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2017 年度 実績報告書

新規概念に基づき耐水蒸気酸化と高温強度を同時付与した革新的ODS鋼の創製

研究課題

研究課題/領域番号 16H04529
研究機関北海道大学

研究代表者

鵜飼 重治  北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (00421529)

研究分担者 大野 直子  北海道大学, 工学研究院, 助教 (40512489)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードODS / 酸化物粒子 / アルミナ / 外部酸化 / 連続保護被膜
研究実績の概要

CeO2-ODS鋼の基本組成はFe-12Cr-6Al-0.5Ti-0.7CeO2(wt%)として、これに過剰酸素(Ex.O)を0.07wt%と0.20wt%添加した2種類の試料を作製した。作製においては、メカニカルアロイング(MA)処理した粉末を熱間押出(1150℃)で固化成型した後、1150℃×1時間の溶体化処理を施した。
内部酸化で酸化物粒子が生成する条件を調べるため、MA処理粉末を500 ℃~1150 ℃で焼鈍しXRDによる相同定を行った。その結果、800 ℃付近でCeAlO3が出現し、焼鈍温度の上昇に伴いCeAlO3の回折強度が強くなり、1,000 ℃以上ではα-Al2O3が出現した。この実験結果と多相平衡熱力学計算の結果から、MA処理粉末の1150℃での熱間押出時に進行する内部酸化反応としては、MAで強制固溶した酸素による内部酸化で球状CeAlO3が生成し、添加したCeが全て消費された後に過剰のAlが球状α-Al2O3として析出する2段階のプロセスとして起こることを明らかにした。
熱間押出し固化成型で酸化物粒子を内部酸化で生成させた試料について、大気中酸化試験(1250℃×100h、1300℃×100h、1400℃×49h)を行い、各時間ステップでEPMAにより元素分布(Al, Cr, Ce, 酸素, 等)を測定し、アルミナ連続保護被膜の生成条件を調べた。過剰酸素濃度の高低にかかわらず、Al濃度を6wt%にすると、Alの外方拡散フラックスの方が外部環境から導入される酸素の内方拡散フラックスを上回り、α-Al2O3の連続保護被膜が形成されることを明らかにした(外部酸化モード)。またY2O3-ODS鋼では被膜剥離する1400℃においても、CeO2-ODS鋼に形成される保護被膜は極めて安定であることを新たに見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

一部の研究課題については平成30年度に繰越し終了した。それ以外の研究課題については、当初計画通り進展した。

今後の研究の推進方策

平成30年度は、平成29年度からの繰越し研究課題を含めて実施し、最終年度であるため、全ての研究課題を計画通り終了する計画である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017

すべて 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 事故耐性セリア分散FeCrAl-ODS鋼における過剰酸素制御による機械的特性の向上2018

    • 著者名/発表者名
      柴田 博紀, 鵜飼 重治, 大野 直子、坂本 寛, 平井 睦
    • 学会等名
      日本金属学会2018年春期大会
  • [学会発表] 事故耐性燃料被覆管としての Ce酸化物を分散させたFeCrAl-ODS鋼の開発 (1)通常運転時及び事故時におけるふるまい2018

    • 著者名/発表者名
      坂本 寛、大内 敦、高橋克仁、平井睦、青見 雅樹、柴田博紀、鵜飼重治
    • 学会等名
      日本原子力学会2018年春期大会
  • [学会発表] 事故耐性燃料被覆管としてのCe酸化物を分散させたFeCrAl-ODS鋼の開発 (2)機械的特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      柴田 博紀,鵜飼 重治,大野 直子,林 重成, 坂本 寛,平井 睦
    • 学会等名
      日本原子力学会2018年春期大会
  • [学会発表] FeCrAl鋼におけるAl2O3酸化物粒子の析出と成長2018

    • 著者名/発表者名
      柴田博紀、鵜飼重治、大野 直子、林 重成、坂本 寛、平井 睦
    • 学会等名
      金属・鉄鋼北海道支部冬季講演大会
  • [学会発表] 事故耐性セリア分散FeCrAl-ODS鋼の開発2017

    • 著者名/発表者名
      柴田 博紀, 鵜飼 重治, 大野 直子、坂本 寛, 平井 睦
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期大会
  • [学会発表] Development of FeCrAl-ODS Steels with Dispersed Al2O3 Particles2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Shibata, Shigeharu Ukai, Naoko H. Ooon, Shigenari Hayashi, Kan Sakamoto and Mutsumi Hirai
    • 学会等名
      HiMAT 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] 事故耐性セリア分散FeCrAl-ODS フェライト鋼の開発2017

    • 著者名/発表者名
      柴田 博紀, 鵜飼 重治, 大野 直子、坂本 寛, 平井 睦
    • 学会等名
      学術振興会耐熱金属材料123委員会
  • [学会発表] 内部酸化を利用したAl2O3分散FeCrAl-ODS鋼の試作・評価2017

    • 著者名/発表者名
      柴田博紀、鵜飼重治, 大野直子、坂本 寛、平井 睦
    • 学会等名
      金属・鉄鋼北海道支部サマーセッション

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公開日: 2019-12-27  

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