報告書番号

Q08023

タイトル（和文）

一般化積層欠陥エネルギーと転位芯構造を用いた析出強化機構の検討 ― 溶質原子クラスター形成による圧力容器脆化機構解明 ―

タイトル（英文）

Analysis of Precipitation Hardening Mechanism using Generalized Stacking Fault Energy and Dislocation Core Structure -Study of Nuclear Presure Vessel Embrittlement Caused by the Formation of Solute Atom Clusters-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

中性子照射された圧力容器鋼中に形成するCu, Ni, Si, Mn等からなる溶質原子クラスターは照射脆化の主要因だと考えられている．そのようなクラスターは転位が移動するときの障害物となるため圧力容器鋼の延性を低下させる．従来は転位と溶質原子クラスターとの相互作用のメカニズムとしては，それらの剛性率の違いから生じると理解されていたが，詳細については不明であった．この報告書では，通常の転位を小転位からなる転位の集合体であるとモデル化することによって転位芯の構造も考慮に入れた計算を行った．これらの小転位の最適配置は，小転位間の弾性相互作用と一般化積層欠陥エネルギー（GSFE）に基づいて計算することができる．この計算によれば，母材のFeにおける転位芯の広がりに比べてCuクラスター中における転位芯の広がりが大きくなることが分かった．この転位芯構造を転位動力学法に導入し，転位とCuクラスターとの相互作用の計算を行った．結果として，転位動力学法による計算結果は実験的に得られた降伏応力の増加量をうまく説明できることが分かった．つまりCuクラスター内で転位芯が広がるということが，圧力容器鋼の硬化に重要な役割を果たしている可能性がある．

概要 （英文）

The formation of solute atom clusters that consist of Cu, Ni, Mn and Si are thought to be the primary reason of the neutron irradiation embrittlement of reactor pressure vessel steels. Such clusters will act as obstacles to dislocation motion to cause hardening that leads to the reduction of
ductility. Although the mechanism of obstacle-dislocation interaction has been explained by the difference of the shear modulus between the matrix and clusters, the details are still in open question. In this paper, we studied the core structure of a dislocation in a solute atom cluster by modeling a dislocation as a group of small dislocations. The optimum arrangement of the small dislocations is calculated based on the elastic interaction among small dislocations and the generalized stacking fault energy (GSFE) calculated by first principles molecular dynamics. Calculations of the edge dislocation in a Cu precipitate in Fe matrix show that the core of the edge dislocation in a Cu precipitate extends more than that in Fe matrix. This was also incorporated into the dislocation dynamics simulations of Cu precipitates in Fe to calculate the critical shear stress. The results show good agreement with experimental results suggesting that the extention of dislocation core could be a key for the hardening due to coherent precipitates.

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