Recent Trends and Future Prospects on Heat Resistant Metallic Materials

Abstract

   ま て り あ Materia Japan 第56巻 第 3 号(2017) 耐熱金属材料の最近の動向と今後の展望 竹 山 雅 夫 . は じ め に 耐熱金属材料は，エネルギー，環境，経済(3E)，安全安 心，持続可能な社会の構築(2S)これらに全て深く関わる非 常に重要な材料である．現在我国の総発電量の約 9 割は火 力発電で賄われている (1) ．昨年政府が公表した2030年にお ける我国の電源構成(ベストミックス)は，再生可能エネルギ ー22～24，原子力20～22，火力56(石炭26，LNG 27，石油 3)である．この電源構成を基に，我国におけ る温暖化ガス排出量を2030年までに2013年比で26削減す るという目標を発表した．すなわち温暖化ガス総排出量を約 15億トンから約 4 億トン削減する必要がある．この電源構 成は，東日本大震災(以降は震災)前と比較すると，火力の割 合は変わらず，原子力の割合(震災前は約30)を下げ，そ の分を再生可能エネルギー(震災前は約10)で補うという ものである．ここで，再生可能エネルギーの中身は，約半分 が水力(揚水)発電であり，風力や太陽光などの自然エネルギ ーが 9(震災前は 1)，残りはバイオマスや地熱である． 低炭素化社会を実現する上において，原子力及び自然エネル ギーの割合を増やすのは多いに結構である．しかし，資源の 乏しい我国が国際競争力を維持するためには，エネルギーの 安定供給による経済発展は不可避であり，現在の社会情勢を 考えるとそれを原子力に求めるのは厳しいといわざるを得な い．また，自然環境に左右される自然エネルギーはたとえそ の目標が達成出来たとしてもエネルギーの安定供給源とはな りえない．ベースロード電源の主役は間違いなく火力であ る．しかし，火力発電は化石燃料を熱源とするため温暖化ガ スの排出量が高い．したがって，低炭素化社会の実現とエネ ルギーの安定供給を両立させるには，発電技術の高効率化は 喫緊の課題となる．中でも，排出量が多い石炭火力の新設に は発電効率の高い設備の導入を義務づける動きがあり，資源 エネルギー庁が発表したロードマップにも，次世代高効率火 力発電における技術開発が明確にうたわれている(図) (2) ． この実現には，耐熱材料の高温化，高強度化が鍵を握ること はいうまでもない． 耐熱材料の中のもう一方の柱は航空機エンジン用材料であ る．現在，世界では約20,000機の航空機が飛行しているが， 2030年には40,000機になると予想されている (3) ．すなわち ジェットエンジンは今後新たに 4 万台が製造され，さら に，現用のエンジンの約 7 割がリプレースされる予定であ る．したがって，世界では，新たな高効率エンジンの開発が 行われており，そのためには発電プラント用材料と同様，材 料の高温化，軽量高強度化が求められる．我国でも，2014 年から始まった国家プロジェクト，SIP(戦略的イノベーシ ョン創造プログラム)において，重要課題として「革新的構 造材料」が取り上げられ，その重要研究開発項目としてジェ ットエンジン材料を中心とした「耐熱材料・金属間化合物」 が物材機構及び東工大を中心として行われている (4) ． 著者は現在，過去60年に渡って日本の耐熱金属材料を牽 引してきた 独日本学術振興会耐熱金属材料第123委員会(産 学協力委員会)の委員長を務めており，当委員会では，4 つ の分科会耐熱鋼，超合金，先進耐熱材料・プロセス，耐環 境特性，をもって耐熱材料の発展に貢献している (5) ．本稿で は 最 近 123 委 員 会 が 主 催 し た 2 つ の 国 際 会 議 「 Advanced High Temperature Materials Technology for Sustainable and Reliable Power Engineering (123HiMAT 2015)) (6) 及び