JRCM REPORT

軽水炉用「コバルトフリー耐摩耗性材料の研究」
JRCM研究開発部次長本間亮介
1.はじめに
JRCMは、技術研究組合原子力用水世代機器開発研究所(ANERI)殿より「コバルトフリー耐摩耗性材料の研究」を受託し、「耐摩耗性研究委員会」を設道して平成３～８年度の計画で研究開発を実施している。現在、原子力用耐摩耗性材料としてコバルト基合金のステライトNo.6がいろいろな部位に用いられているが、放射化したコバルトによる放射線被曝を低減するため、コバルトを含まないステライト代替材の開発が望まれている。 「耐摩耗性研究委員会」では耐摩耗性のメカニズム解明等基礎的なアプロ一チにより、コバルトフリー耐摩耗性材料開発の指針を得ることを目的に研究を進めている。このたび、ANERI調査部会活動の一環として、平成６年度までの「耐摩耗性研究委員会」の研究成果を国際会識で発表し、併せて米国の摩耗研究の第一人者と議論することを目的に海外調査を企画、提案したところ、ご賛同が得られ、平成７年８月１～12日の日程で「ANERI第16回軽水炉新素材適用調査団、金属系部会米国調査」として実施された。表一１に調査日程及び訪問先、表一２に調査団名簿を示す。以下に調査結果の概要を述べる。
2 .研究成果の発表
(1)国際シンポジウムの概要
研究成果の発表は「第７回軽水炉用材料の環境劣化に関する国際シンポジウム」で行った。本シンポジウムは、米国腐食防食協会(NACE)、米国原子力学会(ANS)、米国材料学会(TMS)の共催で２年に１度開催される著名な国際会議である。今回の内容は10分野からなり、PW R・BWRそれぞれの材料の腐食損傷とその防止のための水化学、照射施化及び寿命予測に大別される。このなかで、応力腐食制れに関する論文が最も多かった。発表論文103件、参加者220名余り、参加国は米、英、仏、独、カナダ、スペイン、スイス、フィンランド、スウェーデン、ベルギー、チェコ、ルーマニア、日本、中国、韓国、イスラエルの16が国であった。日本からはわれわれ調査団のほか東北大学、東京電力、関西電力、発電設備技術検査協会、日立製作所、東芝、石川島播磨重工業、三菱重工業が参加し、参加者合計は22名であった。開催地のコロラド州プレッケンリッジはロッキー山脈中の標高3,000mの高地で、軽い高山病による頭痛に悩まされながらも、団員全員が手分けして全発表を聴講し、各発表内容の概要を作成した。 「耐摩耗性研究委員会」の研究成果は、「コバルトフリー耐摩耗性材料開発のための基礎研究」の題名で米澤委員長と複本顧問の連名で論文を提出し、講演は米澤委員長が行った。栽終日の最終発表であったが、発表終了後、講演席の米澤委員長のところに数人が歩み寄り、さらには榎本顧問も加わって議論が行われる等、高い関心が払われた。 (2)発表概要（コバルトフリー耐腐耗性材料開発のための基礎研究）今回発表した研究成果の要点を以下に記す。
A.目的と方法
軽水炉用耐摩耗性材料として多用されているステライトNo. 6に代わる、特にバルブシート、その他の摺動部を対象としたコバルトフリー耐摩耗性材料を開発するための基礎概念を得るべく、ステライトNo.6及び日本で独自に開発された新町摩耗材について、摩耗特性の基礎的調査及び摩耗試験後の金属学的評価を行った。供試材を装－３に示す。またステラ及ぼす摩擦速度の影響は、各試験方法の場合とも同様の傾向を示す。比摩耗最は摩耗試験方法によらず、摩擦速度が0.1m/sの場合、チタン合金、MA-A、 Cobaless90が10~6mm/kgf以上、ステライトNo. 6、MA-CSは約10~8mm/kgfである。一方、摩擦速度が１ｍ/sの場合、チタン合金が約10~ 6mr/kgf、他の材料は10~7mm/kgfである。ステライトNo. 6とMA-CSの比摩耗量は、摩擦速度が１ｍ/sの場合、試験温度、試験環境の如何によらず、 5 ×10~7~10~6mm/kgfの範囲内にあるが、摩擦速度が0.1m/sと遅い場合は、
客温水中で他の試験環境より小さい。ステライトNo.6とMA-CSの比摩耗最が室温水中の低摩擦速度で小さくなるのは、水による潤滑効果よりは、水中の溶存酸素によって生成する表面酸化膜によるマイルド酸化摩耗状態になるためと考えられる。各材料の比除耗量に及ぼす摩擦速度の影響は、大越式摩耗試験と高温水中での独自開発プロック・オン・リング式摩耗試験の場合で頻似している。 b，ステライトNo.6の耐摩耗性に及ほす合金元来の影響ステライトNo.６の耐摩耗性のメカニズムを調べるため、ステライトNo. 6の成分変化材について大気中摩耗試験を行った。耐摩耗性の影響する因子は、炭茶、クロム、タングステン含有量、初晶炭化物体積率及び硬さで、良好な耐摩耗性を示す摩擦速度0.1m/sの摩耗条件では、比摩耗量はクロム含有量の増加により上昇するが、その他の因子の増加は比摩耗量を減少させることが明らかとなった。図一１に比摩耗量とクロム、タングステン含有量、初品炭化物体積率の相関を示す。 c .摩擦面温度の影響大越式及びピン・オン・ディスク式摩耗試験において、熱電対を埋め込み摩擦面の摩托試験時の温度を測定した。摩擦速度0.1m/sの場合は摩擦面の温度上昇は小さく、試験材料の硬さ低下にほとんど影響を及ぼさず、試験した材料の比摩耗量はそれぞれの室温硬さとの間に相関性がみられた。一方、摩擦速度３m/sの場合はビン・オン・ディスク式で200℃以上、大越式では400〜500℃の温度上昇が計測された。高温硬さ測定結果から判断して、このような温度上昇により摩擦面は空温硬さより25～35%低下していると推定される。この場合、試験した材料の多くは摩擦面で塑性流動しやすい状態にあるため、比摩耗量は材料に依存しなかったと推定できる。 d .摩耗試験後の摩耗部及び摩耗粉の観察図ー 2に各供試材の摩耗部断面硬さ分布を示す。ステライトNo. 6及びMA -CSの場合摩耗部近傍で著しい硬さの上昇が認められる。摩擦速度0.1m/sの場合の摩耗粉は、耐摩耗性が最もすぐれているステライﾄNo.6と、これに火ぐMA-CSではそれぞれ直径約１μ及び２～３μの酸化物からなり、これらはマイルド摩耗の状態にあることがわかった。チタン合金の摩耗粉は微細な酸化物と粗い粒の混合で、マイルド隊耗からシビア摩耗への遷移状態にあり、耐摩耗性の最も悪いニッケル基合金の場合は数10 μを超える粗い摩耗粉を呈し、シビア摩耗状態にあることがわかった。 (一般に、同一材料で条件により低い摩耗率を示す領域と、高い摩耗率を示す領域がある。前者をマイルド摩耗、後者をシビア原耗と呼ぶ。)摩耗病のEPMAによる分析では、ステライトNo.６の場合は摺動を受けていない部分で酸素濃度が高い。これらの領域は別の接触域が摩耗していくといずれ負荷を受ける領域となり、その時酸化膜に覆われているのでマイルド摩耗となる。摩托が進み酸化膜がなくなると、接触域は別の酸化膜の厚い場所に移動する。このような循環を繰り返していることが、良好な耐摩耗性を示す一因になっていると考えられる。 a) Sliding speed of 0.1m/s.図ー！ステライト成分変化材における化学成分、炭化物桥出部体積率と比　図ー2 各供試材の摩耗試験後の断面徴小硬さ分布（大越式摩耗試験）摩耗量の関係（大越式摩耗試験）
C.結論
ステライトNo. 6は摩擦速度0.1m/sで最もすぐれた耐摩耗性を示し、MA -CSがこれに次いだ。これは摩擦による硬さ上昇並びに酸化膜生成による凝着抑制によるものと考えられる。ステライトNo. 6の耐摩耗性に及ぼす諸因子の影響を調べ、化学成分的にはタングステン、炭素量の増加、クロム量の低下が耐摩耗性を増加させることを明らかにした。
3 .訪問調査
国際会議出席に先立ち、米国標準局(NIST)及びオハイオ州立大学(OSU)に、トライボロジーの高名な専門家を訪ね、米国の耐摩耗性材料開発動向の鳴取、当方からの予め込っておいた国際シンポジウム発表論文及び質問状に基づく討論、摩耗関係研究設備見学等を行った。
(1)米国標準局
NISTは1901年設立のNational Bu- reau of Standardを前身とし、88年現在名に改称された。所在地ゲタースバーグはワシントンD.C.の北西約30kmに位置する。米国工業会発展のための基準づくり、計測手法開発、製造技術開発等を目指す研究機関で、約3,200人のエンジニアと約3,000人のテクニシャンからなる。  る摩托の専門家の一人であるDr.Stephen M. Hsu (Leader, Surface Properties, Ceramics Div., Materials Science & Engineering Lab.) を訪問した。このグループは現在主としてセラミックス、合金、コーティング材等のトライボロジカルな研究を行っている。摩耗特性評価における基本的留意事項、NISTで行っているいろいろな摩耗試験方法及び新材料開発、材料選択、部品のデザイン等に有効とされる三火元ウエアマップの研究などについて説明を受けた。 (ウエアマップ)は摩托率と荷亜・摩擦速度・温度などとの関係を図示したもので、二次元、三次元等種々のマップがある。)質問事項に関する討議では、摩耗の適正な評価方法は適用条件で異なること、耐摩耗性評価では摩耗量のみでなく摩托損傷機構の比較が重要なこと、マイルド摩耗からシビア摩耗への遷移メカニズムに関連してウエアマップが亜爽であること等、有用な意見が述べられた。 (2)オハイオ州立大学オハイオ州立大学はオハイオ州の州都コロンバスにあり、約５万人の学生を抱える同州最大の大学である。ここでも複本願問の紹介により、摩耗研究の第一人者の一人Prof. David A. Rigney (Material Science and Engineering, Center for Material Research)を訪問、またProf. RigneyのアレンジでProf. P. Shewmon(Ma- terial Science and Engineering), Prof. B. Bhushan (Computer Micro¬ tribology and Contamination Lab., Dept. of Mechanical Engineering)の両氏にも会うことができた。 Prof. Rigneyから、原耗の研究では摩擦、摩耗速度、摩耗機構の遷移が問題となるが、さらに摩擦距離、荷重、環境等種々の可変因子が絡むので試験結果の評価に慎重を要すること、序耗機構の解明ではウエアマップが重要であることなどが強調された。 Prof. Shewmonから、米国でのコバルトフリー材開発についてEPRIレボートが参考になろうとのコメントがあった(NISTのDr. Hsu, OSUのProf. Rigneyからも同様のコメントあり)。質問事項に関する討議では、耐摩耗性評価には三火元ウエアマップが重要であること、摩耗試験中の摩耗面温度測定上の注意事項、マイルド摩耗からシビア摩托への遷移機構に関連して摩耗面の酸化の有無が重要と考えていること、耐摩耗性委員会では耐摩耗性評価方法として摩耗試験のほか摩耗面、摩耗粉等の調査を行っていることについて、OSUでも同様の観察を行っていること、その他多くの貴重な意見、情批が得られた。研究設備見学では、特にProf. Bhushanの研究室におけるマイクロトライボロジー関連の精密な装置が印象的であった。
4 .おわりに
「ANERI第16回軽水炉新森材適用調本団、金属系部会米国調査」として、 「コバルトフリー耐摩耗性材料の研究」の成果を国際シンポジウムで発表するとともに、米国の高名なトライポロジ一の専門家を訪ね耐摩耗性材料の研究開発動向調査を行った。国際シンポジウムでの発表は、欧米各国の参加者から大きな関心が寄せられた。訪問調査では、耐摩耗性の評価方法、摩耗メカニズムの調査手法等に関する有益な情報が得られ、かつ「コバルトフリー耐摩耗性材料の研究」における摩耗メカニズムについてのアプローチも概ね正しい方向にあることが確認される等、大きな成果が得られた。終わりに、今回の調査に当たってご理解、ご支援、ご尽力をいただいた通商産業省資源エネルギー庁原子力発電安全管理課、ANERI伊藤副理事長、谷内事務局長、技術部関係各位、並びにJRCM鍵本専務理事に厚く御礼申し上げる。また、訪問先の紹介と調査団への特別参加をいただいた榎本祐廟博士、論文発表と調査団長の労を兼ねていただいた米澤利夫委員長、並びに耐摩耗性研究委員会委員のうち、種々ご支援を得ながら調査団にご参加いただけなかった諸氏にも心から感謝申し上げる。
ANNOUCEMENT
助金のご案内につい
このたび通商産業省工業技術院技術振興課より、エネルギー関係技術の英用化開発費補助金の案内がまいりましたので、皆様にご連絡いたします。この制度は、工業技術院技術振興課が民間企業等における技術開発支援策の一環として、下記の３補助金の交付業務を行っておられるもので、制度の概要について紹介させていただきます。なお、不明な点がございましたら下記問い合わせ先まで、直接ご連絡いただきますようお願いいたします。 1.捕助金の種類及び対象技術①石油代替エネルギー関係技術英用化開発費補助金～石油代替エネルギーを製造または利用する技術②新発電技術実用化開発費補助金～石油代替エネルギーを利用した新発電技術及び電力負荷平準化技術等の範源の多様化のための技術③エネルギー使用合理化関係技術実用化開発費補助金～各種の機器やプロセスの省エネルギーに関係する技術2.対象となる技術開発段階すでに基礎研究、応用研究がなされ、英用化に向けた技術開発（商業段階での製品化・商業化のための技術開発は対象外です)。 ３．補助対象経費及び補助率３補助金とも、研究に直接必要な設備費・材料費・物品費・労務費・外注費等が対象となり、補助率は①は2/3ないし1/2以内、②は1/2以内、③は2/3以内です。 4．技術開発の期間及び規模概ね2 ~ 7年(③は2 ~ 4年)。規模としては、全期間を通じ事業費として概ね数千万円～十数億円を要するもの(ただし、特に規模の下限はありません)。 5．補助金研究成果の帰属工業所有権等の研究成果については補助事業者に帰属します。 6．補助金の募集形態及び時期年度により差異はありますが、通常、 2月ごろに通産省公報において公募の公示を行います。 ※本補助金に関する問い合わせ先通商産業省工業技術院技術振興課TEL 03-3501-1511(ft) (内線：4561-4)
実験設備等の売却のお知らせ
「高温魔食環境下石油生産用部材の研究開発」は、平成６年３月末日をもって終了いたしました。つきましては、試験研究に使用した実験設備や装置を競争入札により売却しますので、ご希望の方は入札にご参加ください。 55 (1)売却品 実験設備一式他(2)公告日平成８年１月４日(3)入札日　平成８年１月16日〔入札場所と問い合わせ先〕 Ü金属系材料研究開発センター東京都港区虎ノ門1-26-5虎ノ門17森ビル６階TEL 03-3592-1282 FAX 03-3592-1285 (総務部増田、川上) 「高温材料の開発と適用」開催日程1996年2月1日(水) 2日(油開催場所 専売ビル８階ホール(東京都港区芝5-26-30) TEL 03-3798-4186)塚集定員 110名照会・申込先社団法人日本金属学会TEL 022-223-3685 (〒980仙台市青葉区荒巻字青葉)
(人事異動)
平成7年12月１日付本間亮介(新)  ㈱日本製鋼所(退職) 〔旧〕研究開発部次長兼主任研究員飛田 寛(新)研究開発部主任研究員(1日)日鉱金属附技術部技術開発担当技師長
〔新人紹介〕
①出生地②西暦生年月日③最終学歴①職歴①仕事に対する期待①趣味、特技、資格等飛田　寛①東京都大田区②1949年５月28日③東北大学工学部化学工学科④1973年日本鉱業㈱入社。6年間水島製油所で石油精製、 3年間山陽石油化学でエチレン製造。その後、14年間非鉄金属圧延関係の仕事を担当。 ⑤変わった職歴ですが、金属を使う立場とつくる立場の両方の仕事をしてきましたので、これまでの経験をベースに視野を広げて、頑張りたいと思っております。 ⑥読書、料理(酒の肴が主)、蝶の採集・収集。
特許内容についてより詳細に知りたい方は、㈱レオテック(ＴＥＬ 03-3592-1986岡野)までご連絡ください。

活動報告
同第38回運営委員会日時12月19日以13:00〜19:00議題1平成7年度予算修正2理事・審議員・評議員の改選画第54回国際委員会日時12月6日祝15:00〜17:00議題1 JRCM  NEWS  No.28編集方針検討2海外出張報告同第111回広報委員会日時12月12日以16:00〜18:00議議  JRCM NEWS No.111編集画調査委員会●第4回金属素材産業におけるLCA手法に関する調査研究委員会日時12月５日(火) 13:30~17:00議題１講演「日本のLCA研究の現状と課題」通商産業省資源環境技術総合研究所エネルギー資源部燃料物性研究室室長 稲葉敦氏2金属別プロセスツリーの進捗状況報告と討議他●アルミニウム合金の表面厚膜硬化技術講演会、出版記念パーティー日時12月20日以10:30～19:00講演「宇宙開発の将来展望」宇宙開発事業団宇宙往還システム室室長柴藤羊二氏他●第8回自動車用水茶吸蔵合金用途調査部会日時12月14日(村13:30~17:00議題1各ワーキンググループでの進捗報告2今後の進め方と報告書のまとめ作業の検討●第10回先進高比強度材料技術委員会日時12月15日函14:00~18:30議題1講演「宇宙における材料」宇宙開発事業団宇宙往還システム室室長柴藤羊二氏2講演「航空機へのアルミ合金の適用と加工法の紹介」富士重工業務材料研究一課課長忠成年雄氏●第4回過酷環境下使用金属系材料の研究課題に関する調査研究委員会日時12月12日以13:30~17:30護題1報告書作成準備●第３回膏色・紫外発光デバイス材料調査部会日時12月13日(水) 13:30~17:30議題１講演「アメリカNCSUにおけるワイドキャップ研究」京都大学工学部電気工学科藤田静雄助教授2今後の取り組みについて■第4回特基研／新製鋼プロセス・フォーラム合同発表会日時12月18日(月) 13:00~17:00国アルミリサイクル技術委員会●アルミリサイクル技術研究会議日時12月６日例15:00〜17:30議題1研究開発予算補助率導入についての市設2今後の組織、運営体制についての答惑他●アルミリサイクル技術部会日時12月11日(月) 13:30～17:30議題 研究開発予算規概、負担率及び研究開発の重点指向検討他■「スーパーメタルの先導研究」 ●第３回大型案材WG（鉄系)日時12月19日以13:30〜17:30議題
ミニウム表面のミリオーダー硬化技術の調査研究部会」（主査：松田福久大阪大学溶接工学研究所散授)を設置して、アルミニウム表面の硬化技術の研究に取り組んでまいりました。このたび研究の集大成として日刊工業新開社より「アルミニウム合金の表面厚酸硬化技術」の発刊のはこびとなり、これを機会にJRCM10周年記念事業の一環として、愛知県技術開発交流センターで出版記会の講演会と懇親会を開催します。皆様のご参加をお願いいたします。主催(U)金属系材料研究開発センター（JRCM）愛知工研協会、表面技術協会中部支部、観察形材センター中部支部、日本防綿技術協会中部支部、軽金属製品協会協　貨　軽金属学会、幼稚金属溶接構造協会日　時　平成８年１月26日金講演会　10：30～16：55、懇親会　17：00～19：00場-所愛知県技術開発交流センター交流会議室〒448愛知県刈谷市一ツ木町西新割TEL 0566-24-1841   FAX 0566-22-8033参加覧10,000円(テキスト「アルミニウム合金の表面厚膜硬化技術」、懸親会喪込み)申込締切　平成８年１月19日金参加申込及び問い合わせ先：JRCM鈴木、宮坂TEL 03-3592-1283 FAX 03-3592-1285開会の挨拶　柳金属系材料研究開発センター副理事長　佐藤史郎【講演（午前の部)】アルミニウム合金の表面硬化技術の特來展望大阪大学教授　松田　福久アルミニウム合金の表面厚酸硬化技術の現状と用途日本軽金网网主任研究員　海老原　健液中放電溶融法によるコーティングプロセス豊田工業人学教授【講演（午後の部）】溶射法によるコーティングプロセス新日本製織機主幹研究員　武田　故一複合めっき法によるコーティングプロセスパーカー熱処理工業財参与 秦技ティグ・ミグアークによるアロイングプロセス日級溶技工業制参与神戸良雄レーザ・電子ビームによるアロイングプロセス富山県工業技術センター主任研究員富田正吾プラズマアーク粉体肉盛法によるアロイングプロセス大阪大学助教授中田一博閉会の挨拶　助金属系材料研究開発センター専務理事　鏈本　深懇親会 (17：00〜19：00)第３回は平成８年３月15日金に変更して、宮山県工業技術センター（富山県高岡市）で開催します。
フォーラム「未来金属材料の展望」
～スーパーメタルの創成に向けて～
岡金属系材料研究開発センター #.順次世代金属・複合材料研究開発協会後　授　通商所業省工業技術院新ユネルギー・産業技術総合開発機構(千定)協　貨　他日本金属学会　 《山日本鉄鉄協会(予定) (辻辉金属協会JRCM創立10周年を記念するイベントとして、今般、関係機関と協力して標記のフォーラムを開催します。本フォーラムは、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)殿から委託された調査研究である「スーパーメタルの先導研究」の成果をもとに、金属材料の技術の現状を把握し、今後の研究課題を明らかにすることを目的に企画しました。多数ご参加いただくようご案内申し上げます。 1.日時平成８年２月５日(月) 9 :30～17 :45 (講演会) 18：00〜20：00（肥税会） 2.場3.語演概要所東京大学山上会館東京都文京区本郷7丁目3-1（TEL 03-3812-2111） 「スーパーメタル創成と技術体制の変革」東京大学教授 木原譯二他、17の講演を予定しております。 4.参加受領定。申込締切　平成８年２月１日付定員になり次第締め切ります。参加賞 10,000円(講演予稿集代、懇親会費を含む) 5．連絡先 JRCM 吉井、菊間TEL 03-3592-1283   FAX 03-3592-1285までここ数年の世界的変革の動きが日本でも天災、人災、そして経済問題と噴出、JRCMでは節目の鏡論がなされた一年であった。リストラ等により、ようやく企業収益の計上が見えはじめたが、価格破壊もあり研究開発の再編がジワリと進んでいる。知的蓄積が社会資本と位置づけられ、折からの票気対策として追い風が吹いた領域もあった。これらを十分にはらむための知恵の捻出と情報受発信の向上が望まれる。1月1日付111号。 | | | |号となるのは83年４か月後である。 2079年5月号にそのチャンス到来。財団は、地球は、金属顔はどうなっているのか。初夢であった。広報委員会　委員長　小林邦彦(編集部会)　愛　具　安田金秋／佐藤　駿覧千明／高木堂藤川崎競夫／小泉　明佐々木尻／直江政二The Japan Research and Development Center for Metals
本誌は地球環境保全を考慮し再生紙を使用。本書の内容を禁断で独写扱製軽数することを結じます。発　行　1996年１月１日編集人|財団法人金属系材料研究開発センター広報委員会設本発行人-財団法人金属系材料研究開発センター発行所〒105東京都港区虎ノ門一丁目26番5号虎ノ門17泰ビル6階T E L (03)3592-1282(代)／ＦＡＸ(03)3592-1285