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研究内容

Keywords

発電プラント  耐熱鋼  クリープ  高温強度  弾性特性  材質劣化  組織解析  寿命予測  余寿命評価  クリープ構成式  電子顕微鏡

1. 高効率火力発電用高Cr鋼の長時間クリープ強度評価と材質劣化評価
2. 高効率火力発電用高Cr鋼溶接部の組織解析
3. 各種耐熱鋼の長時間クリープに伴う材質劣化と組織変化
4. 超長時間クリープ曲線解析
5. 高強度ステンレス鋼の組織特徴量に基づく部材温度推定

所属学会

日本鉄鋼協会, 日本材料学会, 日本機械学会, 日本金属学会

受賞履歴

  • 日本鉄鋼協会学術貢献賞(三島賞) (2022)
  • 日本機械学会標準事業コードエンジニア賞 (2021)
  • 日本材料学会 高温強度部門委員会貢献賞 (2020)
  • Acta Materialia, Outstanding reviewer (2017)
  • 日本鉄鋼協会西山記念賞 (2016)
  • 日本材料学会 高温強度部門委員会躍進賞 (2012)
  • 日本鉄鋼協会研究奨励賞 (2007)
構造材料研究センター
タイトル

耐熱材料のクリープ強度に及ぼす異常組織の影響

キーワード

耐熱鋼,長時間クリープ特性,材質劣化,異常粒、クリープ破断延性

概要

実用耐熱材料では、規格の範囲内においても長時間クリープ強度のヒート(チャージ)間のばらつきがあり、強度の下限値を見極めるには、ばらつきの原因を明らかにする必要がある。高Crフェライト系耐熱鋼は、高効率火力発電プラントにおいて広く使用されているが、クリープ強度の低いヒートの存在などにより、許容応力の見直しが行われている。本研究では、化学組成や熱処理条件だけから類推することが難しい異常組織の存在が、高Crフェライト系耐熱鋼の長時間クリープ特性へ及ぼす影響を明らかにした。現在は、異常組織を持つ耐熱鋼の溶接部の組織とクリープ強度特性について調査を進めている。

新規性・独創性

● 実用耐熱材料の長時間クリープ特性とばらつき
● 製造プロセスと関連の深い異常組織の存在と長時間クリープ特性
● 異常組織の低減による高品質化

内容

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高Crフェライト系耐熱鋼であるASME P91鋼の受入まま材において、結晶粒径が極めて粗大な異常旧γ粒(~数mm)の存在が確認された。この異常旧γ粒鋼と通常の結晶粒径(約30μm)を持つ通常旧γ粒鋼の長時間クリープ特性を比較した結果、両者の間に長時間クリープ強度の差は確認されなかった。一方、通常旧γ粒鋼のクリープ破断延性は長時間域でも良好あったが、異常旧γ粒鋼のクリープ破断延性は、長時間域で急激に低下した。通常旧γ粒鋼のクリープ破断材では、粒内にクリープボイドが生成し、延性破壊していた。一方、異常旧γ粒鋼のクリープ破断材組織を確認したところ、異常旧γ粒鋼の粗大旧γ粒間には、通常旧γ粒が分布しており、クリープボイドは、通常旧γ粒領域で生成していた。クリープ破断材のEBSD解析によるKAM mapから、異常旧γ粒鋼の通常旧γ粒領域におけるKAM値は、粗大旧γ粒領域に比べて高く、変形が集中していることが確認された。以上から、局所領域に変形が集中することにより、試験片全体としての延性は低下したと考えられる。

まとめ

● 異常組織の生成要因検討
● 溶接部における異常組織の影響評価
● 異常組織を制限するための材料規格の見直し

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