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[NRIMNews1973-05.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/7752cd32-e962-4da7-b030-6f850851d2ca/download)

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林 弘

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[金材技研ニュース 1973 No.5](https://mdr.nims.go.jp/datasets/f770348e-afa0-4edb-9f07-c118bff4b713)

## Fulltext

i①一．ゼEoo一一〇旦ωEo．oo］一〇〇〇一〇〇＝あ○眈oo一］o－Eo－ooO］一〇〇’0E0f000眈o〇一一〇〇一〇一眈○眈ωEo．由≧里三…ω…Z－ooω］0f←㎜．5金属材料技術研究所マルエージ型超強カ鋼　強力材料の研究には、破壊に対する安全一1生の確保と，新材料の開発を目的とした2通リがある。昭和45年度より特別研究として鉄鋼材料研究部で実施している“超強力鋼に関する研究”は後者の新材料の開発を目指したものである。このような超強力鋼は宇宙，海洋開発，原子ヵの平和利用のような先導的技術分野に不可欠な材料であるばかりでなく，得られる知識の材料全般の強力化に及ぼす波及効果は著しいものがある。しかも，このような大型プロジェクトは国が中心となって遂行されるため，強力材料の研究は国立材料研究機関に課せられた重要な課題と考えられる。　強力材料では，内在する応力集中部などから低応力下で亀裂が進行する不安定破壊（脆性破壊）が生じやすいことが最大の間題点である。そこで，本研究では，まず靱性の評価方法を検討して試験方法の確立を計った。次に，その靱性を具体的に改善する手法を18Niマルエージ鋼を用いて研究した。このようにして得られた指導原理に基づいて，材料開発に着手した。　その際，強度水準の目標値を230～300㎏／㎜2に定め，さらにこのような高強度材料にもかかわらず溶接性や加工性が良好であることを前提条件とした。そして，この製造冶金上の前提条件を満たすため，マルエージ型の鋼を選んだ。それは，マルエージ型の鋼は溶体化処理後の軟かい状態で加工と溶接を行なうことができ，その後低温の簡単な熱処理を施すのみで，金属問化合物の析出に基づく強化により高強度が得られる特徴と利点をもつからである。　目標とする高強度を得るために，強度と靱1生を同時に満たす成分領域を求めた。その結果，Fe－Nト高Co一高Mo系マルエージ鋼のある成分範囲に可能性のある領域が存在することが分かった。しかし，このような高合金鋼特にMoの多い鋼では合金元素を充分に固溶させるために高温で溶体化処理を行なう必要がある。この処理によって結晶粒が粗大化して延性が低下し，平滑引張試験片においても降伏点以下で不安定破壊が生じ，時効硬さに匹敵した当然得られるべき強度が得られないという問題が生じた。一方，延性と異なって超強力鋼の靱性は結晶粒度に支配されないので，時効硬さに相応した靱性値が求められる。従がって，この靱1生に匹敵する延性，ひいては強度を得ることが極めて重要である。　延性の低下に伴なって不安定破壊が生ずるこの現象は，時効温度に強く支配される。すなわち，過時効気味の温度で時効することによって延性は高くなり，高い破壊強度を得ることができた。　しかしながら，強度をさらに改善するためには，合金元素を完全に固溶した状態で細粒鋼を得て延性を改善し，強度と靱性の最も良好な組合せが得られる温度で時効することが望ましい。そこで現在，再結晶，圧延焼入れなど二，三の結晶粒微細化方法について研究を進めている。一1一V－Nb合金の双晶変形　b㏄金属をいろいろな条件で変形していくと双晶の発生をみることがある。この変形双晶はよく知られているように試験温度が低いほど，また変形速度が大きいほど生じやすく，通常，静的引張試験程度の変形速度では室温以下で現われることが多い。　原子炉材料研究部では，将来の原子炉用高温構造材一料を開発する目的でバナジウム基合金について広く研究を行なっているが，このほど，V－Nb二元系合金が50トmO℃の高温においても変形双晶を生じる事実を見出した。　VとN　bはともに周期率表のVA族に属し，その合金は全率固溶体を形成する。純V，純Nbとも低温で延性に富み，変形双晶は一196℃以下で現われる。試験片を種々の温度で変形すると，ある温度を境にしてそれ以上では双晶が現われずすべりだけで変形し，それ以下の温度では双晶が発生し変形にあずかるという遷移温度が存在する。図はこの双晶発生温度とV－Nb合金のNb量との関係を表わしたもので，双晶発生温度はNb量が増加するとともに上昇し，50～60％Nbの範囲で2げCにも達するが，高Nb側では再び低下する傾向を示す。ところが45～60％Nbの組成の合金はさらに500～700℃の温度範囲にわたって変形双晶を生じる領域のあることがわかる。写真はこの高温変形双晶の　　　　　○双■時1■発牛　　畠OO　　　△P－L効果　　　　　　　　　宝　　　　　Xすべ一〕変形11ド1∴1p400越　300畦2001oo一100一200l0　　　20　　　30　　　40　　　50　　　60　　　70　　　呂0　　　90　　　M蟄（Wt％）図　V－Nb合金の双晶発生温度とNb量の関係電子顕微鏡写真を示したもので，双晶系は低温のそれと同じくl1121［111コである。　変形双晶が現われるか現われないかは与えられた変形拘束条件のもとですべり転位と双晶転位の動きやすさの兼ね合いで決まる。すべり転位の運動が障害で妨げられて変形速度に追従できなくなり，結晶内に大きな応力集中が生じると，これを緩和するように双晶転位が活動する。20ぴC以下の低温側で双晶発生温度が合金量とともに上昇するのは固溶体硬化に原因するが，500～70ぴCでの双晶発生は固溶体硬化に加えて，図にみるように，すぺり転位と侵入型不純物原子との相互作用，いわゆるPortevin　Le　Chate1ier効果か重畳し，変形応力が双晶発生応力に達したがためにこのような高温で双晶の発生をみたのであろう。　双晶変形の功罪についてはいろいろ議論されているところで，低温で双晶を生じるような材料では脆性破壊の引き金との関係が疑われている。しかし、双晶がもたらすせん断ひずみは転位にくらべてきわめて大きく，多数の双晶がへき開の源とならずに生じるような場合には，双晶変形はむしろ材料の延性に寄与する。V－Nb合金は後者に属すると考えられ，例えば，純Vは一196℃で変形すると直ちに不安定変形を生じ，約10％の伸びを示して破断してしまうのに対し，V－50Nb合金は変形の大半を双晶変形に負う形となり，加工硬化が著しく40％以上の伸びを示す。このように双晶変形はV－Nb合金の延性改善に一役買っているとみられる。写真　V－50wt％Nbを600℃で変形したときに観察された双晶一2一鋳鉄の金型鋳造　鋳鉄を製造するため，一般に，鋳型として各種の砂型が使われている。しかし，良質のけい砂は資源的に不足しており，一部は輸入に依存しているのが現状である。また，けい砂の使用はけい肺の原因ともなるほか、同時に用いられる粘結剤は公審の原因となる。このため，鋳型材に金属を使用する金型鋳造技術の開発カ湖望されている。　金型鋳造の最大の問題点は、急冷凝固によリチルが生成することである。このチル防止を目的として，従来より，化学組成の調整、塗型剤の開発，金型の予熱温度の上昇，焼なまし処理など種々の方法が試みられてきたが，いずれも，聞題点を根本的に解決するには到っていない。　製遺冶金研究部では，この間題に対して，溶解技術の改善という従来試みられなかった方法で一つの解答を出すことに成功した。　図1は，3．82％C，1．84％Si，O．12％Mn，0，084％P，0．O015％Sの化学組成の銑鉄5．0㎏を，アルミナ質のるつぽを使い，高周波炉で最高溶解温度1450℃およぴ1550℃に異なる時間で溶解し，5min間恒温保持したのち，冒本鋳物協会板チル試験法C3（今回の水濫は34℃）により，溶解に要した時間すなわち溶解速度とチル生成量の関係を示したものである。この図から，チル生成量は溶解速度に大きく依存しており、その量は，溶解速度が速目目≡1窯掻剖木oo拶●、・冒藺c■，2 30 050 0　　　2 0　3 04 O30 050 04　　　　　　溶角罪に要した莚翻罰　min鰯1　溶解に要した暗閥とチル生成量との関係いほど，また，溶解温度が低いほど少ないことがわかる。したがって，金型鋳造においては，最低必要溶解温度に可能なかぎり迅速に溶解するのが良い。一方，現在まで、銑鉄そのものが接種剤として用いられたことはないが，本研究では，銑鉄申の微細な黒鉛片粒予に接種の効果を期待して実験を進めた。図2は，図1と同じ銑鉄2．5㎏に対して，接種剤として同じ銑鉄0．5㎏を添加した場含の，接種がチル生成におよぽす影響を示したものである。接種の効果は溶解濫度が低いほど大きく，1650℃の元湯では20㎜あったチルが1450℃に溶解し接種した場合には0軸m，すなわち無チルとなった邊また，元湯のチル生成量も溶解温度が低いほど少ない。チル減少率，すなわち各溶解温度における接種の効果は，1650℃で35％，1550℃で53％，1450℃で互OO％と溶解温度が下がるにつれて直線的に増加する。　以上のごとく、実験室的には金型鋳造時のチル生成は，溶解条件の調整により防止できる。　現在は，本法を進めると同時に，遭周材質をさらに広げる場合の間題点など，金型鋳造を実用化するに必要な講闘題の解明に取リ組んでいる。呂目握怒ミ水2520困■　　■鋭泥鋏横湯王5■■一　…1O5ノO ■　　　　皿14舳　　　　　1月舳　　　　　1冊n王450　　　王550　　　1650　　　　　　溶　角辱　槻　度　　曲C図2　銑鉄接種がチル生成量におよぽす影響一3一クリープデータシート作成の現況　團産高温用実用材料のクリープデータシートを作成するためにクり一プ試験部は，現在まで表王に示すように毎年数種類ずつの材料を取り上げ，高温弓帳り，クリープおよびクリープ破断の各試験を行なってきた。そして各材料のクリープ破断表1データを，約王万時間，3万時間，および10万時間の試験結果が得られた各時点で，各鋼種ごとに取りまとめて，NR互M　Creep　Data　Sheetとして順次公表することを計画している。昨年はNα0～6を，そして今年3月には脹α7～10をそれぞれ刊行した。データシート作成材料表材　　料　　名 主　　要　　成　　分被　材　SB49　SBV王B（SB56M〕　SPV50　ASTM　A387B　ASTM　A387C　ASTM　A387D　ASTM　A542　SUS304HP　SUS316HP瞥　材　STB42　STBA　i2　ASTM　A213－T2　STBA22　STBA23　STBA24　STBA25　STBA26　SUS304HTB　SUS32王HTB　SむS316HTB　SUS3珪7邊TB鍛圧材　ASTM　A470－8　SUS403B　ASTM　A565－6王6　SUS3王6B鋳造晶　AS7M　A356－9　ASTM　A477n　ASTM　A567劃K40　AC　I　HP耐熱含金　A286NCF2TB（I・・oloy800）NCF2P（I・。。1町800）S590N155王ncOne1　700iooo舵1713CU500X45O．3％≧C玉．3％Mn，0．5％Mo（60キロ級商張力鋼）1％Cr；O．5％Mo1．25％Cr，O．5％Mo，　Si2－25％Cr，　1％M02．25％Cr，i％M〇五8％Cr，　8％Ni18％Cr，　12％Ni，　Mo0．32％≧CO．5％MoO．5％Cr，O．5％M01％Cr，O．5％Mo1．25％Cr，O．5％Mo，Si2－25％Cr，1％M05％Cr，　O．5％M09％Cr，　1％Mo18％Cr，8％Ni18％Cr，8％Ni，T　i16％Cr，12％N1，Mo王8％Cr，8％Ni，Nb王％Cr，1％Mo，0．25％V13％Cr，O．1％C，イ氏Si12％Cr，1％Mo，1％W，0．3％V16％Cr，12％Ni，M〇三％Cr，　ユ％Mo，O．25％V12％Cr，25％NiO．4％C，　25％Cr，　2G％Ni25％Cr，35％Ni15％Cr，26％Ni，三．25％Mo，2％Ti，0．2％A1，0－3％V，残F巴21％Cr，32％Ni，Ti，A1，残Fe21％Cr，32％Ni，Ti，Al，残Fe20．5％Cr，20％Ni，20％Co．4％M04％W，4％Nb，残F巴2棚CT，20％Ni，20％Co，Mo，W，Nb，N，残Fe王5％Cr，29％Co，3％Mo，2．2％Ti，3．2％Al，O．8％Fe，残Ni12．5％Cr，4．2％Mo，2％Nb，0．8％Ti6．王％Al，0．θ12％B，O．1O％Zr，残Ni18％Cr，17％Co，4％Mo，Ti，A1，Fe，B，残Ni25％Cr，互O％N1．7．5％W，2％F直，1％Mn，残Coクり一プ破断試験温度（℃）400，45G在50．500400，　450．　500450，　500．　550500，　550．　600500，　550．　600450，　5｛〕O．　550500，　550．　600700，　750，　80⑪400．450450．500450，　500．　550500，　550．　600500，　550．　600500，　550，　e00500，　550．　600550，　600．　650600，　650．　700600，　650，　70G6｛〕O，　650．　700600，　650．　700500，　550．　600450，　500．　550500，　550．　600700，　750．　800450，　500．　550700，　800．　900800，　900，iOO0900．1000，1｝00550，　600．　650800，　900，！000800，　900，1G00650，　700．　750550，　650．　750700，　750．　800850，　900．　950700，　800．　900800，　850，　900ポイラ・熱交換器用鋼響ポイラ・熱交換器用鋼響ポイラ■熱交換器用鍛管ポイラ1熱交換器踊鋼管ボイラ1熱交換器用鋼管ポイラ．謹生交換器燭鋼饗＝ポイラ．熱交換器用鍋管ポイラ・葬峯交韮起署是用金禺憶＝ボイラ1熱交換器周鋼管ポイラ・熱交換器用鋼管ボイラI熱交換器用鋼管淑4ラ・熱交換器禺鋼管蒸気ターピン用ロータ蒸気夕一ピン用プレード蒸気タrピン用プレード商濾用鋼棒タービンケーシング高温属錯鋼晶改質塔用遠心鋳造管化学工薬用鋳造品，管ガスタ凹ピン用テ“イスク化学工業馬欝化学ヱ業用板ガスタービン用ブレードガスタ1ビン用ブレードガスタービン馬プレードガスターピン用プレードガスタービン用プレ’ドガスタービン馬ブレード・繕季年度4I414547．48444247．4845，47．484241424三424547．484247，48434444434643434643NRIM　CREEPDATA　SHE1…＝貫N〇一7（1973〕No．8（1973〕No．　1｛1972）No．2（1972〕No．3（1972）No．4（1972）N〇一5｛旦972）No．6｛三972）No．9（1973〕No．1O（1973）妙短　鱈妙趣人磯奥鋤昭秘壬8年4則舶付　遇繊　　管理部技術課授 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