用于燃料元件的铁基组合物制造技术

本申请公开了用于燃料元件的铁基组合物。公开的实施方案包括燃料组件、燃料元件、覆层材料、制备燃料元件的方法以及使用燃料元件的方法。

Iron based compositions for fuel elements

Iron based compositions for fuel elements are disclosed in this application. The disclosed implementations include fuel assemblies, fuel elements, cladding materials, methods for preparing fuel elements, and methods for using fuel elements.

【技术实现步骤摘要】
用于燃料元件的铁基组合物相关申请的交叉引用本申请是2016年3月21日提交的美国申请第15/076,475号的部分继续申请。美国申请第15/076,475号是2013年3月11日提交的美国申请第13/794,589号的继续申请，美国申请第13/794,589号要求2012年12月28日提交的美国临时申请第61/747,054号的权益，这些申请通过引用以其整体并入本文。背景本专利申请涉及包括覆层材料(claddingmaterial)的燃料元件，以及与该燃料元件相关的方法。概述公开的实施方案包括燃料元件、燃料组件、覆层材料，以及制备和使用燃料元件、燃料组件、覆层材料的方法。前述内容是概述并因此可以包括细节的简化、概括、包含和/或省略；因此，本领域技术人员将理解，本概述仅仅是例证性的并且不意图以任何方式是限制性的。除了上文描述的任何例证性的方面、实施方案和特征以外，通过参考附图和以下的详细描述，另外的方面、实施方案和特征将变得明显。本文描述的装置和/或工艺和/或其他主题的其他方面、特征和优点在本文陈述的教导中将变得明显。附图简述技术人员将理解的是，附图主要是为了例证性的目的，且不意图限制本文描述的专利技术主题的范围。附图不一定是按比例的；在某些情况下，本文公开的专利技术主题的各个方面在附图中可能被夸张地或放大地示出，以有助于理解不同的特征。在附图中，相同的参考符号通常指的是相同的特征(例如，功能上类似的和/或结构上类似的元件)。图1a-1b提供了在一个示例性实施方案中的例证性的(a)核燃料组件和(b)燃料元件的以示意图形式的局部剖面透视图。图2a和图2b-2f分别提供了在一个示例性实施方案中的制备组合物的工艺的流程图及该工艺的例证性细节。图3a-3c提供了示出在一个示例性实施方案中的已经经历了不同工艺的铁基组合物的不同微观结构的光学显微照片。图4a和图4b-4e分别提供了在另一个示例性实施方案中的制备组合物的工艺的流程图及该工艺的例证性细节。图5a和图5b分别提供了在一个示例性实施方案中的使用组合物的工艺的流程图及该工艺的例证性细节。图6a和图6b示出了用于制造热样品组CH(HeatCH)和热样品组DH的板产品和管产品的主要工艺步骤的工艺概述。图7图示了代表性透射电子显微镜(TEM)图像，其图示关于通过辐照产生的空隙的深度效应。图8示出了关于热样品组(heats)的膨胀结果，其图示组合物实施方案相对于存档的ACO-3的空隙膨胀性能(voidswellingperformance)的差异。图9示出了在480℃以0.2appmHe/dpa辐照至188dpa之后，四种热样品组中的空隙微观结构的TEM拼贴图(TEMcollage)，其中空隙显现为黑色腔(blackpocket)。图10示出在460℃以0.015appmHe/dpa辐照至188dpa之后，四种热样品组中的空隙微观结构的TEM拼贴图。详细描述引言在以下的详细描述中，参考了附图，附图形成详细描述的一部分。在附图中，除非上下文另外规定，否则类似的或同样的符号在不同附图中的使用通常指示类似或相同的项目。详细描述、附图和权利要求中描述的例证性实施方案不意味着是限制性的。可以利用其他实施方案，并且可以进行其他改变，而不偏离此处呈现的主题的精神或范围。本领域技术人员将认识到，为了概念清楚起见，本文描述的部件(例如操作(operations))、装置、物体以及伴随它们的讨论被用作实例，并且预期各种构造修改。因此，如本文使用的，所陈述的具体实施例和伴随的讨论意图是它们更一般的类别的代表。一般来说，任何具体实施例的使用意图是其类别的代表，并且具体部件(例如操作)、装置和物体的未包含不应当被认为是限制性的。为了陈述清楚起见，本申请使用形式大纲标题。然而，应理解，大纲标题是为了陈述的目的，并且不同类型的主题可以在整个申请中被讨论(例如，装置/结构可以在工艺/操作标题下被描述，和/或工艺/操作可以在结构/工艺标题下被讨论；和/或对单个主题的描述可能跨越两个或更多个主题标题)。因此，形式大纲标题的使用并不意图以任何方式是限制性的。综述通过综述的方式，在一个实施方案中提供了制备组合物的方法，所述方法包括：在第一条件下在第一温度热处理包括铁基组合物的材料，其中铁基组合物中的至少一些被转化为奥氏体相；在第二条件下以冷却速率将材料冷却至第二温度，其中铁基组合物中的至少一些被转化为马氏体相；以及在第三条件下在第三温度热处理材料，其中碳化物被沉淀。在另一个实施方案中提供了制备组合物的方法，所述方法包括：使材料经受冷拔、冷轧及皮尔格轧制(pilgering)中的至少一种；在第一条件下在第一温度热处理包括铁基组合物的材料，其中铁基组合物中的至少一些被转化为奥氏体相；在第二条件下以冷却速率将材料冷却至第二温度，其中铁基组合物中的至少一些被转化为马氏体相；以及在第三条件下在第三温度热处理材料，其中碳化物被沉淀。在另一个实施方案中提供了组合物，所述组合物包含：(Fe)a(Cr)b(M)c；其中a、b及c各自是代表重量百分比的大于零的数字；M是至少一种过渡金属元素；b在11和12之间；c在约0.25和约0.9之间；且通过a来配平；并且组合物还包含在约0.01wt％和约0.04wt％之间的至少N。在另一个实施方案中提供了组合物，所述组合物包含：(Fe)a(Cr)b(Mo、Ni、Mn、W、V)c；其中a、b及c各自是代表重量百分比的大于零的数字；b在11和12之间；c在约0.25和约0.9之间；且通过a来配平；组合物的至少大体上全部具有马氏体相；并且组合物包含在约0.01wt％和约0.04wt％之间的N。在另一个实施方案中提供了使用燃料组件的方法，所述方法包括：使用燃料组件发电，燃料组件的燃料元件包括组合物，所述组合物由以下化学式表示：(Fe)a(Cr)b(M)c；其中a、b及c各自是代表重量百分比的大于零的数字；M是至少一种过渡金属元素；b在11和12之间；c在约0.25和约0.9之间；且通过a来配平；并且组合物还包含在约0.01wt％和约0.04wt％之间的至少N。在另一个实施方案中提供了包含管状组合物的燃料元件，所述管状组合物由以下方法制备，所述方法包括：在第一条件下在第一温度热处理包括铁基组合物的材料，其中铁基组合物中的至少一些被转化为奥氏体相；在第二条件下以冷却速率将材料冷却至第二温度，其中铁基组合物中的至少一些被转化为马氏体相；以及在第三条件下在第三温度热处理材料，其中碳化物被沉淀。在一个实施方案中，在其中存在氮的组合物中，碳化物的沉淀可以伴随氮化物和碳氮化物的沉淀。燃料组件图1a提供了根据一个实施方案的核燃料组件10的局部图示。燃料组件可以是可裂变的核燃料组件或可转换的(fertile)核燃料组件。组件可以包括燃料元件(或“燃料棒”或“燃料针”)11。图1b提供了根据一个实施方案的燃料元件11的局部图示。如在本实施方案中示出的，燃料元件11可以包括覆层材料13、燃料14，以及在某些情况下至少一个间隙15。燃料可以通过外部覆层材料13密封于空腔内。在某些情况下，如图1b中所示，多种燃料材料可以轴向地堆放，但是不一定是这种情况。例如，燃料元件可以仅包含一种燃料材料。在一个实施方案中，间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢组合物，包含：在约10.0wt％和约13.0wt％之间的Cr；在约0.17wt％和约0.23wt％之间的C；在约0.80wt％和约1.2wt％之间的Mo；小于或等于约0.5wt％的Si；小于或等于约1.0wt％的Mn；在约0.25wt％和约0.35wt％之间的V；在约0.40wt％和约0.60wt％之间的W；以及至少80wt％的Fe；其中所述钢组合物已经被加工，使得所述钢组合物在以0.2appmHe/dpa、双束Fe++和He++辐照至188位移每原子(dpa)的剂量之后，在低于表面500‑700nm之间的深度处呈现按体积计小于0.9％的膨胀，所述膨胀如使用具有用于损伤级联的K‑P项的物质中停止范围模拟和40eV位移能计算的，所述膨胀通过在460℃用5MeV Fe++离子的散焦束和穿过薄Al箔传输的～2MeV He++离子的光栅扫描束辐照所述钢组合物产生，所述薄Al箔用于散射和降低能量以在样品的所述辐照深度处产生均匀的He概况。

【技术特征摘要】
2017.02.09 US 15/428,9471.一种钢组合物，包含：在约10.0wt％和约13.0wt％之间的Cr；在约0.17wt％和约0.23wt％之间的C；在约0.80wt％和约1.2wt％之间的Mo；小于或等于约0.5wt％的Si；小于或等于约1.0wt％的Mn；在约0.25wt％和约0.35wt％之间的V；在约0.40wt％和约0.60wt％之间的W；以及至少80wt％的Fe；其中所述钢组合物已经被加工，使得所述钢组合物在以0.2appmHe/dpa、双束Fe++和He++辐照至188位移每原子(dpa)的剂量之后，在低于表面500-700nm之间的深度处呈现按体积计小于0.9％的膨胀，所述膨胀如使用具有用于损伤级联的K-P项的物质中停止范围模拟和40eV位移能计算的，所述膨胀通过在460℃用5MeVFe++离子的散焦束和穿过薄Al箔传输的～2MeVHe++离子的光栅扫描束辐照所述钢组合物产生，所述薄Al箔用于散射和降低能量以在样品的所述辐照深度处产生均匀的He概况。2.如权利要求1所述的钢组合物，其中所述钢组合物的加工包括通过将所述钢组合物加热至从1100℃至1300℃的温度持续40-60小时，使所述钢组合物的至少一些转化为奥氏体相。3.如权利要求1所述的钢组合物，其中所述钢组合物呈现按体积计小于0.75％的膨胀。4.如权利要求1所述的钢组合物，其中所述钢组合物呈现按体积计小于0.5％的膨胀。5.如权利要求1所述的钢组合物，其中所述钢组合物呈现按体积计小于0.3％的膨胀。6.如权利要求1所述的钢组合物，其中所述钢组合物是HT9钢。7.一种燃料元件，所述燃料元件由权利要求1所述的钢组合物制成。8.一种燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈卡·哈克特，罗纳德·克鲁赫，
申请(专利权)人：泰拉能源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US