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Inosan's NOW! 井上忠信の所属が2016年4月1日より構造材料研究拠点に変わりました。NIMS前景

研究内容  計算科学と実験科学を結合した研究手法により,鉄鋼を中心とした金属材料のメゾ組織と機械的特性の相関性を解明し,同時にその特性を飛躍的に向上できる最適なメゾ組織構造を実現する塑性加工プロセスを確立することで,フェールセーフ機能を有した安心・安全な構造材料を開発することを目的にしています.材料創成では,小型試験片を用いた基礎研究で得られた組織と主要なプロセスパラメータの定量的関係を確立し,計算科学による仮想実験により,最適な組織構造を有する大型部材へ基礎研究成果を直接展開できる形質制御技術を確立します.また,機械的特性では,使用環境に即した適材適所の思想に基づき,不均質組織を積極的に活用することで,飛躍的な特性向上に繋げます.本研究を通して,発想から実用化までの時間と労力を飛躍的に短縮し,社会の要請に迅速に応えます.

 

圧延実験(スローにしています)

   

2016年10月 

Fracture Mechanics - Properties, Patterns and Behaviours, ISBN 978-953-51-2709-3, edited by Lucas Maximo AlvesがInTechから発刊されました!

フリーダウンロードサイトはこちら! Chapter 5 Toughening of Low-Alloy Steel by Ultrafine-Grained Structure (Development of Fracture Control from Microstructure Design)by Tadanobu INOUE

2015年6月 

技術情報協会から『自動車軽量化のための材料開発と強度、剛性、強靭性の向上技術』が発行されました!

☆「第6章 高強度鋼材の耐衝撃性向上、劣化抑制と成形・加工技術」の中で、"第7節 強くて壊れにくい鉄鋼材料の組織設計"が紹介されました☆

☆2014年2月 

『Newton 別冊』

☆「社会を一変させる新材料100 注目のスーパーマテリアル」の中で、開発中の"強靭な鋼"が紹介されました☆

☆2011年1月5日 

執筆,監修した書籍が技術評論社から発行されました!

 

 

 

☆2010年9月 

Finite Element Analysis, edited by David MoratalがSCIYOから発刊されました!

フリーダウンロードサイトはこちら! Strain Variations on Rolling Condition in Accumulative Roll-Bonding by Finite Element Analysis by Tadanobu INOUE

 

☆2015年10月公開予定 フェールセーフ鋼のき裂伝播挙動観察から壊れにくさの機能を考えてみました☆

研究課題:

超微細粒組織を活用した1800MPa級超高強度鋼のき裂伝播挙動 (微視組織制御からの破壊制御の構築)

著者:
井上 忠信,木村 勇次,邱 海,王 成鐸
発表誌:
日本機械学会論文集
巻号:
Vol.81, No.830, 2015, 00281(13貢)
内容:

A 1800 MPa class steel bar with an ultrafine elongated grain (UFEG) structure was fabricated by multipass caliber rolling at 500°C. The static three-point bending test was conducted in a temperature range from 100°C to -196°C. The behaviors of crack propagation on the developed steel were studied on the basis of the microstructural features. The conventionally quenched and tempered steel with a martensitic structure showed a catastrophic fracture behavior which fractured with a peak bending load in a temperature range from 23°C to -196°C. The crack propagated directly across the center portion of the test bar. On the other hand, the developed steel exhibited a noncatastrophic fracture behavior with evidence of stepwise load increases beyond the first load drop. The microcrack occurred, from near the notch root, with normal to the loading direction (LD) or with an angle of 45° to the LD, and the crack propagated with many zigzag cracks branching from the zigzag crack along the longitudinal direction of the test bar. The occurrence of such brunching cracks corresponded to the spatial distribution of {100} cleavage planes and boundaries of the elongated grains. Namely, the microstructural damage is not localized but rather is widely distributed over very large dimensions. In the bending load - displacement curve, many load drops appeared, and the bending load did not decrease with an increase in displacement due to two effects: the stress shielding effect associated with the interference of multiple cracks and the effect of the improved plastic deformation associated with grain refinement and texture.
フリーダウンロードできます!
https://www.jstage.jst.go.jp/article/transjsme/advpub/0/advpub_15-00281/_article/-char/ja/

 

☆2015年8月 1800MPaクラスの強靭な中炭素低合金鋼を創成し、200°C to -196°Cの温度範囲で組織と静的な強靭性 の関係について検討しました☆

研究課題:

Strength-toughness balance of low-alloy steel by fail-safe design

著者:
Tadanobu INOUE, Yuuji KIMURA and Hai QIU
発表誌:
Mechanical Engineering Letters
巻号:
Vol.1, Published online in 2015.8,00358(7貢)
内容:

Microstructural design for improving the strength?toughness balance was studied in low-alloy steel. High-strength medium-carbon steels with an ultrafine elongated grain (UFEG) structure with an average transverse grain size of 0.3 ?m and an ultrafine equiaxed grain (UFG) structure with a grain size of 0.7 μm were fabricated by multi-pass caliber rolling at a warm working temperature and subsequent annealing. For comparison, conventionally quenched and tempered steel with a martensitic structure and a 480 MPa-class low-carbon steel with a ferrite (grain size 20μm)-pearlite structure were also prepared. A quasi-static three-point bending test was conducted at a temperature range from 200°C to -196°C. The steels, except for the UFEG steel, exhibited a typical energy transition curve, in which the fracture energy decreases with decreasing temperature. In the UFEG steel, the fracture energy increased with the occurrence of delaminating cracks as the temperature decreased from 200°C, reached a maximum at ambient temperature, and then decreased. In other words, the steel showed inverse temperature dependence of the toughness. As a result, the strength?toughness balance of the UFEG steel was excellent compared with that of all other steels. For stronger, tougher steel, it is important to design a heterogeneous microstructure rather than a homogeneous microstructure.
フリーダウンロードできます!
https://www.jstage.jst.go.jp/browse/mel/1/0/_contents

 

☆2013年8月 強靭な低炭素鋼を創成し、組織と強靭性の関係について検討しました☆

研究課題:

超微細粒組織を活用した低炭素鋼の強靭化

本論文は、【2014年度 日本機械学会賞(論文)】を受賞しました!
リンク先:http://www.jsme.or.jp/award/jsme2014/shou92.pdf

著者:
井上忠信、木村勇次
発表誌:
日本機会学会論文集(A編)
巻号:
Vol.79, No.804, 2013, pp. 1226-1238
内容:

A low-carbon steel bar with an ultrafine elongated grain (UFEG) structure and an ultrafine exiaxed grain (UFG) structure was fabricated by multipass caliber rolling at 500℃ and subsequent annealing at 500, 550, 600 and 650℃.The Charpy impact and static tensile tests were conductued at ambient temperature. The microstructures in the as-rolledbar and the annealed bars until 600℃ consisted of an UFEG structure with a strong α-fiber texture. The both strength and impact energy increased in the as-rolled bar consisting of spheroidal cementite particles that distributed uniformly in the elongated ferrite matrix of transverse grain size of 0.73 μm. In the bars with the UFEG structure, many microcracks during an impact tests were observed near the main crack with fine dimples, and they were classified into two types: one normal to the striking direction (SD) and one with an angle of 45° to the SD. The occurrence of such brunching cracks corresponded to the spatial distribution of {100} cleavage planes and boundaries of the elongated grains. This tendency disappeared as annealing temperatures increased. The as-rolled bar exhibited the best strength-toughness balance in the annealed bars, conventional carbon steels and some UFG steels. In conclusion, the strength-toughness balance is improved by refining crystal grains and controlling their shape and orientation.
フリーダウンロードできます!
http://www.jstage.jst.go.jp/article/kikaia/79/804/79_1226/_pdf

 

 

 

 

☆科学研究費補助金(基盤研究A)☆

研究課題:

微細組織を制御した強くて壊れにくい強靭な鋼の開発と破壊制御技術の構築

期間

H26(2014).4〜H30(2018).3

内容:

構造用金属材料は高強度化することで脆化するため,“強靭な材料”を実現す るためのアイデアと共にその実証が常に求められている.我々は,これまで加工 ひずみによって,靭性を飛躍的に向上させた超微細繊維状結晶粒組織を有する高 強度鋼を創成し,その破壊挙動を解明してきた.その強靭鋼の更なる性能向上と 具体的高強度部材への適用を図るためには,素材創成プロセスの適正化と共に, 静的なき裂感受性試験を通じ,き裂の発生条件,およびその後の進展という破壊 挙動と組織(結晶粒の大きさ,形状そして方位)の普遍的関係を構築し,さらに それらの異方特性(強度・靭性)を調べ,強くて壊れにくい鋼の最適な組織設計 指針を明示することが必要である.本研究により,強靭材開発の新しい方向性を 提示すると共に,“塑性加工で組織を制御して破壊を制御する”新しい学術領域 を切り拓くことを目的とする.

対象材料

低炭素鋼,中炭素鋼

 

☆科学研究費補助金(基盤研究B)☆

研究課題:

結晶粒の形態と方位を制御した高強度高靭性鋼の破壊挙動解明

期間

H23(2011).4〜H26(2014).3 実績報告はこちらへ

内容:

本研究では,新しい着想に基づいて開発した800MPa級および1800MPa級の壊れにくい高強度鋼を創製し(@材料創製),-197℃から室温の温度範囲における静的なき裂感受性試験(A特性試験)と数値解析(B有限要素シミュレーション)を通じ,き裂の発生条件,およびその後の進展という破壊挙動と組織(C組織解析)の関係を明確にし,破壊のメカニズム解明とともに,さらなる特性向上に向けた最適な組織設計指針を提示(Dまとめ)することを目的にする.

対象材料

低炭素鋼,中炭素鋼

 

☆新学術領域研究(研究領域提案型) バルクナノメタル

研究課題:

バルクナノメタル創製の計算機・物理シミュレーション

A02エ班研究代表者:柳本潤(東大),分担者:井上忠信(NIMS),土田紀之(兵庫県立大),柳田明(横浜国大)

期間

H22(2010).4〜H27(2015).3実績報告はこちらへ

内容:

本研究では,相変態を含む加工・熱処理プロセスによるバルクナノメタルの超微細粒組織形成を,計算機シミュレーション及び加工熱処理再現試験装置などを駆使した物理シミュレーションによって解明する.出口として,「多様なプロセスによるバルクナノメタルの製造手法の確立」を目指す

 

☆科学研究費補助金(基盤研究B)☆

研究課題:

加工ひずみ制御による微細粒組織創成の定量的予測技術の構築

期間

H21(2008).4〜H23(2010).3→実績報告はこちらへ

内容:

本研究の目的は,計算科学と実験科学を結合した研究手法により,加工の進行に伴うひずみの蓄積とその空間分布による組織の変化を定量的に明らかにし,微細粒組織形成の予測技術を構築することである.

対象材料

低炭素鋼,純アルミニウム

 

電子材料・実装技術における 熱応力の解析・制御とトラブル対策 情報技術協会より2006年1月に出版された標記の本の一部を執筆しています
第5章第5節 異種金属材料の接合

内容:
本節では、異種材料接合体における熱応力場を理論的な観点から検討し、応力特異性のオーダーの種類と乗ぜられる強さの特徴を示し、熱応力特異性の低減・消失条件を紹介する。その後、熱応力特異性を数値解析で行う場合の問題点について記述する。

 

プレス発表 研究成果をプレス発表しました。
井上は数値解析を駆使し、表面から内部まで、直径1μm以下の超微細粒鋼でできた35mm厚の鋼板の作成に成功しました。今回の試作では,スクラップを原料とした連続鋳造 材(王子製鉄社製)を使用し,数値解析で最適化された精緻な加工を 実現するために,日本製鋼所室蘭製作所に加工を委託しました。今後、造船、土木、建築などへの応用が期待できます。
【35mm厚超微細粒鋼板に関する記事一覧】←クリック!
2004/5/26 日刊工業新聞
2004/5/26 化学工業新聞
2004/5/28 鉄鋼新聞
2004/6/2 産業新聞
2004/6/15 常陽新聞
2004/6/16 日経産業新聞
2004/9/21 橋梁新聞
2005/1/13 鉄鋼新聞
【その他】
□2006/4/7 北海道新聞


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