Coarse ferrite grain formation by variant selection rule and extremely improved high-temperature strength in ODS steel

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K14172
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 鵜飼 重治 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00421529)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 相変態 / マッシブ変態 / ODS / フェライト鋼

Outline of Annual Research Achievements

機械的合金化法により作製された合金粉末に熱間押出を施し、9CrODSフェライト鋼棒材（Fe-9Cr-0.13C-2W-0.2Ti-0.35Y2O3）を作製した。また、酸化物粒子を含有しないフェライト鋼であるF82H板材を入手し、これらに圧延温度（730~930℃）と圧延率（50,80%）、冷却速度（WQ,AC,FC）をパラメーターとして、新たにオーステナイト域で熱間圧延を施した。昨年度までの研究では、熱間圧延中に動的フェライト変態が生じたと考えていた。またこの変態は原子の拡散で起こる拡散変態と考えていた。しかし、このような拡散変態で生成するフェライト組織は等軸状で圧延方向に伸長することは無く、かつ圧延中に10μm以上も成長する時間はないことから、拡散変態では説明できない。そこで、いわいる「マッシブ変態」機構を提案した。すなわち、圧延により形成されたオーステナイト粒内の亜粒界で、変位型核生成が起こり原子の短距離拡散によりFCC構造からBCC構造に変態し、小角粒界をもつフェライト同士が合体し1つの粗大なフェライト粒が形成されると考える生成機構である。このマッシブ変態の駆動力はオーステナイトとフェライトの同一組成での自由エネルギー差であり、圧延による転位エネルギー増加によってオーステナイトの自由エネルギーが上昇したことで説明できる。このようなマッシブ変態は9CrODSフェライト鋼だけでなく、酸化物粒子を含まないF82Hでも起こっており、ODSに特有の現象では無いことも確認した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究で設定していた課題は2項目あり、１点はフェライト粒の粗大化機構を明らかにすることである。世界各国で、フェライト変態は拡散変態とするのが常識であったが、本研究を通して、熱間圧延中には格子変態による変位型核生成とフェライト/オーステナイト界面律速成長からなるマッシブ変態が優先して起こることを明らかにした。これは世界で最初の発見であり、新たな結晶粒粗大化機構を提案するもので極めて顕著な研究成果である。

Strategy for Future Research Activity

H29年度は最終年度であり、H28年度に明らかにしたフェライト粒の新規粗大化プロセス機構を踏まえて、第２点目の課題である粗大フェライト粒と高温強度との関係を明らかにする計画である。

Causes of Carryover

今年度は組織形成機構の解明を主に実施し、強度試験と試験後の組織解析は次年度に行うことにした。これに伴い、消耗品の削減と施設利用料の合理化が行われたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度は強度試験と試験後の組織解析を重点的に行うため、これに必要な消耗品の購入(物品費)と施設使用料(その他)に充当する予定である。