巨大地震に耐える新鋼材：優れた耐久性と変形の仕組みを解明

鋼材ダンパーは、地震の際に変形することで揺れのエネルギーを吸収し、建物の損傷を抑える部材です。その耐久性は「繰り返される変形(金属疲労)にどれだけ耐えられるか」で決まります。特に、長く続く大きな揺れが懸念される巨大地震に備えるには、きわめて高い耐久性が求められます。NIMSではこれまで、疲労耐久性に優れ、かつ建物部材として組み立てやすい溶接性を兼ね備えた新鋼材を開発してきましたが、地震の規模によってダンパーの変形量は大きく変わるため、どのような揺れに対しても安定した性能を発揮できるかを実験で確かめることが、実用化に向けた課題でした。

今回、新しく開発した鋼材に対して、さまざまな変形レベルで繰り返し変形を与える試験(疲労試験)を行いました。その結果、小さな変形から大きな変形までの幅広い条件で耐久性を維持できることがわかりました。特に巨大地震を想定した条件では、一般的な鋼材と比べて最大約20倍の耐久性を示すことが確かめられました。また、金属疲労プロセスにおける金属内部組織の変化を詳細に解析することで、新鋼材に特異的にみられる破断まで緩やかに続く硬化が、徐々に進行する結晶構造の変化とそれに伴う組織の微細化に起因することを解明することにも成功しました。この知見は今後のダンパー設計に大きく貢献する重要な成果です。

今後、溶接を含めた鋼材ダンパーの製造、実機での評価を進め、社会への実装を目指します。幅広い変形条件で安定した耐久性を示す新鋼材を活かすことで、巨大地震にも耐える、安全で強靭な都市インフラの実現に貢献します。

• 本研究は、NIMS構造材料研究センター加工熱処理プロセスグループの吉中 奎貴 主任研究員、澤口 孝宏 上席研究員、江村 聡 主幹研究員、同センター溶接・接合技術グループの柳樂 知也 グループリーダー、NIMS技術開発・共用部門材料溶解創製ユニットの高森 晋 主任エンジニア、株式会社竹中工務店技術研究所からなる研究チームによって行われました。
• 本研究は、JST研究成果最適展開支援プログラムA-STEP(JPMJTR203B)、JSPS科学研究費助成事業若手研究 (23K13227)、池谷科学技術振興財団研究助成の支援の下で行われました。
• 本研究成果は、2025年11月19日にMaterials Science and Engineering: A誌にオンライン掲載されました。