[更新日 '98/5/6]

1. 予感を現実へ　　　　　　　　　新日本製鐵�梶@鉄鋼研究所長　　加藤　忠一
2. TOPICS　粒径１μm以下のフェライト粒組織の創製
   　　　　　　　　　　　　　　　　　　　材料創製ステーション　　林　透
3. TOPICS　耐酸化性に優れた高強度フェライト系耐熱鋼の開発
   　　　　　　　　　　　　　　　　　　　評価ステーション　　藤綱　宣之
4. センター便り

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1．予感を実現へ
　　　　　　　　　　　　　　　　新日本製鐵　鉄鋼研究所長　　加藤　忠一

粒径１μm以下のフェライト粒組織の創製
−マルテンサイトに変形方向を変化させた多パス温間加工を適用−
　　　　　　　　　　　　　材料創製ステーション　　林　透

組織微細化による高強度化
　ホール-ペッチ則（１式）で良く知られているように結晶粒径と強度の間には強い相関関係がある。
　σ_y = σ₀ + kd^-1/2　・・・（１）
(σ_y:降伏応力、d:粒径、σ₀,k:定数)
結晶粒を微細化することで強度を上昇させることができる。
　従来の高強度化の手法は合金元素の増量によるところが大きかった。合金元素を増量すると溶接性が劣化するだけでなく、リサイクルが困難となりやすい。組織の微細化はこれら諸問題を解決しかつ高強度化する唯一の手段である。
微小サンプルによる組織創製
　今回、工業的に実施可能な製造プロセスを用いて微小サンプル（厚さ0.8mm，幅5mm，長さ20mm）で粒径0.77μmのフェライト粒組織創製に成功した（図１）。これにより、引張強さ405MPa相当（Hv131）の鋼（0.05C-2.0Mn）をほぼ2倍の引張強さ760MPa相当（Hv245）に高強度化することができた（図２）。
このような微細フェライト組織を創製するためのアイデアは以下の通りである。
1.　加工前組織のマルテンサイト化
　マルテンサイトは無加工でも、ブロックやパケットと呼ばれる微細組織に分割されることおよびマルテンサイト変態により導入された転位と加工転位の相互作用による局所的格子回転が期待できるため、最終組織の微細化に有効である。また、炭化物がラス境界から均一微細析出するため、最終フェライト組織の粒成長の抑制に有効である。
2.　加工方向の変化
　試料をそのまま同じ方向に圧延すれば、フェライト粒が伸長するとともに、加工されにくい粗大粒も現れる。パス間で加工方向を90度回転させることで図１に示すような等軸微細なフェライト粒が得られる。
　今後は微細化メカニズムの解明を進めるとともに板厚10mm、強度800MPaの目標を達成することに挑戦してゆく。

耐酸化性に優れた高強度フェライト系耐熱鋼の開発
―耐酸化性改善のための材料設計指針を構築するー
　　　　　　　　　　　　　　　評価ステーション　藤綱　宣之　

基本的考え方
　耐熱鋼の研究は、650℃級発電ボイラ用フェライト鋼の開発を目的としている。フェライト鋼の使用上限温度は耐酸化性で決定され、現状の耐酸化限界は630℃と考えられている。そのため、650℃級の材料開発では、耐酸化性の改善が重要となる。一般に、フェライト鋼の耐酸化性はCrやSiに大きく影響され、特にSiによる改善効果が強い。一方、過剰のSi添加は炭化物の粗大化を促進し、長時間クリープ強度を劣化させる。そこで、私達は耐酸化性とクリープ強度を両立させるために、高Si鋼の組織安定性改善を図るとともに、Siによる耐酸化性改善メカニズムを明らかにし、耐酸化性改善のための材料設計指針の確立を目指している。
大気酸化特性に及ぼすSi、微量添加元素の効果
　0.15C-8.5Cr-2W-0.2V-0.05Nbを基本とし、Siを1%まで添加したモデル合金について大気酸化試験を行った。図１は650℃における酸化時間と酸化増量の関係を示したもので、0.5%以上のSi添加により大幅に酸化量が少なくなっている。これは、基準鋼では部分的に針状でポーラスな形態の皮膜が生成するが、Si添加により針状形態の皮膜生成が抑えられ、全面緻密な皮膜となるためである。
　皮膜中に微細な酸化物を分散させると、金属イオンの拡散を抑えると同時に、くさび効果により皮膜の密着性が高まり、耐酸化性を改善できると考えられる。図２は、酸素との親和性の高いTi,YをSiと複合添加した鋼についての大気酸化試験結果であり、酸素との親和性が高いTi、Yを0.5%Siに複合添加することにより、1%Siと同等の耐酸化性を付与することが可能となり、Si量を低減できると判断される。
　今後、Si添加およびSi-Ti,Y複合添加の耐酸化性改善メカニズムを明らかにすると同時に、新たに導入した水蒸気酸化試験装置を用いて水蒸気中での酸化挙動を解析し、耐酸化性改善のための材料設計指針の構築を目指していく。
　合わせて、クリープ強度との両立を目指し、高Si鋼やSi-Ti複合添加鋼における組織安定性の改善に取り組んでいく予定である。

　平成１０年３月１０日から一週間、相変態・組織制御を中心とした鉄鋼材料研究の第一人者である英国ケンブリッジ大学のHarry Bhadeshia先生を金材技研にお招きして研究討論を行いました。短い滞在期間ではありましたが、(1) Design of Heat-Resistant Steel、　(2) Design of Welding Alloys、 (3) Heterogeneous Nucleation on Oxides in Steelsの３件のご講演を頂くとともに、所内の研究者および客員研究官の先生方を交えて８件の自由討論会を行っていただきました。講演は「質問があるときは何時でもどうぞ」のスタイルで行っていただき活発な意見交換がなされました。自由討論会には多くの希望者があったために土曜日までスケジューリングに入れる必要がありましたが、先生は快く応じて下さいました。「観光よりは研究討論がお好き」というのは今でも真実です。
　鉄鋼材料研究を心から愛しておられる先生は、「超鉄鋼材料プロジェクト」によって鉄鋼材料研究の大きなサイトが出来たことを本当に喜んでおられました。今回学期末のお忙しい時期に来日下さいました先生に心から御礼申し上げるとともに、頂いたご意見は必ず「超鉄鋼材料研究」推進に生かしたいと考えております。最後に、先生から届いた礼状の一部をご紹介します。
Tsukuba is a wonderful place, full of science and now full of steel. What more can one ask for? I really feel that the Ultra Steels project is visionary and will achieve more than just the four themes set out currently. With the ambitious experiments planned and in progress, I am certain that there is a good chance of a breakthrough. （津崎 兼彰）

受 賞 報 告
　宝野和博（物性解析研究部 第３研究室長）は、「アトムプローブによる実用金属材料の超微細組織形成機構の解明」により平成１０年２月１７日茨城県科学技術振興財団からつくば奨励賞を、「アトムプローブによる実用金属材料の微細組織形成メカニズムの研究」により３月２６日、日本金属学会から功績賞を授与されました。

升田博之（構造体化ステーション 第６ユニットリーダー）は、「走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いて水溶液腐食、大気腐食研究分野に新しい領域を開いた」ことにより平成10年３月２６日、日本金属学会から功績賞を授与されました。

長井寿（材料創製ステーション 第３ユニットリーダー）は、「低温用構造材料の組織と機械的性質の関係に関する研究」により平成１０年４月１日、日本鉄鋼協会から西山記念賞を授与されました。

阿部冨士雄（評価ステーション 第３ユニットリーダー）は、「耐熱鋼および耐熱合金の微細組織変化とクリープ強度特性に関する研究」により平成１０年４月１日、日本鉄鋼協会から西山記念賞を授与されました。

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