研究課題
通常の多結晶金属材料は、劣化損傷が粒界を起点として発生し粒界に沿って伝搬することも多く、粒界劣化現象が材料特性を決める場合も少なくない。オーステナイト系材料は、耐熱耐食性に優れ、発電や化学プラントなどで非常に過酷な環境で使用されるが、粒界劣化現象の克服が大きな課題として残されている。一方、低エネルギー粒界(対応粒界)は粒界劣化現象に対して強い抵抗性を有することから、粒界での原子配列を低エネルギー構造に変化させ、材料中の対応粒界密度を高めることによって粒界に起因する劣化現象を抑制する粒界工学が注目されている。筆者らは、通常のオーステナイト系ステンレス鋼に粒界工学に基づく加工熱処理を適用し、超高対応粒界密度材料の作製に成功し、高い耐粒界腐食特性を示した。本研究では、この加工熱処理法をステンレス鋼ならびにニッケル合金を中心に広く一般的な材料に適用して、粒界工学制御材料の作製プロセスの確立を目指すとともに、得られた超高対応粒界密度材料の諸特性を評価し、高度な粒界工学制御が材料の種々の粒界劣化現象に対して高い耐性を示すことを実証することを目的とする。本年度は、汎用オーステナイト系ステンレス鋼としてSUS304、304L、316、316L、321、347型オーステナイト系ステンレス鋼およびインコネル625ニッケル合金に対して加工熱処理条件の最適化を探索し、いずれも85%以上の極めて高い対応粒界密度を有する粒界工学制御材料を作製する条件を見出した。また、SUS316鋼に対して条件を変化させて加工熱処理を行い、対応粒界密度と腐食速度の関係を調べた結果、3次元の粒界腐食伝搬を阻止するには80%以上の対応粒界密度が必要であることを示した。さらに、燐濃度を変化させたSUS304鋼に対してCoriou試験を行い、いずれの燐濃度においても過不働態粒界腐食の抑制にも粒界工学は有効で、燐濃度の低減に加えて粒界工学制御を行うことで耐過不働態粒界腐食性の顕著な向上が認められた。
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