2010 Fiscal Year Annual Research Report
Niフリー高窒素オーステナイト系ステンレス鋼の疑似体液中フレッティング疲労特性
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20360319
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
丸山 典夫 独立行政法人物質・材料研究機構, 生体材料センター, 主幹研究員 (00343856)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片田 康行 独立行政法人物質・材料研究機構, 燃料電池材料センター, NIMS特別研究員 (30127211)
秋山 英二 独立行政法人物質・材料研究機構, 新構造材料センター, 主任研究員 (70231834)
廣本 祥子 独立行政法人物質・材料研究機構, 生体材料センター, 主幹研究員 (00343880)
伊藤 真二 独立行政法人物質・材料研究機構, 分析支援ステーション, 主席エンジニア (50370317)
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| Keywords | Niフリー / 高窒素鋼 / フレッティング / 疲労 / 腐食 / 疑似体液 |
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| Research Abstract |
本研究は、Niフリー高窒素オーステナイト系ステンレス鋼の生体環境下におけるフレッティング(微小振幅の磨耗を伴う)腐食疲労破壊機構のメカニズムを解明するとともに、長期的な信頼性・安全性を確保することを目的とする。
平成22年度は、加圧式ESR法により製造した、Niフリー高窒素オーステナイト系ステンレス鋼(Fe-23Cr-1Mo-1N wt%)、20%冷間圧延し、0.2%耐力を本高窒素鋼に合わせたSUS316L鋼を比較材として用い、前年度から引き続き大気中および疑似体液中(リン酸塩類緩衝液)において、フレッティング疲労試験を行った。フレッティング疲労試験条件は、応力比Rが0.1、荷重繰返し速度は大気中では20Hz、擬似体液中では2Hzである。その際、試験片とフレッティングパッドは同一材料を使用し、パッド接触面圧は30MPaで行った。その結果、
(1)両鋼種ともに疲労き裂はフレッティング損傷部から発生していた。両鋼種とも大気中ではフレッティング損傷部の固着域とすべり域の境界で、擬似体液中ではパッド接触部外端部でき裂は発生していた。
(2)両鋼種でフレッティング部の摩擦係数に差はなく、大気中では応力振幅に依存して増加した(静摩擦係数)。擬似体液中では、比較的低い応力振幅で、摩擦係数は約0,4で一定値を示した(動摩擦係数)。
(3)フレッティング部の摩耗損傷を形状解析した結果、両鋼種で差はなく、大気中では摩耗はほとんど見られなく、擬似体液中では約20μmの摩耗が観察された。
(4)両鋼種を用いて、擬似体液中でそれぞれの大気酸化皮膜を除去した後、浸積電位測定およびアノード分極試験を行った。その結果、新生面の再不働態化挙動には顕著な違いは見られなかった。しかし、SUS316L鋼は孔食の発生が見られたのに対して、HNS鋼は孔食が発生しないことが明らかになった。
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