2020 Fiscal Year Annual Research Report
γ’相で強化したオーステナイト系鉄基超合金の開発－新規な超耐熱構造材料
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19K22053
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
乾 晴行 京都大学, 工学研究科, 教授 (30213135)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸田 恭輔 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20354178)
新津 甲大 京都大学, 工学研究科, 助教 (90733890)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | 鉄基超合金 / 耐熱構造材料 / 2相組織 / 整合析出 / 格子ミスフィット / 高温強度 / クリープ / 単結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄鋼材料ではこれまで合金元素として考えられたことがないGeに着目し、Fe-Ni-Ge 3元系でL12-(Fe,Ni)3Ge（γ’）相とFCC-(Fe,Ni) （γ）相がかなりFeリッチ組成（Fe/Ni=3.53）まで共存し、Ni基超合金と同様のCube-On-Cube方位関係で整合析出したγ-γ’2相組織が所望の相分率で形成することを最近見出した。γ-γ’2相組織がNi基超合金（γ’相分率は通常65%程度）と同様に耐熱性・高温強度に直結するならば、γ’相で強化したFe基超合金の開発に繋がる発見といえる。実用に必要と考えられる合金元素（Cr, Al, Siなど）を更に添加し、γ’相の相安定性の変化と高温力学特性の相関を確立しつつ、現在の耐熱鋼の630℃を遥かに超える耐用温度をもつ新規なγ-γ’2相Cuboidal組織をもつ世界初の本格的なFe基超合金耐熱鋼の開発を目指している。初年度に基本組成としてのFe-Ni-Ge3元系の相平衡の事件研究を完了し、2年度は強化相としてのL12-(Fe,Ni)3Ge（γ’）相の相安定性を高めるべく、実用に必要と考えられる合金元素（Cr, Al, Siなど）を更に添加し、相平衡関係を調査するとともに、単結晶化の可否に加え、その力学特性の調査を行った。Al, SiなどはGeを置換する形で固溶させることができるが、固溶量は極めて小さく、2~4%のオーダーである。Crは10%程度固溶させることができるが、γ’相の相分率を低下させる。Crは耐酸化性向上に非常に有効で2~4%の添加で十分な効果を示す。800℃でγ’相が体積率で60%になるよう組成調整した合金では700℃でも500MPaを越える非常に高い高温圧縮強度を示し、γ’相の相安定性の高さとともに高い高温強度を示すことが明らかとなった。
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