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]氧化物分散的增强钢（ODS钢）是一种被积极研究为核融合反应堆结构的候选材料，因为它具有出色的高温强度和923-973K的蠕变特性，并且具有良好的辐照抵抗力。在这项研究中，为了长期使用9CR-ods钢，我们在高温环境中对机械强度和组织稳定性进行了实验研究，与液体LI并存，液体是繁殖材料和冷却剂，以及在氧化物纳米颗粒的照射下的稳定性，这是增强因素。 [实验方法]在973K的真空中，将退火实验在真空中进行了10,000小时，这是核融合反应器毯结构材料的上部设计温度。热处理后，在室温下测量样品的纳米颈和维克硬度，并在973K处进行拉伸和蠕变测试。在机械测试之前和之后，使用扫描电子显微镜（SEM），特征X射线分析（EDS），反向散射电子衍射（EBSD），X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）作为微观结构观察进行观察和分析。在873K x 250小时以873k x x进行了批处理腐蚀测试。此外，使用大阪大学超高压电子显微镜在673-873K时进行辐射测试。 [结果和讨论]由于机械强度测量的热处理，在9CR-ODS钢中观察到了轻微的软化。尽管此时粒径略有增加，但未观察到对晶界关系或晶界密度的影响，并且良好的结构稳定，并且确认了通过氧化物纳米颗粒加强分散的影响。另一方面，M_ <23> C_6沉淀物变得更粗糙，并且还观察到了封装因子M_6C的形成。腐蚀试验后的测量结果显示表面附近的体重减轻和硬度轻微。从表面观察中观察到了不均匀的腐蚀，并观察到在晶界处的优先腐蚀。与以前的研究不同，在电子辐照实验中，在实验范围内的所有电子能量条件下证实了氧化纳米颗粒的稳定。在低于1 MeV的能量下，不会出现氧化物的成分原子的挤出，并且在低于0.75 MeV的能量时，即使在基质中也不会挤出。该结果表明，通过在挤出能以下或氧化物颗粒和基质界面的原子混合下施加能量来破坏氧化物颗粒的稳定。