■2003.10

財団法人 金属系材料研究開発センター

No.204

TODAY

文部科学省科学研究費補助金について思う
材料名等を含む科研費採択研究課題の数
検東京大学マテリアル工学専攻

教授

柴 田 浩 司索語

鉄鋼
アルミ and 合金
マグネ and 合金
チタン and 合金
銅 and 合金
セラミックスガ ラ ス
コンクリート

私の研究室の研究費の内情を述べると次のようである。年200万円程度、文科省の通常の予算が研究室に配分され、これから図書費、コピー代、文房具代、サーバー使用量などの日常経費をのぞいた残りが、助手（2名）、大学院生（本年度4名）、4年生（本年度2名）の研究費となる。文科省からの予算がどのように研究室に配分されるかは、大学によって多少の違いがあるから、凸凹があるだろうが他の大学でもおおよそこれに近い額になるものと思われる。当然この額では、研究室のメンバー全員の研究費用をまかなうことはできないので、他から研究費を獲得することを考えなければならない。近年、国家プロジェクトをはじめとする大型予算が大学にも流れるようになってきていて、幸い、私もこの数年間、科学技術振興調整費を得ることができたので、何とかしのげている。
しかし、ほとんどすべての大学人がまず頼るのは、文科省の科学研究費補助金（通常、科研費と呼んでいる）であり、私もこの科研費を得ることができれば非常に助かるので、毎年申請書を書き続けてきた。
他方、文科省は平成16年度科研費概算要求額として2,023億円を計上している。平成15年度の予算計上額1,765億円と比較すると、14.6%増の要求である。日本学術振興会のホームページには、平成15年度配分状況が掲載されていて、それによると、申請課題数は100,471件、採択件数は38,777件、したがって採択率は38.6%である。また、4月の時点

検79 件
84 件
66 件
95 件
32 件
781 件
706 件
990 件

索語

半 導 体
高 分 子
液晶
ナノチューブ
ダイオード
ナノバ イ オ材料

2250 件2661 件
617 件
336 件
97 件
4098 件
1560 件4859 件での配分総額は1,203億円で、1課題あたりの平均配分額は310万円とある。採択率が40%近いのだか
ら、私の申請も何年かに一度は採択されてもよさそうに思われるのだが、なかなかうまくいかない。
実は、何年も前から多くの人に、「鉄鋼材料を研究課題にしていたら科研費は採用されにくいよ」と言われ続けてきた。しかし、私の専門は鉄鋼材料なので、申請する課題が「鉄鋼材料のリサイクル促進のための材料組織学的研究」とか「強磁場による鉄鋼材料のマルテンサイト変態の核生成サイトの研究」というようなものになってしまう。
そして、実際にこの4年ほど1件も採択されず、本当に「鉄鋼材料を研究課題にしたら科研費は採用されにくいのか」気になって仕方がない。
国立情報学研究所のホームページから、1996年度から2003年度までの8年間に採用された科研費の課題名、申請者を調べることができる。この間の採択研究課題総数は314,138件（うち物質・材料科学系3,729件）である。上表は、材料名などの言葉で採択研究課題を検索して、そのような言葉を課題の中に含む採択研究の件数を調べた結果である。この表を見ると、基盤材料である鉄鋼および非鉄金属材料に関する研究の採択数が、やはり少ないようである。これが、申請数が少ないことによるのか採択率が低いことによるのか是非知りたいところであるが、調べることはできない。しかし、申請数が少なくても、採択率が低くても、どちらも何とかしなければならない問題であろう。

1

JRCM REPORT

水素利用国際クリーンエネルギーシステム技術（WE-NET）研究開発／低温材料の開発
水素利用国際クリーンエネルギーシステム技術（WE-NET）研究開発／低温材料の開発（終了報告）
環境・プロセス研究部 田村元紀

1 はじめに果、国内外の他機関では採取できない多ザー溶接、減圧電子ビーム溶接（RPEB :くの有益なデータを得ることができた。

Reduced Pressure Electron Beam Welding）
及び摩擦撹拌接合（FSW : Friction Stir

経済産業省の補助を受けて進められた第Ⅱ期では、最適溶接材料及び溶接法

新エネルギー・産業技術総合開発機構に関する要素技術の開発を念頭においWelding）を適用した。

（NEDO）のプロジェクト「水素利用国際て、研究を推進した。極低温材料データ（2）液体水素雰囲気下材料試験装置の導入

クリーンエネルギーシステム技術（WE-ベース作成も行った。溶接に関しては、液体水素雰囲気下における機械特性試

NET）
研究開発」
は、平成5年に開始され従来の溶接法の適用限界を把握するとと験が可能な設備を導入した。本試験装置（第Ⅰ期）、平成11年度より第Ⅱ期研究期

もに、低圧電子ビーム溶接、摩擦撹拌接は、最大荷重300kNの油圧式機械試験機間に移行し、平成14年度に終了した。

合といった新しい溶接法の適用可能性をと極低温設備、さらに安全装置からなる。

示した。

クライオスタット内にて、液体水素を含水素利用国際クリーンエネルギーシス
テムは、太陽光、地熱や風力等で水素を製研究開発の実施にあたっては、愛知製

む極低温環境下における引張試験、破壊造し、消費地へ輸送・貯蔵して自動車や発鋼（株）、石川島播磨重工業（株）、新日本製靭性試験及び疲労試験等の実施が可能で電等のエネルギー源として活用すること鐵（株）、住友金属工業（株）、（株）日本製鋼所、あり、平成7年の本格稼働開始以来、本（図−1）を目標としている。
大量の水素の古河電気工業（株）及び三菱重工業（株）の各装置を中心に極低温環境下での材料特性輸送・貯蔵に対し、液体水素は効率的な社と協力し実行した。水素脆化及び低温を数多く評価している。

媒体と位置付けられる。そして、容器用脆化機構の解明は、独立行政法人産業技（3）大規模液体水素輸送・貯蔵用材料の特性評価

材料には、20K（−253℃）の液体水素及び術総合研究所、独立行政法人物質・材料大型タンカーや貯蔵タンク等、大規模極低温水素ガス雰囲気下で、低温脆化や研究機構、ドイツ材料研究所（MPA）と、な液体水素貯蔵・輸送に対応した材料開水素脆化を起こさない耐久性が要求され溶接技術は英国溶接研究所（TWI）と共同

発では、候補材の厚板材及びその溶接部る。
しかし、プロジェクト発足当時、液体水研究した。の材料特性評価が重要である。母材、溶素雰囲気における材料特性に関する情報は極めて少なく、特に溶接部や水素脆化に関するデータはほとんど知られてなか

2 研究開発の内容と成果（1）候補材と溶接法の選定

接金属部、さらにこれらに水素を10ppm程度チャージした材料の極低温特性を評価した。
ａ．ステンレス鋼った。
そこで、低温材料に関する研究開発

極低温（4K）で使用実績のあるオースグループを結成し、既存材料の中から候テナイト系ステンレス鋼と、LNGタンカーシャルピー吸収エネルギー値、破壊靭補材を選定し、液体水素及び低温水素ガへの適用例があるアルミニウム合金を候性値とも試験温度の低下に伴い低下するス雰囲気において特性評価を行ってきた。

補材とした。
ステンレス鋼の溶接は、TIGが、316L鋼母材は4K及び20Kでも高い靭第Ⅰ期では、極低温容器での使用実績

溶接（Tungsten Inert Gas Welding）、MIG性値を示す。しかし、TIG、MIG、SAWのある材料を選定し、液体水素及び低温溶接（Metal Inert Gas Welding）、SAW溶等の従来汎用溶接法による溶接金属部の水素ガス中における母材及び溶接部の材接（Submerged Arc Welding）
等の従来溶特性は、極低温において著しく低下する料試験を中心に研究を推進した。その結接法に加え、新規溶接法として、
CO2レー（図−2）。この改善が重要な課題であり、

図−1

JRCM NEWS No.204

液体水素の利用形態例

図−22

SUS316L鋼及び溶接金属部のシャルピー吸収エネルギーに及ぼす試験温度の影響

溶接材料の選定及び新溶接法の適用可能性質を示すことが確認され、この方法もはなくなる。これは歪み誘起マルテンサ性を検討した。

有望であることがわかった。

イトの生成に関連し、オーステナイト相

溶接金属部の機械的特性は、
δフェライ

SUS304L、SUS316L及びSUS316LNのが安定であるほど感受性が低くなった。

ト含有量や非金属介在物の形態に影響を母材及び溶接金属部の疲労試験では、これらのことから新たな水素環境脆化指受ける。極低温域においては多層盛り溶

77K、20Kの極低温においても、き裂進標を提案し、低温水素環境下で使用でき（図−3）
接によって生成したδフェライト

展速度が遅く、いずれの母材も0.2％耐るオーステナイト系ステンレス鋼の選定及びα／γ界面が、き裂の伝播経路とな力相当の高応力下で、106〜107回以上の基準を示した。

りやすいこと、またSAW溶接金属部等疲労寿命を有していることがわかった。

さらに、水素ガス環境下の材料への水では高密度に存在する非金属介在物がき

これら知見やデータは、経済的観点も加素侵入条件も検討した。
例えば、
SUS316L

裂の発生を助長することによって靱性が味して、将来、容器の設計に十分に活用のTIG溶接金属部を373K（100℃）、4.9MPa低下すると考えられた。

されることが期待される。

（50気圧）に放置すると、1000時間後にｂ．
アルミニウム合金10ppm程度の水素侵入がみられる。この極低温において、δフェライト量を0%近傍に低減すると靭性が改善するが、MIG溶接金属部の極低温における破壊程度の水素侵入では、機械的特性への影

ステンレス鋼の溶接ではδフェライト量靱性、衝撃特性、引張特性は、Mg含有

響は少ないが、高圧水素ガスの場合や、長を低減すると高温割れが起こる。日本原

量低減による特性劣化がみられた。母材

時間暴露された場合には数10ppm以上の子力研究所にて開発された、高靭性かつに比べ、溶接金属部の低温靱性が大きく水素侵入の可能性があることを示した。

優れた溶接性を有する完全γ型溶接材料

低下するが、FSW溶接金属部は母材特また、局所的な破壊靱性の評価や、（12Cr-14Ni-10Mn-5Mo-N鋼）を採用したと性より良好で、靱性が著しく向上した。

20Kにおける機械的性質に及ぼす冷媒形

ころ、溶接金属部の極低温靭性は十分にFSWで得られた溶接金属部は、大電態（液体水素、20Kのヘリウムガス）の影高く、かつ高温割れも認められず、大型流MIGで得られた溶接金属部に比べ、か響等の基盤研究も、国内外研究機関と連タンカーやタンク用の溶接法として有望（図−4）なり微細な組織が形成され、引携して実施した。
これら試験結果は、独自であることを示した。

張特性や破壊靭性も良好であった。また、のデータベースシステムに構築している。

一方、減圧電子ビーム（RPEB）
溶接にステンレス鋼で効果的であった減圧電子よる溶接金属部のシャルピー吸収エネル

ビーム溶接もアルミニウム合金に有効でギー特性と靱性は、4K、20Kの極低温域あることも確認している。

において、従来溶接金属部に比較して大（4）水素環境脆化に関する研究

3 おわりに
本研究開発成果は液体水素輸送・貯蔵用材料だけでなく、燃料電池自動車関連きく改善した（図−2）。RPEB溶接金属部

液体水素容器は、液体水素充填時でも設備に採用されつつある高圧水素ガス貯は微細な組織から形成され、極低温靭性容器上部は水素ガスにさらされる。各種

蔵・輸送用材料等、水素エネルギー関連

値は、5%前後のδフェライトを含むが低温材料の、水素侵入や水素ガス雰囲気全般の材料開発に広く役立つものと期待母材と同程度の高い値を示した。溶接パ下の脆化挙動も検討した。

している。本プロジェクトは平成14年度

ス数もTIG等と比べ少ないので、効率的各種オーステナイト系ステンレス鋼にで終了したが、水素雰囲気で使用されるな施工ができる。また10ppm程度の水素おいて、水素及びヘリウムガス雰囲気下構造材料の研究は、平成15年度よりチャージによる特性劣化はほとんどなでの引張試験結果から、水素環境脆化感NEDOによる「水素安全利用等基盤技術

く、高靭性型厚板溶接法として有望であ（図−5）受性を比較した。室温から温度開発」のなかで引き継がれ、主として低る。さらに、後述するアルミニウム合金が低下するに従って水素環境脆化感受性

温、液体水素雰囲気での材料研究から、の接合に有効であったFSW法をステンが高くなり約200Kでピークを示した後、高圧水素ガス雰囲気での安全なインフラレス鋼へ適用したところ、優れた機械的急激に回復し約150K以下で水素の影響構築のための材料研究へと移行することとなった。

図−3

TIG溶接金属部のSEM写真

図−4 摩擦撹拌接合（FSW）法による溶接金属部の組織

3

図−5 オーステナイト系ステンレス鋼の水素環境脆化

JRCM NEWS No.204

本研究活動は、WE-NET研究開発の開認識のもとに遂行されてきた。本研究活とに、さまざまな材料を使用しなければ始以来、（1）
安全かつ経済的な液体水素動で、多くの有益なデータを得ることがならない。本研究活動が行ってきた液体の輸送・貯蔵技術を支えるのは材料であでき、世界水素エネルギー会議をはじめ水素、水素ガス中における材料評価、材る、（2）
液体水素の実雰囲気下での材料とする国内外の会議でそれらを公表し、料開発に関する研究の重要性を改めて強特性に関する情報は大幅に不足してい高い評価を得た。宇宙関連材料の機械的調するとともに、研究成果が、安全で信る、（3）
特に、液体水素容器は一般的に特性に及ぼす液体水素の影響に関する研頼性のある将来の水素利用技術の構築に溶接により製作されるが、室温から液体究においても、貴重な知見となっている。

役立つことを確信する次第である。これ

水素温度
（20K）
における溶接部の脆化に水素利用においては、液体水素、水素まで長期にわたりご協力いただいた、関関する情報は非常に少ない、という現状

ガス中において高い信頼性と安全性のも係機関のご支援に感謝いたします。

（社）日本鉄鋼協会

異業種交流セミナー「材料と機能シリーズ」
人体にやさしい金属材料−医療用材料の最前線−
日 時：11月14日（金）9：30〜17：20
場 所：東京電機大学
11号館17階大会議室
東京都千代田区神田錦町2−2
TEL. 03−5280−3405
内 容：生体用金属材料の医療産業での位置付けを理解し今後を展望するために、新素材及び加工・表面処理技術の開発動向、実用化までの問題点を明らかにする。
問い合わせ先：（社）日本鉄鋼協会
総合企画事務局 総務グループ
TEL. 03−5209−7011

The Japan Research and Development Center for Metals

JRCM NEWS／第204号

発 行 2003年10月 1 日
発行人 小島 彰
発行所 財団法人 金属系材料研究開発センター〒105-0003 東京都港区西新橋一丁目5番11号 第11東洋海事ビル6階

内容に関するご意見、ご質問は JRCM 総務企画部までお寄せください。
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