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林 弘

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[金材技研ニュース 1974 No.7](https://mdr.nims.go.jp/datasets/b8c559ea-16d7-401d-b8ba-082303e01d91)

## Fulltext

金材技研ニュース　1974　No.7七〇ぺ．ゼEoo一一〇旦ω⊂oo○コーooo－o0＝あoωoo一］o－Eo－o何O］一〇〇一0E0fOo○蜆o〇一一〇〇一〇一蜆○眈ωEo．由≧里三…ω…Z－ooω］0f←㎜．7金属材料技術研究所ラーベス型超電導材料の研究　超電導マグネット材料としてもっとも重要な条件は液体ヘリウム温度で超電導状態の破れる上部臨界磁界H・・（4．2K）が大きいことである。最近，電気磁気材料研究部ではラーベス型化合物V・Hfが非常に高いH。。を持ち，さらにこの化合物中のVまたはHfをZr，Nb，Ta，Crなどで一部置換すると，H・・および臨界温度丁。が大巾に増加することを見出した。例えばアーク溶解で作った三元系ラーベス型化合物V－Hf－Zr，V－Hf－Nb，V－Hf－TaおよぴV一則一Cr系のH．2（4．2K）はそれぞれ240kOe，257kOe，261kOe，および234kOeに達し，いずれの値もすでに実用化されている化合物材，Nb3SnやV3GaのH．2（4．2K），220kOe，より大きい。このことはこれらの三元系のラーベス型化合物が実用的に興味ある新超電導材料であることを示しており，その線材化が望まれている。　同研究部ではこの種材料を線材化する試みとして，まずV－Hf－Zr系をとりあげた。H卜Zr合金の芯をパイプにはめ込んだ複合体をテープ状に加工したのち，拡散熱処理するいわゆる複合加工法によりラーベス相化合物テープを試作した。超電導材料として実用上重要なもう一つの条件は大きな臨界電流密度J。を持つことであるが，試作複合テープの65kOe，4．2Kで得られたJ。は4×105A／cm2で，Nb3SnやV3GaのJ。と同程度である。上記複合テープでは図にみられるように合金芯の組成が33at％Hfの場合J。，T。共に最高値を示す。この合金芯の組成は，三元化合物V・肌Zr・．工で最高値がえられる組成（X≒015）と一致しない。これはHfの拡散速度がZrの拡散速度より速いため，形成された化合物相の組成が芯合金の組成よつHf側にずれることによる。　H。。やJ。が高いこと以外にもラーベス型化合物はNb3SnやV・Gaほど機械的佳質がもろくないという長所をもつので，この線材は超電導コイルに巻き込む時取扱いカ溶易で，また強い電磁力に耐えることができると考えられる。さらにこの複合加工法は極細多芯線の製造にただちに適用できるので本材料の実用化の見通しがたてられたといえる。一方，この型の化合物は低温で結晶変態をおこし，その変態温度とT。の問に関連のあることも同研究部で明らかにされ，超電導材料の特性を高めるための基礎的研究の面からも注目されている。　　　　　　　　　　　　　　　0　　　　　　　　　　　　　　　Hf　　　V呈Zr　　　　　　　　　モル％VヨHi　　　　　　　　　V≡H1複合テープ（白丸）およびアーク溶解によリ作成した三元化合物V肚宝Zr1．茸（黒丸〕の甘とZrの組成比によるJ、とT、の変化。横軸の組成は複合テープについては甘一Zr合金芯のHf原子％を，アーク溶解試料V！m　Zr］一且についてはV！旺モル％（x）を示す。6趾o里｛4呈甘7一ク抽解宙科VHhZr■．。　　　／襟ムテーブ ＼　　　　加　　仙　　　o　　帥Z■　　　　　　原手％H｛V呈Zr　　　　　　　　　モル％VヨHi　　　　　　　　　V≡H一1一F⑧2B金属間化合物の高温における塑性　金属闘化含吾刎ま一般にもろいと雷われているが，側々の金属間化合伽こついてみると，その機械的性質にはかなりの差があり，これはどのようなすぺ＾）系が活動するかによって大きく影響される。すべり系を支酉己する機構に関してはまだ完金な理論はなく，特に篭子数の影響については実験も十分に行われていない。　化学組成がM2B（M＝Cr，Mn，Fe，Co，Ni，MoW等）で表わされる金属間化含物はいずれもCu・A－2型の結晶構造をもち，又その格子定数も似かよっている。　したがって，これらの化合物はMに当る原子を変えることにより，結縞構造は同じままで電予一原予比を変えることができ，すぺり系を電子数の立場から調べるのに都含のいい材料である竈金属物理研究都では，上記の目的のためにM・Bの申からFe・Bを選び，その塑性を研究している。　Fe2Bは体心正方構造であつ，単位格予は8個のFe原子と4個のB原子から成っている。この緒晶で活動する可能性のあるすべり転位としては、％＜u1〉，＜O01〉，＜100〉が予想され，各転位の’大きさはそれぞれ4，192A，4．2垂8A，5，109Aである。　600℃においてFe．B単結晶を［u玉コ，［uOコ，［O01コの各方位に圧縮して，それぞれについて応力一ひずみ曲線を求めた（図1）。この図からわかるように応力一ひずみ曲線は圧締方位により顕蕃な差が現われた。すなわち，山1コ方位に圧縮した場含は，25㎏／m㎜2で峰伏し，その変形は〈00玉〉転位による単一すべつであった。一方，＜001〉すべりに対してせん断応力を生じなかも活動した＜O〇五〉転位が1種類しかないのに対して，この転位は4方向に等悩であるので，この転位が働けぱ塑性変形ははるかに容易に壬る。したがって，どのような条件下でこの転位が活動するかは今後の輿味ある課題である。　各潮変においてFe．B単緒晶を［m〕方位に圧縮した場含（＜001〉転位が働く方位）の応力一ひずみ1独線には以下にのべる特徴がある。600℃以下では加工硬化の小さい平坦な変形曲線を示し、60ぴCと700℃の間では顕著セレーションが現われた。700℃以上では降伏後に応力は大きくゆるやかに低下した。すべりは全実験漱度においてすべつ面が（工互O）、すべ1）方向が〔001〕の単一すべりであったが，すべり線は7θ0℃以下で粗であるのに対し，それ以上ではかなり密であった。降伏応力は600℃以下およぴ700℃以上の温度域において温度の上昇に伴って急激に低下するが，600℃と700℃の間では図2に見られるように峰伏応力の逆潮変依存性が現われており，この溢度は融点のほぼO．55倍であった。降伏応力が瀞度の上昇とともに増加する現象は他のいくつかの金属問化合物や合金について認められており，その原困として規則化によるものや溶質原子によるものなどが考えられているが，本例の場含は拡散により転位に流れ込んだ溶質原子と．転位との欄互作用によるものとして説明できる。い［uO〕およぴ［001〕の各方位に圧縮した場含には，82kg／㎜㎜2および124㎏／㎜m2と非常に高い応力に　毛おいて降伏することなく破壊した。5このことからこの瀞度では％くn1〉およぴ＜100〉転位は活動しないと　姪締論できる百　この圧縮試駿において活動しなかった％＜11i〉転位はバーガスベクトルの大きさが最小であり，し1彗o 拮o［ool〕50㌘竃㌔lo邊 豊仰壬110〕　　1％ ） ■〕 h、茗o讐昔o 峯20lll1］ 鎧loひ　ず　み　　　　　　　　　；o丑　　　信o冊　　　700　　　邑oo　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　概　　痩　（℃〕図1　F帥B単織一鍬の方位依存性（C）図2　降伏応力の温度変化一2一高速炉構造材のクリープ破断特性　高速増確炉の研」光開発はナショナル・プロジ・ニクトとして，動力づ1」三・核燃料1粥発事業団を中心に進められているが，クリープ試験部では，同事業団との共同研究として高逮実験炉“常陽”の炉容撒相当材のクリープ破断特佳を調べている。　高速炉の炉容播，一次冷却系配管，およぴその他の機器などの高濫構造部材としては、主にオーステナイト・ステンレス釜岡SUS304およぴ316が用いられる。しかし、わが国では高一速炉のような苛酷な条件下で使用される大形曝板ステンレス鋼製溶接構造物の製作経験は乏しいので、厚板ステンレス鋼およびその溶接継手の商汎強度，とくに長時閲のクリープ強度について設蕎十・施工の基準となるような材料データを螂梅して構造物の安全性を保証し，その信頼性を高める必要がある。　建設中の高速実験炉“常陽”の炉容雑材である板厚25㎜のSUS30蝸P（18Cr－ONi）を採り上げ，500℃，550℃およぴ600℃において母材，溶接継手および溶接金属（繭繭サブアーク溶接のまま）のクリープ破断試験を行ない，設計コードの基準値と比較した（第一次試験）。さらに炉容播のノズル部などのように応力集申部がある場合のク3トプ破断挙動には未知の部分が多く、設計データも非常に少ないので、鵜二次試験ではやや成分の異なる304ステンレス鋼厚板の母材と溶接継手のそれぞれについて，クり一プ破断強さにおける切欠の効果を調べた由切欠クり一プ破断試験は平行部律6㎜φ，標点距離30㎜の平滑試験片と対応させて，平行部径D颪9㎜，切欠都径d＝6㎜（θ竺6ぴ，　　　ω　　？　　　　　、＼　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　砒性ボo〕　　　八㌔　　　　　　三〇0　　5ヨo　　日oo　　　　　　　　　，　　　6，　　　Io茗　　　　　　　　1o茗　　　　　　　　　10－　　　　　　　　loヨ　　　　　　　　　破　断　ヨ嵜　閥（hr）図1　　30垂ステンレス鋼厚オ反のクり一一プ破幽〒言式験結果　　　（’正詮材と溶接継手の比較）ρ・＝O．16㎜，応力集申係数α＝4．1），平行部距離30㎜㎜の切欠試駿片を用いて50ポ，550、，60ポおよび650℃で行なった。　図1は第一次試験の緒榮の一部である。母材にくらぺて溶接継手のクリープ破断強さはかなつ劣っておつ，破断後の仲ぴも長時閥側では母材が20％以上を示しているのに対し，5％以下であった。なお溶接金属は溶接継手と同じかあるいはわずかに高いクリープ破断強さを示した。燭1材と溶接継手が同じ破断時間を示す時の応力の比でクリープ破断強さの溶接継手性能をみると，長時閲側では0，75程度まで低下した。この点に関しては溶接材料および溶接施工条件を変えた確認試験が行なわれ，低入熱にしてパス数を増すことにより溶接継乎のクリープ破断強さはかなり改善できることがわかった。　母材に切欠を入れた場合は予想されたように，切欠材のクリープ破断曲線は平滑材にほぼ平行でかなつの切欠強化が認められた。溶接継手では図2のように短時閥商応力領11で著しい切欠強化を示し，切欠材のクリープ破断曲線の傾きは大きいが，長時間側においても切欠材のクリープ破断強度は平滑材に比べてやや高い。　以上のように溶接継手のクリープ破断データは，種々の溶接条件により大きく左右されるので，今後の諜題としては，長時間におけるクり一プ破断強さと延性を保証するためのデータの蓄積をさらに進める必要がある。　　　　〃　糾　　　　　　ヨo□　　ヨヨo　　拮oo　　砧o　　　　　　　　1Oヨ　　　　　　　1，　　　　　　　iぴ図2　30垂ステンレス鋼溶接継季のクリープ破断試験繍梁　　　（平滑材と切欠材の比較〕一3一受託研究の成果　当所は，科学技術庁設置法（紹和31年法偉第49号）第工8条第1項第2号ならびに科学技術庁受託研究規定（昭和36年訓令第36号）に墓づき，36隼度から民間企業等からの受託研究を開始し、48年度までに99件を数えるに至った。　最一近2年間における実績は表のとおつであつ、研究を内容的にみると，材料部門2件，強さ部門7件，冶金技術部門10件，加工技術部門5件の計24件となっており、受託研究を闘始した36年度から46年度までの11隼問に実施した75件に比べ大欄に件数が増加している。…方予算面においても、45年度は1，020千円であったが，46年度は2，218升「り、47，48年度はともに2，292千円と増加の傾向にある＝　なお，受託研究の成果として48年度に初めて材料部門で特許申請に至るなど，その工業化，実用化に顕著なものがでてきた。表　最近2年敵二おける受託研究の実績年度 研　　　　　究　　　　　題　　　　　　目 担・当研究部年度予算額け・1・ヨ1〕47 1．特殊鋼の凝固とミクロ偏析に関する研究 製　錬　研　究　郷 2．2922．新型転換炉庄力管等の腐食試験に関する研究 腐食防食研究都3．鰯，ニッケル鉱の湿式処理に関する研究 製　錬　研　究　部4．アルミニウム，鉄被合材料の陽極酸化に関する研究 腐食防食研究部5．銅電解に関する研究 製　錬　研　究　部6．i鶏遼炉用蒸気発生耕伝熱管のナト1」ウムー水反応による損耗に関する研究 腐食防食研究藷1三7．冷闘圧延中の熱の移動に関する研究 工業化砺究都8．H型鋼の曲げ疲れ特佼に関する研究 疲　れ　言式　験　部9．簿板材の引援り疲労強度に関する研究 疲　れ　試　験　都10．粉末圧延法によるチタン薄板の製造に関する研究 製造冶金研究都11．エンジン排気弁の疲労強度に関する研究 材料強度研究部12．商濫用サーモモジュールに関する研究 電気磁気材’料研究郡唾8 1．特殊鋼の凝固組織とミクロ偏栃に関する研究 製　鎌　研　究　都 2，2922．高漱燭サーモモジュールに関する研究 電気磁気材料研究部3．ニッケル溶錬への衰空吸上げ精製の応用に関する研究 製　鎌　研　究　部4．新’型転換炉庄力管等の腐食試験に関する研究 腐食防食研究部5．アルミー銅系焼結含漉車曲受に関する研究 製造冶金研究部6．ステンレス猫板溶接継手の疲れ特牲に関する研究 疲　れ　試　験　都7．タービンディスクヰォの級サイクル疲れ試験に関する研究 疲　れ　言式　験　部8．アルミエウム材’料の硬質陽極酸化に関する研究 腐食防食研究部9．13Cr一％Mo鋼の織濫推れ強慶に及ぽすオーステナイト緒晶粒度と非金属介在物含有髭の影饗 疲　れ　試　験　部10．’連統製鋼炉漸酎火物の’最適化に関する研究 工薬化砺究部11．燦緒部［畏凋アルミニウム粉末の性状に関する研究 製造冶金研究都12．アルミエウム含金の溶接継手の長時闘疲れ強さに関する研究 疲　れ　試　験　都特許出願速報 昭和48年10月30日～49年3月31日出願日 出願番号　　　　炎　明　の　名　称 出願B 出願番号 発　明　の　名　称迅8．12．27 1杢4251　金型鋳造踊鋳鉄の溶解法 49．2．2 13308 錫の電解製錬法〃 144252　金製鋳造用鋳鉄の溶解法 〃 13309 金属の電解採取法〃 至44253　金属硫化物の電解製鎌装置 49．2、工9 19G97 熱電素子の製造法〃 工4垂254　金属硫化物の電解製錬装置 〃 ユ9098 高衡撃値を有する低含金鋳鋼〃 14杢255　趨強力鋼の製造方法 49．3．8 26旦9垂 オーステナイト耐熱鋼の力旺熱処理法48．12．28 64　グロー放電を利用した固相接合湊 49．3．15 29G13 粉鉄鉱石の連統的流動遼元法49，2．2 13305　アルミ・・ウムおよびその含金の陽極 49．3．22 31535 放工性の優れた銅添加フェライト系ス酸化法 テンレス鋼板の製造法〃 13307　篭磁誘導検査の欠陥僑号処理の方法 49．3．30 35174 紙見掛密度銅粉の製造法妙短　信妙　　　　⑧人轟異鋤（昭和49年7月王日付）　　　　　　　　　罫任　科学技術庁原子カ局規制諜安金審査管理官 永蘭　徳雄（原子炉材料研究部原子炉材料研究室長）綴集兼発行人印　　　　刷適巻第187号　　　　　林　　　　　弘株式会社ユニオンプリント東京都大蜘区中央8－30－2電話　東京（03）753－6969（代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　　東京都良黒区申目黒2丁目3番呈2号　　　　　　　　電話　東京（03〕7ヱ9－2271（代表〕　　　　　　　　郵便番号（153）一4一