)"Clean MIG Welding" was created, and reduced oxygen content of weld metal to less than 50ppm with the coaxial-layered wire.
(2)980MPa-class weld metal of no cold crack and high toughness without pre-heating was designed by clean martensite.
(3)Practical condition of the laser-arc hybrid welding was established for 25mm-thick plates by 16kW laser, and the safety of weld metal in the structural joints was confirmed.
2.Hydrogen embrittlement BRU
T:
(1)To clarify hydrogen state in various defects.
(2)Creation of meso-scale crack propagation model under hydrogen coexistence.
(3)To evaluate fracture limit with local stress-hydrogen condition in 980MPa steel.
A:
(1)Interaction energy for hydrogen and each defect was obtained by Ab initio calculation, molecular dynamics, and newly developed thermal desorption.
(2)Crack propagation model was constructed thorough FEM based on molecular dynamics and Ab initio calculation.
(3)A quantitative fracture limit was obtained for hydrogen up to 4 ppm in a quenched and tempered 980MPa steel.
3.High temperature creep SG
T:
(1)To develop alloy design guidelines for ferritic, austenitic and Ni-based alloys applicable respectively up to 650 deg. C, 700 deg. C and 750 deg. C for power plants having creep strength of 100 MPa at 100,000 h.
(2)To accurately predict creep strength in factor of 1.2.
A:
(1)Alloy design guidelines to meet the targets were developed.
(2)The aimed accuracy was performed developing microstructural data base, and building degradation diagnose platform for creep strength prediction.
4.Controlled forging SG
T:
To develop the forged component with different YS (> 1000 MPa and <900 MPa) the following will be done;(1)obtain high YS by VC interface precipitation,(2)develop simulation system to predict mechanical properties,(3)fabricate prototype forging parts.
A:
(1)The chemical composition and formation process to obtain YS>1000MPa was developed,
(2)The simulation system which visualizes YS distribution including VC interphase precipitation was constructed,
(3)Prototype forging parts were fabricated and the targeted difference in YS was accomplished. 5.Internal fatigue failure SG
T:
(1)To develop the equation predicting the rolling contact fatigue life and to evaluate the critical size of inclusions.
(2)To clarify the effects of inclusion and stress on the critical length.
A:
(1)Based on the Paris law, ΔKII’, was defined for the rolling contact fatigue data. The advanced equation predicting the fatigue life was developed byΔKII’. The lower limit of data gave a critical size or inclusions for crack propagation.
(2)The 3-dimensional morphology of inclusions was characterized. The substance crack generation under rolling fatigue was clarified.
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