2018 年度実施状況報告書

フェライト鋼における変態超塑性を応用したSPF技術研究

研究課題

研究課題/領域番号	18K03585
研究機関	核融合科学研究所
研究代表者	能登裕之核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (50733739)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2023-03-31
キーワード	低放射化フェライト鋼 / 変態超塑性
研究実績の概要	本課題は、変態超塑性を応用した革新的超塑性成形（SPF）技術に関する研究である。超塑性は、大きく分けて「微細粒超塑性」と「変態超塑性」という種類に分けて考えることができ、前者は、その引っ張りによる巨視的延性を利用し、圧縮加工技術に応用されてきた。そこで本研究では、これまでほとんど着目されてこなかった変態超塑性という種類の超塑性を利用し、低荷重・高延性による圧縮加工のための実験を計画した。昨年度は研究期間の初年度であった。本研究期間において最も重要となるのが、主装置である熱変動圧縮試験装置である。本装置全体は、既存の汎用装置としては存在せず、すべてカスタマイズし、組み上げる必要があった。そこで昨年度は、この試験装置の組上げを行った。その成果として、主部品はすべて納入し、設置・加熱なしによる試運転を行うことに成功した。このような実験室レベルの熱変動圧縮装置を組上げた例はきわめて珍しく、この組上げ時点で非常に貴重な成果であると考えている。特筆すべき点として、本装置が、これまで先行研究で行ってきた変態超塑性実験による「引張試験」の台座を応用し、圧縮機および周辺装置をオリジナルに装着することによりデザインされている点があげられる。これが意味するところとして、先行研究の引張試験の実験ノウハウを圧縮試験に生かすことができるという点が考えられる。このように、先行研究との連結がとれ、次期研究へ知見をフィードバックできるよう装置を組み上げたことも大きな成果であると考えている。
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課題の年度ごとの予定計画として、この課題実施に向け、「1年目における主装置となる熱変動圧縮試験装置および周辺装置の準備」、「2~5年度における圧縮変形試験および組織観察」を計画していた。今年度は、主部品すべての搬入・設置を行い、加熱なしによる圧縮機および油圧ユニットの確認を行った。この時点で危惧された圧縮台座の傾きによる座屈や荷重の負荷不足は見られず、荷重が正確に圧縮台座に負荷されていることを確認した。この確認を経て、加熱なしによる実験前仮試験は成功したといえる。さらにこれからの試験における安全性を確保する上で重要となるのが「圧縮棒の固定」である。次年度以降には加熱し同様の実験を試みるわけだが、この時、圧縮棒（耐熱性金属棒）も同時に熱せられる。つまり高温となる金属棒をどのように固定するかは、安全性に配慮した持続的な研究をするためには必要不可欠な課題でもある。特に、圧縮試験による圧縮棒は引張試験によるワイヤーとは大きく異なり、その取り付けは重要であった。その固定に関しては、これまでにない装置のため非常に困難であったが、二重のクランプ方式を採用し、圧縮棒上下ともに滑落および座屈がないよう設計した。これらのシャフト連結部が完成したことにより、試運転開始が実現した。以上のように、今年度は当初計画していた準備段階は十分に満たしていると判断した。さらに現在は、当初より計画を早め、予備試験に着手している。これは、組み上げた装置を実際に起動し、試験材なしで加熱・圧縮をかけ、安全性確認を行う実験である。
今後の研究の推進方策	2年目の主目的は加熱ありの圧縮試験の開始および実際の試料を装填した圧縮試験である。本年度初期段階の計画として、予備試験のさらなる進行を計画している。本試験装置は非常にシンプルかつ扱いやすい装置でありながらも、これまでに実験装置として扱われたことのない装置である。このような試験装置の運用には十分な経験と安全装具の準備が必要となる。具体的な実験内容として、本年度前半は、初めての加熱同時の圧縮を行い、徐々に加熱温度を上昇させる。これにより予想される「シャフト曝露部分の高温化」や「座屈」、「試験体の飛散」などの事象をあらかじめ防止するための措置を講じていく予定である。最終的な温度は先行研究により既に決定されており、1050℃を目標としている。この温度も先行研究で行ってきた変態超塑性実験による「引張試験」の知見をフィードバックしたものであり、研究の進行方法はそれ以降、引張試験による先行研究に準じていく予定である。2年目の主目的である「実際の試料を装填した圧縮試験」における具体的な内容として、実際の圧縮試験に供するサイズおよび材質（予定通り低放射化鋼JLF-1）の円筒型試験体を作成し、同様の試験を行うことを計画している。特にこの際に重要な検討事項となるのが、「試料温度測定」である。本試験において、試料はシャフトに固定されており、熱電対による測定が困難であることが予想されるが、空冷による冷却速度の測定も非常に重要となる。そこでこの温度測定として、放射温度計を採用することを検討している、これにより直接触れることなく遠隔で表面温度を測定することが可能となり、実験の効率化にもつながると期待している。このように本年度後半は3年目に向け、加熱圧縮試験後の温度測定法を検討する。
次年度使用額が生じた理由	前年度は、当初予定した装置敷設費用が大幅に削減されたのに加え、準備期間のため学会等での発表を控えたため、請求額に対し未執行分が発生した。しかし、次年度は実際の加熱圧縮試験を開始するため、試料温度などの測定装置を敷設する必要がある。さらには、非常に新規性の高い装置および試験装置であるため、研究の高度化のための情報収集も積極的に行う必要がある。このような理由により、次年度使用額が生じた。