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研究成果

公開日:2018.11.01

鉄鋼材料において水素による異常な変態抑制効果を発見
-鉄の構造を水素で制御する-

研究成果 工学

 九州工業大学大学院生命体工学研究科の平田 研二(ひらた けんじ)大学院生(現:産業技術総合研究所)、飯久保 智(いいくぼ さとし)准教授および九州大学大学院工学研究院の小山 元道(こやま もとみち)助教、津﨑 兼彰(つざき かねあき)教授、安部 祐司(あべ ゆうじ)大学院生は、九州大学大学院理学研究院の光田 暁弘(みつだ あきひろ)准教授らと共同で、立方晶fcc構造を有する鉄鋼において、水素含有量が増加するほど六方晶hcp相の生成が抑制されることを世界で初めて発見しました。
 鉄鋼の強さと機能性は、結晶構造の制御によって最適化されています。結晶構造は、鉄に添加する元素の種類や量によって変わります。例えば、fccやhcpなどの結晶構造の安定性を制御するために、従来は添加元素として炭素や窒素などが利用されています。水素も多量に存在する元素ですので、これまでにfccに対するhcpの相安定性が半世紀にわたり調査されてきました。従来研究によると、水素はfcc→hcp結晶構造変化を「促進」することが定説とされます。
 しかし、本研究で水素を含ませた鋼材を作製し、fcc-hcp変態(用語1)の挙動を調査したところ、水素がfcc→hcp結晶構造変化を「顕著に抑制」することが見出されました。これは世界で初めて観測された現象であり、fcc鋼で水素がfcc-hcp構造変化に与える影響の常識を打ち破るものです。水素はクリーンな資源として注目が集まっており、水素による鉄鋼の結晶構造制御は、今後、新たな鉄鋼材料創製につながると期待されます。

図1 異なった水素チャージ条件におけるhcp相分率の温度依存性

図2 水素を脱離させた鋼材のX線回折の測定結果

研究者からひとこと

研究成果としての重要性もさることながら、その発見から成果に結びつくまでの経緯も興味深いと考えています。今回の結果は、別の目的の予備実験のなかで本学の大学院生により見出されました。結果が定説と異なることについて九州大学の共同研究者から指摘を受け、その重要性に初めて気づきました。その後の検証を何度も繰り返すことによって、実験結果が間違いでないことを確信し、「とても新しい」研究成果として公表することができました。鉄鋼材料のような長い研究の歴史がある材料でも、このようなセレンディピティは身近にあります。毎日の研究の小さな発見を見逃さないでください。開かれた多様な議論ができる場を活用して、見過ごされがちな発見を大きな成果へとつなげ、研究の醍醐味を味わってほしいと思います。

論文情報

An unconventional hydrogen effect that suppresses thermal formation of the hcp phase in fcc steels ,Scientific Reports,
https://doi.org/10.1038/s41598-018-34542-0

研究に関するお問い合わせ先

工学研究院 教授 津﨑 兼彰
工学研究院 助教 小山 元道

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