2013 Fiscal Year Research-status Report
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25630300
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
竹山 雅夫 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (30251622)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 状態図 / Fe-Ni-Cr / 耐熱鋼 / 相平衡 / 相安定性 / 格子安定度 / TTP図 |
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| Research Abstract |
萌芽（平成25年度研究実績報告書）原案
本研究は，Fe-Ni-Crオーステナイト系耐熱鋼における強度劣化の原因がσ相（tP30）の生成にあるとされる常識が誤りであり，その原因は組織の相安定性の低さにあることを実証することを目的としている．そこで，平成25年度は，σ相の相安定を高めるため目的で，1000℃以上においての高温σ相が存在するFe-Mo 及びCr-Mn 系をを利用して，Fe-Ni-Cr-Mo及びFe-Ni-Cr-Mn 4元系合金を準備して, γ相と平衡するσ相領域及びその相安定性を調べた．その結果，何れの系においても，Fe-Cr 2元系のσ相（上限温度：815℃）はFe-Mo 及びCr-Mn 系のσ相と連続固溶体を形成し，σ相の相安定性は著しく向上するlことを見出し，以下の知見が得られた：
Fe-Ni-Cr-Mo４元系に関しては，Moを9at% 添加すると，σ相は1473K 以上においても存在し，無添加鋼に比べて約300℃上昇する ．特に，CrをMo で置換すると，γ相の相安定性を損なうことなく，σ相の相安定性がはかれることを実験及び計算によって明らかにした．また，既存の熱力学データベースの相互作用パラメータを最適化して，計算により実験状態図を反映する相互作用パラメータを決定した．
Fe-Ni-Cr-Mn ４元系に関しては，Mnを14 at. %添加すると1273 Kにおいてもγ相と平衡するσ相が安定相として出現する．このσ相の相安定性は，α相に対してσ相が相対的に安定化することに起因する．
以上の知見から，σ相を強化相とする鋼の組成領域を選定した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では，相平衡というタイムコンスーミングは実験と通じて，σが有害相であるという世間一班の常識果を覆すことに挑戦している．本年度の成果は，それを実証する基礎的なデータを取得した．また，一般に，σ相はフェライト安定化元素によって安定化されるが，Mn というオーステナイト安定化元素においてもσ相が安定化されることを見出した．この成果は，MoとMn の複合添加によって優れた高温強度を有する耐熱鋼の開発に資するものであり，期待した以上の成果が得られた．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度は，本研究の最終年度のなる．そこで，以下の点に焦点を絞って研究を進める：
（１）相平衡：前年度の成果を踏まえて，γと平衡するσ相領域の特定とその温度に伴う変化を引き続き検討する．特に，合金設計をする場合，実験では補えない温度域は計算によって行う必要があるが，本系においては既存の熱力学データベースは全く役に立たないことが判明した．したがって，そのデーターベースを新たに構築することをも視野に，実験結果を反映するための相互作用パラメータの最適化を試みる．そのために，複数の合金を新たに準備して，γと平衡するσ相領域を特定する．
（２）σ相の構造解析：平成２５年度の成果として，σ相は，高温において広い組成範囲を有することを見出した．これは，合金元素の置換によりσ相そのもの性質を変えられることを示唆する．σ相には５つの副格子が存在し，固溶元素がσ相のどの副格子に置換するかを特定する必要がある．そこで，複数の合金を準備して，Mo，Mn がσ相のどの副格子に置換するかをX線を用いて調べる．
（３）析出制御と機械的性質の評価：状態図の成果に基づいて適切な合金を選択し，比較的大きなインゴットを溶製するし，丸棒材を得る．その合金を用いて，σ相の析出，成長，粗大化について検討する．そこで，σ相の粒界析量の異なる試験片を準備し，機械的性質を評価する．
得られた結果から，σ相の強化相としての可能性の総括を行い，更なる展開を計る．
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