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[NRIMNews1980-05.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/e57e9efc-2207-41f3-9c6a-f1cb82974a79/download)

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坂内 富士男

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[金材技研ニュース 1980 No.5](https://mdr.nims.go.jp/datasets/3ccc53a6-c0a0-4e53-bd9f-1faa9c73151a)

## Fulltext

金属技研ニュース　1980　No.5七①一．ゼEoo一一〇EωEo一垣O］1oo．o0＝あ○眈oo．］o－Eo一垣oO］’oo’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈ωEo．但≧聖三…ω…Z－ooω］0f←■1金属材料技術研究所強力鋼の海水環境下での疲れき裂伝播　四面を海に囲まれた我が国にとって，海洋の持つ意義は大きく，早くからその開発・利用が叫ばれていた。近年の陸上における天然資源枯渇のムードは資源未開発領域としての海洋の利用の促進をもたらし，今や経済水域200海里時代を迎えた。石油や鉱物などの海底資源あるいは海中生物資源の開発，波力などの海洋エネルギーの利用，そして海洋空間の有効利用など，これらには各種の構造物やそれらの係留設備などが必要であり，それらの大型化や設置環境条件の苛酷化に伴ない，使われる鉄鋼材料に対してその性能の向上が要求されている。すなわち，大型化に対してはより強くてねばく，溶接が出来，海水に対してはそれに耐え，安心して使えることが重要である。一方，鉄鋼材料は強さが高くなるとねばさは低下する傾向にあり，とくに海水など環境の影響を受けやすくなる。　強カ材料研究部では，上記の要望を考慮し，「海洋開発用耐海水性強力鋼の開発に関する研究」に取り組み，弓1張強さ80kgf／㎜2以上の鋼について化学組成の検討，海水環境中での各種性能の把握とその向上の試み，とくに海水中での疲れ特性と金属組織など冶金学的因子の関連の追究などを行なっている。　図は，種々の引張強さをもつ高張力鋼に対して、海水中で，毎分10回の速度で繰返しの力を与えた場合のいわゆる疲れき裂の伝播する速度（da州）・o・を測定し，それと大気中での同様なき裂伝播速度（da／dN）・i。との比をとって海水の影響の度合の尺度とし，それとき裂先端における応力の大きさを示すパラメーター（応力拡大係数範囲：∠K）と！の関係を示したものである。この図から，次のことが分かる。　（a）疲れき裂の伝播速度に対する海水の影響度含は，HY140鋼（5％Ni－Cr－Mo鋼）およびHP9－4－20鋼（9％Ni－4％Co－O，2％C鋼）において比較的小さい。　（b）海水の影響度合は，∠K＝50－100㎏f／㎜3／2のときに最も大きく，∠Kく20～40㎏f／㎜3／2および∠K〉250㎏f／㎜3／2ではほとんど影響しない。　上記のような一連の海水中腐食疲れ特性に関する研究のほか，静的（一定の荷重），動的（繰返しの荷重）　　　　　　　　』K，MN／皿。蜆　　　　　　　　　　5　　　　　10　　　　20　　　　　　　50　　　　1　0あるいはそ　　　　　　　　　o　HT畠O鋼〔畠ヨコ　　　　　　　■　HY1畠O鉗uヨヨコれらの組合　　　　其PHll一舳11j　　・HW1鋼11肥1　　　　　　　　　□HY1仙一刷ヨ丁鋼O1ヨ〕　　　■HY1佃一加OT鋼O肪〕せの荷重に　　　　。Hpg一’一別舳引　。1昌冊一200コ机一州〔1ヨ刊よる破壊特　　　　　　　　　　　応力比一〇．1性の言式験を開始し，よ　　　　　　　毫3り良い海洋開発用鉄鋼　芸材料を得る　　　　　　　ご2ための研究　　蓑　　　　　　　sを行なって　　瀞　　　　　　　岬いる。　　　　　　　Ij1　　　　　　　共　　　　　　　捷O020　50100200　き裂先端での応力の犬きさ（＾，1〃皿m珊：鋼の疲れき裂伝播遼度への海水の影響度合。　（　）内は，引張強さを示す。単位は，㎏f／㎜2。一1一オーステナイト系鉄　ニッケルークロム合金の液体ナトリウム中の腐食　高逮増殖炉の燃料被覆管およびダクト用の材料として従来はおもに冷問加工した316ステンレス鋼が用いられてきた。しかし，高速中性子の照射によるスエリングおよぴクリープによる変形が大きい，クり一プ強さが小さいなどのため，管肉を厚くし，しかも燃料集含体相亙の闘隔を広くすることが必要になった。この結果，実用炉で目標にされている燃料の燃焼卒および傍増時闘の達成が困雛になり，316ステンレス鋼の改良あるいは新含金の開発が必要になった。この新含金としてバナジウム含金なども候補になるが，近い将来の実用枕からオーステナイト系のFe－M－Cr系含金が有力な候補と考えられる。Fe－M－Cr系含金のニッケル濃度を大きくすれば高連中性子の照射によるスエリングは少なくなるが，冷却材に用いられる液体ナトリウムとの共存性は次第に劣ってくることが一般に知られている。　原子炉材料研究部では商ニッケル濃度のFe－M－Cr系含金の1や性子の貝董射によるスエりング，脆化などの検討，炉心の環境を模擬したナド」ウムとの共存性の検討などを進めている。二こでは、3正6ステンレス鋼およびニッケルを比鮫材料にしてFe－M－Cr系含金，Fe－25M－5Cr，Fe－25Ni－15Cr，Fe－45Ni－5CrおよびFe－45Ni－15Cr，のナトリウム1苛・の腐食などの検討結果を述べる。　炉心のナトりウムの瀞度は燃料被覆管のホット・スポットで700℃、ナトりウムの流連は5m／秒以上ナトリウム中の駿素濃度は1ppm飾後，またO．8炭素活量は304ステンレス鋼が脱炭を起す値になる。そこで，この研究では現有のナトリウム・ルーブの性能を考えてナトリウムの流速を・最大の0．05㎜／秒，ナトリウム中の酸素濃度および炭素活量を炉心と同様にし，ナトリウムの温度は700℃よりも少し高い725℃，また試験時間を500時問にしてナトリウムとの共存姥を調べた。試料の評価は腐食減量，炭素およぴ不純物として含まれる酸素ならびに窒素の濃度変化，機械的性質および組織の変化などで行った。　結果はつぎのようにまとめられる。1　図に示すように，Fe－Ni－Cr系含金の液体ナ　　トリウム中の腐食減量はニッケル濃度の増加　　とともに増加するが，ニッケル濃度25％では　　316ステンレス鋼に比べて大きい差がなかっ　　た。2　クロム濃度5％では脱炭が激しく，脱炭を防　　ぐにはクロム濃度を約15％以上にする必要が　　あった。3　ここで調べた含金では析出強化型のものに比　　べて表面付近の変質糧の生成および粒界侵食　　の恐れは少ないが，クロム濃度5％の含金に　　は粒界侵食の徴候が認められた。4　引張一性質に及ぽすナトリウム浸せきの影響は　　ほとんど言忍められなかった。　なお，ナトリウムとの共存性のより良い養平伽のため，5㎜／秒のナトリウム流速が得られる高流速ナトリウム・ループを製作申である。齪　0，6豊o＼b血畠）O．4醐運鋼盤0・2Fe－45Ni－5CrNi　＼　　　’一Fe－25NトI5Cr　　　0　　　　　　20　　　　　40　　　　　60　　　　　80　　　　　玉00　　　　　　　ニッケル濃度（％）図　液体ナトりウム呼1の腐食減搬とニッケル濃度との閥係一2一黒鉛炉原子吸光法による耐熱合金中の微量タリウムの定量　ジェットエンジンや産薬用のガスタービンに用いら‘れている耐熱含金の機械的性質はある種の微最不純物によって大きな影響を受ける。融点の低いタリウムもその一つで，耐熱含金のクリープ破断寿命や伸びを低下させることが知られている。米国の基準ではニッケル基鮒熱含金中の夕りウムの最大許容量を5ppmと規定している。しかしこれまでの分析法では感度が低かったり，耐熱含金申に含まれるいろいろの高融一点金属を分離する必要があったりして，微量のタリウムを一迅速かつ簡便に定鐙するのは困難であった。　金属化学研究部では感度の高い分析法として知られている黒鉛炉原予吸光法を用いて，ニッケル堪，コバルト基耐熱含金中に含まれている微量の’タリウムを定量する方法について検討した。この方法は試料溶液を黒鉛炉に注入した後、黒鉛炉に電流を流して温度を段階的に上げ，溶液を乾燥し、塩を熱分解（灰化）し、続いて園的元素の原子化を行い原子吸光度を測定して定量する方法である。黒鍋炉原子1吸光法では灰化条件の・選び方が重要である。すなわち塩が十分に熱分解して妨害バックグラウンド吸収が少なくなり，かつ舅的元素が原子化敵に揮散しないような条件で灰化を行わなくてはならない。　鮒熱含金試料を溶解するには硝駿とふっ化水葉酸を用いるのが便利である。この溶液に微量のタリウムを添加してそのまま黒鍛炉に注入して，乾燥，灰化，原子化を行いタリウムの吸光度を測定した。その結果，図1に示すようにタ　　　o．卓リウムは含金溶液申では大きな負の干渉を受け，特に灰化滑度が低いと吸光度の低下が著しかった。この原困について調べたところ，千渉の発生に伴って一駿化窒素によるバックグラウンド吸収が兇られた。これは低温での灰化後にタリウムや共存元素が硝酸塩のような形で残っていることを意昧する。このため原子化段階の化学反応の解離平衡がずれ，原子状態のタりウムの割含が減ったため負の干渉が生じたものと推定される。硝酸塩による干渉を除O．3・謎ギO．2婁O．工く方法を検討した結果，鮒熱含金の溶解にふっ化水素駿十硫酸十過酸化水素を用いるのが最も効果的であった。この溶解法を用いると合金溶液中のタリウムの吸光度は図2のように干渉が除け広い灰化溢度で一定となる。　次に耐熱合金昨に含まれている金属が夕りウムの定量に影響するかどうか調べた。この実験にはそれぞれの金属を別々に溶解し，ニッケルやコバルトを主成分とした溶液に加える方法を兵＝響いた。その結果，ニッケル溶液やコバルト溶液に含まれている金属は実際の耐熱合金を考慮した濃度範鰯においては，タリウムの定量に影響しないことが明らかになった。　従ってi耐熱含金試料と同量のニッケルまたはコバルトをはかリとリ，一；、っ化水素酸十硫酸十過酸化水素で溶解し，これにタリウムの希簿標雌溶液を段階的に添力獺した溶液を標準溶液として用いれば耐熱含金申の微量タリウムを定量できることがわかる。この検量線法を用いて実際のニッケル捲鮒熱含金5種類とコバルト基i耐熱合金4種獺申の微量タリウムを定量したところ間題なく遭閉できた。この方法による1鮒熱含金中のタりウムの定最下隈は0．2pp㎜であった。　以一ヒのように溶解法を工夫することによって，複雑な組成のニッケル基，コバルト捲耐熱合金を酸溶解した後，分離擁作を行わずに黒鉛炉原子■吸光法を用いて微量のタりウムを巡速かつ精度良く直接定量する方法を確立した。rr－o－o－o　　　　　　＼＿口’o曇秦魯　0　　200　　　　400　　　　600　　　　800　　　　灰　｛ヒ　温　度　｛℃）図1　タリウムの吸一光痩と灰｛ヒ槻　　　　図2　　度の関係く夕■』ウム添力1魔　　10．10μ9似〕　　O：酸溶液、口1ニッケル　　基含金溶液　　j火iヒー豊，変｛C〕タ，」ウムの■汲光度と灰イヒ淑度の闘係（タ■1ウム添加遣：0．05μ9ノ］ii疋〕O1爵菱言容液，口1二・ソケ’レ基含金溶液一3一【特許紹介】　　　　　　水中溶接物の熱処理法　発明者　衣jl1純一　公　告　昭利53年10月7日　昭53－37302　特　　　昭和54年6月I4日　第956566号　減註式水中溶接法は海洋構造物の縦立て及び補修に際して月予要な二11二作枝術の一つであるが，熱の吸収体である環境水によって溶接箇所の熱的・力学的環境が苛瀦にな干），溶接割れが発生しやすいため，未だ十分に活用されていない。　溶接割れの防止策としては，予・後熱を’施して溶接部の弓1張残留応力を弛緩させることが有効で茅）り，従来，ガス炎などの熱流体を用いる水中溶接郁の後熱処理が書式みられてきた。しかし，この庁法には，熱流休から力口熱而への熱移送が環境水により阻害されるため，加熱の効卒が低いこと，力11えて，溶接郁の表繭から環境水への熱伝達損失が艇大であるので，所要の滑度分布が形成され難いことなどの問題点があ、），実用されるにいたっていない。　この発明は」二記の聞題一肖1を解決して，水中溶接部の引張り残留応力の緩和を効果的に行うことを目的としたもので，溶接ビードの側方に，母板函と下面が平而状で接する金属帯を配設し，該金属帯の表面を溶接と融寺または溶接後にビード溶接することを特徴とする水申溶接物の加熱法である。　ビード溶接による入熱の一」部は金属帯を経て母板に伝導し，ビード溶接線の至自1下に最高点をもつ急1唆な温度分布が彩成される。従って，溶接部には，既存の弓．1張り応力に加えて弓1張リの熱応力が作用し，降伏が生ずる。　以上の結果、溶接部の引張り残留応カが弛緩される。　この発明は，専用の装置を必要とせず，溶接作業に用いた機材をそのまま流用し，若干の残材を再利用して，水中溶接部の引張り残留応力の緩和を簡便に行いうる利一1≡㌣をもっている。妙短　信禽⑱受　貿　員本鉄鋼協会　俵論文費　原田広史　鉄鋼材料研究部研究員　山崎道夫　鉄鋼材料研究郁長「Ti，Ta，Wを含むγ’析出強化簑■川i某耐熱鋳造余金の含金設青1’」に対し昭和55年4月3日表杉を受けた。　日本鉄鋼協会　西山記念賛　吉田平太螂　原子炉材料研究部長「耐熱含金の性能」自1．ヒに関する研究」に対し昭和55年4月3日表彬を受けた。　日本金属学会　研究技術功労賛　星勉管理部披術課職長多年にわたる概究脇力に対し昭和55年4月3日表彬を受けた。　ヨ本金属学会　谷川ハリス費　渡辺亮治　非鉄金属材料微究部長「原了炉胴高淋金属材料に関する聯究」に対し昭和55年4月3日表事多を受けた。⑧人事異動　昭和55年4J司1日付退　職　筑波支所長　木村啓造昇任筑波支所長牧口利貞（金属加工研究部　　　　長）併　任　金属加二に研究部長　中川龍一（工業化研　　　　究部長）　　　　　　員召矛B55年一4月5日寸寸配置換　松原勝定（管理郁廉務課長）科学披術庁　　　　官房秘蓄課人寮審査官配置換　管理部庶務課長　内国信之（放射線医学　　　　総含研究所管理都庶務課長）酉蝿換　影山富恵（管理部材料婁式験業務課長）放　　　　射線医学総含獅究所管理部庶務課長配擬換　管理部材料試験業務課長　本観邦夫（航　　　　空宇宙披術研究所管理郁安全施設課長）配置換　樋口晃敏（筑波支所管理課長）科学技術　　　　庁振興局振興課長補佐昇　征　筑波支所管理課長　小方　実（管理部庶　　　　務課長補佐）⑱海外出張　依囲連平　クリープ試験部長’　超1鮒熱含金についての研究焚流及ぴ研究調査のため昭和55年4月I2日から昭和55年4月18日まで錐国へ土1二廠した。　　　　　　　通巻　第257号編集嫌発行人　　　坂内奮十男印　棚株式会杜三典’刷　　　　　　策京都報宿区信濃固丁12　　　　　　　　東京（03）359－38山代表）発行所　科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京都目黒区中昌黒2丁篇3番12号　　　　　　　電話　東京（03）719－227工（代表）　　　　　　郵f襲番号　153一4一