Challenging Ultra Grain Refinement of High Temperature Phase (Austenite) in Carbon Steels

碳钢中高温相（奥氏体）的挑战性超晶粒细化

• 批准号: 22K18888
• 负责人: 辻 伸泰
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18888/
• 关键词: バルクナノメタル; 鉄鋼材料; オーステナイト; 加工熱処理; 力学特性; バルクナノメタル; 鉄鋼材料; オーステナイト; 加工熱処理; 力学特性

本研究の目的は、高温相であるため結晶粒超微細化が困難であった炭素鋼のオーステナイト相の結晶粒超微細化に挑戦し、平均粒径1μm以下のオーステナイト組織を作製する事である。中Mn低炭素鋼に対して、巨大ひずみ加工した低温相の急速加熱・急速冷却、またはA3温度直上での強加工による結晶粒超微細化を試みる。原子拡散が活発となる高温では、転位の消滅(回復)や再結晶・粒成長が短時間で進行するため、高温相の結晶粒超微細化は困難である。金属・合金の高温相の結晶粒超微細化を達成したという報告はなく、本研究は挑戦的研究として大きな意義を有している。オーステナイトは鋼の熱処理の基本となる組織であり、結晶粒超微細化を達成できれば、超微細粒オーステナイトからの相変態という新しい研究分野が開拓される。また、卓越した力学特性を有する最終組織が実現できる可能性が高い。第１年度である2022年度は、3-6wt%のMnを含む中Mn低炭素鋼を用い、高温相オーステナイトの結晶粒超微細化に挑戦した。Mnはオーステナイト安定化元素であり、その添加によりオーステナイト単相領域の下限温度であるA3点(純鉄では 911°C)が低下する。これにより回復・再結晶・粒成長を抑制し、結晶粒超微細化が実現できる。オーステナイトの結晶粒超微細化のために以下の加工熱処理法を用いた。低温組織に対して巨大ひずみ加工を施し、ソルトバスを用いたA3点直上温度への急速加熱・短時間熱処理を行なって、超微細粒オーステナイト組織を実現する。この結果、中Mn鋼において高温相オーステナイトの結晶粒径を１μm程度まで微細化することが可能であることを明らかにした。この成果を純コバルトに対して応用し、コバルトの高温FCC相を室温で安定化することに成功した。また、高温強加工による結晶粒微細化の実験において、高温変形中の動的相変態の発現理由に関する重要な成果も得た。

这项研究的目的是挑战碳钢奥氏体相的超细晶粒尺寸，由于高温阶段，这很难实现超细晶粒尺寸，并产生平均晶粒尺寸为1μm或以下的奥氏体结构。对于中MN的低碳钢，我们试图快速加热并快速冷却较大的紧张的低温相，或者通过在A3温度上方的强大加工来加热到超细晶体。在原子扩散是活跃的高温下，位错消失（恢复），重结晶和晶粒生长在短时间内进行，因此很难在高温期中超细晶粒。尚无关于在金属和合金的高温期实现超细晶粒大小的报道，这项研究是一项艰巨的研究。奥斯丁岩是钢热处理的基本结构，如果可以实现超细晶粒，将开发一个新的研究领域，即从超细谷物奥斯丁岩中进行相变。此外，很有可能可以实现具有出色机械性能的最终结构。在2022财政年度，第一年，我们使用了含3-6 wt％MN的中MN低碳钢，并试图改善高温相元的晶粒。 MN是一个奥氏体稳定元件，该元素的添加降低了A3（对于纯铁的911°C）下奥氏体单相区域的下限温度。这抑制了恢复，重结晶和谷物的生长，并可以实现超细晶体。为了制造奥斯丁岩超细的晶粒，使用了以下加工热处理方法。低温结构经过巨大的应变处理，并在短时间内使用盐浴和热处理快速加热到A3点以上的温度，以实现超细节的奥氏体结构。结果，可以发现在中等镁钢中高温相齿的高温相元的晶粒粒度可以使其微型化至约1μm。该结果应用于纯钴，并能够在室温下稳定钴的高温FCC相。此外，在高温加工的晶粒细化实验中，我们还获得了有关在高温变形过程中发生动态相变的原因的重要结果。