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2022 年度 研究成果報告書

γ/γ’二相組織を有するFe基超合金の開発-耐熱鋼を超える新規高温構造材料

研究課題

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研究課題/領域番号 21K14546
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分30010:結晶工学関連
研究機関京都大学

研究代表者

陳 正昊  京都大学, 工学研究科, 助教 (20889109)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワード高温構造材料 / 二相超合金 / 力学特性 / 環境耐性 / Co2削減
研究成果の概要

本研究はL12-(Fe,Ni)3Geを強化相とする鉄基超合金の合金組成および熱処理方法を提案し、Fe-Ni-Ge三元系およびその合金化組成においてNi基超合金に真に類似するγ/γ'二相組織を有する新規超合金に設計に成功した。さらに、合金の耐酸化性と力学特性に及ぼす合金化元素Cr, Si, Al, W, Moなどの影響を明らかにし、耐酸化性と高温強度両立の合金組成を提案するとともに、高価な元素Geの使用量を削減する方法を確立した。
一方、合金の高温強度、特に750℃以上の強度はγ'体積分率低下に制約されるため、未だに予想どおりのパフォーマンスが得られておらず、今後の課題となる。

自由記述の分野

材料工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は人類試料で最も汎用且つ廉価な構造材料「鉄」をベースに、高温構造材料として大成功を収めたNi基超合金の微細構造を再現させることで、廉価で高強度の新規高温構造材料の可能性を提示した。本研究で開発したプロトタイプ合金は、700℃の高温でも室温と同レベルの強度を有し、使用温度700℃、即ち火力発電の超超臨界(A-USC)条件を満たす可能性が現れた。学術的には、Ni基、Co基のほかにγ/γ'二相超合金を設計しうる新規の合金系を提案するとともに、社会的には、新規材料により現行する耐熱鋼を代替し、火力発電の効率向上および温室ガスの排出削減に貢献すると予測する。

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公開日: 2024-01-30  

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