水素脆化を克服するステンレス鋼の研究開発に貢献　No.031

背景
　現在、化石燃料から再生可能エネルギーへの転換が進む中、水素エネルギーにスポットが当てられています。強度、延性などの機械的性質や耐食性に優れているステンレス鋼は、水素の貯蔵や輸送に適した材料として期待されていますが、水素脆化を起こす可能性が指摘されています。
　水素脆化をおこさないステンレス鋼を開発するためには、水素脆化の原因を解明する必要があります。しかし、水素脆化因子を裏付ける定説はなく、ステンレス鋼の常温加工時に起こる結晶構造の変化を、原子スケールで観察することは容易でありませんでした。

成果の詳細
　SUS304の予歪試料や無予歪試料を、予歪荷装置で引っ張りながら、SPring-8でその場X線回折観察を行いました。すると、試料の結晶構造が非磁性γ相から強磁性α'相へ変態する過程で、水素脆化の原因と考えられるε相が観察されました。さらに、相結晶の析出場所を確認するため、ローレンツ透過型電子顕微鏡***で観測したところ、非磁性のγ相やε相と強磁性のα'相の双晶境界にε相が確認できました。
　これらの結果、これまで無いといわれていた、室温におけるステンレス鋼の水素脆化因子ε相の存在が明らかになりました。今後は、水素脆化に強いステンレス鋼の開発や利用法の新しい提案が期待されています。

予歪を与えた試料は10％、20％…と引っ張り、予歪量を増やすにつれて、ε相のピークの面積も増加しましたが、40％からは減少しています。これにより、試料を30％引き延ばしたところから、ε相が強磁性のα'相に変態し始めていることが分かります。

α'相に変態していく過程を観察するため、無予歪試料を引っ張る“その場観察”を行うと、伸びるごとにε相が増え、遅れてα'相が現れたことが確認されました。

破断試料をローレンツTEM像で解析するとα'の区域に白と黒の磁相の境界線が見られます。

さらに予歪20％試料を高分解能像で観測したところ、“ABAB”と並ぶε相特有の配列が観測されました（通常のγ相は“ABC”の順で並ぶ）。