イオン照射下でのFe-Cr-Al合金中のCrリッチ析出物形成へのAl添加影響

Effect of Al addition on the formation of Cr-rich precipitates in Fe-Cr-Al alloys under ion irradiation

阿部 陽介  ; 佐々木 泰祐*; 都留 智仁   ; 久保 淳; 山下 真一郎   ; 大久保 成彰   ; 藤田 洋平*; 大友 政秀*; 鵜飼 重治  

Abe, Yosuke; Sasaki, Taisuke*; Tsuru, Tomohito; Kubo, Atsushi; Yamashita, Shinichiro; Okubo, Nariaki; Fujita, Yohei*; Otomo, Masahide*; Ukai, Shigeharu

軽水炉用耐事故燃料被覆管材料として開発されている酸化物分散強化型Fe-Cr-Al合金では、Crリッチ析出物(Cr-Rich Precipitates: CrRP)の形成による脆化挙動の解明と予測が課題となっている。しかし、CrRPの生成に及ぼす照射やAl添加の影響については、十分理解されていない。本研究では、組成の異なる14種類のFe-Cr-Al合金について、自己イオン照射によるCrRP生成挙動を系統的に調べ、CrRP関連量に対する各実験変数の影響を重回帰分析により定量的に評価した。また、CrRP形成の安定性に及ぼすAl添加の影響を第一原理計算により調べた結果、CrRPの安定性に及ぼすAl添加量の依存性がイオン照射実験の結果と一致することが示された。

In oxide dispersion strengthened Fe-Cr-Al alloys being developed as accident-resistant fuel cladding materials for light water reactors, it has been a challenge to elucidate and predict the embrittlement behavior caused by the formation of Cr-rich precipitates (Cr-Rich Precipitates: CrRP). However, the effects of irradiation and Al addition on the formation of CrRPs are not well understood. In this study, CrRP formation behavior by self-ion irradiation was systematically investigated for 14 Fe-Cr-Al alloys with different compositions, and the effect of each experimental variable on the CrRP-related amount was quantitatively evaluated by multiple regression analysis. The effect of Al addition on the stability of CrRP formation was also investigated by first-principles calculations, and the results showed that the dependence of Al addition on the stability of CrRP is consistent with the results of ion irradiation experiments.