2019 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement in creep strength of over 700 C grade ferritic heat-resistant steels by control of precipitation
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17K06851
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
戸田 佳明 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (60343878)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | クリープ / 析出 / 炭化物 / 炭素 / 窒素 / フェライト鋼 / ラーベス相 / Z相 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フェライト母相を炭化物や金属間化合物（ラーベス相）で析出強化した新しい耐熱鋼の高温クリープ強度を向上させるため、炭素・窒素無添加のFe-0.2Si-0.5Mn-15Cr-1Mo-6W-0.2V-0.05Nb-3Co (mass%)（0C-0N）鋼に、炭素のみを添加した0.02C-0N・0.05C-0N鋼、窒素のみを添加した0C-0.02N・0C-0.03N・0C-0.07N鋼、炭素と窒素の両方を添加した0.02C-0.03N・0.02C-0.05N・0.05C-0.03N・0.05C-0.05Nの、700℃でのクリープ強度（一部は高温引張強度）を測定した。高周波真空溶解にて溶製した供試鋼を、角棒に熱間鍛造・圧延し、1200℃で0.5時間の溶体化熱処理後、水冷した。
0C-0Nと0.02C-0Nの窒素無添加鋼は、700℃の高温引張強度が60MPa程度しかなかった。ところが、0.02 %以上の窒素添加で200MPa以上に向上し、窒素添加量の増加に伴いクリープ強度も上昇した。窒素添加鋼の粒界上にはCrVN型のZ相が形成されており、窒素の固溶強化に加えて、強度上昇の一因になったと思われる。一方、0.05%炭素添加鋼はいずれも、粒界上に析出した炭化物と母相の界面にボイドが形成され、クリープ応力－破断時間曲線の傾きが著しく大きくなった。また、0.05C-0.05N鋼では窒素添加量に見合ったクリープ強度が得られなかった。高温熱処理時にフェライト母相中にオーステナイト相が混在したためと考えられ、炭素・窒素添加量には限界があった。0.02C-0.03N鋼と0.02C-0.05N鋼のクリープ応力－破断時間曲線の傾きは小さく、100MPaのクリープ試験が5000時間を超えて継続中であり、新しいフェライト耐熱鋼の700℃クリープ強度を向上させるための最適炭素・窒素添加量であることが明らかになった。
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