弾塑性材料評価研究グループ
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| グループリーダー 秋田 貢一 | サブグループリーダー 菖蒲 敬久 | サブグループリーダー 盛合 敦 |
研究テーマ及び業務
1. 量子ビーム（中性子、放射光）を利用した工学材料のひずみ・応力測定技術の開発と応用
2. 中性子回折による集合組織測定技術の開発と応用
3. 放射光計測技術（X線回折法、小角散乱法、イメージング法など）を用いた材料評価技術の開発と応用
4. 研究用原子炉（JRR-3）および大型放射光施設（SPring-8）における工学材料評価研究のユーザー支援（施設供用対応等）
研究内容
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工学材料（機械・構造物を構成している材料で主に金属）の強度・変形特性は、材料中の応力状態や結晶の大きさと方位分布、また、各構成相の割合などに大きく左右されます。したがって、これらの因子を評価し制御することで、高性能で安全な機械・構造物の製造と製造コストの削減が可能になります。弾塑性材料評価研究グループでは、中性子回折および放射光回折を用いて工学材料内部の応力分布や結晶学的情報を測定する技術を開発しており、特に最近は、荷重負荷中や高温／低温中、あるいはそれらの複合環境中での測定技術の高度化に取り組んでいます。そして、開発した技術を用いて、材料の製造段階や機械構造物の実際の使用環境における、応力や結晶の状態および弾塑性変形過程に関する研究を行っています。
|  研究炉JRR-3の中性子応力測定装置RESA-1  ] |
最近の研究成果
○放射光を利用した材料内部イメージング/ひずみの融合時分割測定手法開発 | |
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2次元検出器とJAEAが独自に開発したスパイラルスリット、さらにCCDカメラを組み合わせることにより、材料内部の様子（イメージング）とひずみ（回折）をリアルタイムで計測する技術を開発しました。図は、SPring-8内JAEA専用ビームラインBL22XUで測定したアルミニウム板材レーザー溶接中の時間変化です。上図のイメージング(白黒の図)では、0secよりレーザーを照射し、40secではアルミニウムの一部が溶けだし、金属中に内在していた不純物や表面酸化被膜からのバブルや固液界面が発生している様子、レーザー照射終了後の55sec、90secではアルミニウム内部がえぐられた様子が20msecの時間分解能で観測されました。一方、下図の回折(カラーの図)に示すように、各時間における回折線の計測に成功し、40secでは0secで見られた回折リングが完全に消えました。これはスパイラルスリットにより局所内部だけからの回折リングを計測できたことを意味しており、本手法を利用することにより、リアルタイムで局所のひずみ／応力評価が可能です。今後、本手法を発展させることにより、これまで測定することができなかった実環境時分割計測が可能となり、産業利用における動的な応力評価からの変形、破壊メカニズムの解明や、近年注目されている金属光造形への適用が期待されます。
|  レーザー溶接中材料内部イメージング（上）、及び回折リング（下）の時間変化 |
○パルス中性子による集合組織測定技術の開発 | |
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自動車や航空機等の輸送機器の軽量化には、機器を構成する構造材料の強度発現メカニズムや変形・破壊メカニズムの解明が必要であり、材料の集合組織（結晶方位分布）は、その解明のカギを握っています。当グループでは、これまでに研究炉JRR-3の定常中性子源による中性子回折装置RESA-2において、角度分散法による集合組織測定技術を開発し、最近ではさらに、J-PARC/MLFのパルス中性子飛行時間法による工学回折装置TAKUMIにおける集合組織測定システムを構築しました（図3）。RESA-2では詳細な精密測定、一方、TAKUMIでは迅速測定が可能であり、現在、両者を効果的に使い分けて、次世代の自動車鋼板材料やマグネシウム合金などの構造材料の研究に応用しています。(TAKUMIにおけるパルス中性子集合組織測定システムの開発はJ-PARCセンターおよび総合科学研究機構と協力)
|  TAKUMIにおける集合組織測定のセットアップ(a)および(b)、部分方位回折データを用いた迅速解析結果(c)と全方位回折データを用いた精密解析結果(d). |
グループメンバー
| 秋田 貢一 | リーダー |  | |
| 菖蒲 敬久 | サブリーダー・研究主幹 |  | (応力評価) |
| 盛合 敦 | サブリーダー・技術主幹 |  | (技術開発) |
| 井川 直樹 | 研究主幹 |  | (粉末構造解析) |
| 徐 平光 | 研究副主幹 |  | (集合組織評価) |
| 鈴木 裕士 | 研究副主幹 |  | (応力評価) |
| 下条 豊 | 主査 |  | (技術開発) |
| 野島 健大 | 技術系職員 |  | （技術開発） |
| 城 鮎美 | 博士研究員 |  | （応力評価） |
査読付学術論文(2010 - 2014)
| 1) | Transmission imaging and strain mapping in the vicinity of internal crack tip using synchrotron white X-ray, J. Shibano, K. Kajiwara, K. Kiriyama, T. Shobu, K. Suzuki, Y. Nishimura, S. Miura and M. Kobayashi, Materials Science Forum, 638-642, 2476- 2481 (2010). |
| 2) | Internal stress in EB-PVD thermal barrier coating under heat cycle, K. Suzuki, T. Shobu, Materials Science Forum, 638-642, 906- 911 (2010) . |
| 3) | Development of a cryogenic load frame for a neutron diffractometer, Y Tsuchiya,H Suzuki,T Umeno,S Machiya and K Osamura, Meas. Sci. Technol. 21, 025904 (2010). |
| 4) | Force free strain exerted on a YBCO layer at 77 K in surround Cu stabilized YBCO coated conductors, K. Osamura, S. Machiya, Y. Tsuchiya and H. Suzuki, Supercond. Sci. Technol., 23, 045020 (2010). |
| 5) | Residual strain measurement using neutron diffraction for practical Nb3Sn wires under a tensile load, H. Oguro, S. Awaji, G. Nishijima, K. Takahashi, K. Watanabe, S. Machiya, H. Suzuki, Y. Tsuchiya and K. Osamura, Supercond. Sci. Technol., 23, 025034 (2010). |
| 6) | Angular dependence of residual strain in CuNb/(Nb, Ti)3Sn wires, S. Awaji, H. Oguro, G. Nishijima, K. Takahashi, K. Watanabe, H. Suzuki and S. Machiya, Supercond. Sci. Technol. 23, 105010 (2010). |
| 7) | Effect of Ms temperature on residual stress in welded joints of high-strength steels, C. Shiga, H.Y. Yasuda, K. Hiraoka and H. Suzuki, Welding in the World, 54, R71-R79 (2010). |
| 8) | Atomic-Scale Characterization of Elastic Deformation of Zr-Based Metallic Glass under Tensile Stress, S. Sato, H. Suzuki, T. Shobu, M. Imafuku, Y. Tsuchiya, K. Wagatsuma, H. Kato, A.D. Setyawan and J. Saida, Mater. Trans., 51, 1381-1385 (2010). |
| 9) | Residual microstress of austenitic stainless steel due to tensile deformation, K. Suzuki, T. Shobu, Mater. Sci. Forum, 652, 7-12 (2010). |
| 10) | Search for Evidence of Stacking Faults in Austenitic Stainless Steel Alloys by Neutron Diffraction, T.M. Holden, D.W. Brown, B. Clausen and H. Suzuki, Mater. Sci. Forum, 652, 129-132 (2010). |
| 11) | Strain measurement of aged duplex stainless steel using SR white X-Rays, K. Kiriyama, T. Shobu, J. Shibano, T. Fujishiro, H. Kaneko and S. Miura, Mater. Sci. Forum, 652, 161-166 (2010). |
| 12) | Hybrid measurement of CT and strain distribution of internal crack using synchrotron high-energy monochromatic X-Rays, K. Tanaka, T. Shobu and H. Kimachi, Mater. Sci. Forum, 652, 202-209 (2010). |
| 13) | Tensile Deformation Behaviors of Metastable Austenitic Stainless Steels studied by Neutron Diffraction, N. Tsuchida, K. Fukaura, Y. Tomota, A. Moriai and H. Suzuki, Mater. Sci. Forum, 652, 233-237 (2010). |
| 14) | Neutron Stress Measurement of Coarse Crystal Grain in Aluminum Casting Alloy, M. Nishida, T. Hanabusa, T. Matsue and H. Suzuki, Mater. Sci. Forum, 652, 243-248 (2010). |
| 15) | Neutron residual stress measurement of railway rails using image plate, T. Sasaki, O. Yaguchi and H. Suzuki, Mater. Sci. Forum, 652, 260-265 (2010). |
| 論文リスト．．． 16～51を表示 |
機構内の複数のグループにまたがる成果(2010 - 2014)
| 1) | Pitting damage and Residual Stress Induced by Cavitation Erosion on Mercury Target Vessel, H. Suzuki, M. Futakawa, T. Shobu, T. Wakui and T. Naoe, J. Nuclear Sci. Tech., 47, 136-141 (2010) . |
| 2) | Intermediate-valence quasicrystal of a Cd-Yb alloy under pressure, D. Kawana, T. Watanuki, A. Machida, T. Shobu, K. Aoki and A.P. Tsai, Phys. Rev. B, 81,220202(R) (2010). |
| 3) | 中性子を用いた液体ロケット再生冷却燃焼器の非破壊検査, 升岡 正, 佐藤正喜, 森谷信一, 土屋佳則，鈴木裕士, 飯倉 寛, 松林政仁, 日本航空宇宙学会論文集, Vol. 58，254-260 (2010). |
| 4) | オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手の金属組織と残留応力に及ぼす実機での高温長時間使用および補修溶接の影響, 小原智史, 高屋 茂, 若井隆純, 浅山 泰, 鈴木裕士, 齊藤 徹, Laurent Martin, 保全学, 9, 32-38 (2010). |
| 5) | Aspire to become TAKUMI - TAKUMI present status and research topics -, S. Harjo, K. Aizawa, T. Ito, H. Arima, J. Abe, A. Moriai, K. Sakasai, T. Nakamura, T. Nakatani, T. Iwahashi and T. Kamiyama, Mater. Sci. Forum, 652, 99-104 (2010). |
| 6) | Application software development for the engineering materials diffractometer, TAKUMI, T. Ito, T. Nakatani, S. Harjo, H. Arima, J. Abe, K. Aizawa and A. Moriai, Mater. Sci. Forum, 652, 238-242 (2010). |
| 7) | 中性子回折法による大口径配管溶接部の残留応力測定－残留応力分布に及ぼすSCCき裂進展および補修溶接の影響－、鈴木裕士、勝山仁哉、飛田 徹、森井幸生、溶接学会論文集、29、294-304 (2011). |
| 8) | Evaluation of compressive deformation behavior of Zr55Al10Ni5Cu30 bulk metallic glass containing ZrC particles by synchrotron X-ray diffraction, H. Suzuki, J. Saida, T. Shobu, J. Katsuyama, H. Kato, M. Imafuku and S. Sato, Scripta Materiala, 66, 801–804 (2012). |
| 9) | Comparison of residual stress distributions of similar and dissimilar thick butt-weld plates, H. Suzuki, J. Katsuyama and Y. Morii, J. Solid Mech. Mater. Eng., 6, 574-583 (2012). |
| 10) | Prebending effect on three-dimensional strain in CuNb/(Nb,Ti)3Sn wires under a tensile load, K. Takahashi, H. Oguro, S. Awaji, K. Watanabe, S. Harjo, K. Aizawa, S. Machiya, H. Suzuki, and K. Osamura, IEEE Trans. Applied Superconductivity, 22, 6000204 (2012). |
| 11) | Local strain and its influence on mechanical-electromagnetic properties of twisted and untwisted ITER Nb3Sn strands, K. Osamura, S. Machiya, Y. Tsuchiya, H. Suzuki, T. Shobu, M. Sato, T. Hemmi, Y. Nunoya and S. Ochiai, Supercond. Sci. Technol., 25, 054010 (2012). |
| 12) | Establishment and optimization of angle dispersive neutron diffraction bulk texture measurement environments, P.G. Xu, K. Akita, H. Suzuki, N. Metoki and A. Moriai, Materials Transactions, 53, 1831-1836 (2012). |
| 13) | Evaluation on Double-wall-tube Residual Stress Distribution of Sodium-heated Steam Generator by Neutron Diffraction and Numerical Analysis, N. Kisohara, H. Suzuki, K. Akita, N. Kasahara, International Congress on Advances in Nuclear Power Plants 2012, 621-630 (2012). |
| 14) | Effect of Neutron Attenuation on Strain Measurement with Large Gauge Volume, Hiroshi Suzuki, Jinya Katsuyama, Koichi Akita, Materials Science Forum, 772, 33-38 (2013). |
| 15) | Effects of gauge volume on pseudo-strain induced in strain measurement using time-of-flight neutron diffraction, H. Suzuki, S. Harjo, J. Abe, P.G. Xu, K. Aizawa, K. Akita, Nucl. Instrum. & Methods A, 715, 28–38 (2013). |
| 16) | Thermal strain exerted on superconductive filaments in practical Nb3Sn and Nb3Al strands, K. Osamura, S. Machiya, Y. Tsuchiya, H. Suzuki, T. Shobu, M. Sato, S. Harjo, K. Miyashita, Y. Wadayama, S. Ochiai and A. Nishimura, Supercond. Sci. Technol., 26, 094001 (2013). |
| 17) | Bulky averaged microscopic information for ECAP-processed Cu using accelerator-based gamma-ray-induced positron annihilation spectroscopy and neutron diffraction, T. Ishibashi, Y. Tomota, S. Sugaya, H. Toyokawa, T. Hirade, Z. Horita, and H. Suzuki, Materials Transactions, 54, 1562-1569 (2013). |
| 18) | Influence of beam divergence on pseudo-strain induced in time-of-flight neutron diffraction, Hiroshi Suzuki, Stefanus Harjo, Jun Abe and Koichi Akita, Materials Science Forum, 777, 105-111 (2014). |
| 19) | Measuring strain and stress distributions along rebar embedded in concrete using time-of-flight neutron diffraction, H. Suzuki, K. Kusunoki, Y. Hatanaka, T. Mukai, A. Tasai, M. Kanematsu, K. Kabayama and S. Harjo, Measurement Science and Technology, 25, 025602 (2014). |
査読なし論文・著作
| 【解 説】 | |
| 1) | 中性子回折による残留応力測定, 秋田貢一，鈴木裕士, RADIOISOTOPES, Vol. 59 (2010), No. 12, pp.741-750. |
| 2) | 入門講座「残留応力」(3) 中性子残留応力測定の実機への適用, 秋田貢一, 波紋，Vol. 20 No. 1 pp. 76-79, 2010. |
| 3) | 中性子回折法による応力測定技術とその応用, 鈴木裕士, Journal of the Vacuum Society of Japan, Vol. 53，No. 12 (2010) pp.713-719． |
| 4) | 中性子回折法による溶接構造物の残留応力測定, 鈴木裕士, 金属，Vo. 80，No. 12（2010）pp.5-13. |
| 5) | 中性子回折法による構造材料評価, 鈴木裕士, 波紋，20，pp.158-161（2010） |
| 6) | 放射光を用いた応力・ひずみ分布測定の現状, 菖蒲敬久、桐山幸治 , 金属、Vol. 80、NO. 12、pp.14-20 (2010). |
| 7) | 中性子回折法による応力測定技術とその応用，鈴木裕士、Journal of the Vacuum Society of Japan, Vol. 53, No. 12 (2010) pp.713-719． |
| 8) | 非破壊で工業材料内部の残留応力を観る, 秋田貢一, マテリアルライフ学会誌、Vol. 23, No. 3, 2011, 104-107. |
| 9) | オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手の金属組織と残留応力に及ぼす実機での高温長時間使用と補修溶接の影響, 小原智史，高屋茂，若井隆純，浅山泰，鈴木裕士，斎藤徹，Laurent Martin, 検査技術，Vol. 16，No. 3（2011）pp.24-30. |
| 10) | 中性子応力測定技術の応用, 鈴木裕士, 非破壊検査，Vol.60，No.2（2011）pp.79-85. |
| 11) | 中性子応力測定技術の最近の進歩, 鈴木裕士, 検査技術、Vol. 16，No. 4（2011）1-11. |
| 12) | 量子ビームによる溶接部の残留応力測定, 友田陽，菖蒲敬久，S. Harjo，鈴木裕士, 溶接学会誌、Vol. 80，No. 2（2011）pp. 159-165. |
| 13) | Neutron diffraction studies on strain-dependence of superconducting properties in practical superconducting composite, H. Suzuki and S. Harjo, Neutron News, 24, 3, 18-21 (2013). |
| 14) | 秋田貢一、中性子回折による残留応力計測、検査技術、Vol. 19, No. 7 (2014) 62-66. |
| 【著 書】 | |
| 15) | P.G. XU, Y. TOMOTA, "Recrystallization Behavior during Warm Compression of Martensite Steels" Chapter 5 in: K. Sztwiertnia, edited, Recrystallization, Croatia: InTech — Open Access Company, ISBN: 979-953-307-346-9, 2012, pp. 87-108. |
| 16) | Yo TOMOTA, Pingguang XU, E.C. Oliver, Anna Paradowska, "In Situ Neutron Diffraction during Thermo-mechanically Controlled Process for a Low Alloy Steel", Chapter 12 in: T. Kannengiesser, S.S. Babu, Y. Komizo, A. J. Ramirez, edited, In Situ Studies with Photons, Neutrons and Electrons Scattering, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN: 978-3-642-14793-7, 2010, pp. 175-190. |
招待講演
| 1) | P.G. Xu, S. Harjo, S.C. Vogel, H. Suzuki, K. Akita and Y. Tomota, Recrystallization of Martensite and Precipitation of Austenite during In Situ Annealing of Cold Rolled 17Ni-0.2C Martensite Steel Studied by Neutron Diffraction, THERMEC’2011, Quebec, Canada. Aug. 1~5, 2011. (Invited lecture) |
| 2) | H. Suzuki, Current State of Japanese Engineering Diffractometer, RESA, Current State and Future of Neutron Stress Diffractometers Workshop, Jan 2012. |
| 3) | H. Suzuki, What Dr. Tom Holden Brought About in Japanese Neutron Engineering Diffraction, International Workshop on Scattering Techniques for Nuclear Materials, Oct 2012. |
| 4) | K. Akita, Stress Measurements using Synchrotron X-ray and Neutron Diffraction, 11th Int. Conf. on Durability Analysis of Composite Systems (Duracosys2014), Sep. 16, 2014, Tokyo. (Keynote) |
特許出願
| 1) | 粗大粒を有した材料の内部応力の測定方法、鈴木賢治（新潟大）、菖蒲敬久、特願：2011-030434、2011年2月16日. |
受賞
| 1) | 平成22年11月, Joining and Welding Research Institute, Osaka Univ., Visual-JW2010, Best Paper Award, Numerical Visualization on Melting and Solidification of Micron-Sized Metallic Particles by Laser Irradiation, K. Takase, T. Muramatsu and T. Shobu. |
| 2) | 平成22年5月、日本熱処理技術協会春季講演大会研究発表奨励賞最優秀賞、張朔源 |
| 3) | 平成22年6月、日本材料学会金属ガラス部門委員会第53回日本学術会議材料工学連合講演会優秀研究発表賞、「中性子回折法によるZrC 結晶粒子分散Zr-Al-Ni-Cu バルク金属ガラスの圧縮変形挙動評価」、鈴木裕士 |
| 4) | 平成23 年2月、日本材料学会Ｘ線材料強度部門委員会平成22年度業績賞（研究）、「レーザー照射誘起残留応力の形成機構と変化挙動の解明」、秋田貢一 |
| 5) | 平成23年5月、日本材料学会学術奨励賞、「中性子回折法による応力測定技術の高度化とその応用」、鈴木裕士 |
| 6) | 平成23年5月、日本保全学会論文賞、「オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手の金属組織と残留応力に及ぼす実機での高温長時間使用および補修溶接の影響」, 小原智史, 高屋茂, 若井隆純, 浅山泰, 鈴木裕士, 齊藤徹, Laurent Martin |
| 7) | 平成24年7月、第46回X線材料強度に関するシンポジウム最優秀講演発表賞、｢アルミニウム単結晶における残留応力と再結晶挙動に関する研究｣、城鮎美 |
| 8) | 平成25年5月、日本保全学会論文賞、｢2次元検出器による内部ひずみ評価法｣、鈴木賢治、菖蒲敬久、城鮎美、豊川秀訓 |
| 9) | 平成25年7月、第47回X線材料強度に関するシンポジウム最優秀講演発表賞、｢溶接時応力その場測定システムの開発｣、張朔源 |
| 10) | 平成26年度理事長表彰 【業務改善賞】 「JRR-3中性子導管の据付け、調整作業の技術習得及び完遂」永堀和久、後藤英明、堀口洋徳、関谷祐二、中村剛実、本橋純、樫村隆則、田村格良、脇本秀一、野島健大 |
| 11) | 平成26年度理事長表彰 【改革特別賞】 「技術系職員安全管理の強化（東海地区）」 |
外部資金
| 【代表者】 | |
| 1) | 代表者：菖蒲敬久、H21-H22、JST原子力基礎基盤戦略研究イニシアティブ若手、放射光を用いたFBR炉心構造材料に関する研究 |
| 2) | 代表者：徐平光、H21-H22、科研費研究活動スタート支援、飛行時間法中性子回折を用いた組織超微細化中の集合組織変化の検討 |
| 3) | 代表者：秋田貢一、H25、茨城大学との共同研究費、中性子回折による集合組織測定技術の高度化に関する研究 |
| 4) | 代表者：秋田貢一、H23-H25、科研費基盤研究(B)、残留応力緩和に及ぼす結晶学的微視構造の影響 |
| 5) | 代表者：秋田貢一、H25-26、科研費挑戦的萌芽、大強度パルス中性子による疲労荷重下の機械内部応力測定システムの開発 |
| 6) | 代表者：張朔源、H24-H25、科研費若手研究(B)、放射光Ｘ線を用いた溶接時の低温変態溶接金属の応力と固相変態のその場測定 |
| 7) | 代表者：城鮎美、H26-H27、科研費新学術領域研究（研究領域提案型）、異常分散を利用した高エネルギー放射光応力測定法による階層的キンク変形評価 |
| 8) | 代表者：秋田貢一、H26-28、平成26年度原子力基礎基盤戦略研究イニシアティブ「原子力発電機器における応力改善工法の長期安全性評価のための基盤技術開発」（再委託機関：大阪府大、発電技検） |
| 【分担者】 | |
| 9) | 鈴木裕士、代表者：長村光造（応用科学研究所）、H21～H23、科研費基盤研究(B)、強磁場中での超伝導臨界電流の歪効果の解明＝応力・歪問題の新しい展開をめざして |
| 10) | 菖蒲敬久、代表者：田中啓介（名城大）、H22-H23、科研費挑戦的萌芽研究、放射光マイクロビームによる一結晶粒内の応力マッピングを基にしたき裂進展性評価 |
| 11) | 菖蒲敬久、鈴木裕士、代表者：才田淳治（東北大）、H23-H26、科研費基盤研究(A)、局所不均質構造金属ガラスの応力状態と変形および動的構造遷移機構 |
| 12) | 菖蒲敬久、代表者：菅野未知央（KEK）、H24-H26、科研費基盤研究(B)、極低温放射光回折測定による高温超伝導複合材料の最適局所ひずみ状態の解明 |
| 13) | 秋田貢一、代表者：黒田雅利（熊本大）、H24-H26、科研費基盤研究(C)、ショットピーニングによる疲労破壊制御技術に関する研究 |
| 14) | 菖蒲敬久、代表者：田中啓介（名城大）、H26-H27、科研費挑戦的萌芽研究、放射光マイクロイメージングと応力の同時計測による短繊維強化樹脂材料の疲労損傷評価 |
機構内競争資金
| 1) | 代表者：鈴木裕士、研究開発調整財源：連携融合研究、長期保全のための厚肉溶接部残留応力評価法の高度化研究 |