2019 Fiscal Year Research-status Report
Novel utilization method of strengthening phases for improving steam oxidation behavior of heat-resistant steels
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19K05055
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
上田 光敏 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (90376939)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 耐熱鋼の高温水蒸気酸化 / 金属間化合物 / 析出強化相 / 異相界面 / 相互拡散 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
耐熱鋼の耐水蒸気酸化特性を向上させるためには，Crなどの添加元素の拡散を促進させ，酸化の初期段階から耐熱鋼の表面に保護性酸化皮膜を形成させる必要がある。本研究では，母材に分散する析出強化相に着目し，耐熱鋼の高温水蒸気酸化挙動に及ぼす析出強化相の影響と母材の拡散現象に及ぼす異相界面の効果を実験的に明らかすることで，耐熱鋼の耐水蒸気酸化特性を飛躍的に向上させる析出強化相の析出形態やその組織制御法を提案することを目的としている。
今年度は，耐熱鋼の水蒸気酸化挙動に及ぼす析出強化相の影響を実験的に明らかにした。耐熱鋼のモデル合金として，金属間化合物が析出するフェライト系およびオーステナイト系のFe基合金を選択した。Fe-Cr合金（フェライト系Fe基合金）およびFe-Cr-Ni合金（オーステナイト系Fe基合金）に対してNbとWをそれぞれ単独添加した４種類の合金を作製し，その予時効材を用いて650℃（フェライト系Fe基合金）および800℃（オーステナイト系Fe基合金）において高温水蒸気酸化実験を行った。酸化後の試験片について，合金の内部組織および表面に生成した酸化皮膜の構造や成長速度を詳細に解析した。
その結果，各合金の水蒸気酸化挙動に及ぼす添加元素の影響を，母相中への添加元素の固溶による影響と金属間化合物の析出による影響とに分けることができた。Nbに比べ，Wは母相中への固溶量が大きく，母相中へのWの固溶による酸化特性の変化が観察された。また，金属間化合物の種類や析出形態によって合金の酸化特性が変化することが実験的に明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
耐熱鋼のモデル合金を用いて，各合金の水蒸気酸化挙動に及ぼす添加元素の影響を，母相中への添加元素の固溶による影響と金属間化合物の析出による影響とに分け，それぞれの影響を個別に評価できるようになったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降，各合金の水蒸気酸化挙動に及ぼす析出強化相の影響を，強化相の析出形態や体積分率に着目して系統的にまとめ，その影響を実験的に明らかにする。また，母材の拡散現象に及ぼす析出強化相の影響（異相界面の効果）を実験的に検証する。今年度に引き続き，対象とする合金系の予時効材を用い，合金中のCrのみが酸化する雰囲気下において650℃（フェライト系Fe基合金）および800℃（オーステナイト系Fe基合金）の酸化実験を行う。酸化後の試験片について，合金側のCrの濃度プロファイルを測定・解析し，表面へのCrの拡散量や合金中の見かけの相互拡散係数を算出する。また，Crの拡散量や見かけの相互拡散係数を析出強化相の体積分率の関数として整理し，母材の拡散現象に及ぼす異相界面の効果を定量的に評価する。
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| Causes of Carryover |
今年度は，すでに作製していた試料を使用し，保有している実験装置を用いて効率的に高温水蒸気酸化実験を実施することができた。次年度以降，新たな試料の作製を進めると共に，新規の熱処理炉の作製等も行う。また，相互拡散係数を測定する実験等を新たに行うため，これらの実験が効率的に実施できるように実験装置等の作製を進める。
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