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[NRIMNews1978-02.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/b7567506-80a9-444f-b115-a8a56e331448/download)

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保坂 彬夫

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[金材技研ニュース 1978 No.2](https://mdr.nims.go.jp/datasets/416b9561-00b3-4d36-a721-efe2d2931dc4)

## Fulltext

金属技研ニュース　1978　No.2i〇一．ゼE①o一一〇＝蜆⊂○箏○コーooo－o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－o呵o］一〇〇〕’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－ooω］o〕f←■1SUS316鋼の真空中疲れ挙動1、　核融合炉の第一壁は超高温のプラズマに直面し，　小さい。また疲れ亀裂の伝播は800℃の高温におい高エネルギーの中性子による照射損傷に加えてパ　　ても粒内割れが支配的であリ，ストライエーショルス的な運転による熱衝撃と繰返し荷重を受ける　　ンの形成は大気中ほど明瞭ではない。と予想されている。このため，第一壁の設計には　　　このように真空中では，大気中にくらべて疲れ真空中および冷却材環境中における材料の高温疲　　損傷の感受性が小さく疲れ寿命は伸びる傾向にあれ挙動を十分把握しておく必要がある。　　　　　　って，原子炉構造物の設計基準として採用されて　原子炉材料研究部では，第一壁材料の候補とし　　いるA　S　ME　Code　Section1nの疲れに関する設て注目されているS　U　S316鋼ならびにNb，Moな　　計曲線は一応安全側にあると考えられる。しかしどの高融点金属およびその合金について真空中の　　実際の核融合炉ではもっと高サイクルになると予高温低サイクル疲れ試験を実施し，材料の疲れ挙　　想され，また熱衝撃や温度およぴ応力の保持によ動に及ぼす雰囲気効果を調べている。ここにSUS　　るクリープ効果，さらには照射効果などが重畳す316鋼の結果を紹介する。　　　　　　　　　　　　るため，核融合炉の環境条件を勘案しつつ材料特　疲れ試験は真空槽を有する油圧サーボ方式低サ　　性を明’らかにして行く必要がある。イクル疲れ試験機により6．7×10■4Pa（5×10’6Torr）の真空中で行なった。図は結果を塑性ひずみ幅一破断繰返し数の関係で整理したものである。図にみるように，真空中においてもひずみ速　　壁度および温度が一定の条件ではいわ　　ぐ　　　　　　　　　　　　　　　　　一←ゆるManson－Coffinの関係が成立す　　　　　　　　　　　　　　　　　6001る。大気中の結果とくらべて特徴的　　製なことは，明瞭な温度依存性を示さ　　覇ないことで，大気中では高温酸化による疲れ寿命の低下が著しいのに対して真空中ではほとんど低下しない。同様の傾向はひずみ速度依存性にも　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1O・認められ，550℃を除き高温真空中の　　　　　　　　　　　　　破断繰返し数破断繰返し数のひずみ速度依存性は　　　　図　SUS3工6鋼の塑性ひずみ幅一破断繰返し数の関係　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（注　大気中の結果は疲れ試験部のデータによる）0.1 (~~~~i~:J~**= 5 ><1 -3 -i sec _~**~~~ ~k!,(~ ~1( i_ii i ~d:'･ ~ITSi,~! o (1) 5 5 crC , (2) ¥o. 8L +~¥ A ~~~ 7 o c f C A (3) 80cfc A (4) O. O1 ¥ ¥ .eo ¥ A *,~~¥:~~¥:~~¥(2 ) (4) (3) o ~ ( . 1) ~¥ , O . OO1 102 103 104 105 一1一一方向凝固共晶合金　ガスタービンエンジンではガス温度を高くすれぱするほどエンジンの効率が良くなるため，年々ガス温度は高められ，使用する材料にはきぴしい条件となってきている。現在使用されているNi基，Co基の超合金では，その耐熱強度の限界に近づいており，今後大巾な性能向上は期待できない。そこで最近一方向凝固共晶合金が耐熱材料として注目されてきた。共晶含金を一方向から凝固させると，凝固方向に整列した微細な2相組織が得られる。この一方向凝固共晶合金の組織は，一般には軟らかくじん性のある相と硬い強化相から成つており，融点近くの高温まで安定であるため，高温ク■」一ブ特性のすぐれた材料が得られる。この材料をタービンブレード等に使用すると，エンジンの使用温度を一挙に70℃も高める可能性があると期待されている。　材料強さ研究部ではNi基，Co基，Fe基の一方向凝固共晶合金の研究を行っている。Fe基については，Fe・Fe2B共晶合金にTiを少量添加し，組織および機械的性質がTi添加によって受け’る影響について調べた。　よい一方向凝固組織を得るには凝固条件が重要になってくる。固液界面における温度勾配をG，凝固速度を〃とすると，一般にG／ツが大きくなる写真1　一方向凝固したFe・Fe呈B合金の縦断面　　　組織≧禦嚢祭　　　　　　　　徽一驚1簑くぷ1嫁ヲ　　　　　　　　　　　　　虫’’縦　　　　　　　　　　　　　　　　　妙写真2　一方向凝固したFe・Fe2B－0．5％Ti合金　　　の縦断面組織につれ，不整列組織から整列したロッド状，ラメラ状へと変化する。したがってGを大きくすることが大切であり，一方向凝固炉は試料の上部を加熱し，下端を水冷した銅盤に直接接し，高い温度勾配が得られるように設計されている。写真1にFe・Fe2B共晶合金を6㎝／hrの速度で一方向凝固したものの縦断面の組織を示す。凝固方向によく整列した組織であり，これは1～2μmの大きさのロッド状とラメラ状の混在した組織である。次にこのFe－Fe2B共晶合金にTiをO．5％添加し，同様な条件で一方向凝固させたものの組織を写真2に示す。明らかにTi添加により共晶組織は粗大なロッド状に変わっている。Ti量を1％，1，5％と増しても，組織はTi　O，5％の場合とほぼ同じであり，したがってごく少量のTiが一方向凝固組織に重要な影響を与えることは明らかである。　次にTi添加による機械的性質の変化について，図1に引張り強さと泪し度の関係を示す。低温と高温ではTiの影響は逆になっている。つまり，12℃ではTiを含まない合金の強さが1240N／㎜2（126㎏f／㎜2）であるのに対し，TiをO．5％含む合金の強さは730N／mm2（74．5㎏f／m㎜2）であり，Ti添加により弱くなっている。一方，80ポCではTiを含まない合金が380N／㎜2（39kgf／㎜2）であるのに対し，TiをO．5％含む合金は580N／㎜2（59㎏f／㎜2）であり，Ti添加により強くなっている。機械的性質におよほす影響について，2つのことが考えられる、第1は固溶体硬化や析出硬化のように添加元素がマトリックスやファイバーの強さに直接影響する効果であり，第2は組織変化等による2次的効果である。低温でTiを添加した合金が弱いのは明らかに組織が粗犬になったための影響である。高温では組織の影響は顕著ではなくなり，複合体本来の強さが現われる。このことは第3元素添加が高温において有効なことを示し，今後実用面への貢献が期待される。　　　　　温度（℃）図1　一方向凝固したFe・Fe2B　　共晶含金の引張リ強さ。一2一ニッケル基耐熱合金（ハステロイX）中析出炭化物の組織観察による分析　合金中析出物の分析は，従来，試料から電解あるいは化学的に抽出した析出物について物理的，化学的手法によって同定し，析出物の量を調べている。しかし，これらの方法では析出物を抽出する際に，析出物がいくらか溶解してしまっため，全析出物量を分析することは困難である。しかし，合金中析出物をバルク状態で分析できれば，抽出法に見られるような析出物の損失は避けられる。そこで金属化学研究部ではハステロイX・リアクターグレードを試料としてバルク状態での析出炭化物の定量分析を試みた。　ハステロイXの析出炭化物はBr一メタノール抽出法により抽出した析出物のX線回折結果からM6CとM23C6の2種類であることがわかっている。カーリング液（2．5g　CuC12＋50m　lHCl＋50ml　CH30H）でエッチングした試料中の析出炭化物を走査型電子顕微鏡による2次電子像で観察すると写真1のごとくM6Cは白く，M23C6は黒ずん葛㌶ヒニ㌶㌻M㍍㌫C二㍗㌫ζ二楓篇鴛㌶㌦以果からM6CとM23C6の体積比を決定する。100ぴCで1000時問時効した試料中のM6CとM23C6との面積比はO．19±O，06およびO．81±O．06であった。試料中の全析出物の面積率は2．37±0．17％であった。したがってこれらの結果より析出物の体積率はM6CがO．45±O．17％，M23C6が1．92±O．28％である。この値を重量卒になおすためには合金および二種の析出物の密度を決定する必要がある。まず，EPMAを用いて析出物の組成の決定を行った。M6Cは（M02．25Wo．12Cr1．54Fe　o．6呂Ni1．42）C，M23C6は（M02．72Wo．20Cr17．26Fe　o．g8Ni1．82）C6であった。両者とも立方格子であり，単位胞中にM6Cは96個，M23C6は92個の金属原子を含んでいる。M6CおよびM23C6の格子定数が11．08Aおよび10，66Aであることを利用して計算によりこれらの析出物の密度を求めるとそれぞれ8．81および7．85であった竈一方，合金の密度は実測により8．34であった。以上の結果より重量率はM6CがO．48±O．18，M23C6が1．81±O，26と決定された。　ここではハステロイXについて説明したが，インコネル617の析出炭化物も写真3のごとく区別することができる。したかって他のニッケル基1耐熱合金への応用も可能であると考えられる。’’」」　’’　　　」’■ ＝’’将　’’’’’’｝　」鋤一．爵’一←当舳．’．・’’’｛　写真1　ハ又テロイXの走査型電子鍬微銚に　　　　　よる2次電子像（1000℃／1000hr）　　　　1．。’／ト灯！二。。　イ＼トー、．ツ！、　　　　　　　　　　　　　　　葦oら！・；，、　　　　。、ドび　ハ。　　　　㌧．入な≒÷　。ξノ〉＼／．、、　ノ卒　写真・2　ハステロイXの光学顕微鏡像　　　　　（100ぴC／1000hr）　写真3　インコネル617の走査型電子顕微鋭　　　　　による2次電子像（900℃／1000hr）一3一【特許紹介】被溶接物の嚢側と裏側～：の雰囲気圧力差をつくる装置　発明者稲垣道夫，岡蘭明　特許番号　第847254号　公告番号　昭51－28θ63昭和51年8月17日噴流ガスで溶接部溶融金属を保持して行なう片面裏波溶接法　発明者稲垣遭夫，閥田明　特許番号　第847255号　公告番号　昭51－2θ98I　日習棚1隼6月29日　裏あてを周いない片面アーク溶接の場含裏波ビードの形成は不安定で一般にその制御はむずかしいが、特許第558462号（「被溶接物の表側と裏側との雰囲気圧力差による片面裏波溶接法」）によって裏波ビードを制御し安定に形成させることができる。　本発明はこの方法を効果自勺に実施するための装置であり，雰囲気圧力差を種々の外乱に対して一定に維持したり，また必要に応じて所望の値に敏速に変化させるために，液体中でのガス放出の原理を応用した装置である。　図1は水平固定管の円周突含せ溶接における実施例を示したもので，被溶接管1の両端を栓19で封じ，一方の端の栓から2方電磁弁20を通してアルゴンガスボンベ4などから構成されるガス送給機構に接続される。他の端からは3方電磁弁21を通し，それぞれ液槽14、管9，9’から構成されるガス放出機構および密閉液槽16、管15，玉7および真空ポンプ18などから構成される排気機構に接統される。水平圃定管の溶接においては溶接の進行にともない溶接姿勢が変化し，例えば溶接トーチ2が管の上部にあるときは溶融金属に重力が作溺し裏波ビードはふくらみ，逆にトーチが下部にあるときは裏波ビードはへこむ回そこで各溶接位置に応じて電磁弁20，21，22および23を適時に切換ることによって，所望の雰囲気圧力差を安定に維持させることが可能であり，全周にわたって均一なビードを精度よく形成することができる。20　この発明は片面アーク溶接において，裏あて（鍋裏あて，フラックス裏あて）を用いず，噴流ガスの動圧を利用して溶融金属を保持し，均一で安定な裏波ビードを形成する方法である喧　既に溶接部の溶融金属面の表側と裏側との雰囲気厘力差（欝圧の差）による溶融金属の無接触保持方法については特許第558462号を提供しているが，本発明の方法は溶接部の近傍の静圧を容易に制御できないような溶接構造物，例えば溶接部がきわめて長い場含あるいは開先のルート間隔が大きい場含などに適用することを目的としている。　図2は本発明の最も簡単な実施例を示すもので電極4と被溶接物2との間に発生させたアーク5によって被溶接物は溶融し溶融金属6が生じる。　本発明ではガスノズル1により溶融金属へ噴流ガスをあて，その動圧により溶融金属を保持するとともに動圧を適当に変化させることによリビードの余盛高さを制御することを可能にする方法である。　ここで上向き溶接の場含溶融金属を裏側から保持するには負の圧力が必要となるが，このような場合には溶融金属の属囲に噴流ガスを円錐繭状に外側に向けて噴出させると噴流ガスで囲まれた部分の内部圧力は負圧となる曲このように噴流ガスを溶融金属の周囲に円筒面や円錐函状ドあてその内部圧力で溶融金属を保持することも可能である。図の記母は図116378910電　流　計憤流ガスボ　ン　ベ減　圧　弁流最調節弁56㍑　　／｛〆1　　9827＿　　10　　　　　　／r・図2　　　　　　　通巻　第230号編集兼発行人　　保坂彬夫印　刷株式会社三興印刷　　　　　　東京考I…妾斤布彗区f喬芋農贋T12　　　　　　電誘　東京（03）359－3811（代表）発行所　科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京都竃幾区中目黒2丁冨3番12号　　　　　　　　　東京（03〕719－2271（代表）　　　　　　　垂繁　　寸堕　　老…二　　号　　　153一・4一