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髙桑 脩(たかくわ おさむ) データ更新日:2021.07.08

准教授 /  工学研究院 機械工学部門


主な研究テーマ
超高圧水素環境における金属材料の強度特性
キーワード:水素社会,水素脆化,き裂進展,破壊靭性
2016.10.
表面改質による疲労強度特性の向上
キーワード:表面改質,疲労
2012.04~2016.09.
従事しているプロジェクト研究
革新的省エネプログラム「省エネルギー戦略に寄与するヘテロナノ高強度銅合金の開発」
2018.06~2023.02, 代表者:高桑脩, 九州大学, NEDO(日本).
超高圧水素インフラ本格普及技術研究開発事業/国内規制適正化に関わる技術開発「新たな水素特性判断基準の導入に関する研究開発」
2018.06~2023.02, 代表者:松永久生, 九州大学, NEDO(日本).
水素利用技術研究開発事業「FCV及び水素ステーション関連機器向け使用可能鋼材の拡大及び複合容器の基準整備等に関する研究開発」
2016.10~2018.02, 代表者:松岡三郎, 九州大学, NEDO(日本).
研究業績
主要著書
主要原著論文
1. Yuhei Ogawa, Osamu Takakuwa, Saburo Okazaki, Yusuke Funakoshi, Saburo Matsuoka, Hisao Matsunaga, Hydrogen-assisted fatigue crack-propagation in a Ni-based superalloy 718, revealed via crack-path crystallography and deformation microstructures, Corrosion Science, 10.1016/j.corsci.2020.108814, 174, 2020.09, [URL], Fatigue crack-growth (FCG) of Ni-based superalloy 718 was investigated under gaseous hydrogen environment (external hydrogen) and uniformly pre-charged state (internal hydrogen). Under external hydrogen, intergranular fracture predominated, whereas dislocation slip-band or twin boundary fracture were prevalent under internal hydrogen. This failure mode divergence encompassed unique characteristics of macroscale FCG response, leading to both cycle- and time-dependent cracking. The intergranular cracking was ascribed to short-circuit diffusion of hydrogen along grain boundaries. Meanwhile, the material's inherently inhomogeneous deformation mode exerts harmfulness when hydrogen was uniformly distributed inside the specimen, causing slip-bands or twin boundaries to become the weakest links for fracture..
2. Osamu Takakuwa, Yuhei Ogawa, Saburo Okazaki, Masami Nakamura, Hisao Matsunaga, A mechanism behind hydrogen-assisted fatigue crack growth in ferrite-pearlite steel focusing on its behavior in gaseous environment at elevated temperature, Corrosion Science, 10.1016/j.corsci.2020.108558, 168, 2020.05, [URL], Hydrogen-assisted fatigue crack growth in gaseous environment was comparatively examined at room temperature (RT) and 423 K, based on analysis of the deformation structure evolution around crack-wakes using scanning electron microscopy techniques. In hydrogen-gas at RT, the propagating crack displayed weakly-evolved dislocation arrangement, accompanied by a significant acceleration of fatigue crack growth. However, in hydrogen-gas at 423 K, the crack-wake plasticity was well-evolved and analogous to that observed in an inert environment. This apparent recovery of deformation micro structure coincided with suppressed crack growth acceleration, the rationale for which can be interpreted by the trapping/de-trapping equilibrium between hydrogen and dislocations..
3. Kevinsanny, Saburo Okazaki, Osamu Takakuwa, Koichi Okita, Yusuke Funakoshi, Junichiro Yamabe, Saburo Matsuoka, Hisao Matsunaga, Effect of defects on the fatigue limit of Ni-based superalloy with different grain sizes, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 10.1111/ffe.12989, 42, 5, 1203-1213, 2019.05.
4. Osamu Takakuwa, Yuhei Ogawa, Junichiro Yamabe, Hisao Matsunaga, Hydrogen-induced ductility loss of precipitation-strengthened Fe-Ni-Cr-based superalloy, Materials Science & Engineering A, 739, 335-342, 2019.01.
5. Y. Ogawa, O. Takakuwa, Saburo Okazaki, Koichi Okita, Yusuke Funakoshi, H. Matsunaga, Saburo Matsuoka, Pronounced transition of crack initiation and propagation modes in the hydrogen-related failure of a Ni-based superalloy 718 under internal and external hydrogen conditions, Corrosion Science, 10.1016/j.corsci.2019.108186, 2019.01, [URL], The role of hydrogen in tensile ductility loss and on the fracture behaviours of Ni-based superalloy 718 was investigated via tensile tests under hydrogen-charged conditions (internal hydrogen) or in gaseous hydrogen environments (external hydrogen), in combination with post-mortem analyses of fractured samples using electron microscopy techniques. Whereas intergranular fracture was responsible for material degradation under external hydrogen, the failure modes under internal hydrogen conditions were primarily dominated by cracking along slip planes or twin boundaries. The mechanisms of crack initiation and propagation are extensively discussed in terms of hydrogen distribution, intrinsic deformation character of the material and hydrogen-modified dislocation behavior..
6. Yuhei Ogawa, Domas Birenis, Hisao Matsunaga, Osamu Takakuwa, Annett Thøgersen, Øystein Prytz, Junichiro Yamabe, The role of intergranular fracture on hydrogen-assisted fatigue crack propagation in pure iron at a low stress intensity range, Materials Science & Engineering A, 733, 316-328, 2018.08.
7. Domas Birenis, Yuhei Ogawa, Hisao Matsunaga, Osamu Takakuwa, Annett Thøgersen, Øystein Prytz, Junichiro Yamabe, Interpretation of hydrogen-assisted fatigue crack propagation in BCC iron based on dislocation structure evolution around the crack wake, Acta Materialia, 156, 245-253, 2018.07.
8. Saburo Matsuoka, Osamu Takakuwa, Saburo Okazaki, Michio Yoshikawa, Junichiro Yamabe, Hisao Matsunaga, , Peculiar temperature dependence of hydrogen-enhanced fatigue crack growth of low-carbon steel in gaseous hydrogen, Scripta Materialia, 154, 101-105, 2018.05.
9. Osamu Takakuwa, Junichiro Yamabe, Hisao Matsunaga, Yoshiyuki Furuya, Saburo Matsuoka, Comprehensive understanding of ductility loss mechanisms in various steels with external and internal hydrogen, Metallurgical and Materials Transactions A, 48, 11, 5717-5732, 2017.11.
10. Yuhei Ogawa, Domas Birenis, Annett Thøgersen, Øystein Prytz, Hisao Matsunaga, Osamu Takakuwa, Junichiro Yamabe, Multi-scale observation of hydrogen-induced, localized plastic deformation in fatigue-crack propagation in a pure iron, Scripta Materialia, 140, 13-17, 2017.07.
11. Hisao Matsunaga, Osamu Takakuwa, Junichiro Yamabe, Saburo Matsuoka, Hydrogen-enhanced fatigue crack growth in steels and its frequency dependence, Philosophical Transactions of the Royal Society A, 10.1098/rsta.2016.0412, 375, 2098, 1-14, 2017.06.
12. Junichiro Yamabe, Osamu Takakuwa, Hisao Matsunaga, Hisatake Itoga, Saburo Matsuoka, Hydrogen diffusivity and tensile-ductility loss of solution-treated austenitic stainless steels with external and internal hydrogen, International Journal of Hydrogen Energy, 10.1016/j.ijhydene.2017.04.055, 42, 18, 13289-13299, 2017.05.
13. Osamu Takakuwa, Fumio Takeo, Mitsuru Sato, Hitoshi Soyama, Using cavitation peening to enhance the fatigue strength of duralumin plate containing a hole with rounded edges, Surface & Coatings Technology, 10.1016/j.surfcoat.2016.08.087, 307, 200-205, 2016.12.
14. Osamu Takakuwa, Takuya Fujisawa, Hitoshi Soyama, Experimental verification of the hydrogen concentration behavior around a crack tip using a spot X-ray diffraction, International Journal of Hydrogen Energy, 41, 23188-23195, 2016.11.
15. Osamu Takakuwa, Masaaki Nakai, Kengo Narita, Mitsuo Niinomi, Kazuhiro Hasegawa, Hitoshi Soyama, Enhancing the durability of spinal implant fixture applications made of Ti-6Al-4V ELI by means of cavitation peening, International Journal of Fatigue, 10.1016/j.ijfatigue.2016.07.021, 92, 360-367, 2016.11.
主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等
主要学会発表等
1. 髙桑脩, 松永久生, 西村貴郎, 國立悦生, 宮本宜幸, レーザー溶接部における新たな疲労き裂進展試験法の開発と溶接部の強度特性に及ぼす水素の影響, 溶接構造シンポジウム2019, 2019.12.
2. 宮田龍之介, 髙桑脩, 小川祐平, 松永久生, Ni基超合金718における特異な水素誘起き裂進展挙動, 日本機械学会九州支部沖縄講演会, 2019.11.
3. 髙桑脩, 小川祐平, 松永久生, 高圧水素環境下におけるBCC鋼の水素誘起疲労き裂進展加速メカニズム-汎用鋼における水素脆化の温度依存性-, 日本機械学会M&M若手シンポジウム2019, 2019.08.
4. Peculiar Temperature Dependence of Hydrogen-Assisted Fatigue Crack Growth of Low-Carbon Steel in Gaseous Hydrogen, Osamu TAKAKUWA, Yuhei OGAWA, Junichiro YAMABE, Hisao MATSUNAGA, Japan-Korea-China Joint Workshop on Hydrogen Materials 2019, 2019.04.
5. 髙桑脩, 岡﨑三郎, 山辺純一郎, 松永久生, 松岡三郎, 高圧水素ガス中におけるオーステナイト系ステンレス鋼の強度特性, 溶接学会平成30年度秋季全国大会, 2018.09.
6. 髙桑脩, 岡﨑三郎, 山辺純一郎, 松永久生, 松岡三郎, 高圧水素ガス中におけるオーステナイト系ステンレス鋼の強度特性, 溶接学会平成30年度秋季全国大会, 2018.09.
7. 日本鉄鋼協会第176回秋季講演大会, 鉄基超合金A286の水素誘起破壊メカニズム, 日本鉄鋼協会第176回秋季講演大会, 2018.09.
8. 髙桑脩, 岡﨑三郎, 山辺純一郎, 松永久生, 松岡三郎, 水素ガス環境下における低炭素鋼SM490Bの疲労き裂進展の温度依存性, 日本鉄鋼協会第175回春季講演大会, 2018.03.
9. Osamu TAKAKUWA, Junichiro YAMABE, Hisao MATSUNAGA, Saburo MATSUOKA, Compatibility of Type 304 Stainless Steel to High-Pressure Hydrogen Gas, HYDROGENIUS, I2CNER & HydroMate Joint Research Symposium 2018, 2018.02.
10. 髙桑脩, 小川祐平, 山辺純一郎, 松永久生, 鉄基超合金A286の破壊形態に及ぼす内部水素の影響, 日本機械学会M&M2017材料力学カンファレンス, 2017.09.
11. 髙桑脩, 山辺純一郎, 松永久生, 古谷佳之, 松岡三郎, 外部水素と内部水素に着目した低合金鋼および炭素鋼の破壊形態の検証, 日本鉄鋼協会第174回秋季講演大会, 2017.09.
12. 髙桑脩, 山辺純一郎, 松永久生, 古谷佳之, 松岡三郎, 外部水素と内部水素に着目したオーステナイト系ステンレス鋼のSSRT破壊形態の分類, 日本鉄鋼協会第173回春季講演大会, 2017.03.
特許出願・取得
特許出願件数  2件
特許登録件数  0件
学会活動
所属学会名
日本材料学会
日本鉄鋼協会
日本機械学会
学協会役員等への就任
2020.04~2021.03, 日本機械学会, 運営委員.
2019.04~2021.03, 日本機械学会, 運営委員.
学会大会・会議・シンポジウム等における役割
2019.11.02~2019.11.04, 日本機械学会M&M2019材料力学カンファレンス.
2018.09~2018.09, 日本鉄鋼協会第176回秋季講演大会, 座長.
2019.03~2019.03, 日本鉄鋼協会第177回春季講演大会, 座長.
2018.03~2018.03, 日本機械学会九州支部第71期総会・講演会, 座長.
2018.03~2018.03, 日本鉄鋼協会第175回春季講演大会, 座長.
学術論文等の審査
年度 外国語雑誌査読論文数 日本語雑誌査読論文数 国際会議録査読論文数 国内会議録査読論文数 合計
2020年度 12        12 
2019年度 15      19 
2018年度 11  15 
2017年度 10 
その他の研究活動
海外渡航状況, 海外での教育研究歴
University of Cincinnati, UnitedStatesofAmerica, 2012.05~2012.08.
受賞
溶接学会FS賞, 溶接学会, 2020.06.
日本機械学会優秀講演賞, 日本機械学会, 2019.11.
日本機械学会奨励賞(研究), 日本機械学会, 2014.04.
優秀講演発表賞, 日本材料学会, 2013.05.
日本ウォータージェット学会論文賞, 日本ウォータージェット学会, 2013.05.
総長賞, 東北大学, 2012.03.
日本機械学会フェロー賞, 日本機械学会, 2007.10.
研究資金
科学研究費補助金の採択状況(文部科学省、日本学術振興会)
2020年度~2022年度, 基盤研究(C), 代表, 熱活性過程で理解する水素環境下疲労き裂進展加速メカニズム.
2015年度~2016年度, 若手研究(B), 代表, 歪評価に立脚した局所的な水素凝集マッピング法の構築.
2013年度~2014年度, 若手研究(B), 代表, インデンテーション法による水素侵入層の局所的かつ定量的評価手法の構築.
2012年度~2013年度, 研究活動スタート支援, 代表, 圧子押込み試験による耐水素脆化層評価法の構築.
2010年度~2012年度, 特別研究員奨励費, 代表, 歪評価に立脚した次世代水素貯蔵システム用表面改質法の構築.
競争的資金(受託研究を含む)の採択状況
2018年度~2023年度, 戦略的省エネルギー技術革新プログラム, 代表, 省エネルギー戦略に寄与するヘテロナノ超高強度銅合金の開発.
2018年度~2019年度, JFE21世紀財団 技術研究助成, 代表, ニッケル基超合金の水素誘起割れ発生・成長メカニズム.
2018年度~2019年度, 鉄鋼研究振興助成, 代表, 高温・高圧水素ガス環境下におけるNi基超合金の破壊決定メカニズム.
2017年度~2018年度, 福岡水素エネルギー戦略会議, 代表, 耐水素溶射皮膜の開発と高圧水素ガス中における効果の実証.
共同研究、受託研究(競争的資金を除く)の受入状況
2018.08~2021.03, 代表, 高圧水素機器の強度設計に関する研究.
2018.10~2021.09, 代表, 溶接部の新たな水素脆化試験法の開発.
2018.05~2019.03, 代表, 接合部への水素の影響に関する共同研究.
2018.06~2020.03, 分担, H3ロケットの強度設計.
2017.08~2018.02, 代表, 接合部への水素の影響に関する共同研究.

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