Molecular dynamics study of phosphorus migration in 5 grain boundary of -iron

鉄中の5粒界におけるリン移動の分子動力学研究

海老原 健一   ; 鈴土 知明   

Ebihara, Kenichi; Suzudo, Tomoaki

リンは鉄鋼材料において粒界脆化を引き起こす元素として知られている。さらに、照射による空孔や格子間原子の増加によってリン原子の粒界偏析が促進される。このことから、照射量や温度に対する粒界リン偏析量を評価するため、原子レベルの素過程に基づく拡散レート理論モデルを開発している。しかし、このモデルでは、粒界でのリンのトラップ及びデトラップモデルが適切に取り込まれていないため、実験結果と直接比較できる量を計算できない。粒界からのデトラップを考察するため、これまで、これまで鉄中の3対称傾角粒界内におけるリンの移動を分子動力学シミュレーションにより考察してきたが、本研究では、5でのリン移動をシミュレーションし、3との結果と比較した。その結果、800Kにおいて、3ではリン原子は比較的容易に鉄原子の間を移動するが、5では空孔がないと移動できないことが分かった。また、リン原子を置かない粒界領域中の鉄原子についても同様の傾向が見られた。これは、デトラップ過程をモデル化するための1つの知見を与えると考えられる。

Phosphorus (P) is known as one of the elements which cause the grain boundary (GB) embrittlement in steels and its GB segregation is promoted by the increase of vacancies and self-interstitial atoms due to irradiation. Thus we have been developing the rate-theory model for estimating GB P segregation under several temperatures and irradiation conditions. Because the model does not include the trapping and de-trapping processes properly, however, the model cannot calculate GB P coverage which is measured by experiments. As for the de-trapping process, so far, we have considered the migration of a P atom in the GB region of 3 symmetrical tilt GB using molecular dynamics (MD). In the current study, we also simulated the P migration in 5 GB using MD and compared the result with that of 3. As a result, at 800K, it was found that a P atom cannot migrate in 5 without vacancies while a P atom can migrate between iron atoms in 3.