巨大ひずみ加工により作製されるナノ組織TWIP鋼の組織と機械的性質

大应变加工纳米TWIP钢的组织与力学性能

• 批准号: 11F01067
• 负责人: 辻 伸泰
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01067/
• 关键词: 鉄鋼材料; オーステナイト; ナノ結晶; 再結晶; 加工; 強度; 延性; 双晶; TWIP(Twinning Induced Plastieity); 巨大ひずみ加工; 超微細粒; 機械的性質; 加工硬化

TWIP鋼とはTwinning Induced Plasticityの略であり、高い引張延性と高強度を兼ね備えることから近年世界的に注目されている高機能鉄鋼材料である. 高Mn準安定オーステナイト鋼にAl等の合金元素を加えることにより、FCC結晶の積層欠陥エネルギーを大きく低下させ、双晶変形を起こりやすくしているものと考えられるが、その高延性・高強度の発現メカニズムは十分明らかではない. 本研究はTWIP鋼のオーステナイト結晶粒を1㎛以下の超微細結晶粒とすることにより、さらに高い強度と延性、靭性を、より単純な化学組成で実現し、組織と機械的性質の相関性を詳細に明らかにしようとするものである. こうした試みはこれまで世界的にも行なわれておらず、初めてとなる興味深い試みである.平成24年度は典型的なTWIP鋼で、基本的データが数多く報告されているFe-31Mn-3Al-3Si合金を用いて実験研究を行った. 同合金を真空溶解により作製し、所定の形状の母合金60kgを準備した, これに対し冷間圧延による強加工を施し、格子欠陥密度の高いナノ組織を作製した, 得られた巨大ひずみ加工材に対して種々の条件で焼鈍を行い、焼鈍に伴う組織変化を光学顕微鏡、SEM/EBSD、TEMなどの顕微鏡法を用いて明らかにした。加工材およびその焼鈍材の室温引張試験を行った。これらの実験の結果、いわゆる巨大ひずみ加工を必要とせずに通常の強冷間圧延と焼鈍プロセスによって平均粒径400㎜の完全再結晶ナノ組織が得られることを明らかにした。この粒径は、再結晶組織の粒径としてはこれまでに報告されていない最小の粒径である。また得られたナノ組織材が、単相超微細粒組織を有するにも関わらず、高い強度と大きな引張延性を両立するという、極めて興味深い結果を得た。得られた完全再結晶組織を有するTWIP鋼に対して種々のひずみ量の室温引張試験を行い、各段階の変形組織をTEMにより詳細に解析した。その結果、変形双晶の発現に及ぼすマトリクス粒径の影響と、それらが加工硬化に与える影響を明らかにした。

twip钢是一种用于孪晶诱导可塑性的缩写，并且是一种高性能的钢材材料，近年来引起了全球关注，因为它结合了高抗拉力延展性和高强度。通过将AL等合金元素添加到高Mn亚稳态的奥氏体钢中，人们认为FCC晶体的堆叠断层能量大大降低，使双变形的可能性更大，但是高延展性和高强度发育的机制尚不清楚。这项研究旨在通过更简单的化学成分实现更高的强度，延展性和韧性，并详细阐明结构和机械性能之间的相关性。这是第一个也是第一个有趣的尝试。 2012年，使用FE-31MN-3AL-3SI合金进行了典型的旋转钢，该合金报告了许多基本数据。合金是通过真空熔化制备的，制备了给定形状的60公斤的父合金。通过冷滚动进行强大的处理，以产生具有高晶格缺陷密度的纳米结构。在各种条件下退火获得了所获得的巨大应变材料，并使用显微镜（例如光学显微镜，SEM/EBSD，TEM等）揭示了与退火相关的结构变化。对处理后的材料和退火材料进行了室温拉伸测试。这些实验表明，在不需要所谓的巨型应变处理的情况下，可以通过常规的强烈冷滚动和退火过程获得平均粒径为400 mm的完全重结晶纳米结构。该粒径是迄今尚未报道重结晶结构的最小粒径。此外，尽管具有单相超细晶所结构的纳米结构材料，但它在达到高强度和高抗拉力延展性方面取得了极为有趣的结果。具有完全重结晶结构的所获得的镀金钢对室温进行了室温拉伸测试，以各种应变量进行，并通过TEM详细分析了每个阶段的变形结构。结果，阐明了基质粒径对变形双胞胎发展及其对工作硬化的影响的影响。

项目成果

Fully Recrystallized Nanostructures in Bulk Austenitic Steels

大块奥氏体钢中的完全再结晶纳米结构

• 发表时间: 2014
• 作者: Rajib Saha;Rintaro Ueji and Nobuhiro Tsuji;前田譲章，松本健俊，小林光;R. Saha;Nobuhiro Tsuji; Rajib Saha; Shuai Chen; Rintaro Ueji; Akinobu Shibata; Si Gao; Daisuke Terada
• 通讯作者: Nobuhiro Tsuji; Rajib Saha; Shuai Chen; Rintaro Ueji; Akinobu Shibata; Si Gao; Daisuke Terada

Nanocrystalline TWIP Steel with Superior Mechanical Properties Fabricafed by Cold Rolling and Annealing

冷轧退火制备的具有优异力学性能的纳米晶TWIP钢

• 发表时间: 2013
• 作者: Rajib Saha;Rintaro Ueji and Nobuhiro Tsuji
• 通讯作者: Rintaro Ueji and Nobuhiro Tsuji

Macro-, Meso- and Nano-scale Analysis of Deformation Behaviors in Nano-structured or Hetero-structured Metallic Materials

纳米结构或异质结构金属材料变形行为的宏观、细观和纳米尺度分析

• 发表时间: 2011
• 作者: Rajib Saha;Rintaro Ueji and Nobuhiro Tsuji;Rajib Saha;N.Tsuji;N.Tsuji
• 通讯作者: N.Tsuji

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Possibilities to Manage Both Strength and Ductility in Bulk Nanostructured Steels

管理散装纳米结构钢的强度和延展性的可能性

• 发表时间: 2011
• 作者: Rajib Saha;Rintaro Ueji and Nobuhiro Tsuji;Rajib Saha;N.Tsuji
• 通讯作者: N.Tsuji