Композиция на основе железа для топливного элемента

1. Способ получения композиции, включающий:
термообработку материала, содержащего композицию на основе железа при первой температуре в первых условиях, при которых по меньшей мере часть композиции на основе железа превращают в аустенитную фазу;
охлаждение материала до второй температуры со скоростью охлаждения при вторых условиях, при которых по меньшей мере часть композиции на основе железа превращают в мартенситную фазу, и
термообработку материала при третьей температуре в третьих условиях, при которых осаждают карбиды.
2. Способ по п. 1, в котором материал представляет собой по меньшей мере один материал, выбранный из прокатанного в холодном состоянии, вытянутого в холодном состоянии и подвергнутого пилигримовой прокатке перед термообработкой при первой температуре.
3. Способ по п. 1, в котором композиция на основе железа включает сталь.
4. Способ по п. 1, в котором композиция на основе железа включает по меньшей мере один элемент, выбранный из Cr, C, Mo, Ni, Mn, V, W, Si, N, S и P.
5. Способ по п. 1, в котором термообработка при первой температуре включает растворение по меньшей мере по существу всех карбидов в композиции на основе железа, если они присутствуют.
6. Способ по п. 1, в котором первая температура составляет от приблизительно 1025°C до приблизительно 1100°C.
7. Способ по п. 1, в котором термообработка при первой температуре включает нагрев материала до первой температуры.
8. Способ по п. 1, в котором термообработку при первой температуре осуществляют в течение по меньшей мере 5 мин.
9. Способ по п. 1, в котором термообработку при первой температуре осуществляют в течение от приблизительно 5 мин до приблизительно 120 мин.
10. Способ по п. 1, в котором по существу всю композицию на основе железа при термообработке при первой температуре превращают в аустенитную фазу.
11. Способ по п. 1, в котором вторая температура составляет приблизительно 20°C.
12. Способ по п. 1, в котором охлаждение включает охлаждение по меньшей мере одним из агентов, выбранным из воздуха и жидкости.
13. Способ по п. 1, в котором по существу всю композицию на основе железа при охлаждении превращают в мартенситную фазу.
14. Способ по п. 1, в котором композиция на основе железа в конце охлаждения по существу не содержит по меньшей мере одной фазы, выбранной из ферритной фазы и аустенитной фазы.
15. Способ по п. 1, в котором третья температура составляет от приблизительно 650°C до приблизительно 780°C.
16. Способ по п. 1, в котором термообработка при третьей температуре включает нагрев материала до третьей температуры.
17. Способ по п. 1, в котором термообработку при третьей температуре осуществляют в течение от приблизительно 0,5 ч до приблизительно 3 ч.
18. Способ по п. 1, в котором третьи условия обеспечивают снижение образования ферритной фазы в композиции на основе железа.
19. Способ по п. 1, дополнительно включающий охлаждение материала от третьей температуры до четвертой температуры, которая ниже третьей температуры.
20. Способ по п. 1, в котором термообработку при третьей температуре осуществляют в вертикальной печи.
21. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере часть карбидов является термически стабильной при температуре, большей или равной приблизительно 650°C.
22. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере часть карбидов имеет размер, меньший или равный приблизительно 1 мкм.
23. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере часть карбидов однородно распределена внутри мартенситной фазы.
24. Способ по п. 1, в котором третья температура ниже первой температуры.
25. Способ получения композиции, включающий:
обработку материала по меньшей мере посредством одной из операций, выбираемых из вытяжки в холодном состоянии, прокатки в холодном состоянии и пилигримовой прокатки;
термообработку материала, содержащего композицию на основе железа, при первой температуре в первых условиях, при которых по меньшей мере часть композиции на основе железа превращают в аустенитную фазу;
охлаждение материала до второй температуры со скоростью охлаждения при вторых условиях, при которых по меньшей мере часть композиции на основе железа превращают в мартенситную фазу, и
термообработку материала при третьей температуре в третьих условиях, при которых осаждают карбиды.
26. Способ по п. 25, дополнительно включающий мундштучное формование бруска, содержащего композицию на основе железа.
27. Способ по п. 25, в котором обработка включает промежуточный отжиг материала.
28. Способ по п. 25, в котором обработка включает промежуточный отжиг материала при температуре ниже температуры превращения из ферритной фазы в аустенитную фазу.
29. Способ по п. 25, дополнительно включающий формирование слитка, содержащего композицию на основе железа, перед обработкой, где формирование включает по меньшей мере один способ, выбираемый из индукционной плавки с холодным катодом, вакуумно-индукционной плавки, вакуумно-дугового переплава и электрошлакового переплава.
30. Способ по п. 25, дополнительно включающий образование слитка, содержащего композицию на основе железа, и очистку слитка перед обработкой.
31. Способ по п. 25, в котором обработка дополнительно включает уменьшение толщины материала по меньшей мере на 15%.
32. Способ по п. 25, в котором первые условия обеспечивают снижение образования фазы дельта-феррита в композиции на основе железа.
33. Способ по п. 25, дополнительно включающий охлаждение материала от третьей температуры до четвертой температуры, которая ниже третьей температуры.
34. Способ по п. 25, дополнительно включающий охлаждение материала от третьей температуры до четвертой температуры, которая составляет приблизительно 20°C.
35. Способ по п. 25, в котором композиция является частью топливного элемента, и третья температура составляет приблизительно 700°C.
36. Способ по п. 25, в котором композиция является частью канала подвода топлива, и третья температура составляет приблизительно 650°C.
37. Способ по п. 25, в котором третья температура ниже первой температуры.
38. Способ по п. 25, в котором вторая температура составляет приблизительно 20°C.
39. Способ по п. 25, в котором композиция на основе железа включает сталь.
40. Способ по п. 25, в котором композиция на основе железа включает по меньшей мере один элемент, выбираемый из Cr, C, Mo, Ni, Mn, V, W, Si, N, S и P.
41. Композиция, включающая:
a
b
c
(Fe)(Cr)(M),
где каждый из a, b и c является числом больше нуля, представляющим собой массовое процентное содержание;
M представляет собой по меньшей мере один элемент, являющийся переходным металлом;
b составляет от 11 до 12;
c составляет от приблизительно 0,25 до приблизительно 0,9, и
композиция дополнительно включает по меньшей мере N в количестве от приблизительно 0,01 масс. % до приблизительно 0,04 масс. %.
42. Композиция по п. 41, в которой М является по меньшей мере одним из Mo, Ni, Mn, W и V.
43. Композиция по п. 41, дополнительно включающая по меньшей мере один неметаллический элемент, включающий по меньшей мере один элемент, выбранный из Si, S и Р.
44. Композиция по п. 41, дополнительно включающая медь.
45. Композиция по п. 41, в которой N составляет от приблизительно 0,01 масс. % до приблизительно 0,03 масс. %.
46. Композиция по п. 41, дополнительно включающая:
Cr в количестве от приблизительно 10 масс. % до приблизительно 12,5 масс. %;
C в количестве от приблизительно 0,17 масс. % до приблизительно 0,22 масс. %;
Mo в количестве от приблизительно 0,80 масс. % до приблизительно 1,2 масс. %;
Si в количестве, меньшем или равном приблизительно 0,5 масс. %;
Mn в количестве, меньшем или равном приблизительно 1,0 масс. %;
V в количестве от приблизительно 0,25 масс. % до приблизительно 0,35 масс. %;
W в количестве от приблизительно 0,40 масс. % до приблизительно 0,60 масс. %;
P в количестве, меньшем или равном приблизительно 0,03 масс. %; и
S в количестве, меньшем или равном приблизительно 0,03 масс. %.
47. Композиция по п. 41, дополнительно включающая Ni в количестве от приблизительно 0,3 масс. % до 0,7 масс. %.
48. Композиция по п. 41, дополнительно включающая:
Cr в количестве приблизительно 11,5 масс. %;
C в количестве приблизительно 0,20 масс. %;
Mo в количестве приблизительно 0,90 масс. %;
Ni в количестве приблизительно 0,55 масс. %;
Mn в количестве приблизительно 0,65 масс. %;
V в количестве приблизительно 0,30 масс. %;
W в количестве приблизительно 0,50 масс. %;
Si в количестве приблизительно 0,20 масс. % и
N в количестве приблизительно 0,02 масс. %.
49. Композиция по п. 41, где по меньшей мере по существу вся композиция находится в мартенситной фазе.
экв
50. Композиция по п. 41, имеющая чистый Cr, меньший или равный приблизительно 9.
51. Композиция, включающая:
a
b
c
(Fe)(Cr)(Mo, Ni, Mn, W, V);
где каждый из a, b и c является числом больше нуля, представляющим собой массовое процентное содержание;
b составляет от 11 до 12;
c составляет от приблизительно 0,25 до приблизительно 0,9, и
остальное составляет a;
по меньшей мере по существу вся композиция находится в мартенситной фазе, и
композиция включает N в количестве от приблизительно 0,01 масс. % до приблизительно 0,04 масс. %.
52. Композиция по п. 51, дополнительно включающая карбиды, по существу однородно распределенные в композиции.
53. Композиция по п. 51, дополнительно включающая карбиды, которые имеют размер, меньший или равный приблизительно 1 мкм.
54. Композиция по п. 51, по меньшей мере по существу не содержащая фазу дельта-феррита.
экв
55. Композиция по п. 51, имеющая Cr, меньший или равный приблизительно 9.
56. Композиция по п. 51, являющаяся по существу термически стабильной при температуре, большей или равной приблизительно 650°C.
57. Оболочечный материал топливного элемента, включающий композицию по п. 51.
58. Энергетическая установка, в которой по меньшей мере часть топливной сборки включает композицию по п. 51.
59. Ядерная энергетическая установка, в которой по меньшей мере часть топливной сборки включает композицию по п. 51.
60. Ядерный реактор, в котором по меньшей мере часть топливного элемента включает композицию по п. 51.
61. Способ применения топливного элемента, включающий:
выработку энергии с применением топливного элемента, включающего композицию на основе железа, которая представлена химической формулой:
a
b
c
(Fe)(Cr)(M);
где каждый a, b и c является числом больше нуля, представляющим собой массовое процентное содержание;
M представляет собой по меньшей мере один элемент, являющийся переходным металлом;
b составляет от 11 до 12;
c составляет от приблизительно 0,25 до приблизительно 0,9; и остальное составляет a, и
композиция дополнительно включает по меньшей мере N в количестве от приблизительно 0,01 масс. % до приблизительно 0,04 масс. %.
62. Способ по п. 61, в котором композиция на основе железа является частью оболочечного материала топливного элемента.
63. Способ по п. 61, в котором выработка энергии дополнительно включает выработку по меньшей мере одного из видов энергии, выбранного из электроэнергии и тепловой энергии.
64. Способ по п. 61, в котором по меньшей мере вся композиция находится в мартенситной фазе.
65. Топливный элемент трубчатой конструкции, содержащий композицию, полученную способом, включающим:
термообработку материала, включающего композицию на основе железа при первой температуре в первых условиях, при которых по меньшей мере часть композиции на основе железа превращают в аустенитную фазу;
охлаждение материала до второй температуры со скоростью охлаждения при вторых условиях, при которых по меньшей мере часть композиции на основе железа превращают в мартенситную фазу, и
термообработку материала при третьей температуре в третьих условиях, при которых осаждают карбиды.
66. Топливный элемент по п. 65, где топливная сборка является частью ядерной топливной сборки.
67. Топливный элемент по п. 65, где способ дополнительно включает регулирование массового процентного содержания N в композиции на основе железа для снижения образования фазы дельта-феррита в композиции на основе железа.
68. Топливный элемент по п. 65, где способ дополнительно включает введение N и регулирование его массового процентного содержания в композиции на основе железа так, чтобы оно составляло от приблизительно 0,01 масс. % до приблизительно 0,04 масс. %.
69. Топливный элемент по п. 65, где первая температура выше третьей температуры.
70. Топливный элемент по п. 65, где при первых условиях по существу всю композицию на основе железа превращают в аустенитную фазу.
71. Топливный элемент по п. 65, в котором при вторых условиях по существу всю композицию на основе железа превращают в мартенситную фазу.