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[NRIMNews1980-03.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/7c17de8e-b9c4-4615-99c2-9f2bf2dec1d9/download)

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坂内 富士男

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[金材技研ニュース 1980 No.3](https://mdr.nims.go.jp/datasets/b7c14a12-6b96-4ec5-833f-a56765433eb4)

## Fulltext

金属技研ニュース　1980　No.3i①一．ゼEoo一一〇EωEo一垣O］一〇〇〇一〇0＝あ○蜆oo．］o－Eo－ooO］’oo’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈ωEo．但≧聖三…ω…Z－ooω］0f←　　　　　　　　　■I●　：●， 雀醐襟SUS316ステンレス鋼板の高温疲れ特性デ　タシート　疲れ試験部では，国産実用金属材料の疲れデータシート作成の試験研究を進めており，本年度は53年度に続き“金材技研疲れデータシートN（／8～Nα15（1979ジとしてその成果を公表した。　高滑度下で使用される機械，構造物においては，装置の起動，停止など温度変動時に生ずる大きな変形の繰返しによる低サイクル疲れ破壊や，稼動時に受ける荷重の繰返しによる高サイクル疲れ破壊が問題となる。そこで高温用材料については高温高サイクル疲れ試験や高温低サイクル疲れ試験を行い，高温疲れ特性のデータシートを作成している。ここでは，高温用機器に広く用いられる熱問圧延ステンレス鋼板SUS316－HPの高温疲れ特性（疲れデータシートNα15）を紹介する。　高サイクル疲れ試験では，繰返し数10呂回（ユ億回）までの回転曲げ疲れ試験を行った。図1は平滑材に対するS－N曲線（応力振幅と破断までの繰返し数の関係）である。室温～600℃の範囲では明りょうな耐久限が認められる。また400～600℃では繰返し数10呂回の疲れ強さは各温度での0．2借蝉200迫SUS31直一HP固溶化処埋材回転1曲け，平描材oムヨoo別omo躍 ●o lo　　　　　　　，o帖断撒迦L撒　　　　帖曲［盟迦L撒図1　高サイクル疲れ試験結果％耐力の1．3～1．4倍と大きくなった。　低サイクル疲れ試験では，ひずみ速度6，O．6，および0．06％／分の三角波形による引張圧縮疲れ試験を行った。400～600℃では繰返しひずみに伴い材料は著しく硬化する。これは高サイクル疲れ強さが耐力よリも大きくなることと同じく，繰返し変形下でのひずみ時効によるものと考えられる。ひずみ速度6％／分では，全ひずみ幅と破断繰返し数の関係において（図2），700℃における高ひずみレベル域を除き，楓度が高くなると破断繰返し数は低下す’る。ひずみ速度の減少に伴い破断繰返し数が低下する現象は400，500℃で認められたが，700℃ではほとんど認められなかった。　このようなひずみ速度効果の原因としては，温度域によって異なるが，ひずみ時効による硬化，クリープ損傷の重畳，回復による軟化及ぴ酸化の影響が考えられる。　なお，このような試験データは国産材料の高温疲れ設計曲線を定める際の基礎となるものと思われる。鰯o○Io　　　　　1oヨ　　　　　lo　　　　　m　　　　　　　触断撫j唾L披触断撫」岨L披図2　低サイクル疲れ試験結果一1一　　核融合炉第　実用化すればエネルギー問題を半永久的に解決すると言われている核融合炉は臨界プラズマの実現にあと…歩の所まで来ており，研究開発の比重は次第に材料等の工学的問題に移りつつある。核融合炉の中で材料にとって最も厳しい条件の課せられる部分は高温のプラズマに面する第一壁と呼ばれる部分である。核融合炉が出来ていない現在，第一壁の材料がどのような影響を受けるかについては原子炉による中性子照射や加速器によるイオン照射の結果や理論から推定するしか方法がないが，重要と考えられている問題の一つにプラズマからの高エネルギー粒子（ヘリウム，水素など）が第一壁に当り壁の表面がふくれ上る現象（ブリスタリング）や剥離する現象（フレーキング）がある。これらの問題が重要な理由は第一壁か損傷を受けることもさることながら，剥離した微量の金属がプラズマに混入するとプラズマの温度が著しく下がり核融合反応が停止するからである。　原手炉材料研究部では，金属材料のブリスタリングやフレーキングの特性を研究し，第一壁材料の開発のための資料を得る目的で当所の500kV加速器（ペレトロン型）でヘリウムイオンを加速し，各種の第一壁候補材料に照射する試験を行なっている。この試験では316ステンレス鋼，モリブデン及びバナジゥムの3種類の材料を同一ターゲット上で同時に照射している。これまでに行なった実験の照射条件はエネルギーが50～150keV，照射壁用金属材料のヘリウム照射によるブリスタリング温度が室温～1000℃，照射線量が1×1018～1×1019He＋／㎝2の範囲である。　照射した試料の表面を走査型電子顕微鏡で観察すると写真に示すように表面層が何層も繰返し剥離した様子が分かる。これは金属中に打込まれたヘリウムイオンが集合してできた多数の気泡が連結して表面下の層に割れを発生し，ガス圧によつ表面層を押上げ（ブリスタリング）、遂には剥離させる（フレーキング）現象が繰つ返し起った結果である。316ステンレス鋼とモリブデンとバナジウムを比較するとモリブデンが最も剥離層数が少なく，バナジウムが最も多く剥離した。　また，温度を上げてゆくと初めは材料強度が低下することを反映して剥離層数が増加するが，さらに温度が上がるとガスが拡散して表面から逃げるためにブリスタリングは生じるが剥離しなくなる。さらに高温ではブリスタリングも生じなくなり，表面は多孔質の状態となる。したがって中間温度（316ステンレス鋼で450℃付近）で最も表面損傷が激しい。このためブリスタリングを防ぐには材料の使用温度はむしろ高い方が望ましい。しかし機械的強度の面から使用温度は低くせざるをえないとすれば，例えば表面層を多孔質にした材料を用いるなどしてガスが表面から逃げ易くしておけば高温の時と同様にブリスタリングやフレーキングを生じなくすることができる可能性がある。（。）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b〕　写真へ1」ウム照射による表面損傷（フレーキング吻例（a）316ステンレス鋼（剥離層数16層），（b〕モリブデン（剥離屑数8層〕　　　　　エネルギー　100keV　　　　　照射温度室温～250℃　　　　　照射線量1×10i茗He＋ノ㎝2一2一フラッシュ溶接現象と電源特性　フラッシュ溶接においては，接含すべき材料の端部を接触させ，その部分をジュール加熱によって溶融，飛散させながら一方の材料を漸進させて連続的にフラッシュを発生させ，端部の温度を上昇させる。そして，この部分が溶接の適温に達したとき，両材料を急速に接近させ強い圧力を加えて溶接する。したがって，フラッシュ溶接は高速度で高品質の溶接部を得るなど多くの特長を有している。しかし，祇抗溶接に共通な電気入力（kVA）が大きいなど示I」用上の制約もないわけではない。更に，最近では大彩部材に対してもフラッシュ溶接が適用される傾向にあり，電気入力の闘題の解決は重要な課題の一つである。　フラッシュ溶接過程はフラッシニ。・過程とアプセット過程の二つに分けられるが，溶接機の最大入力は短絡電流であるアプセット電流の大きさによって決定される。溶接研究部においては、アプセット電流を極力小さくすることによって電気入力の低減を計るための研究を行っている。すなわちフラッシュの発生現象と溶接機の電源特性との関係を検討し，遼正な加熱が得られるフラッシュ条件を求めることによって必要なアプセット電流を低下させるとともに，フラッシュ溶接に一層効果的な新しい特性をもつ電源の開発を進めている。　フラッシュ溶接申の電流波形は図1に示すように，フラッシュ過程では複雑な過渡電流となっている。このフラッシュ電流波形は溶接機の電源特性のほか，材料の種類，寸法，形状，移動速度等によって影饗を受ける。そして，フラッシュ過程において溶接部の品質に繋多響を与えるのは主に末　　　　　　　　　　　　　　丁プ七・パ　　　　　　　　ラ｝ソユ時湖　　　　　ヨ．芋1閏　　　　　　　　　■　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　’7ラッシュ並流　　　　　　　　　アプセ・バ施流　1時1閉一缶11拡火1芸1〕｛’　0f　b圭酔閉一　　止1→・』1プ1」・｝ジ期州　　L＋』＝7ラ・’シュ期咄1　　o　：オープン期冊図1　フラッシュ溶接の電流波形期の現象と考えられるので，その電流波形の解析を行った。一般に，フラッシュ電流波形は図1の拡大図に示すように，交流電源のため各半サイクルごとに電流は零となる。この瞬間をはさみある期間にわたI）材料の端部は接触状態とな一）短絡電流が流れている。次いで，フラッシュが発生している期閥及び材料の端部が未接触状態となっている期聞が存在している。これらの其月間をブリッジ期闘，フラッシュ期闘及びオープン期閲と呼ぶ。図2は，板厚玉．2㎜，板幅67㎜の冷間圧延鋼板についての一実験結果であり，二次無負荷電圧以外は標燦条件としたときのフラッシュ現象に対する二次無負荷電圧と電源インピーダンスの影響を示している。電圧の上昇にともないブりツジ期間は急激に減少し，オープン期間は増大している。一方，フラッシュ期闘は45～65％の範囲内にあって変化は少ない。また，溶接機の電源トランス及ぴその二次導体を含む圓路のインピーダンスの増大は，各期閥を示す曲線をいずれも商電田則に移動させる傾向にある。更に，このような条件下で溶接した継手の機械的性質及び組織の検討も行っている。その結果，電圧が上昇するにつれて継手の機械的性能は低下する傾向にあることが明らかになった。これは材料の端部の大気による汚染と密接に関係し，しかも加熱に何んら寄与しないオープン期間が電圧の上昇に比例して増大していることに原因しているものと考えられる。　現在，上記のような緒果を基に，フラッシュ溶接に適した特性を有する電源の闘発のための研究を進めている。　　舶　　　　　　　　　　　　　　一一一〇’一一岨｛｝ビー牙｝工苗踊．ヨoφ仙艘蓑由別　ま　　　　　　　　＼、プ≡』、洲間く　　　　　■オー・ブン期開■●川瑞イ｝ヒーダ｝且電胡　一　　　　　　6　　　　　　畠　　　　　　10　　　　　1！　　　　　二次無i五捕電旺｛v〕図2　フラッシュ過程末期の現象と　　二次無負碕電圧との関係一3一咄願公開発明の紹介】ぱり除去法　　　　　　　　特公1郡召53－u6227　　　　　　　　　　　　　昭和53年ヱ0月u日　従来，ばりの除去法としては，グラインダー等による機械的な削除やガス燃焼炎による溶徽除士が行われているが，綴音，作薬環境一土二の衝で多くの欠、煮を有する。しかし，本発明によれば，ばり先端とその周囲に配置した電極との間にアークを発生させ，さらに該アークをばり全周に駆動させることによって，短時問に効率よく，かつ製品を損なうことなく，自動的にば｝）を溶融除去することができる凸商融点金属の細線製造法　　特公撒召53－u6224　　　　　　　　　　　　　1沼和53年10肥正日　本発1リヨは，底部に闘口を有する水冷鋼容器内で高融点金属を融解し，底部開に1より垂下する溶融金属に水冷金属回転円盤の先端を接触させて金属細線を逮続的に去趾1する方法に関するもので、急冷による組織微細化にもとづいて，綱線の機械的性質や電気自榊1質が改善され，この利一煮を活かした超電導材料，磁性材料，原二r炉材料等の細線の製造が可能となる。ルテニウム叉は銀を含む　　特公開紹53－123322耐食テタン合金　　　　　　昭和53年10月27日　チタン及びチタン合金は一般に酸化性の環境下では1鮒食佳に優れているが，遺元惟の環境下では耐剣生を示さず，特にフッ化水素酸を含む環境下での耐食健の低下は著しい。本発明による合金はチタンにO，5－2璽鐙％のルテニウムまたは1－6重巌％の銀を添加したもので，遺元伜の環境下においても充分耐釧生を示し，従來佼用されなかったフッ化水素酸が存萩する環境下での使用が期待される。銀を添加した多元の耐食　　特公脚1召53－123323テタン合金　　　　　　　　昭和53年ヱ閉27日　本発明による合金はべ一夕型チタン合金に対し1～2重最％の銀をチタン成分に置き換えて構成された多元の鮒食チタン含金で，遺元性の環境下でも充分耐食性をホし，従来使用されなかったフッ化水素酸が存在する環境下での倣用が期待される。鋳型の硬化法　　　　　　特公開昭53一ヱ30222　　　　　　　　　　　　　…昭和53年11月1蝸　鋳搬を炭酸ガスで硬化させる場含，表箇に未硬化の軟化層が発生し，型くずれ、変形等造三；■吐の間題が生じるとともに，鋳！里1！の強さが十分得られない欠一貞がある。本発明の硬化法によれば，炭酸ガスの露一煮を0℃以」二に上昇させることにより，上記未硬化層の発生を防止することができ，十分な碩さの鋳型を得ることができる。金属の複合加工法　　　　　特公開昭53一王30229　　　　　　　　　　　　　糟和53年11肥4日　金属を成形する鍛造加工では，一般に金側に衝撃的な圧力や高溢がかかるため，金！茗1癖命も案1王かくなり，また加ニユニ時に騒歯や振動を発生し、環境．」二にも間魑が多い。本発閉は，あらかじめ成形した金属体の→・に溶融金属を注入しておき，これを金川；一艸にて力1旺成彩する方法で、加圧力も瀞しく軽減するため，篤蚤音，線動は少なくなり，金側に庖接溶徽金属が接触しないので金処瀞命の改善も期待される。複合カロエ法による趨電導　　特公闘昭53－135596材の製造法　　　　　　　　昭和53年u肥7日　本発明は，V一（O．5～20原二r％）A1含金と，Cu一（1－15原子％）Ge含金、Cu一（1－15原子％〕S1合金、Cu一（2～25原二介％）Ga合金または飾記鋼含金にA〕5原子％以下を含む合金『1lの一つとの複含体を作り、蜘音11加工と熱処理を総て2種類の含金相の境界にV・（Al，Ge），V呂（Al，Si），V且（Al，Ga）を生成させることを特徴とする趨電導材の製造法に関するもので，超電導状態がきわめて安定で実月ヨ価値の高い趨電導線材が得られる。超塑性金属の複合カ目工法　　特公開昭54－28262　　　　　　　　　　　　　紹和54年3月2蘭　従来の趨舳生金属は，超仰｛件淋度域が比較的狭くひずみ速度も遅いため，二i1二薬的にはまだ多くは利用されていない。本発明は，趨塑性金属から成る申空体に溶融金属を注ぎ，その凝圃熱によって申空体が趨塑性溢度域に至ったとき，金；1；■一中にて力■旺成彩するプゴ法で，加圧力が軽減されるため騒音，振動が減少し，また金側に密稽成形されるため複雑な形状の製品を繍度よく加工し得る等工業的な不岬が大いに期待される。　　　　　　　通巻　第255号編集兼発行人　　　　　　　坂内箆士男印　刷株式会祉三興印棚　　　　　　東京都新宿区儒濃町12　　　　　　電話　東京（03〕359－3811（代表）発行所　科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京都目黒区畔］目黒2γ昌3番三2号　　　　　　電話　東京（03〕7王9－227i（代表〕　　　　　　郵便番号　玉53一4一