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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
 焼戻しマルテンサイト組織を用いた既存の高クロムフェライト耐熱鋼に代わる新しい耐熱材料として、転位を低減させたフェライト母相を金属間化合物で析出強化した『析出強化型15Crフェライト耐熱鋼』を提案しました。そして、熱処理や合金組成の最適化により、この開発鋼の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倍に向上させました(Fig. 1)。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ています。既存の熱間押出プロセスにより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ました。鍛造可能なフェライト系耐熱鋼の中では、『析出強化型15Crフェライト耐熱鋼』は最も優れたクリープ強度と高温特性を有します。よって、この開発鋼は、次世代の高効率発電・化学プラント、超臨界圧地熱発電、核融合炉、酸化物燃料電池等の高温構造部材の候補材になると考えます。

(2) 『組織自由エネルギー法』による析出遷移過程予測
 様々な合金の析出遷移過程を、エネルギー論に基づいて予測する新しい方法を提案しています。この方法は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して析出遷移過程を予測します。そして、この方法により、実用耐熱鋼の10万時間後までの析出遷移過程を予測できました(Fig. 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ます。『組織自由エネルギー法』は、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解析ツールとしてさらに研究中です。

researchPicture

Fig. 1 既存鋼と『析出強化型15Crフェライト耐熱鋼』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。
Fig. 2 実用耐熱鋼の実験(点)と『組織自由エネルギー法』(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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