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[NRIMNews1981-02.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/d0140939-dd02-40ef-9510-13c75a4cd1ed/download)

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吉沢 慎介

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[金材技研ニュース 1981 No.2](https://mdr.nims.go.jp/datasets/7bc0aa65-66d4-41f6-afe3-a8b967857ccc)

## Fulltext

金属技研ニュース　1981　No.2i〇一、ゼE①o一一〇＝蜆⊂○箏○コーooo－o〕o＝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］o〕f←。・＝　一’’．●　　．　　■，＝ρ冒、1・、雀醐織・原子炉の信頼性を高めるために　　原子炉環境下の応力腐食割れ　1974年秋，米国の沸騰水型原子炉（BWR）で水漏れ事故があった。これは，ステンレス鋼で作った再循環水系配管が，応力の残っていた溶接部付近でひび割れを生じた，いわゆる応力腐食割れであった。この事故をきっかけにして，BWRに使用するステンレス鋼の応力腐食割れの研究が内外において精力的に進められ，各種の割れ防止対策が開発されて，その一部はすでに実際の原子炉に適用されている。さらに，BWRの長期的安定性，すなわち信頼性を高めるために，稼動中の原子炉にできるだけ近い状態を再現する試験条件を設定して，割れの原因の追求とそれに対する恒久的な対策の研究も進められている。　腐食防食研究部においては，定常的に運転されているBWRの環境を再現するような試験条件においてステンレス鋼の応力腐食割れを調べ，配管の周方向だけに応力が働いている場合よりも，周方向と軸方向の二方向に応力が働いている場合（二軸応力という）のほうが，著しく割れやすいことなどを明らかにしてきた。一方，実際の原子炉において割れの発生と原子炉の起動・停止の回数工の間に相関性がみられたので，定常運転を再現する試験のみでなく，起動・停止時の過渡状態を再現する試験が必要であることがわかった。　したがって，実際の原子炉に使用されていて割れを起こしたものと同じステンレス鋼を試料として、溶接の際に熱を受けた部分と同じ組織となるような熱処理を施した後，高温高圧水循環試験装置を使用して，実際の原子炉の起動・停止時における条件（水温，溶存酸素濃度，および応力）よりも苛酷な条件を組み合わせた試験を行った。その結果，上記の三因子の中では繰り返し泪止度変化の場合が，最も割れが生じやすいことがわかった。　図は，溶存酸素濃度および応力を一定とした場合に，水温の条件が破断寿命に及ぽす影響を調べ．た結果である。定常運転状態を再現するために水温を290℃一定に保った（a）では，平均破断時間が600hであるが，過渡状態の繰り返しを再現するために水温を145～290℃の範囲で変動させた（b）では，平均破断時問が250hに低下している。以上の研究から，BWRにおける割れが起動・停止時の水温変化によっても促進されることが明らかになった。今後割れ防止のため，さらにきめ細かな研究が必要と考えられる。明　　5　　1　　　　ヨo　1m　　　　　5m　］㎝o　　　　　破断時問　（』〕図　304ステンレス鋼のBWR環境条件下に　おける破断寿命の対数正規プロット1鋼の焼入性試験における熱間加工条件の検討　鋼材の焼入れにおいてどの程度の深さまで硬化するかという性質，すなわち焼入性を試験する方法として，JISには一端焼入方法が採用されており，試験値のばらつきを小さくするために試験条件を適正化する努力が続けられている。供試材の採取方法については，1977年の改正で，元の直径が32mmをこえる場合には直径30mmに鍛造または圧延して供試材とすることに変更された。そして，鋼種によっては鍛造温度が試験値に影響する場合があるので，鍛造作業を一定条件で行うように注意する必要があることが解説に述べられているが，その詳細については今後の検討課題として残されている。　鉄鋼材料研究部ではこの問題を解明する目的で，焼入性に及ぼす熱問加工条件の影響およびその原因について検討を行った。JISのSCr440に相当するCr鋼を用いて，表に示すような条件で熱間加工を行った。熱問加工後，焼ならしを施した後に焼入性を調べた結果を表に示す。表中の硬さは，一端焼入試験片の焼入端より15mmの距離に相当する冷却条件で，焼入温度（845℃）から冷却したときの狽11定値（この値が大きいほど焼入性が大きい）を示しており，熱問加工のための加熱温度の影響が大きく，加工過程の影響は小さいことがわかる。そしてこのような焼入性の変化の主な原因は，表の結果にも示されているように，焼入温度に加熱したときのオーステナイト結晶粒度が，熱間加工条件によって変化することにあることが確かめられた。　オーステナイト結晶粒度の変化は，鋼中のAlNの挙動と密接に関係していた。まず熱問加工のために加熱した際に，鋼中のA1Nは1250℃×30min加熱ではマトリックスに完全に固溶したが，1050℃×30min加熱では完全には固溶せず，O．01％のAINが未固溶のまま残存していた。これらの試料を熱問加工した後に焼ならしのために870℃に加熱すると，AlNの再析出が起こってAlN量が増加し，両試料ともほぽ同様（O．017％）になった。しかしその析出状態は写真に示すように，1250℃加熱試料の方がかなつ微細であった。このように微細に析出したAlNはオーステナイト結晶粒の成長を抑制する効果が大きく，結晶粒径を小さくする。そして焼ならしにおけるオーステナイト結晶粒度は，焼入れのための加熱においてもほぼそのまま引きつがれ，表のような結果になったのである。さらに，A1を含有しないCr鋼においては熱問加工条件を変化させても，焼入温度におけるオーステナイト結晶粒度ならびに焼入性に変化が認められなかったことは，上記の結論を支持している。　このような結果から，焼入性試験における試験値のぱらつきを小さくするために，供試材を用意する際の鍛造または圧延においては，加熱条件，特に加熱温度を明確に規定することが望まれる。加熱温度としてはAlNが完全に固溶する温度が適切であろう。表　Cr鋼の焼入性およびオーステナイト　結晶粒度に及ぽす熱間加工条件の影響熱問加ユ条件 オーステナイト硬　さ加熱温度 圧延開始 圧延終了 （H・）結晶粒度‡‡（℃） 沮度（℃） 温度（℃） （J工S　No．）ユ250 1030 452－463 9．81250 1050 970 463－466 9－6加　工　な　し 455－471 9．51050　　　960 503～513 8．51050 1050　　　820 495－509 8．5加　工　な　し 499－522 8．3‡30min寸呆斗寺岬焼入温度に加熱したこきの粒度A1o　．　　・ク　　　ε㌻㌦一　　　○㌔ジUl’．…，．1・1■1・1ぺ・」　　　　ぺ　　　　　　　…、∴童・・一’　　　　　ぶ1，＾　　　　　　　㌔、・・　　　　　H三Hい・之．：辻∵、’∵　A：1250℃加熱圧延　　　　B：1050℃加熱圧延写真　熱間加工後，焼ならし温度（870℃〕に加熱　　したときのA1Nの析出状態（抽出レプりカ）一2一表面部を低膨張材とした鋳造用金型材の開発　鋳造用金型（以下、金型と略す）が鋳造時に熱ひずみにより変形すると，鋳造される製品の寸法精度の低下あるいは鋳張りの発生などを生じて，金型鋳造の特徴を阻害することになる。特に注湯温度の高い鋳鉄の金型鋳造の場合には，この熱変形に対する対策が必要とされている。　金属加工研究部では，熱変形に対して祇抗性のある金型を開発するために，金型の表面条件と熱変形挙動との関連について研究を進めている。　金型の熱変形には金型材の熱的，力学的性質が複雑な形で影響を及ぽしているが，金型表面部の熱膨張を少なくする方法が有効である。この方法にはa）表面部の温度上昇を防ぐ，b）表面部に熱膨張係数の小さい材料を選ぶ，の2通りがあるが，ここでは後者の方法によることにした。すなわち，金型の表面部だけが低膨張材となるような材料を調製し，熱変形試験を行った。　低膨張材として（A）インバー（37．4％Ni），（B）インバー型鋳鉄（2，6％C，1．24％Si，1，OMn，36％Ni，3．6％Cr），および（C）ミノーバ鋳鉄（2．3％C，1，3％Si，O．6％Mn，34．7％Ni）の3種類を選び，鋳包み法によりこれらの低膨張材がねずみ鋳鉄（FC25）の表面に所定の厚さ（1，3，5mm）になるように試片（厚さ1Omm）を調製し，この試片を組込んだ試験用金型に鋳鉄溶湯を鋳込んで試片の反りぐあいを測定する熱変形試験を行った。　写真は，鋳包み境界部の顕微鏡組織写真で，表面部の低膨張材と裏側部のねずみ鋳鉄との問には特別に不連続な部分が見当たらず，鋳包み接合は完全に行われている。　図は，表面部の低膨張材の厚さと熱変形量との関係を示したもので，熱変形量は，試片の表面に低膨張材が存在することにより減少し，その低膨張材の厚さが厚くなるほど滅少する傾向が認められる。その傾向は，低膨張材がインバー（A）およびミノーバ鋳鉄（C）の場合には顕著であるが，インバー型鋳鉄（B）の場合はそれほどではない。ここで用いた3種類の低膨張材の室温の熱膨張係数はいずれも2×10－6／℃程度で，ねずみ鋳鉄の熱膨張係数10～11×10－6／℃と比較してかなり小さいが，これらの低膨張材でも高温になると熱膨張係数は増大する傾向があるので，高温における熱膨張係数の変化も考慮する必要がある。　以上の結果から，金型表面に熱膨張係数の低い材料を存在させることにより、金型の熱変形特性を改善させうることが明らかになった。これを金型の熱変形が問題とされている鋳鉄の金型鋳造に適用すれば効果的である。低膨張材十鋳鉄写真　鋳包み境界部の顕微鏡組織　　（5％ナイタル・エッチ．×50）目目□「瑚船制癌11I5低膨張・材、＼ の““＼＼　、、種類，、B1．O、、、、、、、CO．5 一A　　　　　0　　　　　　　　　　5　　　　　　表面部の厚さ，mm図　表面部の低膨張材の厚さと熱変形量との関係【特許紹介】ジャィァント・パルスレーザー光による　　　　溶融物質の直接分析装置発明老　毘崎　太，高橘　務，番胴好婁公　告　昭和54年4月7蘭　昭5ト7593特＝日召和54年1蝸30日第975510号　この発；凋は溶融物質，特に高淑溶融物質を随接分析するためのジャイアント・パルス（以下G．P．という）レーザー光を励起鴻1とする発光分光分析法の分析精度，正確度をr禽1」二させるための装滋に関するものである。　溶融物質をGIP、レーザー光により衡接分析する場含，一般に対象とする溶融物質上の空閥に溶融物質に起因するガス，楽気スラグなど溶融物質とは組成の異なる物質が生成し，この物質が分析値に彩響を与える。例えば，溶鰍鉄咋の諾元素の直接分析においては，溶融鉄表面に発生するガス、燕気，スラグがスペクトル線強度，特に炭素のスペクトル線強度に影響を与え，分析精度，正確度が低下する。　G．P．レーザーによる従来の薩接分析装澱では，大気申に溶融物質表磁が㈱放されているか，あるいは筒状の採光管を閑いて不活性ガスを溶融物質表蘭に流して，G．P．レーザー光を顯射しているが，これらの裟澄では溶鰍物質表爾上のガス，蒸気，スラグを有効に除去できないため十分な糟度，正確度が得られなかった。　この発；サ…は，従来方淡による上記の欠一煮を解決するために，先端に開口を有する先舳）の採光筒を分光器の励起光燐入鷺にとりつけ，不活性ガスをこの採光管より噴幽させて溶融物質上に存姦するガス，熊気，スラグを吹き飛ばすようにして，精度，正確度の肉上をはかったものである。　この装畿によれば溶融物質を迅速にかつ商糟度に分析することが可能で，特に逮統プロセス綿11御用に，発光分光分柳法の多元素同時定錐性の特徴を生かして，多方魎のプロセスに適照できる。　　　　水溶自硬性鋳型の製造法発明者　牧〔1利貞，村松　晃，倉部兵次郎公　皆　昭和54年5月30日　日召54－13407特許昭和54年旦2月27冒第981744一般に小型鋳物には珪砂にベントナイトを酉己含した生狸，大型鋳物には水ガラスなどの無機質粘結剤またはフラン樹脂などの有機質紬結剤を用い，鋳物の曽璽に耐えるために強固な鋳獺を燭いている。いずれの場含も，商溢に麟された部分は変質し鍛ばらしを困難にする。そのため，型ぱらし時に粉塵，振動，騒音，悪奥を生じ作薬環境を著しく悪化させる。特に，大型鋳物の場含この蜘旬が藷しいむまた、変質した鋳型砂は蒋生が脳雛であるため，廃棄されるが公害源となっている。　本特許はこのような背策をふまえて，特に大型鋳物を対象にし，水溶性孝■蟷斉1」を用いて鋳込後水により容易に型ばらしのできることを目的にしたものである。　鋳型材としてはアルミナ砂100部に対し，リン酸カりウムまたはりン酸ナトりウム1－5部，アルミン酸力りウムまたはアルミン酸ナトりウム玉～10部を配含し，さらに破化剤としてアルミニウム粉末O，2～5部添加している。この鋳型はアルミニウム粉宋がアルカリ塩と反応し，旦00℃以上に発熱して余分な水分を放遂して破化するものである。鋳型の庄繍強さは硬化直後または24b後でも20kg／c㎜1以上で，現夜使用されている鋳型にくらべ何んら遜色なく，十分使用可能なものである。　本鋳型は硬化直後または300～1工00℃に加熱した後でも変質がなく，水［ドで容易に崩壊しすぐれた水溶一1塗を有している。また，本鋳型は鋳型砂としてアルミナ砂を用いているため，溶融金属との反応もなく，焼付けの櫛でもすぐれている。　これらの特徴から明らかなように，本鋳型を用いた場含，鋳込後の型ばらしが水により容易にできるため，作薬能率または作業環境は讃しく改善される。一方，水溶1窒1粘結斎1jを用いているため，アルミナ否少は容易に圓収でき，りサイクルが可能となり，廃砂の闘魑は解決する竈◇短　信◇●受　焚　目本金属学会論文嵐　新居和霧　腐食＝防食研究部第1研究室長　倉橘正條　　　　〃　　　主任研究官　吉原一紘　　　　〃　　　　　〃「Fe（100）繭上のイオウ，酸素，リンの偏析挙動に関する研究」に対し，昭和55年10月玉胴表彰を受けた血⑧海外出張　率川寵一　金属加工研究菩脹　ニオブを含む鉄鉱石の精練技術に闘する研究のため日習和55年12月8日からl1習和55隼ヱ2別7日まで申華人民共和国へ出張した。　堀部　進　強力材料研究部研究負　商強度鋼の疲労破壊挙動に関する研究のため，昭和56年1月11日から昭和57年1月10臼までの予定でアメリカ含衆国ペンシルバニア大学へ出張した。　　　　　　　通巻　第266号編集兼発行人　　吉沢慎介印　馬1j株式会杜三興印刷　　　　　　東京都新宿区信濃町I2　　　　　　電誘東京（03）359一争8川代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京都圓黒区瞭貿黒2丁冒3番12号　　　　　　　電話　東京（03）7I9－227I（代表）　　　　　　　郵便番号　153一4一