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2011 Fiscal Year Annual Research Report

マルテンサイト系耐熱鋼の寿命評価学

Research Project

Project/Area Number 23360296
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

丸山 公一  東北大学, 大学院・環境科学研究科, 教授 (90108465)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中村 純也  東北大学, 大学院・環境科学研究科, 助教 (60613031)
Keywords耐熱材料 / 高クロム鋼 / クリープ変形 / クリープ破壊 / 組織劣化 / 損傷 / 寿命評価 / 長寿命化
Research Abstract

本研究は,高クロムフェライト耐熱鋼を対象とし,1)長時間強度評価の高精度化,および2)高温クリープ損傷プロセスの解明とその制御法の確立を目的とする。平成23年度は次の研究成果を得た。
1.損傷プロセスの解明: 高クロムフェライト鋼は長く伸びた亜結晶粒組織をとる。また,亜結晶粒界上や粒内には析出物(M_<23>C_6粒子,MX粒子)が存在する。クリープ中の組織変化の詳細な観察と解析に基づいて,亜結晶粒組織が変形や時効によって粗大化することが,主たるクリープ損傷であることを特定した。
2.損傷プロセスの遷移: 材料強度の観点での主損傷は微細な亜結晶粒組織の粗大化(回復)であるが,析出粒子も亜結晶粒界移動の抵抗となっており,亜結晶粒組織の回復に影響を及ぼす。析出物が凝集しない時間域で行う低温・高応力・短時間のクリープでは,ひずみ誘起の亜結晶粒組織の回復のみがクリープ損傷プロセスである。これに対して,高温・低応力・長時間のクリープでは,析出物凝集の結果,ひずみ誘起の回復に亜結晶粒組織の熱的回復が加わり,クリープ損傷速度が増加する。
3.クリープ破断時間の評価: クリープ破断時間t_rは次式で表現される。T_r=t_oσ^<-n>exp(O/RT)(σ: 応力,R: 気体定数,T: 絶対温度,t_o,n,O: 材料定数)上記の損傷プロセスの遷移に伴って,nとOの値が変化する。その結果,O値が小さい領域で破断時間の推定に誤差が導入される。長時間側の損傷機構を示す領域(O値が小さい領域)は,時効に伴う硬さ変化で特定できること,長時間領域のデータのみを使えば,1.2倍以内の高精度で長時間の破断時間が推定できることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画していた研究内容をほぼ達成することができた。
研究の成果として,査読有り論文を4報公表し,招待講演を2つ行った。

Strategy for Future Research Activity

当初計画に従って,予定どおり研究を実施する。

  • Research Products

    (6 results)

All 2012 2011

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Microstructural degradation mechanisms during creep in strength enhance high Crferritic steels and their evaluation by hardness measurement2012

    • Author(s)
      H.Ghassemi Armaki, R.P.Chen, S.Kano, K.Maruyama, Y.Hasegawa, M.Igarashi
    • Journal Title

      Journal of Nuclear Materials

      Volume: 416 Pages: 273-279

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2011.06.007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Long-term microstructural degradation and creep strength in Gr.91 steel2011

    • Author(s)
      R.P. Chen, H. Ghassemi Armaki, K. Maruyama, M. Igarashi
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering A

      Volume: Vol.528 Pages: 4390-4394

    • DOI

      10.1016/j.msea.2011.02.060

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Creep Behavior and Degradation of Subgrain Structures Pinned by Nanoscale Precipitates in Strength-Enhanced 5 to 12 Pct Cr Ferritic Steels2011

    • Author(s)
      Hassan Ghassemi Armaki, Ruiping Chen, Kouichi Maruyama, Masaaki Igarashi
    • Journal Title

      Metallurgical and Materials Transactions A

      Volume: Vol.42 Pages: 3084-3094

    • DOI

      10.1007/s11661-011-0726-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Oxide Dispersion Strengthened Steels for High Temperature Nuclear Structural Applications2011

    • Author(s)
      H.Zhu, T.Wei, R.Harrison, L.Edwards, K.Maruyama
    • Journal Title

      Engineering Asset Management and Infrastructure Sustainability

      Pages: 1147-1160

    • DOI

      10.1007/978-0-85729-493-7_89

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 先進高Cr鋼でのクリープ損傷機構の遷移2012

    • Author(s)
      丸山公一
    • Organizer
      日本鉄鋼協会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学(基調講演)
    • Year and Date
      2012-03-30
  • [Presentation] Microstructural Damage Mechanism during Long-term Creep of Strength Enhanced High Cr Ferritic Steel2012

    • Author(s)
      Kouichi Maruyama
    • Organizer
      The 6^<th> International Conference on Creep, Fatigue and Creep-fatigue Interaction
    • Place of Presentation
      Mamallapuram, India(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-23

URL: 

Published: 2013-06-26  

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