高温環境下における酸化物分散強化鋼の機械的特性と微細組織変化の相関

高温环境下氧化物弥散强化钢力学性能与组织变化的相关性

基本信息

批准号：
11F01381
负责人：
阿部弘亨
金额：
$ 1.49万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01381/
关键词：
Fusion reactor structural materials oxide dispersion strenathenine steels creep properties microstructure nano-narticles corrosion compatibility electron irradiation structual materials oxide dispersion strengthening steels cerrp prore

项目摘要

【背景】酸化物分散強化鋼(ODS鋼)は923-973Kでの高温強度やクリープ特性に優れ、また照射耐性も良好であることから、核融合炉ブランケット構造材料の候補材料として研究が盛んに進められている材料である。本研究では、9Cr-ODS鋼の長期供用を見据えて、高温環境における機械強度および組織安定性、増殖材および冷却材となる液体Liとの共存性、ならびに強化因子である酸化物ナノ粒子の照射下安定性に関する実験的研究を行った。【実験方法】9Cr-ODS鋼に対し、核融合炉ブランケット構造材の設計上限温度とされている973Kにおいて真空中最大10000時間の焼鈍実験を行った。熱処理後、試料は室温にてナノ硬度、ビッカース硬度を測定し、973Kにて引張試験とクリープ試験を行った。機械試験前後には微細構造観察として走査電顕(SEM)、特性X線分析(EDS)、後方散乱電子回析(EBSD)、X線回折(XRD)および透過電顕(TEM)を用いて観察、分析を行った。バッチ式腐食試験では液体Li中で873K×250時間の試験を行った。さらに照射試験は阪大超高圧電子顕微鏡を用いて0.75～2MeVの電子照射を673～873Kで実施した。【結果および考察】機械強度測定から9Cr-ODS鋼では熱処理に伴う若干の軟化が観察された。このとき粒径は僅かに上昇したものの、粒界関係や粒界密度には影響が見られず、微細組織は安定であり酸化物ナノ粒子による分散強化の効果が確認された。一方でM_<23>C_6析出物は粗大化し、脆化因子であるM _6Cの形成も観察された。腐食試験後の測定により、わずかな重量減少と表面近傍の硬度低下が観察された。表面観察から不均一腐食が見られ、結晶粒界の優先的腐食が観察された。電子照射実験では、既往研究とは異なり、実験範囲内の全ての電子エネルギー条件で酸化物ナノ粒子の不安定化が確認された。1MeV程度以下のエネルギーでは酸化物の構成原子のはじき出しは生じず、0.75MeV以下では母相でもはじき出しが生じない条件である。この結果は、はじき出しエネルギー以下のエネルギー付与による酸化物粒子の不安定化、または酸化物粒子と母相界面の原子ミキシングを示唆している。

【背景】氧化物弥散强化钢（ODS钢）在923-973K具有优异的高温强度和蠕变性能，以及良好的耐辐照性能，因此作为聚变反应堆包层结构材料的候选材料正在被积极研究。是一种正在开发的材料。在本研究中，着眼于 9Cr-ODS 钢的长期使用，我们研究了高温环境下的机械强度和结构稳定性、与作为传播剂和冷却剂的液态锂的共存以及辐照氧化物纳米颗粒的稳定性较低，这是一个强化因素。 [实验方法] 对9Cr-ODS钢在真空中、973K（聚变反应堆包层结构材料的设计上限温度）下进行了最长10,000小时的退火实验。热处理后，在室温下测量样品的纳米硬度和维氏硬度，并在973K下进行拉伸试验和蠕变试验。使用扫描电子显微镜 (SEM)、特征 X 射线分析 (EDS)、电子背散射衍射 (EBSD)、X 射线衍射 (XRD) 和透射电子显微镜 (TEM) 观察机械测试前后的微观结构，进行分析。批量腐蚀试验在液锂中于873K下进行250小时。此外，使用大阪大学超高压电子显微镜，在673~873K下进行0.75~2MeV的电子照射试验。 [结果与讨论] 机械强度测量表明，9Cr-ODS钢由于热处理而出现轻微软化。虽然此时晶粒尺寸略有增加，但没有观察到对晶界关系或晶界密度的影响，并且微观结构稳定，证实了氧化物纳米颗粒的弥散强化效果。另一方面，M_ 23 C_6析出物变得粗大，并且还观察到作为脆化因素的M_6C的形成。腐蚀试验后的测量结果显示，表面附近的重量略有减轻，硬度也有所下降。表面观察显示腐蚀不均匀，并观察到晶界处的优先腐蚀。在电子辐照实验中，与之前的研究不同，在实验范围内的所有电子能量条件下都证实了氧化物纳米颗粒的失稳。在约1MeV以下的能量下，氧化物的构成原子不会被排出，在0.75MeV以下的能量下，母相不会被排出。该结果表明由于施加低于排出能量的能量或氧化物颗粒与基体界面之间的原子混合而导致氧化物颗粒不稳定。