(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位が、バーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位よりも支配的に導入され、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位により加工硬化させてなるアルファ鉄系材料。
【請求項２】
アルファ鉄系材料に対して、バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位をバーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位よりも支配的に導入する工程と、
前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位により加工硬化させる工程と、
を含むアルファ鉄系材料の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のアルファ鉄系材料の製造方法であって、
前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を導入する工程において、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を粒子線照射によって導入することを特徴とするアルファ鉄系材料の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載のアルファ鉄系材料の製造方法であって、
前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を導入する工程において、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を塑性変形によって導入することを特徴とするアルファ鉄系材料の製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載のアルファ鉄系材料の製造方法であって、
前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を導入する工程において、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を粒子線照射と塑性変形とを同時に行うことによって導入することを特徴とするアルファ鉄系材料の製造方法。
【請求項６】
請求項３または請求項５に記載のアルファ鉄系材料の製造方法であって、
前記粒子線照射は、電子線照射であることを特徴とするアルファ鉄系材料の製造方法。
【請求項７】
アルファ鉄系材料に対して、バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位をバーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位よりも支配的に導入する工程と、
前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位により加工硬化させる工程と、
を含むアルファ鉄系材料の高強度化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度化したアルファ鉄系材料、及び、高強度化したアルファ鉄系材料の製造方法、並びに、アルファ鉄系材料の高強度化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の塑性変形は、しばしは線状の結晶格子欠陥である転位の生成と移動によって担われる。したがって、金属を強化するには、基本的には転位を動きにくくすればよい。従来、アルファ鉄系材料の塑性変形は、転位芯の原子変位に相当するバーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞である転位によって担われると考えられ、この考えに沿ってアルファ鉄系材料の強化機構が提案されてきた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、析出相形成元素を含む金属材料に高エネルギー線を照射し、またはイオン注入し、金属材料中に結晶欠陥を導入し、次いで、加熱処理することにより金属材料中に整合析出相を析出させる技術が開示されている。この技術も含めて、従来の技術は、転位を動きにくくする方法として、固溶強化や析出物強化という方法を採用し、基本原理としては、転位の動きを何かで邪魔するという考え方に基づいている。
【０００４】
また、粒子線照射は、前述の材料の強化方法として用いられる他、材料に何らかの変化を与え、その変化に基づいた性質を引き出すためにも行われている。例えば、特許文献２には、望ましい磁気的な性質を引き出すために電子線照射を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２４０３４９号公報
【特許文献２】特開２０１２−３１４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一の目的は、従来アルファ鉄系材料の塑性変形研究において、安定には存在し得ないと考えられ、塑性変形のキャリアとしてはその存在が無視されてきた、バーガース・ベクトルが＜１００＞である転位を利用した、全く新しい強化機構を提案し、高強度化したアルファ鉄系材料、及び、高強度化したアルファ鉄系材料の製造方法、並びに、アルファ鉄系材料の高強度化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前述した目的を達成するために、様々な観点から鋭意研究を重ねてきた。その結果、アルファ鉄系材料において、従来、不安定と考えられてきたバーガース・ベクトルが＜１００＞転位を支配的に導入できること、さらには、アルファ鉄系材料に導入したバーガース・ベクトルが＜１００＞の転位の移動度は、塑性変形において支配的に移動すると考えられているバーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位の移動度よりも極めて低いことを見出した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【０００８】
本発明の第１の側面に係るアルファ鉄系材料は、バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位が、バーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位よりも支配的に導入され、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位により加工硬化させてなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第２の側面に係るアルファ鉄系材料の製造方法は、アルファ鉄系材料に対して、バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位をバーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位よりも支配的に導入する工程と、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位により加工硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
さらにまた、本発明の第３の側面に係るアルファ鉄系材料の製造方法は、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を導入する工程において、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を粒子線照射によって導入することを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、本発明の第４の側面に係るアルファ鉄系材料の製造方法は、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を導入する工程において、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を塑性変形によって導入することを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、本発明の第５の側面に係るアルファ鉄系材料の製造方法は、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を導入する工程において、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位を粒子線照射と塑性変形とを同時に行うことによって導入することを特徴とする。
【００１３】
さらにまた、本発明の第６の側面に係るアルファ鉄系材料の製造方法は、前記粒子線照射が、電子線照射であることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明の第７の側面に係るアルファ鉄系材料の高強度化方法は、アルファ鉄系材料に対して、バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位をバーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位よりも支配的に導入する工程と、前記バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位により加工硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高強度化したアルファ鉄系材料を提供できる。また、本発明によれば、高強度化したアルファ鉄系材料を製造することができる。さらに、本発明によれば、アルファ鉄系材料の高強度化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】透過電子顕微鏡による電子入射と転位のバーガース・ベクトルｂと変位場Ｒ（ｒ）との関係を示すイメージ図である。
【図２】ＢＣＣ構造における、回折波の逆格子ベクトルｇ及びバーガース・ベクトルｂに対する転位コントラストの依存性を示す図である。
【図３】破断部の同一の視野の微細組織を示す、図３Ａはｇ＝２００の条件で撮影された電子顕微鏡写真であり、図３Ｂはｇ＝１１０の条件で撮影された電子顕微鏡写真であり、図３Ｃはｇ＝０２０の条件で撮影された電子顕微鏡写真であり、図３Ｄはｇ＝１−１０の条件で撮影された電子顕微鏡写真であり、図３Ｅは、同一の視野の結晶方位と引張方向との関係を示す図である。
【図４】照射温度４００℃、照射強度１×１０２３ｅ／ｍ２ｓの条件下で高エネルギー電子照射の照射量を変えて撮影した同一の視野の微細組織を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】照射強度１×１０２３ｅ／ｍ２ｓ、照射量６×１０２５ｅ／ｍ２の条件下で高エネルギー電子照射の照射温度を変えて撮影した同一の視野の微細組織を示す電子顕微鏡写真である。
【図６】照射温度４００℃、照射強度１×１０２３ｅ／ｍ２ｓ、照射量６×１０２５ｅ／ｍ２の条件下で高エネルギー電子照射した同一の視野の微細組織を示す、図６Ａはｇ＝２００の条件で撮影された電子顕微鏡写真であり、図６Ｂはｇ＝１１０の条件で撮影された電子顕微鏡写真であり、図６Ｃはｇ＝０２０の条件で撮影された電子顕微鏡写真であり、図６Ｄはｇ＝１−１０の条件で撮影された電子顕微鏡写真であり、図６Ｅは、同一の視野の結晶方位を示す図である。
【図７】転位ループの拡散係数の温度依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、バーガース・ベクトルが＜１００＞の刃状転位をアルファ鉄系材料中に導入し、この刃状転位が塑性変形において支配的な役割を担うため、アルファ鉄系材料が強化されるというものである。本明細書では、アルファ鉄系材料における従来の塑性変形機構、転位のバーガース・ベクトルの判定方法、高エネルギー電子照射による＜１００＞転位の支配的な導入、高エネルギー電子照射による＜１００＞転位の支配的な導入、＜１００＞転位の移動度、転位構造に由来する特性、＜１００＞転位を支配的に導入できた鉄鋼材料に期待される性質の項目の順に説明する。また、後段に、用語説明の項目を設け、用語の意味について説明している。
（アルファ鉄系材料における従来の塑性変形機構）
【００１９】
等方弾性論では、転位の自己弾性エネルギーはバーガース・ベクトルの二乗に比例する。したがって、バーガース・ベクトルの大きさが小さい転位ほど安定と考えられている。アルファ鉄系材料（純鉄及びアルファ鉄は勿論含まれる。）の結晶構造はＢＣＣ（body-centered cubic）であり、このＢＣＣ構造では、原子間の距離が一番短いベクトルは、１／２＜１１１＞となる。１／２＜１１１＞の大きさは、３／４であり、＜１００＞の大きさ１よりも小さな値をとる。このことは、バーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位が安定的に存在しやすく、ＢＣＣ構造の材料は、一般に、このバーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位が支配的に生成し移動することで塑性変形する。
（転位のバーガース・ベクトルの判定方法）
【００２０】
転位のバーガース・ベクトルは、透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope、以下、ＴＥＭということがある。）による回折コントラストから決定した。図１は、ＴＥＭによる電子入射と転位のバーガース・ベクトルｂと変位場Ｒ（ｒ）との関係を示すイメージ図である。入射した電子波は、結晶中においては、一つの逆格子ベクトルｇが強く励起された条件では、数１に示す波動関数で表される透過波と回折波とに分かれる。
【００２１】
【数１】
0006804845.tif 000002
【００２２】
回折コントラストとは、転位等のひずみ源の周りで局所的に電子の回折条件（ブラッグ条件からのずれ）が変わることによるコントラストであり、例えばその明視野像は、試料下面での透過波の波動関数φ0の二乗のマッピングによって与えられる。変位場Ｒ（ｒ）とバーガース・ベクトルｂとがほぼ平行であるので、数２に示すように、励起する逆格子ベクトルｇと変位場Ｒ（ｒ）との内積は、逆格子ベクトルｇと転位のバーガース・ベクトルｂとの内積にほぼ比例することになる。
【００２３】
【数２】
0006804845.tif 000003
【００２４】
したがって、転位の回折コントラストは、これらの数式に示すように、励起する逆格子ベクトルｇ及び転位のバーガース・ベクトルｂの内積ｇ・ｂの関数となっており、ｇ・ｂ＝０の場合は、転位のコントラストが生じないことになる。この関係を利用して、様々な逆格子ベクトルｇで同一の視野を撮影することによって、コントラスト消失をもたらすｇを見つければｂを決定できる。
【００２５】
図２は、ＢＣＣ構造における、転位コントラストの回折波の逆格子ベクトルｇとバーガース・ベクトルｂとの依存性を示す図である。この図に示すように、ＢＣＣ構造の例えばアルファ鉄における転位の場合、転位のバーガース・ベクトルｂとしては、ｂ＝１／２＜１１１＞とその他（ｂ＝＜１００＞）が候補に挙げられる。この場合、ｇ＝２００でコントラストが生じ、ｇ＝０２０でコントラストが消失する転位は、ｂ＝［１００］と判定できる。
（高温変形による＜１００＞転位の支配的な導入）
【００２６】
純アルファ鉄（純度：９９．９９８ｗｔ．％）のＴＥＭ薄膜（透過電子顕微鏡による観察用に加工された試料形態。以下同じ。）を温度６００℃、変形速度７×１０−６ｍ／ｓで引張破断し、破断部の微細組織を汎用透過電子顕微鏡ＪＥＭ−２０１０（株式会社日本電子製）によって室温で観察した。図３Ａ〜図３Ｄは、破断部の同一の視野の微細組織を示す電子顕微鏡写真である。図３Ｅは、同一の視野の結晶方位と引張方向との関係を示している。図３Ａは、ｇ＝２００、図３Ｂは、ｇ＝１１０、図３Ｃは、ｇ＝０２０、図３Ｄは、ｇ＝１−１０の条件で撮影されている。これらの図に示すように、ｇ＝２００の条件にて撮影された図３Ａにおいて線で囲った領域の視野には、コントラストから転位を確認でき、ｇ＝１１０にて撮影された図３Ｂ、ｇ＝１−１０の条件にて撮影された図３Ｄのいずれからも、線で囲った領域と同一の視野には、ｇ＝２００の場合と同様に転位を確認できるのに対して、ｇ＝０２０の条件にて撮影された図３Ｃにおいて線で囲った領域の視野には、コントラストから転位を確認することができない。言い換えると、線で囲った領域の転位は、ｇ＝２００でコントラストが生じ、ｇ＝０２０でコントラストが消失するため、ｂ＝［１００］と判定できる。
【００２７】
また、これらの転位は、その方向がバーガース・ベクトルｂ方向に垂直であるため、刃状転位と判定できる。
【００２８】
後段の（用語説明）に記すように、通常、鉄の塑性変形における支配的な転位は１／２＜１１１＞らせん転位であると考えられている。本項目に示した結果は、高温で表面から新たに導入される転位は＜１００＞転位となり得ること、かつ＜１００＞刃状転位は移動度が極めて低いため残存しやすいことを示唆する。
（高エネルギー電子照射による＜１００＞転位の支配的な導入）
【００２９】
純アルファ鉄（純度：９９．９９８ｗｔ．％）のＴＥＭ薄膜に対して、高エネルギー電子照射及びＴＥＭその場観察を行い転位の導入を行った。その後、照射領域を汎用透過電子顕微鏡Ｈ−８００（株式会社日立製作所製）によって室温で観察し、転位のバーガース・ベクトルの判定を行った。高エネルギー電子照射及びＴＥＭその場観察においては、装置は超高圧電子顕微鏡Ｈ−３０００（大阪大学超高圧電子顕微鏡センター、株式会社日立製作所製）、加速電圧は２０００ｋＶ、照射強度は１×１０２３ｅ／ｍ２ｓ、照射温度は２５、１００、２００、３００、４００℃とした。
【００３０】
図４は、照射温度４００℃、照射強度１×１０２３ｅ／ｍ２ｓの条件下で高エネルギー電子照射の照射量を変えて撮影した同一の視野の微細組織を示す電子顕微鏡写真である。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄは、照射量が、この順に、６×１０２４ｅ／ｍ２、２×１０２５ｅ／ｍ２、３×１０２５ｅ／ｍ２、６×１０２５ｅ／ｍ２、の微細組織を示している。
【００３１】
図５は、照射強度１×１０２３ｅ／ｍ２ｓ、照射量６×１０２５ｅ／ｍ２の条件下で高エネルギー電子照射の照射温度を変えて撮影した同一の視野の微細組織を示す電子顕微鏡写真である。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅは、照射温度が、この順に、２５、１００、２００、３００、４００℃の微細組織を示している。
【００３２】
図４及び図５に示すように、高エネルギー電子照射下では、生成された自己格子間原子が集合してナノメートルサイズの刃状転位ループが形成された。また、照射温度が３００℃以下の場合は、それらの転位ループは、照射量が６×１０２５ｅ／ｍ２に達しても、ナノメートルサイズの刃状転位ループであり続けた。これに対して照射温度が４００℃以上では、照射量が６×１０２５ｅ／ｍ２程度に達すると、転位ループを構成する転位線がすべりを起こして、メゾスコピックな長さの転位組織を形成した。このような転位は、塑性変形のキャリアとなり得るものである。
【００３３】
図６Ａ〜図６Ｄは、照射温度４００℃、照射強度１×１０２３ｅ／ｍ２ｓ、照射量６×１０２５ｅ／ｍ２の条件で高エネルギー電子照射した同一の視野の微細組織を示す電子顕微鏡写真である。観察は、汎用透過電子顕微鏡Ｈ−８００（株式会社日立製作所製）によって室温でおこなった。図６Ｅは、同一の視野の結晶方位を示している。図６Ａは、ｇ＝２００、図６Ｂは、ｇ＝１１０、図６Ｃは、ｇ＝０２０、図６Ｄは、ｇ＝１−１０の条件で撮影されている。これらの図に示すように、ｇ＝１−１０の条件にて撮影された図６Ｄにおいて線で囲った領域の視野には、［０１０］方向に延伸する転位と［１００］方向に延伸する転位とをコントラストから確認でき、ｇ＝１１０の条件にて撮影された図６Ｂからも、線で囲った領域と同一の視野には、ｇ＝１−１０の場合と同様に［０１０］方向に延伸する転位と［１００］方向に延伸する転位とを確認できるのに対して、ｇ＝０２０の条件にて撮影された図６Ｃにおいて線で囲った領域と同一の視野には、コントラストから［０１０］方向に延伸する転位を確認することができず、ｇ＝２００の条件にて撮影された図６Ａにおいて線で囲った領域と同一の視野には、コントラストから［１００］方向に延伸する転位を確認することができない。言い換えると、線で囲った領域の［０１０］方向に延伸する転位は、ｇ＝２００でコントラストが生じ、ｇ＝０２０でコントラストが消失するため、ｂ＝［１００］と判定できる。一方で、線で囲った領域の［１００］方向に延伸する転位は、ｇ＝０２０でコントラストが生じ、ｇ＝２００でコントラストが消失するため、ｂ＝［０１０］と判定できる。
【００３４】
このようにして、室温での事後の透過電子顕微鏡観察によるｇ・ｂ解析の結果、温度４００℃及び照射量６×１０２５ｅ／ｍ２の照射領域では、転位のほとんどがｂ＝［１００］またはｂ＝［０１０］の転位、すなわち、＜１００＞転位であると判定された。
【００３５】
また、これらの転位の多くの部分は、その方向がバーガース・ベクトルｂ方向に垂直であるため、刃状転位であると判定された。
【００３６】
このように、照射温度４００℃以上及び照射量６×１０２５ｅ／ｍ２程度以上の高エネルギー電子照射によって、＜１００＞転位を支配的に導入でき、かつ刃状成分を多く導入できることを示した。さらにそれらの＜１００＞転位は、室温まで冷却しても安定であることを示した（室温で４か月以上時効しても安定であることを確認済）。なお同様の現象は、はじき出しを起こし得る条件であれば、起こし得ると考えられる。したがって加速電圧５００ｋＶ程度以上の電子照射、あるいはイオン照射、中性子照射においても発現できると予想される（その場合の照射量は、はじき出し量６×１０−１ｄｐａ相当）。
（＜１００＞転位の移動度）
【００３７】
本発明者は、ナノメートルサイズの１／２＜１１１＞及び＜１００＞刃状転位ループの拡散係数を汎用透過電子顕微鏡によるその場観察によって直接測定することにより、それらの移動度の比較を行った。
【００３８】
極めて高純度の純鉄（残留抵抗比：８０００）のＴＥＭ薄膜に対し、超高圧電子顕微鏡Ｈ−３０００（大阪大学超高圧電子顕微鏡センター、株式会社日立製作所製）を用いて高エネルギー電子照射を行い、＜１００＞転位ループの導入をおこなった。ここで、加速電圧は２０００ｋＶ、照射強度は２×１０２３ｅ／ｍ２ｓ、照射量は１×１０２５ｅ／ｍ２、照射温度は２９０Ｋ程度とした。転位ループを導入した試料を汎用透過電子顕微鏡Ｈ−８００（株式会社日立製作所製）内で２９０〜９００Ｋの温度範囲で加熱し、加速電圧２００ｋＶにおいて転位ループの挙動を観察しビデオに記録した。ここで、試料の表面は観察対象とする転位ループのバーガース・ベクトルに平行になるように（００１）面とした。こうすることで、試料表面から転位ループに対してその移動方向へかかる力を最小化した。
【００３９】
この実験結果を図７に示す。図７は、転位ループの拡散係数の温度依存性を示すグラフである。この図に示すように、＜１００＞転位ループの拡散係数を室温付近まで外挿し、１／２＜１１１＞転位ループの拡散係数（この値は真の値ではなく下限値である）と比較すると、１０桁程度も低いことがわかる。（用語説明）の項目に記すように、移動度は拡散係数に比例した物理量である。したがって、少なくとも刃状転位については、＜１００＞転位の移動度は１／２＜１１１＞転位のそれよりも１０桁程度は低いと結論できる。
（転位構造に由来する特性）
【００４０】
一般に、乱れのない原子配列の中に転位を新たに発生させるには極めて大きな力が必要となるため、塑性変形を加えると既存の転位を基にして転位が増殖し、転位密度が増大する。この機構の一つに、フランク・リード源（Frank-Read source）を基にした転位の増殖機構がある。以上説明したように、バーガース・ベクトルが＜１００＞の転位をアルファ鉄系材料に支配的に導入することで、アルファ鉄系材料において、少なくとも、転位源となり得る転位を、移動しやすいバーガース・ベクトルが１／２＜１１１＞の転位から、移動しにくいバーガース・ベクトルが＜１００＞の転位へと転換することができた。この結果、転位を移動させたり転位密度を増大させるためには、大きな力が必要となり、塑性変形しにくい、すなわち、強度が極めて増大されたアルファ鉄系材料を得ることができる。
（＜１００＞転位を支配的に導入できた鉄鋼材料に期待される性質）
【００４１】
＜１００＞転位の性質を利用した次のような鉄鋼材料の改良が可能になると考えられる。（ｉ）第一に、＜１００＞転位は、従来考えられてきた１／２＜１１１＞転位よりも、本来の移動度が低い。この性質を利用して、これまでに強化のために添加されていた異種原子の量を減らすことができる。（ｉｉ）（用語説明）に記すように、転位には、そのすべり面を変化させてしまう「交差すべり」という現象がある。この交差すべりは、材料を加工する過程での転位同士の相互合体・消滅を加速し、加工硬化率を飽和させてしまうために、不均一変形の要因となる。＜１００＞転位は、１／２＜１１１＞転位とは異なり、刃状転位が残りやすいために、交差すべりを起こしにくい。この効果によって、加工硬化率の上昇及び均一変形を達成できる。（ｉｉｉ）＜１００＞転位は、１／２＜１１１＞転位に比べて、その大きなバーガース・ベクトルの故に、異種原子との相互作用が極めて強い。この性質を利用して、自動車鋼板等で利用されている、異種原子を転位に固着させることによる焼き付け硬化の程度を著しく上昇させることができる。
【００４２】
なお、本発明は前述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、本発明は、純鉄及びフェライト鋼は勿論のこと、アルファ鉄を主成分とするパーライト鋼、及び、純鉄またはアルファ鉄を主成分として含有する鋼材または合金にも適用される。
（用語説明）
（バーガース・ベクトル）
【００４３】
転位の芯の格子変位。厳密には、バーガース回路の考え方を用いて定義される（例えば、鈴木ら１９８５年）。体心立方構造を持つ金属では、バーガース・ベクトルは完全結晶の原子と原子を結ぶベクトルになることが知られている（例えば、木村２００２年）。等方弾性論では、転位の自己エネルギーは、バーガース・ベクトルの大きさの二乗に比例する。転位は自己エネルギーが低いほど安定であるため、体心立方金属における転位のバーガース・ベクトルは最近接原子間を結ぶベクトルである１／２＜１１１＞と考えられる（例えば、木村ら２００２年）。実際に、膨大な実験結果に基づいて、体心立方構造を持つアルファ鉄をベースとする鉄鋼材料の塑性を担う転位は、この１／２＜１１１＞転位であると考えられてきた（例えば、谷野ら２００１年）。
（刃状転位とらせん転位）
【００４４】
バーガース・ベクトルが転位線に垂直な転位を刃状転位、平行な転位をらせん転位と呼ぶ（例えば、木村２００２年）。
（すべり）
【００４５】
転位線とバーガース・ベクトルで形成する面をすべり面と呼ぶ。また、すべり面上での転位の動きをすべりと呼ぶ。転位線に力が働くことによって、その移動度に応じた速度で、転位はすべりを起こす。刃状転位ではすべり面が一意的に決まる。これに対して、らせん転位では複数のすべり面が存在し得るため、すべり面が変化してしまうことがある。これを交差すべりと呼ぶ。刃状転位では、交差すべりは起こらない。（例えば、木村２００２年）。
（転位に働く力）
【００４６】
転位をあたかも質量を持ったひものように考えて、転位に働く力が定式化されている。この力は、転位位置での局所的な応力、転位線の方向及びバーガース・ベクトルの関数である（例えば、鈴木ら１９８５年）。
（移動度）
【００４７】
転位の速度は、転位に働く力の増加関数である。この関数は移動度関数と呼ばれる（Bulatov et al.2006）。転位の速さが小さいときは、しばしば速度が力に比例する、という単純な関係が成り立つ（例えば、Bulatov et al.2006、鈴木ら１９８５年）。この比例定数は、一般的に、移動度と呼び得るものである（例えば、深井１９８８年）。（なお「移動度」の用語は、広い物理現象に対して（例えば、電場に対する荷電粒子の移動）、外力に対する速度の比例定数の意味で使用されるのに対し、転位論の分野では必ずしも広く認められたものではなく、単に「速度」の意味で使用されることもある。）アインシュタインの関係より、移動度は拡散係数に比例するという関係が成り立つ（例えば、深井１９８８年）。
【００４８】
体心立方構造を持つアルファ鉄における１／２＜１１１＞転位においては、刃状転位の速度は、らせん転位のそれに対して顕著に高い。したがって、刃状転位は優先的にすべりを起こして粒界や他の転位で止められてしまうため、粘性運動をするらせん転位が塑性を支配することになる（例えば、木村２００２年）。
（応力とひずみ）
【００４９】
材料の変形特性をもっとも簡単に測定する引張試験を例にとって説明する。引張試験では、棒または板状試験片の長さ方向に力を加えて引っ張り、それによる伸びを測定する。この伸びと力の関係を応力−ひずみ曲線として提示する。ここで試験片の最初の断面積で荷重を割ったものを公称応力、伸びを最初の長さで割ったものを公称ひずみと呼ぶ。応力−ひずみ曲線では、応力を縦軸、ひずみを横軸に取る（例えば、木村２００２年）。
（加工硬化）
【００５０】
材料が変形によって硬くなることを加工硬化と呼ぶ。これは、引張試験の場合は、ひずみの増大にともなって応力が増してゆくことに対応する。加工硬化率（ひずみに対する応力の増加率）はひずみに対して一定ではなく、複数のステージを持つ。体心立方構造を持つアルファ鉄では、室温付近以上の温度域では、ステージＩ〜ＩＩＩからなる三段階の硬化を示す。アルファ鉄では、ステージＩＩＩの加工硬化率は低い。これは、らせん転位が交差すべりを起こして他のらせん転位と相互合体・消滅する（動的回復）ためであると解釈されている（例えば、木村２００２年）。
【００５１】
引張試験において、加工硬化率が高い場合は、材料の変形は試験片全体にわたって一様に起こる（均一変形）。これに対して、加工硬化率が低い場合は、くびれが起こって早くに破断にいたる（不均一変形、例えば、木村２００２年）。
（異種原子による転位の固着）
【００５２】
異種原子が転位の周りに集まって転位を動きにくくすることを転位の固着と呼ぶ。転位と異種原子の相互作用は、複数の機構によって起こり得る。いずれにしても相互作用エネルギーはバーガース・ベクトルが大きいほど大きいと考えられている（例えば、木村２００２年）。
（参考文献）
（１）V.V.Bulatov,W.Cai:"Computer simulations of dislocations"Oxford university press(2006).
（２）木村宏：「改訂  材料強度の考え方」アグネ（２００２年）
（３）鈴木平、吉永日出男、竹内伸：「転位のダイナミックスと塑性」裳華房（１９８５年）
（４）谷野満、鈴木茂：「鉄鋼材料の科学」内田老鶴圃（２００１年）
（５）深井有：「拡散現象の物理」朝倉書店（１９８８年）
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のアルファ鉄系材料、及び、アルファ鉄系材料の製造方法、並びに、アルファ鉄系材料の高強度化方法によれば、アルファ鉄系材料が用いられる鋼材全般において、高強度化、高靱性化を実現できる。
【符号の説明】
【００５４】
ｂ…バーガース・ベクトル
ｇ…逆格子ベクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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