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[NRIMNews1978-07.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/90e0fe71-bc87-4033-a7b2-ad36dac76854/download)

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保坂 彬夫

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[金材技研ニュース 1978 No.7](https://mdr.nims.go.jp/datasets/6b961452-3e13-4192-a9b8-5abacbc5654d)

## Fulltext

金属技研ニュース　1978　No.7i①一．ゼEoo一一〇〔ω＝o．P○コーooo－o“あ○眈oo一］o－Eo－ooO］一〇〇’0E0f000眈o〇一一〇〇一〇一眈○眈ωEo．由≧里三…ω…Z－ooω］0f←金属材料技術研究所基準的疲れ強さのデータシート　疲れ試験部では国産実用金属材料について基準的な疲れ特性を求め、データシートを作成する業務を行っている。これは各種の機械や構造物の設計や製作並びに材料選択において、また材料の開発や製造などの広い技術分野でも参考にされ得るものと考えられ、関連産学各界の意見をとり入れつつ進められている。内容は大きく三つに分れるが、その一つにJIS規格の構造用合金鋼について、基準的な疲れ特性を規格範囲でのばらつきも含めて求め、データシートとするものがある。　ここでは始めに機械構造用炭素鋼S25C，S35C，S45C，S55Cを取り上げ、国内の主要各メー力一で製造している材料の中から合計45チャージをサンプリングした。材料は直径20㎜前後の熱間圧延丸棒で、含有炭素量に関し規格範囲で偏らないように集められたものである。これらは工業化研究部において所定の焼ならし、焼入れを行らた後、、500b岨廿400只撞600 60 co C~(~1~~ (~) 500 OO o oo -~:~*. 50 C~) (~) o ~~1* ~~ o 7 ~~. o(1~~ oo o oo 15~3 ~~ o o OO o o ~,~ 9 400 FT' oo 2 40 ~) BOO 05 10G Io? l0: 　　　　　　　繰遮L数M図1　S45C，600℃調質材の回転曲げ疲れ特性550，600，650℃の各温度で焼もどし処理を施した。疲れ試験は直径8㎜の平滑試験片によるJIS回転曲げ試験を中心とし、両振り涙り並びに片振り、両振りの軸荷重疲れも行うと共に、引張り、衝撃、硬さ、顕微鏡組織等の必要な試験を実施した。　図1は回転曲げ疲れ試験結果の一例である。ここには強さが少しずつ異る11チャージの材料が含まれている。このような疲れ試験結果を整理して、それぞれの引張強さに対してプロットすると図2のようになり、これまで各所で行われ仁古い試験報告などから推定されていた調質材の範囲（点線）とは異り、両者の問に良い比例関係が認められる。　この試験結果に関するデータシートは本年末刊行を目途に準備を進めており、併行してSCM3，SCM4，SCr4材の試験を実施中である。　　　　σB　〔Kgfんm咀〕60　　　　　　　　　呂0　　　　　　　　　100≡≧毛500b憩阜操＾　400壇蝉回岬■300回勲量離20量5C，S45C，S55C質材wb≡O．55σ日0895％イ喬克廣1限　　　　　＿コ　　　　　　　　1＿＿＿」　　　　　　o　O　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　l　　　　　　　　「■■■　　　　　「　　　＿＿」　＿」「　　　　　60n　　　　　　　　　　　　　　　呂oo　　　　　　　　　　　　　　looo　　　　　引張強さ。　σ呂　｛Nノ皿皿亘〕図2　回転曲げ疲れ強さと弓1張強さの関係50　さ如9　書30一1一超微細粒フェライト鋼の延性　建物や橋梁などの構造材料として使われる金属は、一般に大きさが数10μ㎜から数100μ㎜の結晶粒が多数寄り集ってできている。鋼の強度と靱性を向上させるためには、熱処理方法や合金成分を工夫して結晶粒をできる隈り細かくするのが最も有効な方法であるカ、それにともなって他の性質、たとえば延性がどのような影響をうけるかは、まだよく調べられていない。　強カ材料研究部では、このような超微細粒からなる鉄鋼材料の機械的性質を基礎的に研究している。鉄を室温で強圧延し、500～600℃以上の温度で焼き鈍すと、新しい結晶粒が生成する再結晶という現象が起こるカ、この際、再結晶粒が発生する前の段階、あるいは再結晶粒の発生の初期の段階では、写真に示すような大きさが1～10岬の超微細粒組織が得られる。　合金元素を鉄に添加すると、このような再結晶挙動が変化するが、種々の機械的性質に与える．影響も大き．い。そこで、鉄にNi，Si，Ti，Al…など種々の合金元素を添加したものについて、圧延お写真　Fe（C含有量は約O．01％）を90％冷問圧延した後、480℃で1時間焼鈍して得られる内部の構造。多数の微細な亜結晶粒から成っている。50呈o＾1oまも　；s　2▲　　23℃　　一1舶℃F値　　　　O　　　●Fe－2Ni　　△　　　　▲F筥一1Si　　□　　　　■　0　　　　　　　　　　500　　　　　　　　　1000　　　　　　　　　1珊O　　　　　　　雌伏応力，w屈胴■図1　種々の合金元素を含むフ土ライト鋼の強　　度と延性の関係よぴ熱処理を行って写真に示されるような微細な結晶粒を形成させ、常泓および低温での機械的性質を調べた。　図1と図2に引張試験を行った多くのこれらフェライト鋼の強度と延びの関係のうちの一部を示す。図中、×印をつけたものは焼鈍温度が低いため、再結晶が起こらず（室温～400℃）、ほとんど圧延状態のままのもの、／印をつけたものは部分再結晶状態にあるもの（500～600℃）を示す。それ以外は完全に再結晶したものである。各フェライト鋼とも、常温引張りの場合は再結晶の進行とともに、強度は減少し、延びが急速に増大しているが、低温では添加する合金元素の種類によって延びに’著しい差が現われている。　結晶粒の大きい通常の金層材料は、ある箇所で変形がおこるとその部分は硬くなってそれ以上変形しなくなるのであるが、結晶粒を’細かくすると、これとは逆に、はじめに変形を起こした部分が、変形がとまらずますます歪んでついに破断するという変形挙動を示すようになる。これを一般に不安定塑性挙動と呼んでいる。低温ではFeをはじめほとんどのフユライト鋼がこのような不安定塑性を起こすため、ほとんどのびずに破断するカ、SiやTiを添加すると不安定塑性が発生しにくくなり、のびが増大することがわかった。　これまで、強度や靱1生の向上を目指して、結晶粒を微細化すると、延性が極端に低下することが言われてきた。しかしながら、Siなどの固溶元素を添加すると、このような微細粒に特有の欠点を克服し　　　　　　　　　　　　　　　　鴉℃　　一1舶℃1て、強度、靱性、延性ともにすぐれた鉄鋼材料をうみ出す可能性がある。　　　　　　　　　Fo　　　　　　　　●　　　　　　　　　F虐一1＾1　　　　　ワ；O　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　F日一2Ti　　　　　　○パ＼．b］o　　　　　　　　　■篶　5　　　　　　500　　　　　　　　　　1000　　　　　　　　　1ヨoo　　　　　　　曄伏応カ，Nん冊口図2　種々の合金乖素を含むフェライト鋼の強　　度と延性の関係一2一薄膜のけい光X線分析　最近、コンピューターなどのエレクトロニクスエ業において含金薄膜が種々の機能素子として注目されるようになり、新しい素予の開発や製造二11二程の管理のために薄膜の組成とその厚さが同時に演1淀出来る迅連な非破壊分析法の確立が独く要求されている。金属化学研究部では「金剛；オ料の状態分析法」の研究を行なっており、その一環としてけい光X線分析法による含金薄膜の級成と厚さの同時測定を試みている。その方法と結果の概要を総介する。　けい光X線分析法は・迅速かつ高精度の非破壊分析法と呼ばれているが、他の機播分析法と同様に比較分析法であるから、分析試料と標準試料の縦成、結晶性、粒度などがそれぞれ一致している場合には極めて優れた緒果が得られる。しかし、そのようなことは期待出来ないので多数の標準試料を用意し、内挿によって分析を行なっているのが現状である。　けい光X線分析法の薄膜に対する感度は極めて高く、例えば厚さがO．1μT1ほどの鉄薄膜中の300ppmのマンガンは検出可能である。したがってこの分析法を合金薄膜に適用する場合に感度の一虹では間魑はない。しかし標準試料薄膜を作成する場含に間趣’が生じる。すなわち、灘膜の厚さおよび面積は小さいので金属元素の鐙は極めて少なく（数μg程度）、そのため標準試料薄膜の組成や他の諸作質を．湖式化学分析などによって決定することは一一般には不可能である。それゆえ標雌試料を用いずに定搬分析できる方法を考えなければならない。　一定の測定条件下では、けい光X線の独度が淋膜の組成および厚さなどの関数として表わせることは古くから知られており、これを定搬二分析に応用するためには次のようなパラメーターが必要である。／1）一次X線源のスペクトル分布、（2〕けい光収蕪13）質搬I吸収係数、（4〕X線光学系の幾何学的定数。　椴準試料を用いる代りに」二二述のパラメーターを用いる定競分析によって薄膜の組成や厚さをけい光X線の強度と質姓吸収係数のみから算出することは原理的に可能である。しかし実際に行なってみると多くの場含正確な結梁が得られない。その原因を調べた結果、使用した市販の…次X線源ではスペクトルが図1のようになっており、上記11〕の僑頼炊が乏しいためであることが閉らかとなった。そこで当研究所で闘発した一次X線源によって図2に示されるような単色X線を発生させ、分析を行なったところ、　よい結果が得られた。　表に鉄合金薄膜の分析結果か一例を示す。図2に示したCuKα線のほかにもFeKα、CrKα、AlKαなどの単色X線を得ることに成功しておリ、バナジウム含金の表面に生成したバナジウム鮫化膜の駿化状態なども標準試料を用いずに決定することが可能になった。表　合金薄膜の組成および厚さの同時測定の一例　　　　　咀　長｛＾｝図一　甫販のX線管を綴源　　　とした場合のスペク　　　トル分布　（Cl」一夕一ゲット、　　　　　M一フィルター）　　　　　≒■土　ヨ剴＾」．図2　単色X線源のスペク」ト　　ル分布　（Cu一ターゲ’ツ　ト、　　　　Ni一フィルタ凹）級成（％） 厚さ（μ㎜）XRF AA X　R　F　　　AAFe　　　　Ni Fe　　Ni 0．6205　　0．570089．88　　10．I2 9王．o　9．o 0．雀O玉3　　0，350C63．50　　36．51 62．o　38．o θ、6457　　0．66706垂．77　　35．22 64．o　36．o 0．3703　　0，350C｝8．55　　81．55 19，0　81．O 0．6170　　0．612049，5　　　50．2 49，8　49－9 3，93　　　4．OOXRF：けい光X線分析倣A　A　　原予吸光分析伐一3一受託研究・共同研究の実績　当所は、科学技術庁受託研究規程（昭和36年訓　　マは表1のとおりであり、研究を内容別にみると、令第36号）及び科学技術庁附属研究所等共同研究　　材料開発部門5件冶金技術部門1件、加工技術規程（昭和51年訓令剃43号）に基づき民聞企業等　　部門5件、材料強さ部門9件、の計20件となってと研究協力を行なっている。　　　　　　　　　　いる。　受託研究は、36年度から開始し、52年度までに　　　共同研究は52年度から開始し、テーマは表2の146件を数えるに至った。最近2年間におけるテー　　とおりである。　　　　　　　　　　　　　　表1最近2年間における受託研究年度棚：多芒提夏目犯些研究音蕎 年度予算額（予P＝1）51 1．長期使用SUS347鋼管の内圧クlj一プ試験 クリープ試験部 4，3672．高漱用熱電材料に関する研究 電気磁気材料研究部3．マルェージ鋼の遅れ破壊試験～大気環境の影響試験～ 強力材料研究音薄4．特豚燃料被覆管ふくれ試験 腐食防食研究部5．新型転換炉原型炉繊造材料の腐食に関する研究 腐食防食研究部6．高速炉燃料被覆管のクリープ試験 クリープ試験部7．OGL－1用SUS316鋼の高温低サイクル疲れ強さに関する研究 疲　れ　試　験　部8．ダクタイノぼ霧鉄管の曲げ疲れ特性に関する研究 疲　れ　試　験　部9、湿式処理液中の不純物の分離回収に関する研究 製　錬　研　究　部10．長期使用SUS347鋼管の内圧クり一プ試験（1〕 クーj一プ試験部11．チタン材料に関する研究 非鉄金属材料研究部52 1．長期使用SリS347鋼管の内圧クり一プ試験（U） クリープ試験部 4，6052．原予炉の起動・停」．ヒシミュレーションによるステンレス鋼の応力腐食割れに関する研究 腐食防食研究部3一けい化物半導体の製法に関する研究 金属物理研究部4．高速炉燃料被覆管のクリーフ試験 ク■j一プ試験部5．新型転換炉構造材料の腐食に関する研究 腐食防食研究部6．高強度マルエージ鋼の靱凹．1試験研究～水素雰囲気の影響～ 強力材・料桝究部7．球状黒鉛鋳鉄の疲れ特性に関する研究 疲　れ　試　験　部8．補強板溶接趾端部の曲げ疲れ特性に関する鮒究 疲　れ　試　験　善憎9．噴霧法による自溶性含金粉の製造に関する研究 金属加工研究部表2　共　1司　研　究No． 研　　　　　究　　　　　題趨高純度鉄のドハースファンアルフェン効栗に関する研究モーjブデンの溶接及ぴ溶接継手の強度に関する蓄式激研究核融合炉用金属材料の申性子照射脆化に関するシミュレーション試験研究銀一酸化物系電気接、点材料の実用化に関する研究連続溶解還元炉臓附火物の適正化に関する研究複合溶射皮膜の形成に関する猟究ば1）除去法の実用化に関する研究共同研究者東北大学金研日本原子力研究所理科学研究所㈱　徳　力　本　店晶川急煉瓦㈱東京メタリコン㈱㈱電元挫製作所令短　信令⑧海外出張O　稲垣道夫　溶接研究部長　国際溶接学会ヱ978年年次大会出席ならびに欧米における圧力容器構造規格体系とその運用に関する調査のため昭和53年6月29日から53年7月25日までアイルランド国、スイス国、　ドイツ国、フランス国、および米国へ出張した。編集兼発行人印　　　　刷　通巻　第235号　　　　　保　坂　彬　夫株式会社三興印刷東京都新宿区信濃町12電話　東京（03〕359－38旦1（代表）発行所　科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京都目黒区中目黒2丁目3番12号　　　　　　　　　策京（03）719－227互（代表）　　　　　　　郵便番号　153一4一