【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.14】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22HK0067
利用課題名 / Title
Al2O3スケール形成耐熱オーステナイト鋼の高温酸化挙動に及ぼす添加元素の影響
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
鉄鋼材料,電子顕微鏡/Electron microscopy,集束イオンビーム/Focused ion beam,電子回折/Electron diffraction,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
辰島 諒
所属名 / Affiliation
北海道大学大学院工学院 材料科学専攻 先端高温材料工学研究室
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
HK-101：ダブル球面収差補正走査透過型電子顕微鏡
HK-301：環境セル対応透過電子顕微鏡
HK-302：電界放出形走査電子顕微鏡
HK-303：電界放出形電子プローブマイクロアナライザー
HK-304：集束イオンビーム加工・観察装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
現在、フェライト系、オーステナイト系、Ni基合金等の耐熱合金が使用されており、それらの多くは主にクロミアスケールによって耐環境性を得ているが、高温機器の熱効率向上を達成するためには、熱力学的により安定なアルミナスケールの形成が望ましいと言える。しかしながら、現在、アルミナスケールを形成するオーステナイト系耐熱鋼の開発は進んでいない。そこで、私たちの研究グループでは、耐環境性と高温強度を両立したアルミナスケール形成オーステナイト系耐熱鋼の開発を目指しており、高温強度確保を目的として合金へのTi添加に着目している。本研究では高温強度向上に寄与するTi添加が合金の耐酸化性に及ぼす影響を調査した。加えて、合金へのNb添加量増加の影響についても調査を行った。
実験 / Experimental
Fe-25Ni-17Cr-5.7Al-1Nb-0Ti-0.02Zr, Fe-25Ni-17Cr-5.7Al-1Nb-1.0Ti-0.02Zr, Fe-25Ni-17Cr-5.7Al-2Nb-1.0Ti-0.02Zr (at.%)合金をアーク溶解法にて溶製し、作製した合金を真空中で1200℃、48時間均質加熱処理を施した。その後、真空中で1200℃、30分溶体化熱処理を施し、90%冷間圧延を行った。再度、真空中で1200℃、30分の熱処理を施した後、板材から試料を10x13x1mmに切り出し、表裏面を3μmまで研磨し酸化試験に供した。酸化試験はTGAを用いて800℃、空気中、最大100時間まで行った。酸化後のサンプルはXRF、FIB、STEMによって観察分析を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig. 1は800℃、100時間酸化後の酸化動力学の結果である。Fig. 1よりTi添加により酸化量が増加することが分かった。また、1Ti合金と2Nb合金の比較から、Nb添加量の増加は合金の耐酸化性向上に有効であることが分かった。Fig. 2は2Nb合金の酸化後の断面組織写真である。Fig. 2より、連続的なAlリッチ酸化物スケールが形成していることが分かる。以上の結果より、Nb添加量の増加はアルミナスケール形成に有効であることが分かった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 800℃、100時間の各合金の酸化動力学
Fig. 2 800℃、100時間酸化後の2Nb合金の断面組織
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 辰島諒, 林重成, 米田鈴枝, “オーステナイト系耐熱鋼のCr2O3スケール形成に及ぼすTiの影響”2022年度日本鉄鋼協会・日本金属学会両北海道支部合同冬季講演大会（北海道）, 令和5年1月20日
- 辰島諒, 林重成, 米田鈴枝, “オーステナイト系耐熱鋼のCr2O3スケール形成に及ぼすNbとTiの影響” 日本金属学会2023年春季講演大会（北海道）, 令和5年3月20日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件