京都大学大学院工学研究科 安田秀幸 教授、森下浩平 同 助教（研究当時、現：九州大学准教授） 、西村友宏同博士課程学生（研究当時、現：神戸製鋼所） らのグループは、大阪大学大学院工学研究科 吉矢真人 准教授、中塚憲章 同博士課程学生（研究当時、現：神戸製鋼所）、本学工学部 交通機械工学科 杉山明教授、高輝度光科学研究センター (JASRI) 上杉健太朗 主席研究員、竹内晃久 同 主幹研究員と共同で 、鉄鋼材料の凝固過程において体心立方構造から面心立方構造への固相の変態が起こり、温度の条件によりこの変態がデンドライトの分断を誘発することを、大型放射光施設SPring-8の放射光を利用したX線イメージング実験により実証しました。

鉄鋼材料である炭素鋼は社会基盤を支える材料であり、生産性や材料特性の向上は社会全体に波及します。これまで0.5wt%（質量パーセント濃度）炭素以下の鋼の凝固過程は、フェライトと呼ばれる体心立方構造の固相と液相の反応によりオーステナイトと呼ばれる面心立方構造の固相が生成する「包晶反応」が起こると考えられてきました。

本研究は、この凝固過程で包晶反応は起こらず、フェライトからオーステナイトへのマッシブ的変態が起こると同時に微細なオーステナイトの結晶粒が生成すること、条件によりオーステナイト粒界やフェライト-オーステナイト境界が溶解してデンドライトが分断することを明らかにしました。マッシブ的変態を利用したデンドライトの分断は材料の組織制御に利用できる一方、凝固過程で生じる欠陥の形成に関係している可能性も示唆しています。

今後、本研究成果を製造プロセスや材料特性の向上に結びつけることが期待されます。

本研究成果は、2019年7月18日に、国際学術誌「Nature Communications」のオンライン版に掲載されました。

図：本研究の概要図

詳しい研究内容について

X線イメージングによって鉄鋼材料の凝固・変態現象を解明 －実際に見ることから鉄鋼材料の生産性・特性向上の指針へ－