成果報告書詳細
管理番号20120000001112
タイトル平成17年度~平成22年度成果報告書 発電プラント用超高純度金属材料の開発
公開日2012/10/31
報告書年度2005 - 2010
委託先名超高純度金属材料技術研究組合
プロジェクト番号P05005
部署名省エネルギー部
和文要約件名:平成17年度?平成22年度成果報告書 エネルギーイノベーションプログラム・ナノテク・部材イノベーションプログラム 「発電プラント用超高純度金属材料の開発」
資源・エネルギー・環境問題を解決し、21世紀における持続的な発展を図るためには、社会の構造基盤をこれらの解決策に適合させる必要がある。社会の構造基盤の確立には、優れた特性を有する材料の開発・利用が不可欠である。近年、従来の材料には見られない優れた特性を発現し得る材料として、超高純度金属材料が脚光を浴びている。本プロジェクトは、高価になりがちな超高純度金属材料を普遍的に利用できるようにするための実用化プロセスを展望することを目的として研究を行ったものである。このため、社会ニーズに適合した超高純度金属材料を開発するとともに、そのような材料の低コスト・量産化システムを開発することとし、平成17年度から平成22年度において研究開発を実施した。本プロジェクトの開発成果をまとめると、以下の通りとなる。 1.超高純度金属材料の低コスト・量産化製造技術の開発:(1)従来よりも簡便な超高純度金属材料溶製のため、耐久性に優れ、金属材料の高純度化溶製に対し汚染の少ない新規URCルツボを開発し、本ルツボの大型化を目論むレンガ構造についても実用化見通しを得た。(2)既存技術での不純物除去プロセスがフロントエンドとして存在することを想定した原料に対して、本プロジェクトにより開発・実用化した100kg級高真空誘導溶解炉を用いて溶解を行い、C、Si、Mn、P、S、N、Oの主要不純物総量が50ppmレベル以下の超高純度金属材料鋳造を実証した。(3)認証用標準物質を作製し、超高純度鉄の国内外での標準化に寄与した。 2.開発材による部品製造技術の開発及び実用特性評価:(1)超高純度金属材料として時間軸も考慮した3種のカテゴリー(実用化を目指した耐環境部材、中期的目標の耐環境・強度部材、長期的目標の高温高強度部材)のFe?Cr系又はFe?Cr?Ni系を中心とした合金材料を開発し、耐食性が向上すること、高純度化により粒界の清浄化が図れ、延性・衝撃値が飛躍的に向上すること、時効析出が抑制されること等を明らかにした。(2)現状では、添加元素によって特化された合金によっては加工性、溶接性に課題が生じる場合があることがわかり、期待する特性に対応する材料開発にはさらなるサーベイが必要である。一方、既存合金の高純度化により溶接性が飛躍的に向上するケースもあり、また、マトリックスを超高純度化した上で、析出物を微細析出させることで高強度化を図れることがわかっており、これらを組合せて超高純度合金を開発することで発電プラント用構造材料への適用が可能となると考えられる。 以上のように高い延性・靭性や耐食性を有した材料が実用に供し得ること、構造材料の開発には長期間を要するものであり、現時点で得られた知見をもとに、さらに優れた特性を有する超高純度構造材料を開発し得ると考えられること、並びに新規開発した耐火物を用いた簡便な溶製システムを連続鋳造可能なように大型化することで低コスト・量産化が可能と考えられることなどを明らかにすることができた。
英文要約Title:Development of Ultra-High Purity Metal Materials for Power Generation (FY 2005-FY 2010) Final Report
Recently, the ultra-high purity metal materials (UHPM) are being in the spotlight due to superior material properties which are not generating in the conventional metal materials. This project is to aim to prospect the practical process for making general use of the UHPM of expensive cost. With developing the UHPM suitable for social needs, the production system has been developed to lower the cost and to mass-produce the material. This research and development have been carried out during fiscal year 2005 to 2010. The results are summarized as follows;[R&D Topic 1: Development of low-cost mass-production technology of the UHPM] (1)A newly developed ultra refined ceramics (URC) crucible has highly durable and less contaminative characteristics at high purifying melting of metal. The melting process, therefore, has been simplified by using URC crucible. The simulated brick type crucible using URC technology has been also tested of durability and attained the prospective of practical use. (2)Many melting tests had been done using the 100kg class high vacuum induction melting furnace which has been developed in this project. In these tests, total amount of major seven impurities such as C, Si, Mn, P, S, N and O was measured under 50ppm, and these results demonstrated the high feasibility of UHPM melting and casting. (3)The reference material of “ultra-high purity iron” for certification was casted by Tohoku University to contribute to both domestic and international standardization. [R&D Topic 2: Development of UHPM manufacturing technology and evaluation of UHPM properties at practical use] (1)Three categories of the UHPM are developed applying the Fe-Cr base alloys and Fe-Cr-Ni base alloys. Those alloys show high corrosion resistance and ductility by purification of grain boundary. (2) It has been defined that the machinability and the weldability will be varied with impurity additives. Further survey in related with impurity will be necessary to develop the material obtaining most desirable properties. Meanwhile, there is the case that highly purified conventional alloy will greatly improve its weldability. Also, it has been defined that the material will be strengthened by ultra-high purifying of the matrix and fine dispersion of precipitates. Integrating these approaches, the UHPM alloy will be able to apply to the structural members of the power plant. As a conclusion, it has been defined that the UHPM having superior properties will be able to apply for practical use. Finally, low cost, mass productive UHPM production will be attained by means of continuous melting and casting system using newly developed URC crucible/refractory technology.
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