新合金理論に基づく鉄基オ-ステナイト合金の耐熱・耐食機能設計

基于新合金理论的铁基奥氏体合金耐热耐蚀设计

基本信息

批准号：
01604553
负责人：
湯川夏夫
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1989
资助国家：
日本
起止时间：
1989 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-01604553/
关键词：
合金設計耐熱合金鉄基合金オ-ステナイト合金

项目摘要

この研究では、合金効果を反映する二つのパラ-メ-タ-を用いて鉄基オ-ステナイト合金の耐熱・耐食機能設計を行った。その2つのパラメ-タとは、分子軌道計算によって得た、原子間の結合力を表す結合次数(Bo)と、d軌道レベル(Md)である。多成分合金では、次式のようにそれぞれ組成平均をとってMdおよびBoと定義する。Md=ΣX_i・(Md)_i・・・(1)Bo=ΣX_i・(Bo)_i・・・(2)ここで、x_iは合金元素の原子率、(Md)、(Bo)_iは各合金元素のMd、Bo値である。ステンレス鋼、耐食合金、耐熱鋼などのオ-ステナイト(fcc)合金では、その機能維持のためオ-ステナイト相の安定性が重要視される。上述の二つのバラメ-タを用いて、種々の合金の実験デ-タを整理して、従来のシェフラ-図に代わって、オ-ステナイト鋼の相安定性を正確に示す相安定性指標図(Md-Bo図)を作製した。この相安定性指標図を基に、核融合炉用の低放射化鋼のコンピュ-タ-援用設計を行った。この設計では、316ステンレス鋼やPCA合金の相安定性に匹敵する合金を選択することとし、まず、σ相析出の観点で316鋼に匹敵すると考えられる高マンガンオ-ステナイト鋼の設計を行った。その設計組成範囲は2%Ni、0.1%C、0.2&N5〜16%Cr、10〜30%Mnである。Cr量を耐食性の観点から12%必要であるとして、Md=0.90で抽出した結果、有望合金として、Fe-12Cr-18Mn-0.9Ni-0.1C-0.3N(wt%)とFe-12Cr-23Mn-2Ni-0.1C-0.2Nの2種を得た。さらに、これら合金について誘導放射能の減衰を核変換の法則に基づいて、シミュレ-トした結果、これら2種の合金はいずれもFc-18Cr-8Ni(sus304)合金よりも誘導放射能が低く(100年後で10^<-4>Ci/g以下)、核融合炉材料として有望であることが明らかとなった。

在本研究中，我们使用反映合金效应的两个参数设计了铁基奥氏体合金的耐热和耐腐蚀性函数。这两个参数是键级（Bo）和d轨道能级（Md），键级（Bo）表示原子之间的键合力，d轨道能级（Md）是通过分子轨道计算获得的。对于多组分合金，Md 和 Bo 通过取成分平均值来定义，如下列方程所示。 Md=ΣX_i·(Md)_i···(1)Bo=ΣX_i·(Bo)_i···(2)式中，x_i为合金元素的原子比，(Md)、(Bo)_i分别为合金这些是元素的 Md 和 Bo 值。在不锈钢、耐腐蚀合金和耐热钢等奥氏体 (FCC) 合金中，奥氏体相的稳定性对于维持其功能非常重要。利用以上两个参数，我们整理了各种合金的实验数据，创建了准确显示奥氏体钢相稳定性的相稳定性指数图，取代了传统的谢夫勒图（Md-Bo图）。基于该相稳定性指标图，我们对聚变反应堆用低活化钢进行了计算机辅助设计。在本设计中，我们选择了相稳定性与316不锈钢和PCA合金相当的合金，并首先设计了一种在西格玛相析出方面被认为与316钢相当的高锰奥氏体钢。其设计成分范围为2%Ni、0.1%C、0.2&N5~16%Cr、10~30%Mn。假设从耐腐蚀性的角度需要12%的Cr，Md=0.90时的萃取结果表明Fe-12Cr-18Mn-0.9Ni-0.1C-0.3N（wt%）和Fe-12Cr-23Mn是有前途的得到了两种类型的-2Ni-0.1C-0.2N合金。此外，根据核嬗变定律模拟这些合金的诱发放射性衰减，结果发现这两种合金的诱发放射性均低于Fc-18Cr-8Ni(sus304)合金( 10^<-4 >Ci/g）100年后，人们已经清楚它是一种有前途的聚变反应堆材料。