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[NRIMNews1972-02.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/7b3c916e-f2df-436c-b18f-d611bc297a37/download)

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林 弘

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[金材技研ニュース 1972 No.2](https://mdr.nims.go.jp/datasets/9ea40f15-efed-42b8-a93d-996c751474cd)

## Fulltext

金材技研ニュース　1972　No.2七Φ一．ゼEoo一一〇⊂ωE0箏○コーooo－o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－ooo］10’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］○工←金属材料技術研究所ジルカロイー2の高温流水中の耐食性　燃料被覆管に用いられるジルカ1コイ・一一2の高汎水または水蒸気中での腐食挙動についての従来の報告は静的試験であって実用に近い流動状態での結果は少なく，とくに新型転換炉の環境のように水と水蒸気の潴合状態で気水比の変化があるときの耐食性を評価する場合には，動的試験によらなけれぼ求めることができない。そこで腐食防食研究部では多口的流水腐食試験装置を用いて飽和水から過熱蕪気までの種々の環境1＋1での耐食性を検討した結果，腐食後の試料表1面iはいずれも黒色酸化膜の上に茶褐色の鉄の酸化物であるいわゆるクラッドが多量に付着しており，その量およびこれを除去した後の試料の重量変化は図に示すようで，クラッドは腐食時問とともに増加するが気水混合体のようた試料表面の単位而積当りの流体重量が多い瑛境では大きく，流体重量が少ない飽和蕉気，過熱蒸気となるにしたがって付着量は少なくたっていた。クラッドは装置の構成材料であるステソレス鋼の腐食生成物であって，これを除去E．’o40○丘E〕301睾偉ぺo□」胡糊1050 ~~~D7~ ~:7~~~ 30% ~;7k ~ t ." ~~!~~~~; ~~~ J~~ 6 O ~6 ./' / 40 o ~=f~~4~~:~;~~it ~~b / / l' l' l' .-. I "-X l' X Io */ / A ~f~~~+~l~ ~ 1' 1~~~~~ t, vv .l 30 / l' ~:~:'~~t / /' / / / x ! /o' l' / l' ! x o'-/ Zo !' i '// / , X ll ,f x, l* _X ll / , f / / rl(~/lO.~d~ // ...._J:~ ! / , .l f*- j~: lO ~ ~' ,,,, , o O¥Qll IJll ~ 凶200　　　400　0　　　　200　　　400　0　　　200　　　400　　　　　　　　　腐食時間（hr）200した後の試料の重量増加はいずれの環境でも大差なく，すべて放物線則にしたがっていた。しかしながらこのように試片の重量変化によって評価した結果は試験中にジルコニウムの水中への溶出がないという仮定のもとに正しいのであるが，このような仮定が成立するかどうか確かめた報告はたい。そこで試験後の試料の酸索量を分析によって求めて，放出がある場合にも正しい腐食量を求めることを考えた。まず水・1・1へのジルコニウムの放山量は次式より求められる　　W抑＝W〃（1－0p，／100）一W㌦。（1－0p．／100）　ただし肌、：放出ジルコニウム量（g），肌。：腐食後試料重量（g），0。、：腐食前試料重量（g），0。、：腐食前試料酸素濃度（％），0刀。：腐食後試料酸素濃度（％）　放出したジルコニウムはおそらくZr02とたって粂1」げ落ちたものと考えられるので腐食によって増加した酸素量に放出したZrO。斗1の酸素量を加えたものが腐食に関与した全酸素量であるから腐　　　　　　　　食量π（mg／dm2）は次式より400　　　　　200　　　400300℃，8m／secのループ試験における重量変化とクラッド付着量求められる。　W：｛（W〃・0μノユ00一〃P、・　　0〃／100）十〃”、・16x2／91｝　　μただし　λ：試料表面積（dm2）　これより求めた試料の重量増加も図に示Lてあるが，このような方法を用いれぼ腐食量の正しい評価ができることになる。金属一気相界面の反応　金属表面に関連のある現象とLてまず考えられるのは高温での酸化や溶液中での腐食，それを防ぐための表面処理，または触媒作用などであろう。しかしこのほかにも金属表而は多くの領域，たとえぱ摩擦，摩耗，潤滑の間題，ぬれ，接着の間魑，雰囲気による機械的性質の変化の問題などで重要な役割をはたしている。これらはそれぞれの領域で実用ともからみあって活発た研究がなされている。　一方，表面を熱力学的に考えた場合，表而過剰自由エネルギー（表面張力1γ）と表而過剰量（吸着量：11）という二つの量が定義され，これらはギブスの吸着等温式により次のように関連づけられている。　　　　仰：一Σ∫1〃μ　　　　　　　（1）金属表面についてのこのような熱力学的測定もまた多数なされているが，これら測定値はパラツキが大きく，まだ確定的な値が得られていない場合が多い。またこのような熱力学的測定と前にあげた種々の領域での問題との関連づけも実験的にはなされていない。これは固体表面の状態の再現性が非常に悪いということに起因している。すなわち固体は原子の移動が遅いため，特に低温では表面が平衡状態にあるとは隈らず，また通常の表面は常に多くの不純物を吸着しており，空気11ト1では多くは薄い酸化物で覆われているためである。　金属化学第2研究室では表面拡散係数の測定，および接触電位差の測定を計画しているが，以上に述べたような金属表而の状態を考慮して，すべての測定をできるだげ高温で，しかも露点を制御したH2／H20雰囲気中で行なおうとしている。現在・鉄の表面拡散係数を粒界溝の成長速度から測定しているが，その結果の一例を写真に示す。これは880℃，精製水素気流中でユ00hr焼なました試料の干渉顕徴鏡写真である。この粒界滞の幅〃は次式によって表わされ，その成長速度から表面拡散係数以が求められる。　　〃＝4・6（捌）1”，B＝D、γΩ2〃／庇τ　　（2）これまで金属の表面拡散におよぽす雰囲気の影響について二，三の研究が行なわれているが，酸素ポテソシャルにより鉄の拡散係数は増大し，銀では減少すると報告されている。我々の研究の目的は表面拡散係数におよぽす酸素’ポテソ’シャルの影響を正確に測定し，拡散係数におよぼす吸着の影響についての一般的矢1．1見を得ると同時に，その変化の様子から金属表■直［1の状態の変化を推定しようとするものである。　次に接触電位差の測定であるが，これは金属の仕事関数が表面状態により著しく変化することを利用L，仕事関数の変化から逆に表面の吸着，吸蔵など状態の変化を知ろうとするものである。測定は振動容量法により行なう。この方法による接触電位差の測定はこれまで数多く行なわれているが，それらは多くの場合，室温または室渦以下である。しかも酸素を一定量導入し，酸化性雰囲気の1斗1での速度論的研究が多い。我々がここで行なおうとしている実験は，前にも述べたように，なるべく高い温度で，Lかも金属が安定たH2／H20雰囲気の領域で酸素ポテソシャルを変化させ，その温度，雰囲気で平衡に達した表而状態をとらえようとするものである。このような方法により表面の平衡状態の変化を知ることができれぼ表面の熱力学的考察カミ可能になると考えられる。粒界溝の二1二渉顕徴鏡写真（X600）AISI304，316才一ステナイト系ステンレス鋼溶接継手のクリープ破断性質　オーステナイト系ステソレス鋼は，優れた高瀞性能および耐食性を有しているため，原予炉，火力発電，化学］二業などの圧ツ」容滞用榔材として広く利用されている。これらの郁材は，常時商漱高圧下で使用される関係上，その設計および施1］二に当たっては，材料の機械的性質，とくに長1痔間商幌栓能を十分に考慮しなければならない。溶接研究部溶接冶金研究室では，商遼増殖炉の圧力容辮用として使用が予定されているAISI304，316型厚板ステソレス鋼サブマージアー・ク溶接継手のクリープ破断性質を検討した。　図は，供試鋼溶接継手試験片（平行舳断醐：25mm×40mm，GL＝ユ60mm）の600℃および700℃におけるクリーヅ破断試験結果を示したものである。図の結果より，AISI304ステソレス鋼溶」妾継手とAISI3！6ステソレス鋼溶接継手の600℃におげるクリープ破断強さの差はほとんど認められない。しかし，700℃においては，破断時間が長くなるにしたがいAISI316ステソレス鍋溶接継手のクリーブ破断強さはAISI304ステソレス鏑溶接継手のそれよりも低下する傾向が晩らかに認められる。また，870℃×ユ．5hr空冷の後熱処理を行なった溶接継手のクリーブ破断強さは，溶接のままの溶接継手のそれに比べて，600℃ではほとんど養はないが，700℃では長1時閥破断側でわずかに低下する頓陶がみられる。一ツゴ，破断か所は600℃では破断時間が約1，500hr，700℃では約200hrを境にして，これより矧時　　　　　　　　　50　　　　　　　　　側間破断側では母材原質部，長時間破断側では溶接金鰯郁である。溶接金属部破断の破断線は各溶接層の柱状晶成長方向に沿ったジグザグ状になっている。このきれつの状況を詳舳こ観察した結果，下記のことが判醜した。破断に至るきれつは，溶接金属糊；柱状晶成長プゴ舳こ沿って分布しているデルタフェライト周辺のオーステナイト地を選択的に進行している。また，このきれつはデルタフェライト内舳こは遮入せず，かつ単独ではオーステナイト地内に発生していないことも確認された。このきれつ発生領域に多くの析出物が存在している。試験前のデルタフェライト燭辺のオーステナイト地には析出物の存在が認められないことから，」二述の析出物は試験申，すなわち長時間高瀞加熱11ト1に生成されたものであることが明らかである。この析出物を拙出レプリカ法で抽出して電子線回折により同定した結果，クロム炭化物であることが判明した。　一般に，オーステナイトステソレス鋼の溶接に際しては，高瀞われ防止法の一つとして溶接金属ヰ1にフェライトを生成させる手段が採られている。しかし，この手段は本研究で明らかなように二長1時間高渦性能の而からは好ましい方法とは云えない。したがって，オーステナイトステソレス鋼溶接継手を長時間高温で使周する場合，溶接施二L1時の欠陥防止のみならず，使用中の材質の経年変化による勿化対策をも併せて考慮した上，溶接材料および溶接条件を選定すべきであろう。　3CΦ2CεE＼固10き只s長㍉▲　　　市込ミ割ミ自畠・“・“＼ズ㍉　試験1請㌧　　　　　　　＼怜、辻験片＾鴫1　＾W30＾　sR＾lSl　＾W31后　sR破　漸　位　擬母材原揮部一〇一’口’一一一△・一一一’・▽・“一■一’8一一■・▲・■■1一・▼・‘一；式勇糞…呈度　700■C註：AW：溶接のままSR；応カ除去焼なまし　　87C℃Xl，5h．空冷5　　10呈 　510；　　5104破断時悶（hr）図　クリープ破1概試験締災一3一特許紹　介溶融金属の連続的精錬装置　　　　　　　1ヨ召46＿2／810公箭昭和46年6月21日特第626913拶　この発明は機長型精錬炉を街列多段に配設して構成された連続精鎌装鰻であって，とくに連統製鋼装置として適したものである。　当研究所においては昭和42年度から特別研究として連続製鋼技術の研究を推進してきた。これは溶銑を多段樋型連続製鋼炉中に流通させながら酸素を吹精し，造津剤を添加して，連続的に製鋼を行なう技術を確立し，製鋼ユニ程の能率化と製鉄T1業の全連続化に資することを目的としたものである。本発明はこの研究においてたされたもので，当研究所に1おける現在の実験操業に用いられ大きな成果をあげている。　本発明装置は横長型精錬炉を複数基，直列段違いに配設し，必要に応じては各精錬装置の削こ中間槽を設けた連続精錬装置で，おのおのの精錬炉は，その両端に溶融金属の流入111と溶融金属の流舳］を有し，これら1i姑端の斗澗区域に（1脱入溶融金属と酸素または造津剤とを反応させる酸素上吹きラソスと造津剤供給手段とを備えた反応都，（2〕反応部で撹抑された溶融金属と生成スラグとの違動を沈繍させつつ概者を二層に分離させる沈瀞郷，閉沈静榔の終端近傍に設けられたスラグ排川1．1およびガス排舳、1，（刈スラグ榊．1いコとガス排u．ll．1に近接して設けられたスラグと排ガスを溶融金属の主流路から分離するための仕切壁から成る。　本発明装置は溶融金属巾の除去すべき小純物が種類によって反応条件や反応速度が異なる事を利用し，不純物の除去反応を順次段階的にそれぞれもっとも適した反応条件下で実施しうることを特徴としている。したがっておのおのの反応煉で行なわれる反応に適した耐火物および構造が採用でき，それぞれの反応に適した瀞度，酸素吹精条作，スクラップの添加量，造津剤の添加量などの楳業条件の設定ならびに変更の自動化ができ，さらに特別損傷ク）激しい炉はそれだけを二列並列にたらべ切替使用することにより連続操業を中断することたく炉の交換を行なうことが可能で精錬装置全体の維持費を低減できる。　図1は精錬装置4基を直列に酉己設した本発明精錬装置の態様，図2は・1・聞糟を配設した本発明装置の態様を示したものである。㍗スガス排出ロバ．／仕切壁　　　　　／流出口　　　　　　　口流丈。｝、饗邊」．刻　1　　＼スラグ排出口凶　2中間槽　　　　　　迂宣巻　　茸享　158　・紗綿集兼発行人林　　　　　弘Fl1　　肩11」奥村印刷株式会杜　　　　　　東京都千代田1ヌ：西例咄1－1－4発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京郁臼燦区中1．牒2Tlヨ3箭12号　　　　　　　　　東京（03）719－227ユ（代表）　　　　　　　郵便番場　　（153）一　4