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-

　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