The Contribution of Cr and Ni to hydrogen absorption energy in Fe-Cr-Ni austenitic systems; A First-principles study

Fe-Cr-Ni基オーステナイト合金における水素吸収エネルギーへのCrとNiの寄与; 第一原理計算による検討

森山 潤一郎*; 高桑 脩*; 山口 正剛   ; 小川 祐平*; 津崎 兼彰*

Moriyama, Junichiro*; Takakuwa, Osamu*; Yamaguchi, Masatake; Ogawa, Yuhei*; Tsuzaki, Kaneaki*

本研究ではいくつかの実用Fe-Cr-Ni基オーステナイト合金において、強度-延性バランスを改善する水素の影響に着目している。面心立方構造を持つFe-Cr-Niモデル合金の水素吸収エネルギーを第一原理計算で調べ、合金中の水素溶解度に対するFeからのCrおよびNi置換の寄与を検証した。Cr置換はNi置換に比べて水素吸収エネルギーを大幅に減少させ、Cr/Ni比の増加により高い水素溶解性を発揮することがわかった。計算で得られた傾向は、様々なCr/Ni比を持つ実用合金で以前に得られた実験結果と一致した。

The present study focuses on a novel hydrogen-improved strength-ductility balance in some practical Fe-Cr-Ni-based austenitic alloys, which directly depends on the solute hydrogen content. The hydrogen absorption energy of the Fe-Cr-Ni model alloys with the face-centered cubic structure was examined using first-principles calculations to verify the contribution of Cr and Ni substitutions from Fe to the hydrogen solubility in the alloys. The Cr substitution substantially reduced the hydrogen absorption energy compared to the Ni substitution, whereby the increased Cr/Ni ratio exerts higher hydrogen solubility. The propensity in the calculations coincided with the experimental results obtained previously in the practical alloys with various Cr / Ni ratios.