Computational study of phosphorus migration to grain boundary in -iron

鉄中における粒界へのリン移動に関する数値計算による研究

海老原 健一   ; 鈴土 知明   

Ebihara, Kenichi; Suzudo, Tomoaki

原子炉圧力容器鋼の高経年化における脆化機構を理解するため粒界リン偏析はひとつの要因である。照射による粒界リン偏析を評価するためのレート理論モデルが開発されているが、粒界におけるリンの偏析機構が明確でないためそのモデルができていない。本研究では、リン原子の粒界への偏析機構を明確にするため、分子動力学によってリン原子の粒界への移動をシミュレーションし、またその結果を第一原理計算で検証した。その結果、粒界近傍で、リン原子とともに移動する空孔や自己格子間原子は粒界に吸収され、リン原子は置換型となることが分かった。さらに、リン原子と自己格子間原子の混合ダンベルの場合において、この現象は第一原理計算で確認された。なお、本発表は、[Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 26(2018) 065005]の内容を詳細にまとめたものである。

Grain boundary (GB) phosphorus (P) segregation is one factor for understanding embrittlement of reactor pressure vessel steels due to aging. Thus, the rate theory model for estimating GB P segregation by irradiation has been developed. In this study, for elucidating the segregation mechanism of P atoms to GBs, the P migration to a GB was simulated by molecular dynamics (MD), and the result of MD simulations was verified by the first-principles calculation. As a result, in the region near GB, a vacancy or a self-interstitial atom which migrates along with a P atom was absorbed by the GB and the P atom became substitutional. This phenomenon was confirmed by the first-principles calculation in the case of the mixed-interstitial dumbbell. This presentation is based on the paper [Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 26(2018) 065005].