耐熱材料の粒界選択型硫化腐食と応力の相互作用に関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10305052
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 成田 敏夫 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60001252)
• 研究分担者: 黒川 一哉 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00161779)
• キーワード: 高温腐食 / 酸化 / 硫化 / クリープ / スケール破壊 / 亜硫酸ガス / ステンレス鋼 / クロム酸化物

研究概要

機械的応力が負荷された状態で耐熱材料が高温腐食環境で使用されるとき、苛酷な腐食が発生することが知られている。特に、腐食環境に亜硫酸ガスが存在すると、保護的酸化物スケールが破壊し、いわゆるアンターカット腐食を招来する。本研究では、一定および交番応力を負荷した状態におけるフェライト系ステンレス鋼の高温酸化挙動、特に、Cr_2O_3被膜の破壊と加速酸化について調査した。その結果、亜硫酸ガスを含まない環境では、Cr_2O_3被膜は強化に作用し、破壊は応力軸に垂直に発生するが、その形態は維持される。一方、亜硫酸ガス雰囲気では、スケールは前者と同様に破壊され、その部分からSとFeを含むCr酸化物が急速に成長するが、スケールの厚さは、前者に比較して約10倍となり、材料強度を低下させる。
低応力のクリープ条件では、先ず、粒界のすべりに対応して、結晶粒界に形成した酸化物スケールに割れが生じる。その後、粒内にも応力軸に直角に割れが形成・伝播する。このクラックの間隔は、定常クリープ期の速度と時間の積に比例することを見いだした。現在、その理論的考察を進めている。
応力負荷状態では、亜硫酸ガスを含む環境では、FeとSを含むCr、Feの酸化物スケールが厚く形成する。これは、無応力下での挙動と大きく異なり、工学的にも重要な課題と思われる。今後の研究のホイントとして追求する予定である。

研究成果

• [文献書誌] Cheng.Fang: "Sulfidation properties of Ni-20Cr and Ni-13.5Co-20Cr Alloys at 873K under Low Sulfur pressures"Oxidation of Metals. 53 5/6. 597-617 (2000)
• [文献書誌] Cheng.Fang: "Phase Diagram of the Ni-Cr-S System at 873K between 10^<-4> and 10^<-8>Pa"Oxidation of Metals. 54 1/2. 163-171 (2000)
• [文献書誌] Toshio Narita: "Sulfidation processing and Cr addition to improve oxidation resistance of TiAl intermetallics in air at 1173K"Intermetallics. 8 4. 371-379 (2000)
• [文献書誌] Takeshi Izumi: "Sulfidation properties of TiAl-2at%X(X=V, Fe, Co, Cu, Nb, Mo, Ag and W)alloys at 1173K and 1.3Pa sulfur pressure"Intermetallics. 8 8. 891-901 (2000)
• [文献書誌] 福本倫久: "Fe-1.5mass%Si合金の高温初期酸化に対する温度と水蒸気の影響"鐡と鋼. 86 8. 526-533 (2000)