Effects of antagonistic interaction between Cr and Ni on hydrogen solubility in a Fe-Cr-Ni ternary austenitic system; A First-principles calculation

Fe-Cr-Ni三元系オーステナイト系における水素溶解度に及ぼすCrとNiの拮抗的相互作用の影響; 第一原理計算

森山 潤一郎*; 山口 正剛   ; 高桑 脩*

Moriyama, Junichiro*; Yamaguchi, Masatake; Takakuwa, Osamu*

本研究では、Fe-Cr-Ni系オーステナイト合金における多成分合金(Cr、Ni)相互作用における水素(H)溶解度を系統的に調べた。それは、溶解水素含有量の関数である強度延性バランスにおける新しい水素誘起改善を生み出すものである。第一原理計算を用いて、CrとNi原子の配置が異なるFe-Cr-Ni面心立方(FCC)三元系において、水素溶解度に直接関連する水素吸収エネルギーを解析した。その結果、隣接する八面体サイト(Oサイト)の水素吸蔵エネルギーは、両合金元素がそれぞれ独立に減少させるにもかかわらず、Cr原子とNi原子の拮抗的な相互作用が水素吸蔵エネルギーに及ぼすことを明らかにした。本研究により、拮抗的なCr-Ni相互作用を考慮することで、様々なFe-Cr-Ni系オーステナイト合金のH-溶解性を包括的に予測することが可能となった。

The present study systematically investigates hydrogen (H) solubility within multi-component alloying (Cr, Ni) interaction in Fe-Cr-Ni-based austenitic alloys, which generates a novel H-induced improvement in the strength-ductility balance that is a function of dissolved H-content. We analyzed, using first-principles calculations, H-absorption energy that is directly linked to H-solubility, in an Fe-Cr-Ni face-centered cubic (FCC) ternary system with various configurations of Cr and Ni atoms. The results we obtained clarified the effects of antagonistic interactions between Cr and Ni atoms on H-absorption energy even though both alloying elements independently reduce H-absorption energy at adjacent octahedral sites (O-sites). The present study makes it possible to comprehensively predict the H-solubility of various Fe-Cr-Ni austenitic alloys by taking account of the antagonistic Cr-Ni interaction.