東北大、A-USC発電用材料としての条件を満たす「超高純度鉄基耐熱合金」を開発

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東北大学未来科学技術共同研究センターは2017年3月16日、700℃級先進超々臨界圧火力発電(A-USC発電)用高温材料としての条件を満たす「超高純度鉄基耐熱合金」の開発に成功したと発表した。

A-USC発電は発電効率が高く、二酸化炭素排出量削減への貢献が見込まる。しかし、その蒸気条件が35Mpa×700℃を超えるため、A-USC発電用のボイラーとタービンには耐熱性の高い材料が必要だ。そのため、その高温高圧に耐えられる材料の開発が待ち望まれていた。

その候補としてはニッケル基合金が有力視されてきた。だが、高温加工性やコストなどの点で課題が残る。そこで、庄子哲雄教授の研究グループは、ニッケル基合金相当のクリープ強度を備えるとともに、高圧水蒸気酸化にも高い抵抗性を持つ鉄基合金の開発を目指してきた。

研究グループが今回開発した耐熱合金は、超高純度鉄を基材としたFe-Cr-Ni合金系に数種の添加元素を加えたものだ。その耐熱特性として700℃、応力150MPaにおいてニッケル基耐熱合金HR6W相当のクリープ強度性能を示している。

工業レベルの純度の鉄基合金においても、添加元素の調整により同様な強化機構による鉄基耐熱合金の製造が可能である見通しが得られたため、次世代のA-USC発電用高温材料として期待される条件を満たしている。今後、大型化ならびに溶接性を確認するなど、実用化に向けた開発が望まれる。

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