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戸田 佳明
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305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1 [アクセス]
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外部併任先

  • 横浜国立大学 大学院 工学研究院 客員准教授

研究内容

Keywords

耐熱材料 クリープ強度 耐酸化 析出シミュレーション

(1) 析出強化型15Crフェライト耐熱鋼の開発
 火力発電プラントの高温構造部材に使用されている高クロムフェライト耐熱鋼の長時間クリープ強度に関する知見から、従来の焼戻しマルテンサイト組織に代わる新しい高温強度発現組織として、転位や界面の欠陥を低減させたフェライト相を、組織安定性の高い金属間化合物の微細分散析出で強化する方法を提案した 。この新しい材料設計指針に基づいて『析出強化型高クロムフェライト耐熱鋼』を開発し、650~750 ℃におけるクリープ破断強度を既存鋼の約2倍、クリープ破断寿命を10~100倍に向上させた(図1)。同時に、組織制御によりクリープ延性、衝撃靱性、耐水蒸気酸化特性の向上にも成功した。実用の製造プロセスである熱間押出によるボイラー用継目無管を試作することで優れた製造性も実証した。開発から10年以上経つが、鍛造可能なフェライト系耐熱鋼としては、未だに世界で最も優れたクリープ強度を有する。

(2) 組織自由エネルギー法による析出・遷移過程予測
 析出物の界面エネルギーや弾性歪エネルギー等を考慮した系全体の自由エネルギーを計算し、様々な組織形態のエネルギー的階層からエネルギー最急降下パスを評価する手法を考案した。実用耐熱鋼の10万時間後までの微細組織変化の計算予測を可能にし(図2)、多元系の実用ニッケル基合金や耐熱チタン合金の析出現象にも応用できる。計算速度が速くカスタマイズ可能な自作プログラムであることを活かして、析出強化型新合金探索のための逆問題MIツールとしてさらに研究中である。

researchPicture

図1 既存鋼と開発鋼のクリープ強度。左下は開発鋼で試作したボイラー用継目無管。
図2 実用耐熱鋼の実験(点)と計算(曲線)による等温析出曲線図。

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

会議録
口頭発表
特許

所属学会

日本金属学会 日本鉄鋼協会

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第二期開発予定
第二期開発予定

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