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2015A1847

BL19B2

優れた強度・延性バランスを持つ 0.1C-5Mn マルテンサイト鋼の加工硬化挙動の In-situ 解析
In-situ Analysis on Work Hardening Behavior of 0.1C - 5Mn Martensitic
Steels with an Excellent Balance of Strength and Ductility
鳥塚 史郎 a , 足立 大樹 a, 熊倉 美亜 a, 小澤 秀人 a, 花村 年裕 b
Shiro Torizukaa, Hiroki Adachia, Mia Kumakuraa, Hideto Ozawaa, Toshihiro Hanamuraba

兵庫県立大学, b（国）物質・材料研究機構aUniversity of Hyogo, bNIMS

0.1%C -2%Si-5wt%Mn フェライト+オーステナイト二相組織鋼の高強度・高延性発現機構に関して，引張試験を行いながらの X 線回折測定を行い，オーステナイト相の加工誘起変態挙動と応力‐ひずみ曲線を結びつけることができた．その結果，オーステナイトの体積率よりはむしろ，オーステナイトの加工誘起変態に対する安定性が，延性を支配することを明らかにした．
キーワード：

5%Mn 鋼，残留オーステナイト，引張試験中 X 線回折

背景と研究目的：
高強度であり，一様伸び，局部伸びも大きく，絞りも高い．さらに，シャルピー吸収エネルギー(USE)が高いという優れたトータルバランスを持った鋼の実現は困難である．それは，これらの性質がトレードオフの関係にあるからである．すなわち，引張強さを上げれば，伸びや靭性は低下してしまう．このトレードオフの関係を打破し，優れた革新的構造材料を実現することを目標として，国家プロジェクトである産学共創基礎基盤研究プログラム「ヘテロ構造制御」研究を行ってきている．
0.1%C -2%Si-5%Mn(いずれも wt.%)フェライト+オーステナイト二相組織鋼は，従来の TRIP 鋼と比べて，高強度(TS=1200MPa)かつ高延性(TE=25%)で大きな加工硬化率を持ち，さらに，TRIP鋼としては大きな局部延性と絞りも持つ[1]．本研究では，高強度･高延性の発現機構を明らかにするために，放射光を用いて，引張変形中の残留オーステナイト体積率の変化を In-Situ で解析し，強度，延性と関係づけた．
実験：
試料：温間溝ロール圧延で作製した 0.1%C-2%Si-5%Mn 微細フェライト+セメンタイト鋼(UFG)に対して，二相域温度(625，675C)で保持時間 0.5，1，3 h の焼鈍を行い，フェライト(α)+オーステナイト(γ)組織とし，γ 粒の大きさと体積率を変化させた．
実験条件：実施ビームラインは BL19B2はじめに，通常の引張試験(丸棒引張試験片：直径 3.5 mm，標点間距離 GL=17.5 mm, クロスヘッド速度 CHS=0.5 mm/min)を行い，強度・延性の変化を調べた．γ 粒の体積率，形態，粒径の測定は，大学の X 線回折および SEM-EBSD により行った．次に，引張変形中の γ 相のマルテンサイト変態挙動を調査するために，板厚の薄い板状引張試験片(GL=12.8 mm，T=0.5 mm)を作製し，SPring-8 BL19B2 の大強度 X 線により引張試験(CHS=0.26 mm/min)中 In-situ 透過 X 線回折を行った．
X 線エネルギーは 30 keV，波長 0.4133(Å)で，検出には，半導体検出器を 5 個ならべたものを用いた．
結果および考察：Fig.1 には各焼鈍温度･時間における丸棒引張による公称応力-公称ひずみ曲線を示す．675C の試料は，降伏後急激に加工硬化し，高強度であるのに対し，625C の試料では加工硬化が徐々に進み，強度は低下したが均一伸びは増加した．Fig.2 には，本 BL19B2 実験で得られた 675C の試

料における X 線プロファイルを示す．初期には主相である α 相と γ 相の 2 相からなっているが，引張試験開始後 200 s で，γ 相が消滅していることがわかる．これは加工誘起変態が生じたため，γ 相が α 相に変態したためである．
Fig.3 には，板状引張試験における 675Cx1h と 625Cx0.5 h の公称応力-公称ひずみ曲線
および引張変形中の γ の体積率変化を示す．
675Cx1 h では初期 γ 体積率が 31.8であり，625Cx0.5 h は初期体積率が 12である．
675C で焼鈍した試料に関しては，塑性変形開始時点より急激にマルテンサイト変態が進み，リューダース変形域を過ぎたところで，γ 体積率が 5程度にまで急激に減少した．
Fig.1．Effect of annealing temperature and time on
一方，625C で焼鈍した試料に関しては，急nominal stress - nominal strain curves of
激なマルテンサイト変態は生じず，徐々に変0.1%C-2%Si-5%Mn ferrite/austenite steels.
態していることがわかる．625C の焼鈍で生じた γ 相は，体積率は少ないが，変形に対して，より安定になったといえる．すなわち，延性を支配するのは，γ 相の体積率ではなく，その安定性であると考えられる．一方，高強度を得るた
めには，体積率が重要と思われる．

Fig.2．X ray profiles obtained by in-situ measurements during tensile test in 0.1%C-2%Si-5%Mnferrite/austenite steels annealed at 675C for 30 min using synchrotron radiation in BL19B2 in
SPring-8. (a) Result before the tensile test and (b) result at 200s after starting the tensile test.

Fig.3．Change in  volume fraction during tensile test in 0.1C-2%Si-5%Mn ferrite/austenite steels by
In-situ XRD using synchrotron radiation in BL19B2 in SPring-8.

なお，本研究は，日本鉄鋼協会 170 回秋季講演大会学生ポスターセッション(2015 年 9 月 17 日
九州大学)にて，発表される[2]．
今後の課題：
0.1%C -2%Si-5wt%Mn フェライト+オーステナイト二相組織鋼の高強度・高延性発言機構に関して，オーステナイトの体積率よりはむしろ，安定性が，延性を支配することを明らかにしたが，まだ、メカニズム全体としては端緒的データが得られたばかりである。さまざまな熱処理条件で得られた組織に対して，同様の検討をおこない、強度・延性発現機構全体を明らかにする必要がある．
参考文献：[1] 鳥塚史郎、花村年裕、熱処理、53, 39-40 (2013).
[2] 熊倉美亜、第 170 回日本鉄鋼協会秋季講演大会学生ポスターセッション概要集、PS-32 (2015).