先進油井掘削技術の強度信頼性向上に関する研究

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本研究では，先進エネルギー開発技術に関連する構造材料の強度問題を解決し，安全性と信頼性の向上に貢献することを目的としている．第一の課題として，最新の油井開発技術で懸念されている油井管ねじ継手のフレッティング疲労破壊について取り組み，フレッティング疲労強度に及ぼす潤滑材およびコーティングの影響を調査した．潤滑材やコーティングの影響は応力振幅が比較的低い領域で現れ，フレッティング疲労寿命は潤滑材とコーティングを併用したときに最も長寿命になった．潤滑材のみでもある程度の寿命向上が見られた．潤滑材とコーティングの併用により寿命が最も長くなった原因を，コーティング後の接触片の表面形状と潤滑材の保持能力を関連付けて説明した．第二の課題として，高温型燃料電池による水素発電や水蒸気電解による水素製造に用いられる構造材料で懸念される高温水素中のクリープに関する研究を実施した．2019年度までに高温水素中の材料試験技術を確立し，600℃のクリープ試験によりアルゴン中に比べて水素中でクリープ寿命が顕著に短くなることを確認した．2019年度末から新たにイリノイ大学の研究者との共同研究が始まり，2020年度は高温水素がクリープ寿命を低下させるメカニズムを検討した．その結果，脱炭，析出炭化物の形状変化，水素助長局所塑性理論（HELP）はSUS304の水素中クリープでは主たる原因ではないことが分かった．水素によるクリープ寿命の低下の有力なメカニズムとして，水素により原子空孔密度が増加し，鉄原子の格子拡散が促進された結果，転位の上昇が促進されるものを考え，クリープひずみ速度の実験値からその裏付けを行った．以上の水素中クリープの結果をまとめた論文を学術誌CORROSIONで発表したところ，研究課題と成果の重要性が注目され，One of the top articlesに選出され巻頭ページに掲載された．