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[NRIMNews1987-04.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/9335cc1c-f86f-4d9f-844d-2a08f4e7dd16/download)

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木村 良

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[金材技研ニュース 1987 No.4](https://mdr.nims.go.jp/datasets/32565e51-c81c-44bb-b7cd-0c7e60a18e30)

## Fulltext

金属技研ニュース　1987　No.4i①一．ゼEoo一一〇⊂ωEo．oo］一〇〇〇一〇〇＝あ○蜆oo一］o－Eo－ooO］’oo’0E0f000眈o〇一一〇〇一〇一眈○眈ωEo．但≧聖三…ω…Z－ooω］0f←金属材料技術研究所10万時間の実証データ集の刊行開始高温用構造材料のクリープ強度　火力・原子力発電，石油化学プラントなどの高温・高圧装置では，「材料に高温で一定の力が加えられるとごくわずかずつ変形し，ついには破壊に至る」，いわゆるクリープ現象を考慮する必要がある。そして，材料の設計許容応力値を定める場合，典型的には10万時問（約11年半）の連続的な負荷でクリープ破断する力を基としている。一方，その設計応力値で製造された機器が20年以上にわたって運転され，老朽化した高温プラントが今後どれだけ安全に運用できるかを知ること（余寿命推定）は，今日，高温構造材料に関する研究者／技術者に課せられた大きな使命である。　当研究所は，昭和42年以来，高温用機器に共通的に使用されている金属材料のうち約40種類の耐熱鋼および耐熱合金を選び，10万時問目標のクリープ試験を中心としたクリープデータシート作成計画を進めてきた。得られたデータは，これまでにもクリープデータシート初版（約1万時問までの途中経過）やA版（3～5万時問の途中経過）として延べ71冊を内外に発表してきた。　このたび2種類の材料について初めて10万時問の連統試験データという，世界的にも例をみない長時問クリープデータを含めたクリープデータシートB版を刊行するはこびとなった。今回，10万時問データを発表する材料は，NRIM　Creep　DataSheet　No．3BとしてSTBA24（2．25Cr・1Mo鋼管）およびNo．4BとしてSUS304HTB（18Cト8Ni鋼管）である。　このB版には，材料の製造履歴，化学成分，クリープ破断およびクリープひずみデータ（延べ試験時問は500万時問を超す），試験前後のミクロ組織などの500点を超える生データばかりでなく，当研究所で開発した評価方法による解析結果も含めた。また，長時問クリープによる破断様式は短時間試験からはほとんど予測し得ないものであることも明らかにしている。これらの成果は，高温構造設計や余寿命予狽11における強度評価の標準参照データとして，高温機器・装置の安全一1生・信頼性の向上，材料選択ならぴに新材料開発などに多方面で活用されよう。　当研究所では今後，これらのデータを日本科学技術情幸軍センターと共同開発中の金属材料強度データベースに反映させていく予定である。　　　　　　　　咄岨r㌃るまて閉11判1」　〕11図　2．25Cr－1Mo鋼管のクリープ破断データ。データには材’料　の製造履歴によってぱらつきカ瀧められるが，この鋼の場合，　長時問f則ではその巾露が小さくなっている。500~: 2 103 I05 106 T04 {Uk~~ft~ ~ ~~V~I[! ij] ( l, } 1大きな熱起電力を発生する熱発電素子電子デバイスの電源への応用　鉄ケイ化物半導体の熱発電素子を開発し，大きな電力を熱から直接に取り出すことに成功した。開発した熱発電素子は耐久性があり，連続長時間加熱したり，加熱・冷却をくり返しても性能が劣化しない。しかも安価に製造できる。現在，開発した熱発電素子の量産化と電子デバイス用の電源への応用が企業との共同研究により進められている。　温度の測定に使用されている熱電対は，異なる種類の金属を接合して，その接合点を加熱したり冷却したりすると温度に対応した電圧が発生することを利用している。熱電対をエネルギー源として電力を取り出すのに使用することもできる。熱から直接電力を取り出す電源として使用することを目的とした半導体を接合して作った熱電対は，とくに，熱発電素子と呼ばれている。　当研究所で開発した半導体熱発電素子は，鉄ケイ化物（FeSi。）を使用したものである。熱発電素子の接合点を加熱して他端で電圧を測定したとき，高い電圧を示す側のp型半導体と低い電圧を示す側の皿型半導体は，鉄ケイ化物にマンガンとコバルトをそれぞれ添加して作る。高純度の材料を必要とせず，工業用の低純度の鉄と金属シリコンを用いても満足な性能をもっ熱発電素子を製造できる。また，鉄ケイ化物の粉末にセラミックス成形技術を応用して熱発電素子を製造する技術も開発した。そのため，熱発電素子を安価に製造する見通しが得られた。　開発した熱発電素子は次のような性能がある。（1）525℃でO．5Vの発生電圧をもつものを製造できる，（2）ガス炎中の連統加熱試験において，850℃で6000時間加熱後も安定した出力が得られる，（3〕くり返し加熱・冷却試験において，50，OOO回以上の熱サイクルを加えた後でも出力が変化しないなどである。　写真1は，開発した熱発電素子がエネルギー電源として使用できることを示す例である。O．9グラムの鉄ケイ化物熱発電素子が小型ファンを駆動している。　発光素子，表示素子，I　Cなどの電子デバイスの電源として利用するためには1，8V以上の電圧が必要である。その場含には複数の熱発電素子を直列につないで出力電圧を大きくする。n型素子とp型素子を交互に重ねて，その問を電気絶縁性が高く熱伝導性の良い耐熱ガラスで接合した積層型の熱発電素子を開発した。　写真2は，5対の熱発電素子を直列にっないだ積層型の熱発電素子である。重量は5グラムで，アルコール炎加熱で電圧2V以上，電力34mWを発生する秦電能力がある。現在，小松エレクトロニクス（株）と素子を量産化し電子デバイスに応用するための共同研究が進められている。写真1ファンを駆動する熱発電素子 写真2電子ミュージック演奏に応用される積層型　　　熱発電素子スポットニュース　　　　　フェライト系鋼の　　　　　ナトリウム中の腐食　ニッケルをほとんど含まない高クロムフェライト系鋼は照射によるスエリング（体積膨張）が少ない点，ニッケル申に不純物として微最含まれるコバルト（放射化のため好ましくない）の含有最が極めて少ない点などからオーステナイト系鋼に代って高速増殖炉および核融含炉用の構造材料になることが期待されている。　高遼増殖炉では，商出カ密度の炉心を冷却するため冷却材としてナトリウムが使用される。フェライト系鋼の試料を炉心環境に近い流動ナトリウムに浸せきすると，その腐食速度はオーステナイト鋼に比べて小さいことがわかった。また，オーステナイト鋼製ナトリウム配管から溶出したニッケルが表面に沈蒲すること，オーステナイト鋼と同様にクロムを選択的に溶出して表耐こモリブデンが残ってくるなどのことが明らかになった。しかし，ナトりウム中で脱炭，脱窒などを起こしやすいため，これらの抑制に効果がある元索の微量添加の影響を調ぺることが今後の課題である。　　　TiAlの耐酸化性向上には　　　Si添加物が有効　金属間化合物TiAlをべ一スとする含金は，強度や耐クリープ性などに優れており，軽量と耐熱性を併せもつ新しいタイプの金属材料として有望槻されている。これまで，この含金の最大の欠点は室温付近で脆いことであったが，当研究所ではMnの添加によって延性を大きく改善できることを示した。しかし，一般にTiA1合金に他の元素を加えると耐酸化性を審することが多く，Mnの場合，900℃を趨えると著しく酸化することが知られた。そこで、TiAlの高瀞酸化特性（駿化増量）におよぼすMn，Cr，Y，SiおよびZrなど第三元素の効果を系統的に調べた結果，Si以外のMn，Cr，YおよびZrは耐酸化性を悪化させたが，O．5％程度のSiの添加は鮒酸化一性を著しく向上させることがわかったむ　このSiの添加はMn添加によリ室温延性を向上させたTiAlの鮒酸化性向上にも有効であり，TiA1含金に新しい展望をひらくものと期待される。　Si添加によるTiA1含金の機械的性質への影響については，現在，検討中である。金属間化合物の研究会　当研究所では，新材料開発の三璽点項目（本ニュース鶴334号参照）の一つに金属間化含物を取リ上げているがとくに新物性探策の見地から，長期的に今後どのような研究を重点的に進めたらよいかを討議する所内ワークショップが去る12月23日，所長以下関連部門の研究者25名を集めて開かれた。これまでにも超電導，水素吸蔵，軽量耐熱，形状記憶，半導体などの材料として金属間化含物の研究を広く実施してきた6また，5年前から金属問化含物の勉強会を定期的に開催したつ，外部講師を招いて研究討論会などを行ってきたが，今後は金属閥化含物の未発見の物性や物質を探る系統的な基礎研究を効率的に携進する必要があるという主旨からにある。当日は電磁気的性質，化学的性質，力学的性質および数学的性質に関する発表があり，活発な討論が行われた。　また，外部の第一線の研究者にも参加を要請し，より本質的研究開発の方向を探る金属間化含物フォーラム（仮称）を計画申である竈（金属聞化含物に関してはニュース第301，302，317，328，330，332各号を参照）研究成果の発表（1－6月）1．国際会議（○印は発表者を示す自）磁性材料の物彊的諸問題国際シンポジウム（昭和62年4月8日～1I日，仙台）　Preparation　and　Magnetization　of　Couoidaげine　Particies　of　Fe，Co　and　M．oT．Fumbayashi，I．Nakatani’871ノーザー加エ国際会議（昭和62年5月2蝸～2細、大阪）　Nb3Al　and　Nb3（A1，Ge）Superconducting　Tapes　Fabricated　by　Laser　Beam　Annealing．○H－Kumakura，K．Togano，K，Tachikawa；Y．Yamada，S．Murase（東芝総研）；M．Sasaki，　E．Nakamura（東芝坐技研）国際低温材料会議（昭和62年6月1畑～18B，アメリカ・イリノイ）1〕Effects　of　Specimen　Geometry　on　Temperature　Rise　and　Discontinuous　Deformation　During　Tens1le　Test　at　Liquid　He王ium　Temperature．○T．Ogata，K．Ishikawa，O．Umezawa，T．Yuri2）Loading　Rate趾fects　on　Discontinuous．Deformation　in　Load－controlled　Tensi－e？ests一○T．Ogata，K．三shikawa；R．P．Reed，R．P．Walsh（National　Bureau　of　Standards）3）A　Study　for　Standard　JIc　Test　Method　in　AIS互316LN．○T．Ogata，K－Ishikawa；R－L　Tobler，P．T．Purtsher，R．P．Reed｛Nationai8ureau　of　Standards）4）Low　Temperature　Magnetic　Properties　ofγLStrongthe蘭ed　Iron－Base　Al1oys．○K．Hiraga5）Manganese－Modi童ication　of　Iron－Base　Superal1oys　for　Cryogenic　Applications．○K．Hiraga，K．豆shikawa6）Electromagnetic　Impact　Fracture　of　Ti－6A1－4V　A1loy　and25Mn－5Cr－1Ni　Steel　at4K．　Y．Nakasone，H．Fujita（東大　生産研），○K．Hiraga，K．Ishikawa7）Higb－Field　Superconducting　Properties　of　V3Ga　Tapes．○K－Tachikawa，E，Takeuchi，Y，Iijima，A．Inoue，K－Togano8）Fatigue　and　Strain　Effects　in　NbTi，Nb3S蘭and　V2（Hf，Zn）Multifilamentary　Superconductors．oT，Kuroda，H．Wada，K．Tachikawa9）Critical　Current　Measureme螂ts　and　Coi1Tests　for　Nb3A1Superconducting　Tapes　Fabricated　by　Continuous　Laser　and　E1ectron　Beam1rradiatio蘭．o　K．Kumakura，K．Togano，Y，Iijima，K，Tachikawa互0）Fabrication　of　Nb3A1Based　Superconductors　by　Continuous　Quenching　Technique－o　K。丁台gano，K，Tachikawa2．学・協会口頭発表学・協会名 開催期間 発　　表　　題　　目 担当研究部応用スペクトロメトリー 3．3～3．5 耐熱含金のイオン交換分離一ICP発光分析法 材料物惟東　寮　討　論　会日本機械学会関西支部 3．13 軽水炉冷却材模疑環境下の疲労き裂伝ぱ挙動に及ぼす 腐食防食第52鶏定時総会講演会 諦困子の影響蔓本材料掌会シンボジウム 3．18 極　　低　　猟日本非破壊検査協会 3，18，3，I9 工、レーザーによる趨音波受信法の糀酢式料への適用 材料強さ2、鋳鉄黒鉛球状化率と趨音波特惟との関係　その2 〃目本鉄鋼協会 3、工8，3．19 Degradation　of　Heat　Resisting　Steeis　and　AHoys　in ク　リ　ー　プ第5園目本，テェコスロパキア合伺シンポジウムLong－Time　Creep，and　Creep－Fatigue．金属表面技術協会 3，26～3．28 Ti上のアルミナイジング処理条件の検討 エネルギー目本物理学会 3．27－3，30 夏、Y－Ba－Cu酸化物の超伝導 材料物性2，Co超微粒予の磁化とメスバウワースペクトル 構造制御3．非晶質Cr含金の構造と趨伝導特性 機能材料垂．Mo／Sb積層膜の超伝導II 〃5．金属閲化含物の桐安定惟I至CuPbとCuPt 〃6．SmCo3，5Cul．5の低滞磁化反転1V（磁壁の動きに伴う散逸） 敬　低　　猟応用物理学会 3．28～3，3ユ PbSのMBE成長時におけるRHEED振動の観察 構造制御触　　媒　　学　　会 3．30，3．3ユ 金属表蘭，界繭の電子論 機能材料請　土　類　学　会 3，30，3．31 ビス（フタロシアニナト）プラセオジムの薄膜化とキ 製　　　　錬ヤラクタリゼーション貝本金属学会 4，1～4．3 1、γ一Mo卓〇三1の反射スペクトル 材料物惟2、分析電顕によるFe－Y203系複合材料界面の組成分析 〃3．Haucke化含物の圧縮率と水素吸蔵特催 〃4．表繭析出現象を利用したA1203とSUS321の圃梱接含 概造帝1」御5．表廠析出現象を矛■岬した金属の表爾改質 〃6．イオン注入法により含成したMoN化含物薄膜の趨伝 〃導一1錐と電子構造7．Nb／Mo積層スパッタ膜の断繭観察 機能材料8I気桐拡散浸透法によるAgCd合金の製造とその性質 〃9．MgCu2ラーベス相金属閥化含物の破面色 〃10．貴金属含金の桶安定性についての電子論 〃11．交差繊維配肉複含材料の力学特性に及ぼす繊縦配向と 〃試験片形状の影響12．Mn鋼の薄膜試料におけるマルテンサイトの車1蛯比 〃13．商Ni鋼における形状記憶効果（II） 〃学・協会名 開催期聞 発　　表　　題　　圓 担当研究都臼本金属学会 4．1～4I3 14．Co－Fe趨微粒子のマルテンサイト変態 機能材料15．V／Nb趨格子の積層鱗造 〃呈6．Ti－Mo含金の禍変態に及ぼす水素の影饗 エネルギー17．Ti－Mo合金の引張特性に及ぽす水素の影饗 〃18．溶鉄によるマグネシアるつぽの侵触 〃19．M－AトX含金におけるγ’一γ平衡の解析 強力材料20I　RIETVELD法によるMoSi2のX線縞晶構造解砺 〃21．MoSi2単結晶の電気抵航 〃22．MoSi2単緕銘の作製 〃23．S1CとSi3N4の常激における疲労特性 〃24．SiCの疲労挙動に及ぽす瀞度とAl－dopingの影響 〃25．Ti－15Mo－2Fe－3A1含金の機械的性質に及ぼすYと 〃B添加の影饗26、高Crフェライト鋼の流動ナトリウム申の共存催に及ぼ 瞭子炉材料すM0の影饗27I2結晶トポグラフィによるモりブデン単締屍の締晶完 〃全1彗三に闘する研究28．シンクロトロンX線トポグラフィを用いたモりブデン 〃単緒晶変形のその場観察29、高M蘭鋼の欄安定倒こ及ぽす冷間加工の影響 〃30．Fe－N1－Cr合金のボイド形成に及ぽすヘリウム注入 〃モードの影響31．Mo申璽水素拡赦に及ぼすC及びBの効果 〃32．M基単結晶耐熱含金におけるボイドスエリング 〃33．ヘリウム予注入した酸化物分散含金のボイドスエリン 〃グ挙動34．弓1上げ法によるDy3Ai5012単結屍の育成と内部欠陥の 極　　低　　温観察35．電子ビーム照射法により作製し牟Nb3A1及びNb3（Al，Geフ 〃趨電導テープ（第2報）36、高臨界温度酸化物趨電導体の組織と特催 〃37、趨電導線材の歪効果と遷移パラメータn値 〃38，Mo－Zr02系焼結材の機械的性質に及ぽすHIP処理の 粉体技術39．Ni－Tiの粉末自己伝播商溢含成（SHS） 〃杢O．炭化ホウ素の粉末薗己伝播商漱含成（SHS） 〃41．TiAlの粉末自己伝播商温含成（SHS） 〃学・協会名 開催期闘 発　　表　　題　　目 担娑研究部42，Ni－TiN系混含趨微粉の熱的安定惟 粉体技術43．無鋳魏引上げ連鋳装置の試作 金属力買工44．無鋳理弓1上げ連鋪・法による純A1棒の製造 〃45．Al－Pb含金の急冷凝圃組織 〃目本鉄鋼協会 4．1～4．3 1．黒鉛炉原子吸光法による金属材料申の極微量元素の定 材料物性量2．Ni基単総晶耐熱含金中のγおよぴγ’梱の格子定数の エネルギー養の測定3．Ni基合金の超塑性および760℃の強度特榊こ対するγ1 〃盤の影響　2）粉末のHIP材及ぴその趨塑性鍛造材の強度特一1当三嬉．粒界炭化物で強化されたγ1相析出強化型Ni基鍛造含 〃金ρクリープ籍命5．Ni基含金鋳造材，粉末HIP材および超塑性鋳造材の 〃熱膨張挙動と商漁強度に対する炭素含有量の影響6、イットリヤ粒子分散型Ni塾含金の押出材の圧締変形 〃とその再結晶7、超塑惚加工に遭したTi合金の設計 〃8．？i一互5V－3Cr－3Sn－3A1含金の電子ビーム溶接継手 強力材料の機械的性質9．海水環境における高張力鋼の腐食挙動 〃lO．商塩素チタニウムスボンジファインを用いた葉粉末混 〃含法Ti－6Al－4V含金の疲労特性1I．NトCr－W改良合金の不純ヘリウム中クり一フ被榊推 原子炉材料玉2．含ニオブスラグの炭素による溶融遼元挙動 製　　　　錬玉3．オーステナイト系ステンレス鋼のクり一プ破断特性に 材料強さ及ぽす高槻硫化腐食の影響玉4、粒界キャビティの焼結とその支配因子 〃I5、原子炉圧力容器用鋼の高滞高圧水中疲労き裂伝ぱ挙動 腐食防食に及ぽす流逮の影饗16、長期使用STBA23鋼管の内圧クリープ破断特性 ク　り　一プ玉7．SUS304及び316鋼のクリープ変形挙動の分類 〃玉8、オーステナイトステンレス鋼のキャビティ及び微細き 〃裂の焼結王9、二梱ステンレス鋼の疲労き裂伝ぱに及ぽす環境の効果 疲　　　　れ目　本　鉱　業　会 4．ユ～垂．3 1、熱処理による亜鉛精鉱および閃亜鉛鉱の誘電的性質の変化 製　　　　錬2・Pb－S－H20系電位一pR図を用いたPbSの半導体自り性 〃学・ 協会名 騎催期聞 発　　表　　題　　目 担当研究部目　本　鉱　業 会 4．1～4．3 質の闘係3I亜鉛精鉱および閃亜鉛鉱の湿式酸化速度と誘電的性質 製 錬の関係4．薄膜クロマトグラフィを用いた硫黄中閥生成物化学種 〃の検討日本原子カ掌会 4．1～4．3 1．Fe－9Cr－2Mo基フェライト系鋼の流動ナトリウム巾 原子炉材料の共存性に及ぽすV及ぴNbの添加の影饗2．炭化チタン皮膜のスパッタりング及び水素揃獲に及ぽ 〃す組成の影響溶　　接　　学 会 4．ユ5～4．17 1．才一ステナイトステンレス鋼溶按金属の凝酬11」御に闘 溶 接する研究（第一報）一パルスティグ溶搬による結晶粒の微細化一2 拡敬接含部の機械的一1炎能に及ぽす接含雰魎気の影饗 〃3 溶射申の皮膜及び母材に発生する護の測定 ’’4 SUS304ステンレス鋼拡散接含部のH茎P処理 〃5 小型試験片によって安全側のS－Nデータを得る試験法 疲 れアメリカ金属学会 5．4～5．7 Principles　as　the　Basis　o｛Improved　Machinability 金属加工of　Workpiece　Low　Alloy　Steels　with　OptimumMicrostructures、オーストラリア鉱繁会 5．1｝～5．玉3 Variation　of　Thermoe－ectric　power　of　Particulate 製 鋏アデライデ支部講演会 Pyrite　during　Oxidative　Leaching腐食防食協会 5．20～5．22 1 TiのA王拡散浸透処理とその耐酸化惟 エネルギー2 電子ビーム照射による腐食特性の改蕃 強 カ 材料3 腐食防食用熱化学データ処理システムの作成 腐食防食低温工学協会 5．27～5．29 1 化含物多芯線短尺試料の臨界電流の決定方法 極 低 漁2 応力・盃による趨電導線材の特性変化（第1轍） 〃◆短　信◆●受　災　金属嚢面技術協会論文焚　腐食防食研究部　福囲　盤，福蝪敏郎は「13M硫酸溶液申で坐成したアノード駿化皮膜の細孔申へのニッケルの電析」により，昭和62年2月20日，賞を受’けた。●海外出張　森卒功製錬研究部主任研究官　臼申共岡研究「レアメタル含有複雑鉱の総含利用に閥する研究」打合せのため、3削5日から3月29臼まで中国へ出張した。　閥圓ヨ　明　溶接研究部第2桝究室長　聯68回米国溶接学会年次大会」に出腐及び論文発表のため3月2胴から3月29臼までアメり力へ出張した。　門馬畿雄　クリープ試験音1佛三試験室長・VAMAS「材料データバンク」の将来計画に闘する打含せのため3月22日から3月29日まで西ドイツ，オランダヘ幽張した。　中村治方　溶接砺究部長　VAMAS「溶接特一陛」についての研究打合せのため，3月28臼から4月4臼までアメり・カおよびイギリスヘ出張した。　系咽　仁　極低瀞機器材料研究グループ　　　　　　第3研究グループリーダ　VAMAS国際協力における闘連研究の進捗状況および憎報収集のため3月28日から4肌0巳まで西ドイツ，方ランダ，イギリス，スイス、フランスヘ出擬した。　　　　　　通巻　第340号繍集兼発行人　　木村　良印　　刷株式会社三興印刷　　　　　　東京都新宿区信濃町12　　　　　　電話東京（03）359－38室1（代表）発行所科掌技術庁金属材料技術研究所　　　　　　東京郷目黒区中目黒2丁憂3番I2号　　　　　　電誘東京（03）7ユ9－227〕代表）　　　　　　郵便番号　153