超々臨界火力発電用鉄-クロム合金の水蒸気酸化機構と保護性酸化皮膜の剥離の抑制

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450291
• Research Institution: TOKYO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 丸山 俊夫 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20114895)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾山 由紀子 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (00345373) ; 河村 憲一 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50270830)
• Keywords: 高温水蒸気酸化 / Fe-Cr合金 / 内部酸化層 / ポテンシャル分布 / マグネタイト / ボイド形成

Research Abstract

フェライト系Fe-9mass%Cr合金の高温水蒸気酸化を700℃で行い、以下の結果を得た。
1.内部酸化層形成・消失機構の解明
耐酸化性に大きな影響を与える内部酸化層について検討した。酸化初期では酸化皮膜内層と合金の間に内部酸化層が生成し、60時間から100時間で消失することを見出した。内部酸化フロント部分を透過電顕観察すると、シート状の非晶質SiO_2とFeCr_2O_4の析出物が観察された。内部酸化層中の酸素ポテンシャル分布を計算すると、この酸化物の分布形態は合理的であることが示された。また、シート状の非晶質SiO_2が成長すると、内部酸化層/SiO_2界面の酸素ポテンシャルが急上昇し、FeがFeOに酸化する条件まで変化し、内部酸化層は内層化することにより消失する。
2.マグネタイト(Fe_3O_4)皮膜中の酸素ポテンシャル分布とボイド形成
酸化皮膜中のボイドの形成は皮膜の機械的性質を劣化させ、剥離に影響を及ぼす。外層であるFe_3O_4の成長はFeイオンの拡散に支配され、Feイオンの流れにより皮膜中の化学ポテンシャル分布は決定される。酸素の流れは皮膜中の酸素ポテンシャル勾配により支配される。このときの酸素の流れの湧き出しを考えるとボイドの発生位置を予測できることを示した。皮膜中へのプロトンの溶解と関連させたボイド形成機構解明への基礎が得られた。

Research Products

• [Publications] M.Ueda, M.Nanko, T.Maruyama: "Monitoring of Steam Oxidalion Behavior of Fe-Cr Ferritic Steels Using ZrO_2 Oxygen Sensor"Electrochemical Society Proceedings. 99-38. 115-126 (2002)
• [Publications] M.Ueda, M.Nanko, K.Kawamura, T.Maruyama: "Microstructure Development of Scales Formed in the Early Stage of Steam Oxidation of Fe-Cr Ferritic Alloys"Materials at High Temperatures. 18(s). 37-41 (2001)
• [Publications] M.Ueda, M.Nanko, K.Kawamura, T.Maruyama: "Formation and Disappearance of Internal Oxidation Zone in the Impal Stage of the steam Oxidation of Fe-9G-0.26s"Materials at High Temperatures. (in press).
• [Publications] 上田光敏, 南口誠, 尾山由紀子, 河村憲一, 丸山俊夫: "Fe-9mass%Cr鋼の高温水蒸気酸化初期に形成される内部酸化層の形成と消失機構"日本学術振興会耐熱金属材料123委員会研究報告. 44・1. 37-48 (2003)