Fundamental experiments on phase stabilities of Fe-B-C ternary systems

Fe-B-C合金の相状態に関する基礎試験

須藤 彩子 ; 西 剛史; 白数 訓子  ; 高野 公秀 ; 倉田 正輝 

Sudo, Ayako; Nishi, Tsuyoshi; Shirasu, Noriko; Takano, Masahide; Kurata, Masaki

BWRのシビアアクシデントでは初期に制御棒ブレードが崩落するため、ブレードの溶融開始はその後の燃料集合体の崩落進展に大きく影響すると考えられている。本研究では制御棒ブレード崩落解析の基礎データとして、制御棒ブレードの溶融開始に影響すると考えられる共晶点付近の組成領域のFe-B-C合金3種を作製し、1073K, 1273Kの相状態解明のための試験を行った。XRD及びSEM-EDXの結果は、JAEA熱力学データベース(JAEA-DB)から解析したFe-B-C状態図の結果とおおよそ一致しているが、FeBCの領域ではJAEA-DBとは異なり、1273KでFe成分を多く含む相を持つことが明らかとなり、1273KでのCementite相の固溶範囲の再評価が必要であるとの知見を得た。また、溶融開始温度の測定結果から、熱力学解析では3種の合金の間で融解温度に約40Kの差が出ると予想されたが、本実験では、3種の合金すべてが約1400Kで溶融が開始したため、JAEA-DBではCementite相の生成自由エネルギーが過大評価されている可能性があることを明らかにした。

Although Fe-B-C ternary system is a dominant phase diagram when considering the control blade degradation, phase relation data around eutectic composition were not sufficient. The phase relations of three Fe-B-C samples were analyzed by XRD and SEM/EDX and solidus were determined by DTA. The solidus detected in the present study was maintained at about 1400 K for all three samples, although preliminary calculation using conventional thermodynamic database estimated that solidus varies with roughly 50 K difference. The difference might be originated from the insufficient evaluation on the phase stability of Fe(B,C) in the database. The present results give useful information on improvement of iron-boron-carbon phase diagram.