先進油井掘削技術の強度信頼性向上に関する研究

提高先进石油钻井技术强度和可靠性研究

• 批准号: 18J22540
• 负责人: 高崎 大裕
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J22540/
• 关键词: フレッティング; クリープ; 水素; フレッティング疲労; 水素脆化; 材料強度; 先進エネルギー開発; 高温

本研究では，先進エネルギー開発技術に関連する構造材料の強度問題を解決し，安全性と信頼性の向上に貢献することを目的としている．第一の課題として，最新の油井開発技術で懸念されている油井管ねじ継手のフレッティング疲労破壊について取り組み，フレッティング疲労強度に及ぼす潤滑材およびコーティングの影響を調査した．潤滑材やコーティングの影響は応力振幅が比較的低い領域で現れ，フレッティング疲労寿命は潤滑材とコーティングを併用したときに最も長寿命になった．潤滑材のみでもある程度の寿命向上が見られた．潤滑材とコーティングの併用により寿命が最も長くなった原因を，コーティング後の接触片の表面形状と潤滑材の保持能力を関連付けて説明した．第二の課題として，高温型燃料電池による水素発電や水蒸気電解による水素製造に用いられる構造材料で懸念される高温水素中のクリープに関する研究を実施した．2019年度までに高温水素中の材料試験技術を確立し，600℃のクリープ試験によりアルゴン中に比べて水素中でクリープ寿命が顕著に短くなることを確認した．2019年度末から新たにイリノイ大学の研究者との共同研究が始まり，2020年度は高温水素がクリープ寿命を低下させるメカニズムを検討した．その結果，脱炭，析出炭化物の形状変化，水素助長局所塑性理論（HELP）はSUS304の水素中クリープでは主たる原因ではないことが分かった．水素によるクリープ寿命の低下の有力なメカニズムとして，水素により原子空孔密度が増加し，鉄原子の格子拡散が促進された結果，転位の上昇が促進されるものを考え，クリープひずみ速度の実験値からその裏付けを行った．以上の水素中クリープの結果をまとめた論文を学術誌CORROSIONで発表したところ，研究課題と成果の重要性が注目され，One of the top articlesに選出され巻頭ページに掲載された．

本研究的目的是解决与先进能源开发技术相关的结构材料的强度问题，为提高安全性和可靠性做出贡献。作为第一个课题，我们解决了最新油井开发技术所关注的油井管螺纹接头微动疲劳断裂问题，并研究了润滑剂和涂层对微动疲劳强度的影响。润滑剂和涂层的作用出现在应力幅值较低的区域，当润滑剂和涂层一起使用时，微动疲劳寿命最长。即使单独使用润滑剂，也观察到一定程度的寿命改善。润滑剂和涂层结合使用可获得最长寿命的原因是通过将涂层后接触件的表面形状与保留润滑剂的能力联系起来来解释的。作为第二个课题，我们对高温氢气中的蠕变进行了研究，这是用于高温燃料电池制氢和蒸汽电解制氢的结构材料所关注的问题。到2019年，我们已经建立了高温氢气中的材料测试技术，并通过600℃蠕变测试证实，氢气中的蠕变寿命明显短于氩气中。 2019年底，我们与伊利诺伊大学的研究人员开始了一项新的联合研究，并于2020年研究了高温氢气降低蠕变寿命的机制。结果发现，脱碳、析出碳化物的形状变化以及氢辅助局部塑性理论（HELP）并不是SUS304中氢蠕变的主要原因。考虑到氢增加了原子空位密度，促进了铁原子的晶格扩散，从而促进了位错的增加，我从蠕变应变率的实验值中证实了这一点。当一篇总结上述氢气蠕变结果的论文发表在学术期刊《CORROSION》上时，该研究课题和结果的重要性引起了人们的关注，并被选为热门文章之一并发表在头版。

项目成果

SUS304のクリープに及ぼす水素の影響

氢对SUS304蠕变的影响

• 发表时间: 2019
• 作者: Daisuke Takazaki;Masanobu Kubota;高崎大裕，久保田祐信;高崎大裕，土山聡宏，久保田祐信
• 通讯作者: 高崎大裕，土山聡宏，久保田祐信

Effect of Hydrogen on Creep Properties of SUS304

氢气对SUS304蠕变性能的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: Daisuke Takazaki;Toshihiro Tsuchiyama; Masanobu Kubota
• 通讯作者: Masanobu Kubota

Effect of Flatness of Contact Surface on Fretting Fatigue Strength

接触面平整度对微动疲劳强度的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: Daisuke Takazaki;Masanobu Kubota;Ryosuke Komoda;Suzuko Hosoi;Yosuke Oku;Taizo Makino;Masaaki Sugino
• 通讯作者: Masaaki Sugino

油井管材料のフレッティング疲労特性に与えるコーティングおよび潤滑剤の影響

涂层和润滑剂对油井管材料微动疲劳性能的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: Daisuke Takazaki;Masanobu Kubota;Ryosuke Komoda;Suzuko Hosoi;Yosuke Oku;Taizo Makino;Masaaki Sugino;細井鈴子，久保田祐信，高崎大裕，奥洋介，牧野泰三，杉野正明
• 通讯作者: 細井鈴子，久保田祐信，高崎大裕，奥洋介，牧野泰三，杉野正明

Effect of Hydrogen on Creep Properties of SUS304, SUS304L, SUS310S Stainless Steels and pure iron

氢对SUS304、SUS304L、SUS310S不锈钢和纯铁蠕变性能的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: Daisuke Takazaki;Kentaro Wada;Ryosuke Komoda;Masanobu Kubota
• 通讯作者: Masanobu Kubota