超々臨界ポイラ用フェライト系耐熱鋼の水蒸気酸化

摘要

最近開発されたフェライト系高強度耐熱鋼（HCM12A，NF616，HCM2S）および従来鋼STBA24を対象とし，1MPaから10MPa,570Cから700Cの圧力／温度範囲において過熱水蒸気中での酸化速度の鋼種，温度および圧力依存性を調べ，酸化スケ」ル構造との関係について考察した。 得られた主な知見を以下に列記する。 （1）低温側（570～600C）では11Cr鋼から純鉄まで鞍化速度の鋼種依存性は僅少であったが，高温側（620～700C）ではCr含有量の増大に伴って酸化速度が顕著に低下した。 （2）2.25Cr系鋼についての比較（STBA24とHCM2S）において,W添加が水蒸気教化速度に及ぼす影響は極めて小さいことが分かった。 （3）2.25Cr系鋼種（HCM2SおよびSTBA24）では570Cから700Cの全温度範囲において酸化速度の見かけの活性化エネルギーは単一であり，純鉄のそれともほぼ等しかった。 （4）9Crおよび11Cr系鋼種（NF616およびHCM12A）では，600C付近を境に高温側と低温側とで見かけの活性化エネルギーが異なっており，温度域により律速機構が異なる可能性が示唆された。 低温側では低Cr鋼種，純鉄と同程度であったのに対し，高温側では内層Cr濃度の増大に伴い顕著に低下した。 （5）低温側（600C以下）では圧力依存性が認められ，低圧下（1～2MPa）で酸化速度が大であった。 高温側では明確な圧力の影響はなかった。 （6）すべての鋼種，条件で酸化スケールは2層構造であった。 白金マーカー試験（HCM12A，700C，10MPa）の結果，マーカーは内層／外層境界に一致しており内層は酸化剤の内方拡散，外層は金属の外方拡散により成長したことが示唆された。 （7）外層の酸化物は鋼種，条件によらずFe_3O_4であった。 内層の酸化物は多くの場合（Fe,Cr）_3O_4であったが，低Cr鋼種（HCM2S）の高温条件（700）ではFeO+（Fe，Cr）_3O_4であった。 （8）高Cr鋼種の高温側では，内層スケール中に帯状のCr濃縮層が周期的に形成されていた。高温側での高Cr鋼種の酸化律遠はこの層の拡散障壁効果によるものと考えられた。（9）内層スケール酸化物は，低温側の低圧条件下でのみ明確に配向成長していた。 高速拡散経路である粒界の配置の観点から,　 これが酸化硬度の圧力依存性と関連していると解釈された。