【公開日：2025.06.26】【最終更新日：2025.06.23】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22TU0195

利用課題名 / Title

冷熱利用による大気からのCO₂分離回収装置設計のための冷温環境が及ぼすオーステナイト系ステンレス鋼組織への影響の観察

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

金属系構造材料, ステンレス鋼, 腐食, 破壊,集束イオンビーム/Focused ion beam

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

田中 優実

所属名 / Affiliation

東京理科大学 工学部工業化学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes

今野豊彦

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-507：集束イオンビーム加工装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

地球温暖化の主因であるCO₂の排出削減技術が求められる中、液化天然ガス（LNG）の冷熱（−162℃）を活用して大気中のCO₂をドライアイスとして回収する「Cryo-DAC」システムの開発を進めている。Cryo-DACシステムにおける昇華槽の構造材料として候補に挙がったオーステナイト系ステンレス鋼について、極低温・圧力変動・腐食環境下での長期使用に耐える信頼性を評価するため、冷熱衝撃・低温疲労・腐食試験を実施。その後、材料の表面・断面・破断面の微細構造を詳細に観察・解析し、作動環境が鋼材の組織に与える影響を明らかにすることで、昇華槽の設計および耐久性評価に役立てることを目的としている。

実験 / Experimental

走査型電子顕微鏡観察は、FEI社製FIB-SEMであるVersa3D を用いて加速電圧5 kVで行い、二次電子検出器を用いて結像し（SEM観察）、また一部、組成の情報を得るために加速電圧を20 kVとし特性エックス線による分析（EDS分析）を行った。また疲労試験片は破断面が引っ張り方向に変形していたことから、焦点深度を長くとるためワーキングディスタンス（WD）を通常より長めの 20 mm 前後に設定して観察した。

結果と考察 / Results and Discussion

CO₂またはCO₂および25%(v/v)モノエタノールアミン水溶液が介在する環境下で冷熱衝撃（室温⇔-196℃）を700回または1000回印加したSUS304、SUS304L、SUS316およびSUS316L試料片の表面SEM観察を行った。結果、いずれの鋼種においても、冷熱衝撃の印加に伴う熱膨張・収縮の繰り返しおよびCO₂やモノエタノールアミンによる化学的作用に起因すると考えられる粒界腐食が生じていること、Moの添加が粒界強化に効果的である可能性がある一方、低炭素化（L）の効果は不明瞭であることが見出された。低温（-60℃）定温引張疲労試験により破断した中空丸棒疲労試験片（中空部分に大気または25%(v/v)モノエタノールアミン水溶液を封入）の破断面のSEM観察およびEDS分析を行った。結果、大気封入とアミン封入において明確な差異はなく、いずれも、外周部（腐食層あり）から円周状に内部に向かうストライエーション（疲労破壊）が全体的に観測されるとともに、部分的には、へき開的な破断面やディンプル破断面（ディンプルの起点粒子はMo化合物）も観測され、疲労破壊と脆性破壊、延性破壊が複合的に生じていることが示唆された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件