耐熱鋼内部の炭化物の安定性解析手法を開発―高温クリープ特性の向上に貢献：物質・材料研究機構
(2018年5月17日発表)
（国）物質・材料研究機構は5月17日、高温で長時間使う耐熱性鉄鋼材料の強度に大きな影響を与える鋼材内部の炭化物の安定性を高精度で解析できる手法を開発したと発表した。高温下で強い新たな耐熱鋼の研究開発に役立つという。
高温に長時間曝し続けた際の鋼材の強さを高温クリープ強度といい、火力発電などの発電効率や燃費の向上のため鋼材の高温クリープ強度の向上が求められている。
耐熱鋼は一般に結晶粒と呼ばれる金属結晶の粒（つぶ）から成り、鋼材の高温クリープ特性は結晶粒同士の境界にたまる数十～数百ナノメーターオーダーの微細な炭化物により概ね決まるとされている。
このため、炭化物を粒界に高密度に分散させ、高温下で結晶粒が粗大化するのを防げば、高温クリープ強度の向上につながると考えられているが、従来の手法では、γ-M23C6と名付けられたこの炭化物が約600～800℃の高温下でどのような結晶構造で安定に存在するかを正しく評価することができなかった。
研究チームは今回、組成のみの情報をもとに評価していた従来法を改め、組成に加えて各結晶格子上に各元素がどのように配列しているかを適切に関数化して調べる新規モデル（部分占有モデル）を導入し、第一原理計算および統計力学的手法に基づく自由エネルギー計算法と組み合わせて解析を行った。
その結果、従来法では見つけられなかった、高温で安定して存在する結晶相を発見した。さらに、この結晶相が安定して存在する理由を探求し、そのメカニズムも解明した。
これらの成果は新規耐熱鋼などの設計・開発への貢献が期待できるという。
