Non-equilibrium intergranular segregation and embrittlement in neutron-irradiated ferritic alloys

中性子照射されたフェライト合金における非平衡粒界偏析と粒界脆化

亀田 純*; 西山 裕孝 ; Bloomer, T. E.*

Kameda, Jun*; Nishiyama, Yutaka; Bloomer, T. E.*

Mn, P, S, Cuを添加した鉄基モデル合金について、熱時効、中性子照射、中性子照射後焼鈍(PIA)による不純物元素の粒界偏析と粒界脆化の検討を行った。熱時効においては、主としてSの偏析が生じ、中性子照射においては、SよりもPの偏析が優勢となるとともに、粒界のCの涸渇が生じた。PIAの結果を用いた速度論的解析から、中性子照射によるPの偏析は格子間原子との複合体により誘起され、Sの偏析は、照射により導入された空孔によって加速されることを明らかにした。これら中性子照射による不純物元素の非平衡粒界偏析について、固溶元素と照射欠陥の相互作用、及び中性子照射による粒界偏析サイト数の変化の観点等からの考察を行った。また、粒界偏析濃度の変化及び照射硬化と延性脆性遷移温度の関係を求めた。

This study describes intergranular segregation and embrittlement in several model ferritic alloys doped with Mn, P, S and/or Cu subjected to neutron irradiation, irradiation-equivalent thermal ageing (ETA) and post-irradiation annealing (PIA). Neutron irradiation produced a larger amount of intergranular P segregation than S segregation. Intergranular C segregation remained small in all the as-irradiated alloys. A PIA study has shown that the P segregation in P-doped alloys subjected to lower temperature PIA proceeds via mobile P-interstitial complexes while the S segregation is controlled by vacancy-enhanced diffusion. The mechanisms of non-equilibrium intergranular segregation induced by neutron irradiation are discussed in light of coupled fluxes of point defects and impurities, and changes in the segregation capacity of grain boundaries. Small punch tests demonstrated how the impurity segregation or desegregation and hardening or softening induced by the irradiation, ETA and PIA influence intergranular embrittlement in the various ferritic alloys.