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144 第七章 総論
7. 1 本研究 得 た成果
本研究 ，C，Cr，Ni の含 量 変えた高クロム鋳鉄試験片に球形のア
ナ粒子(平均粒 約 1mm) 30m/sec.という高速 衝突さ 高温エロージ
ョン摩耗試験 実施 た．比較材と テン 鋼，Co基合金 用い 摩耗 形態と表層の金属組織 変化 観察 高温耐摩耗性にお ぼす材料因子の影響
研究 た．
本研究におい 得 た結論 こ ま に各章 述べ た．本章 総括す ．
1章 ，高温におけ エロージョン摩耗の事例と課題，こ ま の研究に い 述べ と共に本研究の対象領域 明確に ，本研究の目的と構成 述べた．
2 章 ，一般的 耐エロージョン摩耗材料 あ 高クロム鋳鉄に着目 、
Fe-C-Cr系 Cr含 量 ，Fe-C-Cr-Ni系 CとNi量 の含 量 変えた
材料の組織観察，抽出残渣分析，Thermo-Calc計算，高温硬さ測定 行い，共晶 組成と炭化物組成と量，高温硬さに及ぼす合金元素の影響 調査 た．
共晶組成と の Fe-C-Cr系 3C-27Cr鋳鉄 あ ．Jackson の状態図 少 低C側 あ ，Ni添加 共晶線 さ に低C側に移行 いた．
Cr/C 増加す とM7C3中のCr/Fe 増加す ，Ni添加に 少 増加
た．炭化物中のCr/FeとCr/Cの関係 Cr/C 4~18という広範 た．
C，Cr量 増加す とオー テナイト基地の固溶強化，炭化物量の増加に ，
高温硬さ 昇す ．一方Cr/C 増加す とM7C3中のCr/Fe 大 く 高温
硬さ 昇す と考え ．また，Ni 添加に 炭化物量 増加 高温硬さ 昇 た．さ にN，Mo，W 高温硬さ 高 効果 認 た．
3章 ， ー 顕微鏡に 摩耗量の測定方法 研究 た結果，次の点 判 明 た．
高温エロージョン試験におけ 摩耗量のバ キ 約 15%程度 あ ，測定 方法に い 比較す と最大深さ測定のバ 少 た．
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1173K と言 た高温 のエロージョン試験 ，従来の重量測定に 損傷
速度(Erosion Rate) 酸化の影響 け ，測定誤差 大 く こと 確認 た．
重量測定法に代わ ー 顕微鏡に 摩耗量の定量化 非接触 高精度に 測定す こと た．摩耗量 摩耗体積と摩耗断面積，最大摩耗深さ 算出
，体積，断面積法 塑性変形深さ 把握 ，最大摩耗深さに 評価 適 い と判断さ ．
また， ー 顕微鏡に 測定 摩耗量 等高線図 表すこと 視覚的に 美 く，直感的に摩耗 捉え こと こと 考え と，重要 計測情報
あ と言え ．
4章 ，高温エロージョン摩耗試験の 10 イク 実験中に起 加熱時の ケー の生成と摩耗挙動 酸化 やすい 3C-12Cr 鋳鉄と酸化 い SUS310S 用い ，加熱-粒子衝突の イク 数 変えた試験 行い明 と た．
3C-12Cr 鋳鉄 ，摩耗部 ケー の く -再酸化 繰 返すた 摩耗
い い定常酸化部の1.6倍の ケー 生成 お ，摩耗にお ぼす ケー の寄与 大 い．
1173K 酸化の影響 実用的に無視 程度に抑制す た に 固溶Cr量
12%以 必要 あ ．
3C-12Cr 鋳 鉄 酸 化-摩 耗 の 繰 返 摩 耗 進 行 い の に 対 ，
SUS310S 初期に 塑性変形 形成さ 最大摩耗深さ 深く 重
量減少 いこと 摩耗片 生成 お ， イク 増え塑性変 形量 あ 臨界点 超え と摩耗片の脱落 始ま 重量 減少す という摩耗 の進行挙動 あ ．
酸化 比較的多い 3C-17Cr 鋳鉄の摩耗挙動 3C-12Cr 鋳鉄に類似 ，酸化
少 い3C-27Cr鋳鉄の摩耗挙動 SUS310Sに類似 た摩耗曲線 示 いた ，
共晶組織 脆性材料 あ 3C-27Cr鋳鉄 高延性材料 あ SUS310Sと類似の
摩耗挙動 示 た．
5章 ，3章 提案 た新た 摩耗評価方法に 各種金属材料の高温エロ ージョン摩耗試験 行い，耐摩耗性に影響す 材料因子の研究と摩耗 試験に
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表層の組織変化 ，高クロム鋳鉄の他，オー テナイトお び イト テン 鋼，さ に高温耐摩耗性 高いといわ い Co基合金 用い 研究
た結果，次の う 知見 得た．
1173K におけ エロージョン摩耗の摩耗形態 ，高角度側 摩耗量 最大
示す破壊摩耗と 低角度側 摩耗 大 い 断変形摩耗形態 示 た．
高温硬さ 昇す 加工変形層深さ 減少 ，その結果，エロージョン 摩耗 少 く いた．実験 た材料の中 高温硬さの最 高いCo基合金の 耐エロージョン摩耗性 最 優 いた．
高クロム鋳鉄に い 比較す と，共晶炭化物の多い う エロージョン摩
耗 少 い．試験 た17材質中Fe-3%C-Cr系 22Crと27Crの熱処理材及び
Fe-C-27%Cr-3%Ni系 3%CのAs Cast材お び1.4%Cの熱処理材の耐摩耗性
最 優 いた．
高クロム鋳鉄の摩耗表面 大 断歪に 共晶炭化物 破 粒状化 す とと にオー テナイト結晶粒 微細化 いた．
Co基合金の表層組織変化 高クロム鋳鉄と同一 あ ，高温硬さ 高いた
，変形層深さ 浅い． テン 鋼 3 章 記述 た うに， 断 に 誘起析出 たσ相 耐摩耗性 改善 い と考え ．
6 章 ，高クロム鋳鉄と SUS310S 後方散乱電子回折(EBSD)と TEM 観 察 表層の微細組織 研究 た．
高クロム鋳鉄とオー テナイト テン 鋼 い クロンあ い ク ロ ン オ ー ダ ー の 微 細 結 晶 粒 層 形 成 さ い た ． 高 ク ロ ム 鋳 鉄 ，
SUS310Sと に摩耗表面層 再結晶 進 ，加工硬化層 認 た．
高温 断歪に 二次炭化物(高クロム鋳鉄)及びσ相(オー テナイ ト テン )の析出 加速 ，この微細析出粒子 再結晶オー テナイト結 晶粒 ン止 す ことに 微細結晶粒 生成 たと判断さ ．Zenerの式
結晶粒 計算 た結果，観察結果と比較的一致 た．
ここ ，4章 述べた 3C-27Cr鋳鉄と SUS310S の摩耗挙動 類似 た摩耗曲
線と た原因 表層の微細組織に起因 い と推定さ ．
高クロム鋳鉄の表層 5 章 述べた共晶炭化物の破 分散とと に微細
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オー テナイト粒 生成す た に延性 著 く向 ，耐摩耗性の向 に 寄与 い と推察さ ．
成果事例と ，1.4C-27Cr-3Ni 鋳鉄 鋳造 バイオ ボイ のエアノズ 試作 実機試験 行 た．今回調査 た高クロム鋳鉄の中 1.4C-27Cr-3Ni 鋳鉄 選定 たの 高温硬さ 高く，エロージョン摩耗 SUS310S 少 い， 共晶炭化物 相対的に少 いた ，延性，靱性に優 (と考え )，
高クロム鋳鉄の中 最 オー テナイト 安定 あ ， 高クロム鋳鉄の 中 最 固溶Cr量 多い， 低C量 あ た 溶接施工 ，た あ ．
高クロム鋳鉄 ，耐摩耗材料と Cr/C比 6～10の範疇 広く適用さ い ，本研究の成果と Cr/C 比 18 と大 く外 た合金 適 い こ と 見出 た．
実機試験 行 た流動層バイオ ボイ 内の燃焼温度 1123K 以 あ
，エアノズ 内部にエアー 流 い た 冷却効果 あ その表面温度
1073K 超え 燃焼温度(1123K) 低いと考え ．このボイ にエ
アノズ 試作品 12 個取 付け 18 実機 使用 た．使用後の摩耗深さ
各4点測定 た結果 耐熱鋳鋼(SCH22)の摩耗深さ平均 1と 1.4C-27Cr-3Ni
鋳鉄の摩耗深さ平均 0.53と摩耗量 半分に抑え こと た．
1 章 述 べ た う に エ ア ノ ズ 材 質 と ， 耐 食 性 と 耐 熱 性 重 視 た
SUS310S，SCS-13A，SCH-22，SCH-2 使用さ い ，過郾 使用環
境 エロージョン損傷の大 い部品に テ イト系， ック分散型鋳鉄 の硬化肉盛 や NiCr の耐熱合金，Cr3C2系 ー ット の耐摩耗性 溶射 施工 命延長 図 お ， 室温の耐摩耗性に優 た高クロム鋳鉄 適用さ い た． ，今回の実機試験結果の様に， 高クロム鋳鉄 材質 適切に選定す ，耐熱鋳鋼の約 2 倍の 命 達成さ こと 判 明 た．
本研究 得 た知見 以下にまと ．
高クロム鋳鉄 Cr/C 6~10 の研究 と あ た ，本研究におい
Cr/C 4~18 1.4~3C，12~27Cr という広範 炭化物中のCr/FeとCr/C の相
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関 た．
エロージョン優先領域 耐酸化性 重要 あ ，固溶C 量 12%以 必要 あ こと 示 た．
また，試験後の摩耗量 ー 顕微鏡 摩耗深さ 測定す という新 い評 価技術 確立 た．
高温エロージョン摩耗 高温硬さ 減少 ， 共晶炭化物の多い う エロージョン摩耗 少 い．
また，摩耗面の組織変化 断歪の蓄積と再結晶，析出物に ン止 に 結晶 著 く細粒化 い こと 見出 た．この微細粒 延性 高
，耐摩耗性へ効果 あ こと 示唆さ た．
高温環境 Erosion-Oxidation Map に と酸化優先領域 耐酸化性に優
た耐熱鋼や耐熱鋳鋼 使用さ た ， 耐摩耗性，延性 靱性，オー テ ナイト組織安定性，固溶 Cr 量，溶接性 考慮 1.4C-27Cr-3Ni 鋳鉄 選定
実機に適用 た結果，摩耗量 半分に抑え こと た．
7. 2 今後の課題と展望
今後の課題と 炭化物分散Co基合金に匹敵す 高クロム鋳鉄開発 い 述 べ ．
本研究におけ 高クロム鋳鉄Fe-C-Cr系，Fe-C-Cr-Ni系，Fe-C-Cr-Ni-X系の高 温エロージョン摩耗試験におい ， テン 鋼，耐熱鋳鋼 優 た耐摩 耗性 示 た ，溶接肉盛 た炭化物分散Co基合金の摩耗量に肉薄す 材料 得 た． ，この炭化物分散 Co 基合金に 大 問題 あ ． 高価 材料 あ Co基合金溶接棒 溶接す た 量産性とコ トに課題 あ ． 緒論 述べた うに高クロム鋳鉄 生産性に優 の ット あ た ， 高クロム鋳鉄の耐摩耗性 一層改善 いくこと 今後の課題 あ ．
炭化物分散Co基合金の摩耗形態 観察す と 摩耗面にク ック
亀裂進展摩耗 無い， 高クロム鋳鉄と同 く 断変形摩耗形態 あ ， 高温硬さ 高いた 断変形量，塑性変形 極 少 い， 炭 化物組成 M7C3とM6Cと2種類の炭化物 ，M6C 塑性変形領域 割 にくいとい うこと わ た． ，高クロム鋳鉄に このM6C 分散晶出さ 耐高
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温エロージョン摩耗性 向 す こと 期 ．
そこ ， 本研究の成果 ， 高温環境 実用 必要 耐酸化性 得 た
の固溶Cr12%以 C，Cr 多い方 良い C 多す と過共晶組成と
性 劣 た 高クロム鋳鉄の C 量 3%以下とす ．また，Cr 入 す とδ-FeとM23C6 晶出す た Cr 30%以下とす ． Ni 基地のオー テナイト 安定にす た 3~5%の添加．
この考え方 提案材のベー と ，Fe-2.2C-27Cr-3NiにMo 添加 た時 の炭化物量 Fig.7. 1に示す． 性 高く耐高温エロージョン摩耗性に 効
M6C Mo 8~14%添加 直線的に増加 いく，約10%のM6C 晶出さ
た に 12%Mo 必要 あ ．
，以下の成分 決定 た．
Fe-2.2C-27Cr-3Ni-12Mo
今後の展望と ， 記成分の試験片 溶製 高温エロージョン摩耗試験 行い優 た耐摩耗性 示 たこと ，実機試験に 高温エロージョン摩耗 評価 行い，実機への適用，さ 長 命化 実現 たい．
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Fig.7. 1 Effect of adding Mo on the formation of eutectic carbides.
151 謝 辞
本研究 遂行 学位論文 まと にあた ，多くの 指 と 支援 いた ま た清水一道教授に心 感謝の意 表 ます．先生に 研究の方針 実験方法 の 指 のこと，研究の 方及び研究に対す 姿 勢，社会人学生と 取 組 意義 に い 親切 寧に 指 賜 ま たこと，ここに深く感謝いた ますとと に，一生心に刻 こ の糧 と い ます．誠にあ とう いま た．
また，論文 まと にあた 楠本賢太助教，研究員の原 宏哉様，船曳崇史 様に 実験面 多くの支援 頂 深く感謝 ます．また，清水研究室の事務員 の方々，学生の方々に 色々とお気遣いいた 多くの支援 頂 ま た。深 く感謝いた ます
また，日鉄 金テクノロジー株式会社 尼崎事業所，阪神事業所 びに，
同関西営業所の方々に 組織観察，X線回折，TEM，FE-SEM等 数多くのアド バイ と多大 協力 頂 ま た．深く感謝いた ます．
著者 ，1998 年 新報国製鉄株式会社に勤務 ，今回社会人学生と 本 研究に取 組 たの ，学位取得に 理解 いた 快く送 出 下さ た 勤務先の成瀬正社長あ の のと深く感謝 お ます．また，論文の考察 悩 い と に良 アドバイ 下さいま た岡田康孝顧問，川口一 男特別顧問，浅見恒雄顧問，海野正英部長，脇田宗治専任課長，試験片作製，
組織観察や図表の作成に協力 く た 藤 良輔氏，研究開発部の皆様 大変多くの 協力 いた ま た．ここに感謝の意 表 ます．
そ ，い 暖 く支え，理解 常に励ま く た家族に心 お礼 述べます．あ とう，心 感謝 ます．
2016年12 小奈 浩太郎