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。

研究了Si含量对F/M钢的氧化耐药性的影响，以在600°C下暴露于氧气饱和液体二抗合金（LBE）最多2000小时。通过在300°C下暴露于333小时的LBE暴露确认了辐照12 wt的含钢（12 si钢）的耐腐蚀性的影响。结果如下。（1）在含Si的12si钢上形成的氧化层具有三层结构：外层，内层和内部氧化区（IOZ）在金属材料侧，仅在含Si的F/M钢上形成IOZ。此外，氧化物层中的硅主要与旧的奥氏体晶界和IOZ的马氏体板条浓缩，并被视为无定形的SiO2与CR2O3混合（填充CR2O3）。（2）已确认，新型的复合物CR2O3填充的无定形SIO2结构有效降低了Fe和O的扩散速率，增加了内层的密度，抑制了内层纳米孔的形成，并明显降低了O的内部扩散，从而导致LBE的氧化抗性改善。（3）在候选核融合反应器SIMP钢中加入1.2 wt。％Si可有效降低氧化速率，当氧化层形成近似于抛物线层时，系数将降低至6.2×10-12 cm2/s，表明对液体LBE的极好的耐腐蚀性。（4）已证实，在非辐照材料（6.7 dpa的辐射量）中，腐蚀特性是不均匀的氧化，转移到均匀的氧化中。但是，已经证实，辐照材料的腐蚀加速至未辐照材料的三倍。基于这些结果，在LBE环境中证实了氧化物形成，生长和不稳定的动力学，从而揭示了照射对腐蚀行为的影响。同时，SI在稳定氧化物膜上的功能已被阐明。该结果为开发高性能铁合金的发展提供了指南，这些合金是在极端环境中的候选者，例如核融合反应堆和熔融金属冷却反应器。