2009 Fiscal Year Annual Research Report
CO2削減次世代発電プラントの耐熱構造部材の高強度化技術の開発
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21560733
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
田淵 正明 National Institute for Materials Science, 材料信頼性センター, グループリーダー (60354239)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本郷 宏通 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料信頼性センター, 主席エンジニア (40354237)
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| Keywords | 構造材料 / 耐熱材料 / 高Crフェライト系耐熱鋼 / 高効率発電プラント / 二酸化炭素排出削減 / 溶接 / クリープ / Type-IV損傷 |
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| Research Abstract |
9-12%のCrを含有する高Crフェライト系耐熱鋼は、クリープ強度に優れていることから超々臨界圧火力発電プラント(USC)の主要構造材料として使用され、次世代の高効率火力発電プラント(A-USC)や高温原子力プラント(高速炉、高温ガス炉)への適用も検討されている。しかし、600℃以上では溶接熱影響部(HAZ)の細粒域に生じるType-IV損傷により、溶接部のクリープ強度が低下するという問題がある。我々は、NとBの添加量を最適化することにより、9Cr及び12Cr鋼の溶接部のクリープ強度を改善できる可能性があることを見いだした。木研究は、Type-IV損傷を抑制する技術を確立し、高Crフェライト系耐熱鋼の使用条件や耐久寿命の向上、次世代プラントの信頼性向上に貢献することを目的としている。
本年度は、HAZの組織、溶接部のクリープ強度、Type-IV損傷の発生・成長に及ぼすBの影響を明らかにし、溶接部の強度メカニズムを解明するために、以下の研究を行った。1.フォーマスター試験によりα-γ変態の挙動を調査し、変態点に及ぼす添加元素の影響を明らかにした。2.HAZのクリープ特性に及ぼす添加元素の効果を明らかにするため、B,N,Cr等の添加量を変化させた耐熱鋼について、再現HAZ材を作成しクリープ試験を開始した。3.既存の9Cr鋼および12Cr鋼の溶接継手について、クリープ試験を中断しType-IV損傷の発生・成長過程を調べた。9Cr鋼では寿命の20%で損傷が発生・成長するのに対し、12Cr鋼では寿命の50%まで損傷は発生せず、寿命の80%以降で急に成長することを明らかにした。4.Type-IV損傷の発生・成長に及ぼすBの影響を明らかにするため、Bを添加した9Cr鋼および12Cr鋼の溶接継手について、クリープ中断試験を開始した。5.BとNの添加量を最適化した9Cr及び12Cr鋼の溶接継手のクリープ試験を実施し、溶接部のクリープ寿命が既存鋼の約5倍であることを示した。クリープ破断材について組織(析出物、転位組織)と損傷(クリープボイド)を調査した。Bを添加した9Cr鋼の溶接継手ではクリープボイドの生成が著しく抑制されることを明らかにした。
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