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金属材料研究所が誕生した頃の日本では、第一次世界大戦の影響で外国からの物資の輸入が極度に制限され、ことに化学薬品や鉄鋼の自給の必要に迫られていました。そのため1915年8月に、東北帝国大学理科大学に併設された臨時理化学研究所に不燃性セルロイドの研究を目的とする第1部が、続く1916年4月に、鉄鋼の研究を目的とする第2部が本多光太郎博士を研究主任として発足しました。ほどなく本多光太郎博士はKS磁石鋼を発明しました。このことが、以来 80年以上にわたり、本研究所が我が国における金属研究の中心的存在として数多くの業績をあげ、すぐれた人材を世に送り出す先駆けとなりました。
1987年5月、本研究所は材料科学の飛躍的な進歩と新素材産業の急激な発展に対応するため、東北大学附置全国共同利用型研究所として再発足しました。これに伴い、研究部門の大幅な転換を図るとともに研究施設を充実させ、全国の研究者や技術者との共同研究を積極的に推進することになりました。今や共同研究の門戸は、国内のみならず、国外にも開かれ、国際的な研究交流が実施されています。
1987年5月、本研究所は材料科学の飛躍的な進歩と新素材産業の急激な発展に対応するため、東北大学附置全国共同利用型研究所として再発足しました。これに伴い、研究部門の大幅な転換を図るとともに研究施設を充実させ、全国の研究者や技術者との共同研究を積極的に推進することになりました。今や共同研究の門戸は、国内のみならず、国外にも開かれ、国際的な研究交流が実施されています。
大正
| （1916）大正5 4.1 | 東北帝国大学理科大学に臨時理化学研究所第2部発足。研究主任 本多光太郎 |
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| （1916）大正5 | KS磁石鋼発明 | |
| （1919）大正8 5.22 |
附属鉄鋼研究所設置（東北帝国大学官制改正により、制度化） 本多光太郎所長就任（初代） |
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| （1921）大正10 4 | 本館（旧1号館）及び工場建物完成（住友からの寄附） | |
| （1922）大正11 8.9 | 金属材料研究所設置（金属材料研究所官制制定により、東北帝国大学に附置。3部門より構成） |
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昭和
| （1930）昭和5 11 | 低温研究室（旧2号館）完成（斎藤報恩会からの寄附等） | |
| （1933）昭和8 5.16 | 石原寅次郎所長事務取扱 |
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| （1934）昭和9 9.5 | 石原寅次郎所長就任（第2代） | |
| （1936）昭和11 9.5 | 村上武次郎所長就任（第3代） |
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| （1939）昭和14 7 | 材料試験室完成（日本鋼管株式会社からの寄附） | |
| （1939）昭和14 | カピッツア型パルスマグネット（5ms、27.3T）設置 | |
| （1941）昭和16 10 | 本多記念館完成（本多光太郎在職25年記念会からの寄附） | |
| （1944）昭和19 3.31 | 本多光太郎所長事務取扱（第4代） | |
| （1945）昭和20 7.9 | 米軍空襲により工場・研究施設3,373㎡を焼失 | |
| （1947）昭和22 8.30 | 石原寅次郎所長就任（第5代） | |
| （1949）昭和24 4.1 | 研究所整備により5部門新設、21部門となる。 | |
| （1950）昭和25 3.31 | 増本量所長就任（第6代） |
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| （1952）昭和27～ （1959）昭和34 |
工業化研究部建物・設備整備（古河鉱業・古河電工株式会社からの寄附を含む。） | |
| （1959）昭和34 | ビッター型マグネット（3.5MW、10T）設置 | |
| （1957）昭和32～ （1962）昭和37 |
原子炉材料研究部関係4部門増、25部門となる。 | |
| （1958）昭和33 3.31 | 大日方一司所長就任（第7代） |
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| （1962）昭和37 10.1 | 広根徳太郎所長就任（第8代） |
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| （1964）昭和39 | 附属工場建物改築 | |
| （1967）昭和42 10.1 | 神田英蔵所長就任（第9代） |
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| （1969）昭和44 6.11 | 附属材料試験炉利用施設設置（茨城県） 原子炉材料研究部関係1部門増、26部門となる。 |
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| （1970）昭和45 10.1 | 竹内榮所長就任（第10代） |
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| （1971）昭和46 4.1 | 低温センター（学内共同利用施設）設置 | |
| （1972）昭和47 5.1 | 附属道川爆縮極強磁場実験所設置（秋田県） | |
| （1974）昭和49 4.2 | 渡辺浩所長就任（第11代） |
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| （1974）昭和49 4.11 | 百万ボルト電子顕微鏡室（学内共同利用施設等）設置 | |
| （1979）昭和54 4.2 | 田中英八郎所長就任（第12代） |
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| （1981）昭和56 3.31 | 附属道川爆縮極強磁場実験所廃止 | |
| （1981）昭和56 4.1 | 附属超電導材料開発施設設置 | |
| （1984）昭和59 4.2 | 鈴木進所長就任（第13代） |
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| （1986）昭和61 4 | 1号館及び2号館老朽のため取りこわし | |
| （1986）昭和61 | 31.1T八イブリッドマグネット完成（当時の世界最強定常磁場） | |
| （1987）昭和62 3 | 新研究棟完成（1号館） | |
| （1987）昭和62 4.1 | 平林眞所長就任（第14代） |
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| （1987）昭和62 5.21 |
全国共同利用研究所に改組 客員研究部門3部門増、16部門名称変更、29部門となる。 附属新素材開発施設設置 |
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| （1988）昭和63 6.11 | 客員研究部門1部門増、30部門となる。 |
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平成
| （1989）平成元 4.1 | 増本健所長就任（第15代） |
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| （1989）平成元 4 | 附属材料試験炉利用施設にアクチノイド元素実験棟完成 | |
| （1989）平成元 5.29 | 附属超電導材料開発施設を附属超伝導材料開発施設と改称 | |
| （1991）平成3 3.31 | 附属超伝導材料開発施設時限により廃止 | |
| （1991）平成3 4.12 |
附属強磁場超伝導材料研究センター設置 附属新素材開発施設に2研究部設置 |
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| （1992）平成4 10.1 | 寄附研究部門設置 | |
| （1993）平成5 4.1 | 技術室設置 | |
| （1993）平成5 12 | 2号館完成 | |
| （1994）平成6 3 | スーパーコンピュータ棟完成 | |
| （1994）平成6 4.1 | 鈴木謙爾所長就任（第16代） |
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| （1994）平成6 10 | 本多記念館改修完了 | |
| （1995）平成7 3 | 3号館完成 | |
| （1996）平成8 5.10 | 低温センター（学内共同利用施設）廃止 | |
| （1996）平成8 5.11 |
極低温科学センター（学内共同利用施設）設置 附属新素材開発施設を附属新素材設計開発施設に改組 |
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| （1998）平成10 4.1 | 藤森啓安所長就任（第17代） |
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| （2000）平成12 4.1 | 井上明久所長就任（第18代） |
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| （2001）平成13 3.31 | 附属強磁場超伝導材料研究センター 時限により廃止 | |
| （2001）平成13 4.1 | 附属強磁場超伝導材料研究センター 設置 | |
| （2002）平成14 4.1 | 附属材料科学国際フロンティアセンター 設置 | |
| （2004）平成16 4.1 |
国立大学の法人化に伴い、東北大学法人の設置する金属材料研究所となる。 附属材料試験炉利用施設を附属量子エネルギー材料科学国際研究センターと改称 |
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| （2005）平成17 4.1 | 附属新素材設計開発施設を附属金属ガラス総合研究センターと改称 | |
| （2006）平成18 4.1 | 附属研究施設大阪センター 設置 | |
| （2006）平成18 11.6 | 中嶋一雄所長就任（第19代） |
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| （2006）平成18 11.16 | 大連理工大学材料科学工程学院共同研究センター設置 | |
| （2007）平成19 4. 1 | 技術部をテクニカルセンターに改組 | |
| （2008）平成20 4. 1 | 国際共同研究センター 設置 | |
| （2008）平成20 4. 1 | 附属材料科学国際フロンティアセンター廃止 | |
| （2009）平成21 11. 6 | 新家光雄所長就任（第20代） | |
| （2010）平成22 4. 1 | 低炭素社会基盤材料融合研究センター 設置 | |
| （2010）平成22 4. 1 | 中性子物質材料研究センター 設置 | |
| （2011）平成23 3.31 | 附属研究施設大阪センター 時限により廃止 | |
| （2011）平成23 4.1 | 附属研究施設関西センター 設置 |
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