Rate theory model of phosphorus grain boundary segregation considering atomistic processes

原子過程を考慮したリン粒界偏析のレート理論モデル

海老原 健一   ; 鈴土 知明   ; 山口 正剛   

Ebihara, Kenichi; Suzudo, Tomoaki; Yamaguchi, Masatake

リンは原子炉圧力容器鋼において粒界脆化を引き起こし延性脆性転移温度の上昇に影響することが考えられる。このことから、照射誘起粒界リン偏析を解析するレート理論モデルを原子レベルの素過程を基に開発している。これまで、分子動力学シミュレーションによる考察に基づき、リンの粒界へのトラップ過程は組み込まれたが、デトラップ過程については従来のモデルを用いていた。そこで、本研究では、分子動力学よってリンの粒界内での移動をシミュレーションし、その挙動を考察した。さらに、その考察に基づき、デトラップ過程をレート理論モデルに組み入れ、照射誘起粒界リン偏析の温度依存性を計算した。その結果、リン原子は、粒界内を鉄原子の隙間を移動することが分かった。レート理論モデルの計算では600C以上になると粒界リン偏析量が大きく増加すること、そして、この増加はリンの粒界偏析エネルギーに依存することが示された。

Phosphorus (P) atoms bring about grain boundary (GB) embrittlement in steel materials and can influence the rise of ductile-brittle transition temperature in reactor pressure vessel steels. Thus, a rate theory model for analyzing irradiation-induced GB P segregation is developed based on the atomistic processes. So far, we have incorporated the trapping process to the model based on the result of molecular dynamics (MD) simulations. However, the conventional model is used for the trapping process. In this study, we simulated the migration of a P atom in a GB. In addition, based on the consideration of the MD results, we modified the de-trapping model and applied the rate theory model to the temperature dependence of irradiation-induced GB P segregation. It was found that P atoms migrate through a gap in the GB region. In the calculated GB P segregation, the GB P coverage increased at T 600C and that the increase depended on the GB P segregation energy.