[发明专利]高温、耐辐射铁素体-马氏体钢

说明书

本公开内容描述了新的高温、耐辐射铁素体‑马氏体钢组合物。该新的钢通常含有9.0‑12.0wt.％Cr、0.001‑1.0wt.％Mn、0.001‑2.0wt.％Mo、0.001‑2.5wt.％W和0.1‑0.3wt.％C，余量主要为Fe。更具体地，具有10.0‑12.0wt.％Cr的钢被认为是特别有利的。取决于具体的实施方案，少量的N、Nb、V、Ta、Ti、Zr和B也可以存在或可以不存在。在任何实施方案中可存在杂质，特别地预期少于0.01wt.％S、少于0.04wt.％P、少于0.04wt.％Cu、少于0.05wt.％Co和少于0.03wt.％As的杂质。这些钢的实例表现出改善的断裂韧性以及降低的热蠕变和膨胀。

本申请于2017年4月11日提交，并要求2016年4月11日提交的美国临时申请第62/321,066号和2017年4月10日提交的美国实用申请(U.S.Utility Application)第15/484,001号的优先权的权益，两份申请均据此通过引用以其整体被并入。

介绍

钢是指可用于各种应用的铁和碳的合金。在过去的50年里，已进行了大量工作来开发新的更高温铁素体-马氏体钢。主要用途是用于工业中的冷凝器和锅炉管。钢还已经在核能工业中在钠快堆中看到一些用途。最近30年的发展主要集中在含有8-9wt.％Cr的钢的型式上。尽管已开发了大量的钢，但很少的钢成为商业上可行的。

本公开内容描述了新的高温、耐辐射铁素体-马氏体钢组合物。该新的钢通常含有9.0-12.0wt.％Cr、0.001-1.0wt.％Mn、0.001-2.0wt.％Mo、0.001-2.5wt.％W和0.1-0.3wt.％C，余量主要为Fe。更具体地，具有10.0-12.0wt.％Cr的钢被认为是特别有利的。取决于具体的实施方案，少量的N、Nb、V、Ta、Ti、Zr和B也可以存在或可以不存在。在任何实施方案中可存在杂质，特别地预期少于0.01wt.％S、少于0.04wt.％P、少于0.04wt.％Cu、少于0.05wt.％Co和少于0.03wt.％As的杂质。这些钢的实例表现出改善的断裂韧性以及降低的热蠕变和膨胀。

通过阅读以下详细描述和对相关附图的评述，表征本文所述的钢组合物和方法的这些和各种其他特征以及优点将是明显的。另外的特征在以下的描述中被阐述，并且部分根据该描述是明显的，或者可以通过本技术的实践来得知。本技术的益处和特征将通过书面说明书及其权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

应理解，前述一般性描述和以下的详细描述均是示例性的和说明性的，并且意图提供对如所要求保护的发明的进一步的解释。

附图简述

构成本申请的一部分的以下附图图示了所描述的技术，并且不意味着以任何方式限制如所要求保护的发明的范围，该范围应基于本文所附的权利要求书。

图1列出了经受热力学分析的铁素体-马氏体钢的一些标称(nominal)实施方案。

图2图示了核反应堆的一个实施方案(在此情况下是行波反应堆)的各种部件，对于部件可使用高温、耐辐射铁素体-马氏体钢。

图3列出了被选择用于沉淀相的进一步研究的铁素体-马氏体钢。

图4A和图4B是来自沉淀相研究的样品结果。

图5A-5D图示了对多种钢的实施方案的附加的热力学计算的结果。

图6A-6L是不同的如本文所述的钢的实施方案的热力学预测。

图7A提供了包含多个燃料元件的核燃料组件的实施方案的以示意形式的局部剖面透视图。

图7B提供了燃料元件的局部图示。

图7C图示了燃料元件的实施方案，其中在包壳和燃料之间设置一个或更多个衬层。

图8图示了配置有壳体的管壳式热交换器。