Effects of irradiation and solute elements on the corrosion behaviors of Fe-Cr steels

辐照和固溶元素对Fe-Cr钢腐蚀行为的影响

基本信息

批准号：
21F50058
负责人：
阿部弘亨
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-11-18 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F50058/
关键词：
腐食液体金属マルテンサイト鋼

项目摘要

F/M鋼の耐酸化性に対するSi含有量の影響は、600℃にて2000時間までの酸素飽和液体ビスマス合金（LBE）への曝露材について調査した。同様に照射した12wt.％Si含有鋼（12Si鋼）の耐食性に対するの影響については300℃にて333時間までのLBE暴露により確認した。結果は以下の通り。（１）Si含有12Si鋼に形成される酸化層は，外層，内層，金属材側の内面酸化域（IOZ）の3層構造であり，そのうちIOZはSi含有F/M鋼のみに形成された。さらに、酸化物層のシリコンは、主に旧オーステナイト粒界とIOZのマルテンサイトラスで濃縮され、Cr2O3が混在した（Cr2O3充填）非晶質SiO2として観察された。（２）新しい複雑なCr2O3充填アモルファスSiO2構造は、FeとOの拡散速度を効果的に低下させ、内層の緻密性を高め、内層のナノポア生成を抑制し、Oの内部拡散を明らかに減少させることができ、LBEの耐酸化性の向上につながることが確認された。（３）核融合炉候補材SIMP鋼に1.2wt.%のSiを添加すると、その酸化速度を効果的に低下させることができ、酸化物層形成を放物線近似したときの係数は6.2×10-12 cm2/sに減少し、液体LBEに対する優れた耐食性を示した。（４）照射材（照射量6.7dpa）では、非照射材では不均一酸化であった腐食特性が均一酸化に移行することを確認した。ただし照射材の腐食は非照射材の3倍程度に加速されることが確認された。これらの結果に基づいて、酸化膜の形成、成長、および不安定化のダイナミクスがLBE環境で確認され、腐食挙動に対する照射影響が明らかになった。同時に、酸化膜の安定化に及ぼすSiの機能が解明された。この成果は、核融合炉や溶融金属冷却炉等の極限環境で候補となる高機能な鉄-Cr合金開発への指針となる。

针对在 600°C 下暴露于氧饱和液态铋合金 (LBE) 长达 2000 小时的材料，研究了 Si 含量对 F/M 钢抗氧化性的影响。通过在 300°C 下进行长达 333 小时的 LBE 暴露，证实了对经过类似辐照的 12wt.% 含硅钢（12Si 钢）的耐腐蚀性的影响。结果如下。 (1)含Si 12Si钢形成的氧化层具有三层结构：外层、内层和金属侧的内氧化区(IOZ)，其中IOZ仅形成于金属侧。含硅F/M钢。此外，氧化层中的硅主要集中在IOZ的原奥氏体晶界和马氏体板条处，并观察到与Cr2O3混合的非晶SiO2（Cr2O3填充）。 (2)新型复合Cr2O3填充非晶SiO2结构可以有效降低Fe和O的扩散速率，增加内层的致密性，抑制内层纳米孔的生成，明显减少O的内部扩散。证实LBE的抗氧化性能可以得到改善。 (3) 在聚变反应堆候选材料SIMP钢中添加1.2wt.% Si，可有效降低其氧化速率，抛物线近似氧化层形成时的系数为6.2×10- 12 cm2/s，表现出优异的耐腐蚀性能对抗液体 LBE。 (4)在照射材料(照射剂量：6.7dpa)中，确认了腐蚀特性由非照射材料中的不均匀氧化转变为均匀氧化。但经证实，经辐照材料的腐蚀加速至未辐照材料的约三倍。基于这些结果，在 LBE 环境中确认了氧化膜形成、生长和失稳的动力学，并揭示了辐照对腐蚀行为的影响。同时阐明了Si稳定氧化膜的作用。这一结果将为开发可用于核聚变反应堆和熔融金属冷却反应堆等极端环境的高功能铁铬合金提供指导。