2010 Fiscal Year Annual Research Report
粒界工学に基づく高耐粒界劣化材料作製プロセスの確立
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21246104
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
粉川 博之 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10133050)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 裕 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00292243)
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| Keywords | 粒界工学 / 対応粒界 / 高温クリープ / オーステナイト系ステンレス鋼 / 加工熱処理 / 粒界辷り / 粒界破壊 / 長寿命化 |
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| Research Abstract |
通常の多結晶金属材料は、劣化損傷が粒界を起点として発生し粒界に沿って伝搬することも多く、粒界劣化現象が材料特性を決める場合も少なくない。オーステナイト系材料は、耐熱耐食性に優れ、発電や化学プラントなどで非常に過酷な環境で使用されるが、粒界劣化現象の克服が大きな課題として残されている。一方、低エネルギー粒界(対応粒界)は粒界劣化現象に対して強い抵抗性を有することから、粒界での原子配列を低エネルギー構造に変化させ、材料中の対応粒界密度を高めることによって粒界に起因する劣化現象を抑制する粒界工学が注目されている。筆者らは、通常のオーステナイト系ステンレス鋼に粒界工学に基づく加工熱処理を適用し、超高対応粒界密度材料の作製に成功し、高い耐粒界腐食特性を示した。本研究では、この加工熱処理法をステンレス鋼ならびにニッケル合金を中心に広く一般的な材料に適用して、粒界工学制御材料の作製プロセスの確立を目指すとともに、得られた超高対応粒界密度材料の諸特性を評価し、高度な粒界工学制御が材料の種々の粒界劣化現象に対して高い耐性を示すことを実証することを目的とする。
オーステナイト系材料は耐熱材料として優れ、高い高温クリープ特性を有する用途にしばしば使用される。長時間の高温クリープ変形時の破断は結晶粒界に起因する場合が多く、粒界すべりや粒界析出などを抑制することができれば、高温クリープにおける飛躍的長寿命化が期待できる。低エネルギー粒界(対応粒界)は粒界すべりが生じ難く粒界析出も生じ難いことから、粒界工学制御で対応粒界密度を高めることにより、高温クリープの粒界破壊を抑制できる可能性がある。そこで本研究では、粒界工学制御SUS304鋼粒界工学制御材に対して、高温クリープ試験を行った。その結果、母材に比べて粒界工学制御材は1.5倍以上の破断時間を示したことから、粒界工学による高温クリープの大幅な長寿命化が認められた。
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