【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24QS0020
利用課題名 / Title
高強度鉄鋼材料のリューダース変形を伴う変形時の相応力分配挙動と優れた延性発現機構の解明
利用した実施機関 / Support Institute
量子科学技術研究開発機構 / QST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
水素エネルギー関連材料，鉄鋼材料，X線回折,X線回折/ X-ray diffraction,放射光/ Synchrotron radiation
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)
北條 智彦
所属名 / Affiliation
東北学院大学工学部機械知能工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes
中平 夕貴,内海 伶那,菖蒲 敬久,倉本 繁,小林 純也,深作 隼也,小金沢 魁,真壁 駿介
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes
齋藤 寛之
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（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)
近年、自動車を代表とするモビリティに使用する材料は車重減少、部材の小型化による燃費向上を目的とした鋼板の高強度化が進められている。超高強度鋼板の中で，変態誘起塑性（TRIP：Transformation induced plasticity）を利用した各種鉄鋼材料が高強度と非常に大きな伸びを有することが知られ、次世代の高強度鋼板として期待されている。変態誘起塑性においては合金組成や熱処理条件を変化させることによりまったく異なる機械的特性を示すことが知られている。具体的には，特定の合金組成において、加工熱処理を施すと、リューダース伸びを示して非常に大きな全伸びが得られること、試料によっては複数回のリューダース帯の伝播が見られること、20%以上の公称ひずみ量までリューダース変形が持続することがあること、などが報告されている。申請者のこれまでのSPring-8のX線回折測定により、これと関係してfccの相応力が急激に低下して、半価幅（塑性ひずみに相当）が急激に上昇することも判明している。しかし、上述のような大きな全伸びを有する変態誘起塑性型鉄鋼材料のリューダース変形中の残留γの変態挙動、相応力分配挙動は明らかとなっていない。本研究では、このような特徴的なリューダース変形挙動を有する低合金TRIP鋼と高合金Fe-Ni-Al-C鋼を用いて、引張変形時の応力ひずみ曲線と残留γ変態挙動、相応力分配挙動の関係を明らかにし、優れた延性発現機構を解明した。
実験 / Experimental
本研究ではFe-1.5Mn-1.5Si-0.2Mo-0.2C，Fe-25Ni-5Al-0.5C，およびFe-0.2C-1.5Si-1.5Mn（mass%）の冷延鋼板を用いた。
1. 最初に試料の測定位置を決定するための予備測定を行った。
2. 1本目の引張試験はクロスヘッド速度0.1 mm/minで引張試験を開始し、エネルギー分散法によるX線回折測定を行った。引張試験中、X線回折測定は継続して行い、1分間の積算回折ピークによって残留γ体積率、bcc，fcc相のそれぞれの応力を解析した。
3. 2本目の引張試験もクロスヘッド速度0.1 mm/minで引張試験を開始し、クロスヘッド変位1 mmごとに引張試験を停止し、試験片平行部の残留γ体積率、bcc、fcc相のそれぞれの応力分布をエネルギー分散法によるX線回折測定を行った。
4．上記1～3をFe-1.5Mn-1.5Si-0.2Mo-0.2C鋼，Fe-25Ni-5Al-0.5C，およびFe-0.2C-1.5Si-1.5Mn鋼について行った。
5．SPring-8での実験後、得られた回折ピークの解析を行い、各回折ピークの積分強度、半価幅、格子定数を求め，残留γ体積率、bcc，fcc各相の応力、ひずみ分布状態を解析し、変態誘起塑性型鉄鋼材料の優れた延性の発現機構を解明した。
利用装置：高温高圧プレス装置
結果と考察 / Results and Discussion
Fig. 1にTDP鋼の応力‐時間線図とα，γ相の弾性ひずみ，FWHM，および残留γ体積率（fγ）の変化を示す．TDP鋼は塑性変形が開始すると，α相よりもγ相の弾性ひずみ（応力）が顕著に上昇し，γ相が高い応力を担って塑性変形した．また，TDP鋼のFWHMはγ相でα相より顕著に上昇し，γ相のほうが優先的に塑性変形した．さらに，fγは塑性変形が進むにしたがって単調に低下した．以上のことから，塑性変形領域においてTDP鋼はγ相に高い応力，大きな塑性変形が付与され，ひずみ誘起変態することによって塑性変形後期まで高い加工硬化率を維持し，大きな一様伸びを示したと考えられた．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Variations in (a) elastic strains, (b) full width at half maximum (FWHM)
of αFe321 and γFe311 and (c) volume fraction of retained austenite (fγ)
as a function of nominal strain and corresponding nominal stress–strain
curve in TDP steel.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は量研の齋藤寛之様，城鮎美様，JAEAの菖蒲敬久様との共同研究として行った．
関連論文
Tomohiko Hojo, Motomichi Koyama, Bakuya Kumai, Yutao Zhou, Yuki Shibayama, Ayumi Shiro, Takahisa Shobu, Hiroyuki Saitoh, Saya Ajito, Eiji Akiyama, "Stress and Plastic Strain Partitioning Behaviors and Those Contributions to Martensitic Transformation of Retained Austenite in Medium Manganese and Transformation-Induced Plasticity-Aided Bainitic Ferrite Steels", ISIJ International, Vol. 65 (2025).
北條智彦 , 小山元道, 熊井麦弥, 周宇涛, 柴山由樹, 城鮎美, 菖蒲敬久, 齋藤寛之, 味戸沙耶, 秋山英二, "中Mn鋼とTRIP型ベイニティックフェライト鋼の応力，塑性ひずみ分配挙動と残留オーステナイトのマルテンサイト変態挙動", 鉄と鋼 (Tetsu to Hagane), 110(3), 227-240 (2024).
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