ODSフェライト鋼におけるナノ酸化物粒子の照射下オストワルド成長促進機構の解明

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14828
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大野 直子 北海道大学, 工学研究院, 助教 (40512489)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: ODSフェライト鋼 / 酸化物粒子 / 照射 / 第一原理計算 / イオン照射 / 電子線照射

研究成果の概要

ODSフェライト鋼中酸化物粒子の安定性について、オストワルド成長の照射下促進という発想の元、酸化物固有の照射耐性とフェライト鋼中酸化物粒子の相対的安定性に分割して解析・考察した。アンチサイト欠陥を導入した酸化物の第一原理計算の構造緩和から、Y-Ti, Y-Al, Y-Zrすべての複合酸化物が安定であることが示唆された。フェライト鋼中酸化物粒子の相対的安定性をイオン照射と電子線照射から評価した結果、照射下でオストワルド成長は促進されず、寧ろ酸化物粒子の数密度が増加することが示された。これは母相中の酸化物構成元素の低い固溶限によってもたらされると考えられる。

自由記述の分野

原子力材料

研究成果の学術的意義や社会的意義

ODSフェライト鋼は次世代高速炉・軽水炉燃料被覆管や核融合炉構造材料の有力な候補材料として、我が国のみならず世界各国で鋭意開発が進められている。フェライト鋼中に超微細分散させた酸化物粒子は熱的に安定であるが、中性子照射を受けると成長し数密度が低下するという報告がある。高温強度を担う酸化物粒子の粗大化・数密度の極端な低下は高温強度の大幅低下を招く。本研究では酸化物自身の安定性とフェライト相中の酸化物粒子の安定性に分割して解析・整理し、酸化物粒子の照射下安定性を明らかにした。