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の制御棒ブレードの崩落進展理解のためには、燃料破損データベースを構築する必要がある。しかし制御棒の主成分であるFe-B-C系の相状態は、特にB, Cリッチな領域において未だ不確実な点が多い。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、FeBCの領域ではJAEA熱力学データベース(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。

For understanding the control blade degradation mechanism of BWR, the thermodynamic database for the fuel assembly materials is a useful tool. Although iron, boron, and carbon ternary system is a dominant phase diagram, phase relation data is not sufficient for the region in which the boron and carbon compositions are richer than the eutectic composition. The phase relations of three samples were analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscope and energy dispersed X-ray spectrometry. The results indicate that Fe(B,C) phase only exists in the intermediate region at 1273 K and that the solidus temperature widely maintains at about 1400 K for all three samples, which are different from the calculated data using previous thermodynamic database. The difference might be originated from the over-estimations of the interaction parameter between boron and carbon in Fe(B,C).