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Stability of $$gamma$$' precipitates in nickel based oxide dispersion-strengthened superalloys under high-temperature and heavy irradiation conditions

Ni基ODS超合金の高温重照射環境下における$$gamma$$'相の安定性評価

金野 杏彩; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; 近藤 創介*; 橋冨 興宣*; 木村 晃彦*

Konno, Azusa; Ono, Naoko*; Ukai, Shigeharu*; Kondo, Sosuke*; Hashitomi, Okinobu*; Kimura, Akihiko*

次世代高温ガス炉は、過酷な温度・照射条件が想定されており、その炉心材は1000$$^{circ}$$C・100dpaもの条件を満たす必要がある。そこで、更なる高温強度実現のため、Feよりも高温強度に優れるNi基合金が候補材として挙げられている。その中でもNimonicPE16は有力な候補材の一つであるが、650$$^{circ}$$C・50dpaの条件で$$gamma$$'相の溶解・結晶粒界への再析出による強度低下と脆化が生じてしまうため、更なる耐照射性の向上が必要とされている。そこで、本研究では、$$gamma$$'相析出型Ni基超合金に酸化物粒子を分散させることでこれまでのNi基合金を凌駕する$$gamma$$'析出型Ni基ODS超合金(MS4)を開発し、高温重照射影響を評価することを目的とした。イオン照射実験は600$$^{circ}$$Cから1000$$^{circ}$$Cの温度範囲で100dpaの条件で行われた。照射後、$$gamma$$'相は600$$^{circ}$$CではCuboidalな形状を維持したまま、800$$^{circ}$$Cでは形状が崩れながらも成長していることが判明した。これはNHMモデルに基づく成長速度式から説明されるが、1000$$^{circ}$$Cにおいては、照射全域に$$gamma$$'相が析出しており800$$^{circ}$$Cまでとは全く異なる現象が起こることが明らかとなった。本研究では、新たに$$gamma$$'相の照射下挙動のモデル化を試みた。

A stability of cuboidal $$gamma$$' phase under heavy irradiation was studied for newly developed Ni-based Oxide Dispersion Strengthened (ODS) superalloy as a candidate for the core structural materials in VHTR or GFR. The ion irradiation was applied at 873K, 1073K, 1273K and the dose was 100 dpa. The $$gamma$$' phase remained the cuboidal shape at 873K but got out of the shape at 1073K after irradiation. Those growths can be explained by the Nelson-Hudson-Mazey (NHM) model. For the result of 1273K irradiation, however, huge $$gamma$$' phase appeared in the whole irradiated area at the post irradiation-observation. This behavior is interpreted in terms of disordering of the ordered $$gamma$$' phase due to cascade collision, and thus increasing Gibbs free energy of the disordered phase induces a change of the element distribution inside the irradiated area. The ordered $$gamma$$' phase was reproduced from the disordered state at the cooling after ion irradiation.

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