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耐熱鋼の組織変化予測に対する組織自由エネルギー法の有用性を検討するため、組織自由エネルギー法を18Cr-8Ni鋼のオーステナイト(γ)相からM_<23>C_6とσ相の粒内析出予測に応用した。
Fe-C-Cr-Ni四元系のγ相、M_<23>C_6、σ相の化学的自由エネルギーを、Thermo-Calcの熱力学データベースを用いて求めた。M_<23>C_6は立方体形状、σ相は回転楕円体形状で、γ相との界面は整合と非整合の場合の界面エネルギーを、析出相の体積分率と析出粒子間距離(析出の有効拡散距離および時効時間に対応する)の関数として評価した。M_<23>C_6については、γ母相との格子定数の差に起因する弾性歪エネルギーも考盧した。そして、析出相が形成された際の組織自由エネルギーを、γ相と析出相に相分離したときの化学的自由エネルギー、界面エネルギー、弾性歪エネルギーの和で表した。このとき、それぞれのエネルギーを個別に評価するのではなく、3つのエネルギーの変数である三相の組成を変化させて、組織自由エネルギーの最小値を計算した。そして、様々な組織の組織自由エネルギーを計算して、それらのエネルギー的階層を評価し、エネルギー最急降下パスの考えに基づき恒温変態曲線を予測した。
計算より求めたM_<23>C_6とσ相の析出開始線を、SUS 304H TB実用鋼を透過型電子顕微鏡で観察した結果と比較すると、10万時間(約11.4年)の長時間まで、計算より求めた析出開始線と実験結果はよく一致した。これより、実用耐熱鋼の析出遷移過程を予測するのに、組織自由エネルギー法は有用であることを明らかにした。
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