耐熱鋼の組成むら評価による寿命のばらつき原因解明

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高Crフェライト系耐熱鋼(ASME Gr.91鋼やGr.92鋼)では、Crなどの合金元素の濃度むら(偏析)が残存し、偏析が強いものはクリープ強度が低くなることが報告されている。一方、オーステナイト系耐熱鋼においても偏析が残存している可能性がある。そこで、偏析の存在が同鋼のクリープ強度特性に及ぼす影響を検討するために、オーステナイト系耐熱鋼のボイラチューブ材(SUS304HTB、SUS316HTB、SUS321HTB、SUS347HTB)について、調査を実施した。いずれの鋼種においても、チューブ材長手方向に沿ったCrやNiの偏析が確認された。また、各鋼種について複数ヒートを調査したところ、同一規格材であっても、合金元素の偏析の程度にヒート間差があることが分かった。合金元素の偏析の程度を表す指標として、Cr濃度勾配の標準偏差を採用し、クリープ強度との関連を確認したところ、同指標とクリープ破断寿命や破断伸びとの明確な相関は確認されなかった。高Crフェライト系耐熱鋼では、偏析の強いヒートほど、結晶粒径(旧γ粒径)が小さくなることが分かっていることから、オーステナイト系耐熱鋼においても確認したところ、SUS321HTBおよびSUS347HTBでは、偏析と結晶粒径の相関は確認されなかったものの、SUS304HTBおよびSUS316HTBでは、高Crフェライト系耐熱鋼と同様に、偏析の強いヒートほど、結晶粒径が小さくなることが分かった。偏析している領域では、未固溶析出物が存在していると考えられ、これらが結晶粒界をピン止めして、粒成長を抑制している可能性が示唆された。