【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5443
利用課題名 / Title
水素添加したFe-Cr-Niオーステナイト鋼における塑性変形挙動変化の機構解明
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
水素貯蔵 / hydrogen storage,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
小川 祐平
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
大里 啓孝
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
水素ステーション等の高圧水素ガスインフラで利用される鉄鋼材料にとって，水素脆化（水素侵入に伴う強度・延性劣化）の克服は喫緊の課題である．著者らは近年，Fe-Cr-Niを主成分とするFCC構造のオーステナイト鋼に高濃度の水素を添加すると，従来の常識に反して強度と延性が同時に大きく向上する現象を見出した(1)(2)．この強度と延性向上は，水素が材料の変形過程において変形双晶（原子の集団的せん断変形）を誘起する効果にあることが明らかとなっている(1)(2)．一方，水素誘起変形双晶の発生・発達が，如何なる機構で材料の変形応力上昇に寄与するかについては，明らかとなっていない．本研究課題ではこの点の解明のため，高圧水素ガス中で水素添加した後の塑性変形によって発生した双晶のミクロな構造を、透過型電子顕微鏡観察・分析により可視化することを目指す．
実験 / Experimental
市販のオーステナイト合金であるJIS-SUS310Sを直径6mmの引張試験片へと加工し、200 MPa、常温の水素ガス環境へ曝露することにより多量の水素を試験片の表面近傍へと侵入させた。なお、常温水素ガス中から金属中へ水素原子が侵入するためには、材料表面に形成された酸化被膜による水素侵入阻害効果の影響を取り除く必要がある。このため、本課題では電子銃型蒸着装置 （RDEB-1206K）を用い、水素ガス環境への曝露前に引張試験片表面に対してパラジウムコーティングを施した。
結果と考察 / Results and Discussion
引張試験の結果、常温で曝露した場合の試験片には、水素有無によって応力-ひずみ特性に有意な差異は現れなかった。これは、常温では材料中での水素原子の拡散が極めて遅く、力学特性に明確な影響が現れるまでの水素の侵入深さが得られていなかったためであると考えられる。今後、曝露の長時間化や試験片形状・寸法等の調整により、水素の影響を引き出すための実験的工夫を行っていく計画である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
＜参考文献＞
(1) Ogawa, Y., Hosoi, H., Tsuzaki, K., Redarce, T., Takakuwa, O., & Matsunaga, H. (2020). Hydrogen, as an alloying element, enables a greater strength-ductility balance in an Fe-Cr-Ni-based, stable austenitic stainless steel. Acta Materialia, 199, 181-192.(2) Nishida, H., Ogawa, Y., & Tsuzaki, K. (2022). Chemical composition dependence of the strength and ductility enhancement by solute hydrogen in Fe–Cr–Ni-based austenitic alloys. Materials Science and Engineering: A, 836, 142681.
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件