2021 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 – 2023-03-31
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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 |
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，耐熱鋼の固溶強化と析出強化の両方に寄与するタングステン（W）に着目し，フェライト系およびオーステナイト系耐熱鋼のモデル合金の水蒸気酸化挙動に及ぼすW添加の影響を実験的に明らかにした。Fe-9Cr(mass%)合金（以後，Fe-9Cr合金と呼称する。）およびFe-20Cr-35Ni(at%)合金を基本合金として，種々のW濃度を有するW添加合金を作製し，その予時効材を用いて650℃（Fe-9Cr合金）および800℃（Fe-20Cr-35Ni(at%)合金）において水蒸気酸化実験を行った。その結果，いずれの合金においても，Wの添加により合金の耐水蒸気酸化特性が向上した。
Fe-9Cr合金には外層と内層からなる二層酸化皮膜が形成するが，Wを添加して強化相を析出させた合金では，内層の生成が抑制された。酸化の過程において強化相を含む母材中にFe-W系の複酸化物が生成することで母材の熱力学的安定性が向上し，その結果として内層の生成が抑制されることが明らかとなった。他方，Fe-20Cr-35Ni(at%)合金には外層と内部酸化層からなる二層酸化皮膜が生成する。合金に固溶したWは，合金が内部酸化する過程でNi-W合金として内部酸化層の母相中に残存し，酸素の拡散障壁として働く。また，母相中に析出した強化相は，酸化の過程で生じる内部酸化層中のNiの濃化により分解し，内部酸化層中で新たな複酸化物の生成を促進させる。これらの現象により，酸化皮膜/合金界面における保護性酸化皮膜の生成が促進されることが明らかとなった。
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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，各合金の水蒸気酸化挙動に及ぼすW添加の影響を，合金中への固溶と金属間化合物の析出とに分けてそれぞれ明らかにし，合金の水蒸気酸化挙動に及ぼす析出強化相の役割を明確にすることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度，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。拡散対法を用いて，合金中のCrの相互拡散係数を算出する。また，Crの相互拡散に及ぼす析出強化相の影響を実験的に明らかにし，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。他方，今年度に引き続き，合金の水蒸気酸化挙動に及ぼすNb添加の影響を実験的に明らかにする。
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| Causes of Carryover |
今年度も，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，拡散対を用いた実験等を重点的に行うため，これらの実験が効率的に実施できるように実験装置の作製等を進める。
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Research Products
(3 results)
