公立大学法人大阪府立大学

世界初!ステンレス鋼の加工時に生成するナノサイズの結晶相を、放射光X線により観測

更新日:2016年6月14日

世界初!ステンレス鋼の加工時に生成するナノサイズの結晶相を、放射光X線により観測
―水素による脆化を防ぐ研究開発への応用に期待―

研究成果のポイント

  • ステンレス鋼SUS304の「室温において」今まで無いとされてきた六方晶ε相が中間相として出現することを世界で初めて明らかにしました。
  • 放射光回折の引張りその場観察によって、ナノスケールの組織からなる極微量のε相の存在が明らかになりました。
  • 本研究成果は、ステンレス鋼の水素脆化の問題を解決する研究開発への応用につながることが期待されます。

ナノ粒子懸濁液の図

公立大学法人大阪府立大学(理事長:辻󠄀 洋)理学系研究科 久保田 佳基教授と、同工学研究科 森 茂生教授、新日鐵住金ステンレス株式会社(代表取締役社長:伊藤 仁)研究センター 秦野 正治上席研究員、国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(理事長:児玉 敏雄)原子力科学研究部門 物質科学研究センター 菖蒲 敬久主任研究員らは、さびにくい鉄鋼材料として原子炉シュラウドをはじめ最も実用材料として使用されているステンレス鋼SUS304の加工誘起マルテンサイト変態(解説1)における中間相として六方晶ε相が出現することを明らかにしました。

本研究は、水素社会を実現する上で現在ひとつの大きなテーマとなっている、ステンレス鋼の水素脆化という問題を解決する研究開発への応用につながることが期待されます。

SUS304に応力を加えると結晶構造が変わり、強度や延性が向上することが知られていますが、機械的性質のさらなる向上や水素環境中への適用のためには、この相変態のプロセスを解明することが大変重要となります。本研究ではSPring-8の高輝度放射光を用いることにより、「室温において」今までないとされてきた中間相とその応力依存性を観測、さらに、ローレンツ透過電子顕微鏡(解説2)観察により、結晶粒界面に生成した中間相を介して新しい相に変態する全く別のプロセスの存在を明らかにしました。

なお、本成果は2016年6月7日付で、英国Taylor & Francis出版社が発行する「Philosophical Magazine letters」にWeb公開されました。

論文タイトル:Presence of ε-martensite as an intermediate phase during the strain-induced transformation of SUS304 stainless steel

用語解説

解説1 加工誘起マルテンサイト変態

SUS304は、無負荷状態においてfcc構造のオーステナイト相(γ相)の非磁性体です。しかし、引張試験などの冷間加工を施すと、γ相の一部がbcc構造のマルテンサイト相(α’相)へ変態し、強磁性となります。このような変態は加工誘起マルテンサイト変態(Strain Induced Martensitic Transformation)と呼ばれています。

解説2 ローレンツ透過電子顕微鏡

透過型電子顕微鏡を用いて強磁性体試料の磁区構造を観察する手法です。強磁性体に入射した電子は磁化の方向に依存するローレンツ力を受けて進行方向を変えます(偏向します)。隣り合う磁区では異なる偏向を受けるため、隣り合う磁区にコントラストが生じます。フレネル法(defocus法)では隣り合う磁区から異なる偏向を受けた電子線の重なりにより、磁区境界は明線または暗線として観察されます。一方、フーコ法(in-focus法)では隣り合う磁区を通過した透過ビームが後焦面で互いに少しずれた位置に偏向されるため、その一方を選んで結像します。選ばれた透過ビームに対応する磁区の像は明るく、他方の透過ビームに対応する磁区の像は暗く見えます。通常の透過電子顕微鏡では、試料は対物レンズの強い磁場中(約2テスラ)に置かれるので、試料全体が単一磁区になってしまいます。磁区観察には試料位置にほとんど磁場がかからない専用の対物レンズを用いる必要があります。

お問い合わせ

大阪府立大学 理学系研究科

教授 久保田 佳基

Tel 072-254-9193 Eメール kubotay[at]p.s.osakafu-u.ac.jp[at]の部分を@と変えてください。