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[NRIMNews1966-09.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/f2ae1e72-0a16-4798-8845-f734be7a9d08/download)

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吉村 浩

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[材技研ニュース 1966 No.9](https://mdr.nims.go.jp/datasets/9b4230b0-6066-4fdf-8cc4-803c376e75d4)

## Fulltext

材技研ニュース　1966　No.9i〇一．ゼE①o一一〇＝蜆⊂○箏○コーooo－o〕o＝あ○蜆oo．］o－Eo一垣oo］10’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］○工←金属材料技術研究所　　　　　　　　　　超高温クリープ・ラプチャー試験機宇甘開発用材料としてアメリカではW（溶融点3410oC），Ta（2996oC），Mo（2610oC），Nb（2468oC）などの高融一点金属（耐火金属ともいう）やその合金の研究が盛んに行なわれている・これらの材料の高温性質は2000oC以上の超高温まで求める必要があり，また耐酸化性が欠如しているので，その試験は高真空、一1－iあるいは不活性雰囲気中で行なわなけれぽならないO　そこでWやMo材料研究のためアメリカSA－TEC杜製の超高温クリープ・ラブチャー試験機を設置した。写真はその加熱炉剖分で，超高温，高真空のために耐火物は一切使用していない。中央の試験片は円筒状のTa薄板製発熱体で囲まれ，通電により2300℃まで加熱される。発熱体円筒はさらにこれと同じ材料でできている5層の薄板からなる熱しゃへい用反射体で囲まれてい私そして反射体はさらにステソレス鋼製の水冷ジャケットで囲まれ，この加熱部分はステソレス鋼製の大きな炉体容器の中央部に位置している。この容器内は超高温下で1015～10■6mmHgの高真空度に維持される。また試験片はその上下部をTa製のアダプターに引っかけ，アダブターはさらにステソレス鋼製のロッドに引っかけられる。そして水冷がロッドの部分まで行なわれる。　荷重負荷の機構は原理的には一般のクリープ試験機と同様で，炉体容器の上下についている2箇のベローズを通して応力が伝達される・その最大荷重は270kgであり，また伸びは差動トラソスを用いて電気的に取出して白動言己録される。…警メ．苧迦、葺一’メ…紗i脅　写真　超高温クリーブ・ラプチャー試験機　温度測定にはPt－Pt・RhとW－W・Reの2種の熱電対が低況側と高温側に分けて使用できる。白動温度調節系は温度設定指針と記録ペソとの間の偏差電位が可飽和リアクトルを制御する形式になっているので，系内にon－offスイッチがなく，温度保持を速続的に行なうことが可能である。　なおこの種の試験機はアメリカでもまだ開発されて間もなく，発熱体にタソグステソ・スクリーソ（W製の網）を用いると3000oCまでの試験ができるといわれている。1ボロンを含む18Cr42Ni・3Mo鋼の高温強度　耐熱鏑を研究している一人として，胃頃，我々は実用上意味のある高猟強度の特性値を犯縫しているだろうかという楽に疑間を感じている。そして，実周材料を研究しているものにとってはこの疑問は一層痛切である。この媒は我々が求めている高混強度、即ちクリーブ及びクリープ破断強度が不正確なものであるということを意味するのではなく，実際には5～10万時間も使用されその過程で必然白勺に複雑な組織変化が生ずる材料を千時間からせいぜい3，4千時閲での破断強度で材料の強弱を判定していることに対する疑閲である。このような点から，単に千時間程度の破断強度のみでなく，応力一醐断崎1≡舳＝1線での勾配をも特性値として取りあげ，長時閥強度を出来るだけ正確に求められるよう傷める必要があると恩われる。　工業化研究部工業化第1研究室では従来から高温商圧で使用される蒸気ターピソ，ポイラ用材料としてボロソを含むオーステナイト系耐熱鋼の開発を遮めているが，現在，Ti，Nb，C，N最の彫響を検討している。これらの尤素は炭化物，窒化物としてクリープ過程中に板出し，材料を強化することが期待されるため，長時間で破断する応力で試験し特に削1線の勾配を正確に把艦することに努めた。　その1例として図1（乱）は700oCでのクリーブ破断強度におよぽすTi量の影響を示した。これらの測定点は10gσ＝α一5王Ogf．又は　10gσ＝αイ（10g左）2（σ：応力，工：．破断時閥）の函数で表示でき，特に長時間側の強度を安全側で求めるため後者の武で表示することにした。この曲線より1000時閥強度と曲線の勾配を示す係数6におよぽす丁三量の影響を求め図2に示してみた。丁量を0．47％添加した試料は強度も高く，係数cも著しく小さい。Tiを過乗1jに添加すると強度は低下し，係数6も増加する。Nbを添加した場合も同様な頓1旬が認められるが，係数cはTi添加の場合ほど小さくたらない。しかし，NbとNを同時に添加すると係・数0は著しく小さくなる。このような最も好ましい添加元素の例は，固溶体強化と同時に適量のTiC，NbNの柵1出が生じた時に得られることを明らかにした。　50　40　30…≡∈只20長　15〔bj　　　　　　　　　’＼．≡　Ti％　・O　．O，27　・o，47　＾O，711圃1口1，04†10　　　］O0　　　　　　　　　500　　1000　　　　　　　　5000　10000　　　　　　　　破激時間／hり図1（乱）ユ8Cr一ユ2Ni－3Mo－0－2C－0．05B鏑の7C0℃　　　でのクリーブ破1断強度におよぼすTi撤の轟……＼18鵠襲16濠睡薮o148　12lb）　クリーブ破断11…1線の図式約炎示O．030O．025O．020O．015　　O　　　　　　　　　O．5　　　　　　　　　1．O　　　　　　　　T1搬（％）図2　700℃，1000；1洲臓度と係数cにおよぽすTi　しかし，この爾数関係が5～王0万時間の更に長時閲側でも成立するかという一1無になると疑閲がある。なぜなら，この闘係が成立するとすれぼほとんど応力0の状態でも脳断してしまうことになる。そのため更に長時問側では図！（b）に図式的に一示したように馴邊11する一点が必ず現われるはずである。しかし，この屈山1，1慧はどの程度の応力，時間で現われ，どの元索を添加した時顕著に現われるふという点になるとほとんど何もわかっていない…縫定性舳こは，細かくかつ均一に分敬した析出物が多最認められた時，このような屈舳点が現われてくるものと思われる。結帰，王000時聞程度の強度が高く，幽線の勾配も小さく，又長時閲側で細かな析出が生ずる組成を求めることがすぐれた耐熱鍋の開発に繋がると思われる。高炭素鋼の工具特性に及ほす少量のNi，Crの影響について　将来ラテライト鉱が鉄資源として脚光をあびた場合，最終鋼材にCr二の一部，Niの大部分が残留することが考えられる。又ごく一般的には製鋼の際の涙り材からの混入による残留Ni，Crがある。然るに最も需要の多い普通鋼の範囲でこれら少量のNi，Crの影響を系統1杓に調べた研究は非　O．20’三’’’匡〕」O．15£媛魁O・10へ八O．051h〔　　O　’1’、クμ・K7（Nj0．4596）．K2（Cr．0．1696｝K4｛Cr0．41％）10　　　　20　　　　30　　　　40　　　　50　　　　60　　　　70　　　　　切削時閤　（min）常に少く総合的た調査が望まれている。工業化研究部工業化第1研究室では以上の観、点から，低炭素鋼から高炭素鋼までその周途にあわせた諾性質に関して少量のN1，Crの影襟を調べ，その含有許容最決定への基礎資料を提供してきている。　本研究はその一瑛で，高巌素鋼の二1二臭としての用途に闘してその熱処理特性，工具特性などにおよぽす彫響を調べたものである。供試材は族素工典鋼第2種を代表として選び0．45％までのNi，Crを単独に添加してその影襟を調べた。　実用1灼見地から球状化処理条件を一定に（760℃×30min→20oC／hr冷却）して以下諸性質を調べると，まず焼入性はγ十0共存域からの焼入においてNiはやや増加せしめる効果を示し，Crは逆にやや低下せしめる。焼入状態の地鉄1二1］の炭素濃度を電解拙舳こより定量するとNiの添加で増加，Crの添加で減少することから，焼入性に対しては圃溶炭素最への両元索の影機が優先してあらわれるものと考えられる。次に焼入の際焼割性が閉題になるが，2～20㎜mの肉厚変化を持つ棉心門試料で調べた結果，水冷の場合にCrの悪影　表1　水焼入の際の焼割れ性におよぽすNi，Crの庸本。．瓢 　Ni045％響がやや認められる。（表1参照）油冷，マルテソバーの場合には全く闘題はたかった。従って多　　　切肖1j条件　　　　二1二具形状（0，O，10，8，ユ5，15，0．3）　　　　送り；O－2mm／rev　　　　’蜘込み；　1．5nln一　　　　被1≡剥材1快肖1」黄銅膣11　フラソク燦莱毛rl］と切肖1」1時rlお川1線少硬さを犠牲にすれぼこの悪影響は1頁雌できることカミヨっかったo　焼入後50oCから200oCの閥で種々の1時閥焼戻しをおこたってそのKineticsを電気抵抗測定により調べた結果，この過程の活性化エネルギーおよび反応のTime　expOnentの推移から考察してCrの添加により焼戻第王段階は促進されNiの添加でやや遅滞することがわかったo　次に焼入後200℃×30minの焼戻しをおこなって快削黄銅を被削材にしてその切削能（二に具寿命）を測定した。切削条件は図1巾に示したもので，フラソク摩粍幅と切削時間の関係からNi，Crの含有により明らかに工臭寿命の延長カミ認められ，特にCrの効果が大きい。供試材の焼戻マルテソサイト地のM．F．Pの測定からCrの効果はセメソタイト相の分敬にその閃があり，NiはM．F．Pをあまり変化させたい所からおそらくNiの効果は地鉄1ニト1の炭素量を増加せしめることから考えてマルテソサイト崖1身の強化によるものであろう。　以上のように僕素工具鋼第2種に0～0．45％のN三Crを添加してその影響を調べた縞果，焼割性に対するCrの悪影響を考慮しなければならないが，他方実用上は少量のNi，Crの含有は切削能たどの、点ではむしろ好ましいと考えられる。一3一　　　　　　　　　　　　　高　温　変　形　近年，高沮用材料，耐熱材料に対する要求がますます増大しつつある。本装置（写真）は高温用材料の研究に関連して高温における変形機構を顕微鏡観察により追究したいと考えて設置したものA：負荷装置。最人荷重100kgB1加熱裟置。最高使用温度1200℃C1観測装置。対物レソズ×20，×10D：光源。30W電球または水銀灯。E1記録装置。35mmカメラ以外に乾板，ポラロイ　　ドカメラ，ユ6mm撮影機を附属する。F1加熱温度調節装置G：排気装置。加熱装置を10－5mmHgの真空度に　　し得る。H1雰囲気ガスの圧力調節装置。I：観察部を移動する装置。マイクロネジにより移　　動量は5／1000mmまで読みとれる。写真　高温変形観察裟置観　察　装　置である。　この装置は試料に荷重を加える部分と，それに伴なう試料表面や組織の変化，割れの伝播を顕徴鏡観察する郁分に分れる。ここで特に留意したのは荷重を連続的に加えられるようにした点と，観察箇所を試験中に変えることが出来るようにした点である。荷重を連続的に加えるためにはバネを使用し，この強さを予め検定しておくこととした。試験中に観察に適当な場所を探すためには，顕微鏡自体をポールベァリソグに乗せて移動する　こととした。この方法により＝・15mmφである観測窓の全域にわたって顕微鏡観察が可能となった。　この際試験片につげた標点の問隔を顕微鏡の移動量から知ることにより仲びも同時に求められる。　この装置に用いられる試験片の形状は比較的小さ　く，厚さ1mm，幅4mm程度である。　現在この装置はジルコニウムなどの高温変形を調べるために用いられており，原子炉の高温にた　えるジルコニウム合金を開発する研究の一端をに　たっている。◇短信◇★学位取得　金属物埋研究部　吉川明静技官東大工博　111召和41年6月30日付東京大学工学部より授与★帰朝　溶接研究部松［日福久主任研究官は昭和40年9月21日から特殊溶接および溶接冶金研究のためアメリカ合衆国レソスラー工業大学に海外留学中のところ昭和41年g月10日帰朝した。★材技研＝ユース通巻91号（7月号）の言丁正　1頁，14行目の「プラズマジェット」は「プラズマ」の誤り，又4頁の題目「溶解度」は「窒素溶解度」の誤りです以上お詑し訂正したします。　　　　　　　　（通巻第93号）編集兼発行人吉村浩印　　刷奥村印刷株式会杜　　　　　　東京都千代田区西神田1の10発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　　　東京都目黒区中目黒2丁目300番地　　　　　　　　　　　電話目黒（712）3181（代表）