KR20180127650A

KR20180127650A - 고온, 방사선 저항성, 페라이트-마르텐사이트 강

Info

Publication number: KR20180127650A
Application number: KR1020187031518A
Authority: KR
Inventors: 미카 해켓
Original assignee: 테라파워, 엘엘씨
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-11-29
Also published as: BR112018016547A2; US20170292179A1; JP2019516859A; MX2018012254A; WO2017180647A1; CN108779535A; EP3529391A1; EA201891865A1; AU2017249305A1; CA3017245A1

Abstract

본 개시는, 새로운, 고온, 방사선 저항성, 페라이트-마르텐사이트 강 조성들을 설명한다. 새로운 강들은 일반적으로, 9.0-12.0 중량%의 Cr, 0.001-1.0 중량%의 Mn, 0.001-2.0 중량%의 Mo, 0.001-2.5 중량%의 W, 및 0.1-0.3 중량%의 C를, 주로 Fe인 나머지와 함께 함유한다. 더욱 구체적으로, 10.0-12.0 중량%의 Cr을 갖는 강들은, 특히 유리한 것으로 고려된다. 소량의 N, Nb, V, Ta, Ti, Zr, 및 B가, 특정 실시예에 의존하여, 또한 존재하거나 존재하지 않을 수 있을 것이다. 불순물들이, 임의의 실시예에서 존재할 수 있으며, 구체적으로, 0.01 중량% 미만의 S, 0.04 중량% 미만의 P, 0.04 중량% 미만의 Cu, 0.05 중량% 미만의 Co, 및 0.03 중량% 미만의 As의 불순물들이 예상된다. 이러한 강들의 예들은, 개선된 파괴 인성 그리고 감소된 열적 크리프 및 팽창을 보인다.

Description

고온, 방사선 저항성, 페라이트-마르텐사이트 강

본 출원은, 2017년 4월 11일 출원되었으며, 그리고 양자 모두 그들 전체가 본 명세서에 참조로 통합되는 것인, 2016년 4월 11일 출원된 미국 가출원번호 제62/321,066호, 및 2017년 4월 10일 출원된 미국 출원번호 제15/484,001호의 우선권의 이익을 주장한다.

강은, 다양한 응용분야에서 유용한, 철과 탄소의 합금들을 지칭한다.

많은 일이, 새로운 더 높은 온도의 페라이트-마르텐사이트 강들을 개발하기 위해, 지난 50년에 걸쳐 실행되어 왔다. 1차적인 용도는, 콘덴서 및 보일러 관들에 대한 산업에서이다. 강은 또한, 원자력 발전 산업에서의 나트륨 고속 원자로(sodium fast reactors)에서의 일부 용도를 보여 왔다. 지난 30년의 개발은, 8 - 9 중량%의 Cr을 갖는 강의 버전들에 1차적으로 집중되어 왔다. 많은 수의 강들이 개발되어 온 가운데, 매우 적은 수가, 상업적으로 실행 가능했었다.

이러한 그리고 다양한 다른 특징들뿐만 아니라, 본 명세서에서 설명되는 강 조성들 및 방법들을 특징짓는 이점들이, 뒤따르는 상세한 설명을 읽는 것 및 연관된 도면을 검토하는 것으로부터 명백해질 것이다. 부가적인 특징들이, 뒤따르는 설명에 기술되며, 그리고 부분적으로, 설명으로부터 명백해지거나, 본 기술의 실시에 의해 습득될 수 있을 것이다. 본 기술의 이득 및 특징들이, 기록된 설명 및 본 발명의 청구범위뿐만 아니라 첨부 도면들에 구체적으로 언급된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.

앞선 개괄적 설명 및 뒤따르는 상세한 설명 양자 모두는, 대표적이고 예시적인 것이며, 그리고 청구되는 바와 같은 본 발명에 대한 추가적인 설명을 제공하도록 의도된다.

본 출원의 일부를 형성하는 뒤따르는 그려진 도면들은, 설명되는 기술에 대한 예시이며 그리고, 어떤 방식으로도 청구되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않고, 그러한 범위는 본 명세서에 첨부되는 청구범위에 기초하게 될 것이다.
도 1은, 열역학적 분석에 종속되는 페라이트-마르텐사이트 강의 일부 공칭 실시예들을 열거한다.
도 2는, 고온 방사선 저항성 페라이트-마르텐사이트 강들이 그를 위해 활용될 수 있는 것인, 원자로의, 이 경우 진행파 원자로의, 실시예의 다양한 구성요소들을 예시한다.
도 3은, 석출 상들(precipitate phases)에 대한 추가적 연구를 위해 선택되는, 페라이트-마르텐사이트 강들을 열거한다.
도 4a 및 도 4b는 석출 상 연구로부터의 샘플 결과들이다.
도 5a 내지 도 5d는, 다양한 강 실시예들에 관한 부가적 열역학적 계산들의 결과들을 도시한다.
도 6a 내지 도 6l은, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 강의 상이한 실시예들에 대한 열역학적 예측들이다.
도 7a는, 복수의 연료 요소로 이루어지는 핵 연료 조립체의 실시예에 대한 개략적 형태의 부분 절개 사시도들을 제공한다.
도 7b는 연료 요소에 대한 부분적 예시를 제공한다.
도 7c는, 하나 이상의 라이너가 피복(cladding)과 연료 사이에 제공되는, 연료 요소의 실시예를 도시한다.
도 8은, 외피를 갖도록 구성되는, 외피 및 튜브 열교환기를 도시한다.
도 9는 개방형 임펠러, 반-개방형 임펠러, 및 폐쇄형 임펠러를 도시한다.
도 10은 본 명세서에서 설명되는 페라이트-마르텐사이트 강들의 실시예들로 이루어지는, 여러 체결구들을 도시한다.
도 11은 본 명세서에서 설명되는 페라이트-마르텐사이트 강들의 제조된 실시예들의 조성들을 제시한다.
도 12는 도 11에 열거된 실시예들에 대한 크리프 파열 시험 결과들을 제시한다.

본 개시는, 새로운, 고온, 방사선 저항성, 페라이트-마르텐사이트 강 조성들을 설명한다. 새로운 강들은 일반적으로, 9.0-12.0 중량%의 Cr, 0.001-1.0 중량%의 Mn, 0.001-2.0 중량%의 Mo, 0.001-2.5 중량%의 W, 및 0.1-0.3 중량%의 C를, 주로 Fe인 나머지와 함께 함유한다. 더욱 구체적으로, 10.0-12.0 중량%의 Cr을 갖는 강들은, 특히 유리한 것으로 고려된다. 소량의 N, Nb, V, Ta, Ti, Zr, 및 B가, 특정 실시예에 의존하여, 또한 존재하거나 존재하지 않을 수 있을 것이다. 불순물들이, 임의의 실시예에서 존재할 수 있으며, 구체적으로, 0.01 중량% 미만의 S, 0.04 중량% 미만의 P, 0.04 중량% 미만의 Cu, 0.05 중량% 미만의 Co, 및 0.03 중량% 미만의 As의 불순물들이 예상된다.

새로운 페라이트-마르텐사이트 강들이 더욱 상세하게 개시되고 설명되기 이전에, 본 명세서에서 사용되는 전문용어가, 단지 특정 실시예들을 설명할 목적으로 사용되며 그리고 제한하도록 의도되지 않는다는 것이, 이해되어야 한다. 본 개시에 사용되는 바와 같은, 단수 형태들 "부정관사" 및 "정관사"는, 내용이 분명하게 달리 지시되지 않는 한, 복수 형태를 포함한다는 것을, 반드시 알아야 한다. 그에 따라, 예를 들어, "수산화 리튬"에 대한 언급은, 정량적으로 또는 종들(species)을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되고, "단계"에 대한 언급은, 복수의 단계를 포함할 수 있으며, 반응의 "생성" 또는 "생성물들"에 대한 언급은, 반응의 모든 생성물인 것으로 취해지지 않아야 하며, 그리고 "반응"에 대한 언급은, 하나 이상의 그러한 반응 단계에 대한 언급을 포함할 수 있을 것이다. 그에 따라, 반응의 단계는, 확인 반응 생성물들을 생성하기 위한, 유사한 재료들의 복수의 또는 반복되는 반응을 포함할 수 있을 것이다.

본 명세서에 설명되는 새로운 강 조성들은, 고온(즉, 500 ℃ 위 그리고 특히 550 내지 750 ℃)에서 그리고, 원자로의 원자로 노심 내 또는 근처와 같은, 방사성 환경에서, 개선된 성능을 구비하는 것으로 확인된 바 있다. 새로운 강들의 실시예들은, 9.0 내지 12.0 중량%의 Cr, 0.001-1.0 중량%의 Mn, 0.001-2.0 중량%의 Mo, 0.001-2.5 중량%의 W, 및 0.1-0.3 중량%의 C를 함유한다. 특히, 10.0 내지 12.0 중량%의 Cr, 0.2-0.8 중량%의 Mn, 0.2-1.0 중량%의 Mo, 0.5-1.5 중량%의 W, 및 0.15-0.25 중량%의 C를 구비하는 실시예들이, 고온에서 개선된 크리프 강도, 파괴 인성, 및 팽창 저항성을 보일 것으로 그리고, 10.5 내지 11.5 중량%의 Cr, 0.4-0.6 중량%의 Mn, 0.25-0.35 중량%의 Mo, 0.9-1.1 중량%의 W, 및 0.18-0.22 중량%의 C를 구비하는 실시예들이, 최상의 고온 성능을 보일 수 있는 것으로, 생각된다. 소량의 N, Nb, V, Ta, Ti, Zr, 및 B가, 특정 강 실시예에 의존하여, 또한 존재하거나 존재하지 않을 수 있을 것이다.

표 1 및 표 2는, 새로운 고온, 방사선 저항성, 페라이트-마르텐사이트 강 조성들의 실시예들의 총망라한 것이 아닌 목록이다(모든 양들은 중량% 단위임과 더불어, 만약에 존재한다면, 나머지는 철과 불순물들임). 강들 #A1-A3은, 상이한 그룹들의 실시예들을 나타내는 상이한 범위들이다. 강들 #A4-A9 및 #B1-B8은 또한, N, Nb, V, Ta, Ti, Zr, 및 B와 같은 미량 원소들의 범위들을 갖는 더욱 구체적인 실시예들을 설명하는 범위들을 제공한다. 강들 #A10-A15 및 #B9-B16은, 상이한 양의 N, Nb, V, Ta, Ti, Zr, 및 B를 갖는 강들의 공칭 실시예들이다.

실시예에서 명시적으로 열거되지 않는 원소들의 형태의, 불순물들이, 임의의 실시예에 존재할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 강 실시예들은, 0.35 중량%를 초과하지 않는 총 불순물 농도를 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되거나 표 1 및 표 2에 열거되는 실시예들 중의 임의의 것에 대해, 0.01 중량% 미만의 S, 0.04 중량% 미만의 P, 0.04 중량% 미만의 Cu, 0.05 중량% 미만의 Co, 및 0.03 중량% 미만의 As의 불순물들이 예상된다. Ni 또한, 불순물로서 고려될 수 있으며, 그리고 0.05 중량% 미만의 Ni 값이 예상된다. 표 1 및 표 2에서 "0"은, 검출 가능한 양보다 적은 것으로 그리고 원소의 절대적인 부존재가 아닌 것으로 해석되어야 한다는 것을, 알아야 한다.

표 1 및 표 2의 강들 #A2-A15 및 #B1-B16은, 강 #A1에서 확인되는 일반적인 실시예 내부의 예시적 실시예들이다. 이상에 언급된 바와 같이, 표 1 및 표 2는, 모든 가능한 실시예들을 총망라한 목록이 아니라, 단지 일부 대표적인 실시예들의 목록일 뿐이다.

N과 관련하여, 최대 0.1 중량%의 N을 갖는 실시예들이, 예상된다. 특히, 0.001, 0.005, 또는 심지어 0.01 중량%의 N으로부터, 0.05 내지 0.1 중량%의 N까지를 갖는 실시예들이, 예상된다(예를 들어, 이는, 0.001-0.05 중량%의 N으로부터; 0.005-0.1 중량%의 N, 0.01-0.05 중량%의 N이 모두 강의 실시예들이라는 것을 의미함).

Nb와 관련하여, 최대 0.5 중량%의 Nb를 갖는 실시예들이, 예상된다. 특히, 0.001, 0.005, 또는 심지어 0.01 중량%의 Nb로부터, 0.05, 0.1, 0.2, 또는 심지어 0.5 중량%의 Nb까지를 갖는 실시예들이, 예상된다.

V와 관련하여, 최대 0.5 중량%의 V를 갖는 실시예들이, 예상된다. 특히, 0.001, 0.005, 또는 심지어 0.01 중량%의 V로부터, 0.05, 0.1, 0.2, 또는 심지어 0.5 중량%의 V까지를 갖는 실시예들이, 예상된다.

Ta와 관련하여, 최대 0.3 중량%의 Ta를 갖는 실시예들이, 예상된다. 특히, 0.001, 0.005, 또는 심지어 0.01 중량%의 Ta로부터, 0.05, 0.1, 0.2, 또는 심지어 0.3 중량%의 Ta까지를 갖는 실시예들이, 예상된다.

Ti와 관련하여, 최대 0.5 중량%의 Ti를 갖는 실시예들이, 예상된다. 특히, 0.001, 0.005, 또는 심지어 0.01 중량%의 Ti로부터, 0.05, 0.1, 0.3, 또는 심지어 0.5 중량%의 Ti까지를 갖는 실시예들이, 예상된다.

Si와 관련하여, 최대 0.2 중량%의 Si를 갖는 실시예들이, 예상된다. 특히, 0.001, 0.005, 또는 심지어 0.01 중량%의 Si로부터, 0.05, 0.1, 또는 심지어 0.2 중량%의 Si까지를 갖는 실시예들이, 예상된다.

Zr과 관련하여, 최대 0.5 중량%의 Zr을 갖는 실시예들이, 예상된다. 특히, 0.001, 0.005, 또는 심지어 0.01 중량%의 Zr로부터, 0.05, 0.1, 0.3, 또는 심지어 0.5 중량%의 Zr까지를 갖는 실시예들이, 예상된다.

B와 관련하여, 최대 0.012 중량%의 B를 갖는 실시예들이, 예상된다. 특히, 0.001, 0.005, 0.007 또는 심지어 0.008 중량%의 B로부터, 0.005, 0.007, 0.009, 0.010 내지 0.012 중량%의 B까지를 갖는 실시예들이, 예상된다.

예들

이상에 설명되는 강 실시예들은, 다양한 조성의 초기 강들의 범위에 대한 열역학적 분석에 기초하여 선택되었다. 분석에 종속되는 초기 강들이, 도 1에 제시된다. 초기 강들은, 탄질화물 구조 및 안정성, 입자 구조, 2차상 형성, 충격 인성, 그리고 크리프 강도와 같은, 그러한 특성들에 관한 각 원소들의 영향을 조사하기 위해 분석되었다. 이상에 설명되는 강 실시예들은, 이하에 더욱 상세하게 설명되는, 도 2의 진행파 원자로 내의 구성요소들에 대한 것과 같은, 고온, 고 방사선 환경들에서의 사용에 특히 적합한 것으로, 분석에 기초하여 확인되었다.

열역학적 분석의 결과에 기초하여, 도 3에 열거된 조성들이 이어서, 석출 상에 대한 추가적인 연구를 위해 선택되었다. 석출 상에서의 변화들이, 탄소 농도 및 또한 질소 농도 양자 모두의 함수로서 탐구되었다. 도 4a 및 도 4b는 석출 상 연구로부터의 샘플 결과들이다. 도 4a는, 본 명세서에서 설명되는 강의 11.0 중량%의 Cr 실시예에 대해 1075 ℃에서 증가하는 C 농도의 함수로서, 모든 용질 첨가에 대한 탄질화물 상들의 몰 분율을 도시한다. 도 4b는, 도 4a와 동일한 실시예에 대해 1075 ℃에서 증가하는 N 농도의 함수로서, 모든 용질 첨가에 대한 탄질화물 상들의 몰 분율을 도시한다.

문헌 검토 및 이상에 설명된 열역학적 모델링 양자 모두에 기초하여, 표 1 및 표 2에 제시되는 강 실시예들이, 고온 및 높은 선량(doses)에서, 개선된 크리프 강도, 충격 인성, 파괴 인성, 및 팽창 저항성을 보이기 쉬운 것으로 확인되었다. 본 개시의 목적들을 위해, 팽창(swelling)에 대한 결정이, M. B. Toloczko 및 F. A. Garner에 의한, 저널 오브 핵 재료 1996년판 233 - 237 및 289 - 292페이지의, "~ 400C 및 165 dpa에서의 HT9의 2가지 LMR 제품에 대한 조사 크리프 및 공동 팽창(Irradiation creep and void swelling of two LMR heats of HT9 at ~ 400C and 165 dpa)"에 설명되는 기술을 사용하여 실행될 수 있을 것이다. 파괴 인성은, ASTM E 1820 "파괴 인성의 측정을 위한 표준 시험 방법"에 의해 결정될 수 있을 것이다. 크리프 시험이, ASTM E139 - 11 "금속성 재료들의 크리프, 크리프-파열, 응력-파열 시험들을 실행하기 위한 표준 방법들"에 의해 실행될 수 있을 것이다. 충격 인성이, ASTM E23 - 12c "금속성 재료들의 노치 형성 막대(Notched Bar) 충격 시험을 위한 표준 방법"을 사용하여 측정될 수 있을 것이다.

예를 들어, 본 명세서에 설명되는 강들의 하나 이상의 실시예가, 100 메가파스칼-제곱근 미터(MPa·m^0.5) 초과의 파괴 인성을 갖는 것으로 예상되며, 그리고 최대 700 ℃의 고온에서 방사선에 노출될 때 시간에 걸친 변화에, 600 ℃에서 그리고 105 시간 동안 92 Mpa 이상의 그리고 650 ℃에서 그리고 105 시간 동안 43 Mpa 이상의, 열적 크리프 파열 강도에; 및/또는 500 dpa의 중성자 선량 이후에 체적 기준 5% 미만의 팽창에, 저항해야 한다. 특히, 최대 700 ℃의 상승된 온도에서의 파괴 인성 시험에서 단지 연성 인열(ductile tearing)만을 보이며 그리고 취성 파괴를 보이지 않는, 실시예들이 예상된다.

도 5a 내지 도 5d는, 다양한 강 실시예들에 관한 부가적 열역학적 계산들의 결과들을 도시한다. 도 5a는 이러한 계산들에서 사용되는 특정 실시예들을 열거한다. 도 5b는 100% 오스테나이트 안정성에 대한 추산된 온도 범위를 도시한다. 도 5c는, 라베스 상(Laves phase) 및 Z 상이 그 아래에서 주어진 합금들에 대해 안정적인, 온도들의 비교를 도시한다. 도 5d는 선택된 합금들의 열역학적 용융 범위들에 대한 비교를 도시한다.

도 6a 내지 도 6l은, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 강의 상이한 실시예들에 대한 열역학적 예측들이다. 도 6k는 상이한 강 실시예들에 대한 예측된 열역학적 용융 범위들의 비교를 도시한다. 도 6l은, 라베스 상이 그 아래에서 도 6k에서와 동일한 강 실시예들에 대해 안정적인, 예측된 온도를 도시한다.

모델링에 기초하여, T-A2 내지 T-A8로 지정되는, 7개의 강 실시예가, 제조되었으며, 그리고 크리프 파열 성능에 대해 시험되었다. 도 11은 제작된 실시예들에 대한 비교를 제시하며, 그리고 도 12는 크리프 파열 시험 결과를 제시한다. 제작된 실시예들에 대한 도 11에서의 강 명칭들은 표 1 또는 표 2에서의 명칭들에 대한 대응성을 갖지 않는다는 것을 알아야 한다.

임의의 특정 이론에 구애되지 않고, 작지만 제어되는 양의 Nb, V, Ta, Ti, Si, 및 Zr이, 예를 들어 T-A7을 T-A8과 비교할 때 확인될 수 있는 바와 같이, 강의 성능에 관한 어떤 상승 효과를 갖는다는 것이, 성능으로부터 나타난다.

제조

뒤따르는 것은, 제작된 실시예들을 포함하는, 이상에 설명되는 강 실시예들의 제품들(heats)의 제조에 대한 실시예이다. 먼저, 강 실시예의 조성들이, 조합되며 그리고 하나 이상의 잉곳 또는 슬래브로 주조된다. 이는, 진공 유도 용융(vacuum induction melting: VIM) 또는 VIM에 뒤따르는 아르곤-산소 탈탄(argon-oxygen decarburization: AOD)을 사용하는 것과 같은, 임의의 적당한 기법을 사용하여 실행될 수 있을 것이다. 예를 들어 진공 아크 재용융(VAR) 또는 전자-슬래그 재용융(ESR) 또는 소모 전극 진공 아크 재용융(CEVAR)에 의한, 불순물들을 감소시키기 위한 추가적인 정련이, 실행되거나 또는 실행되지 않을 수 있을 것이다. 분말 야금 응융에서 강의 사용을 위한 분말 제조를 위한 불활성 가스 무화(inert gas atomization)가 또한, VIM을 뒤따를 수 있을 것이다. 잉곳들 또는 슬래브들은 이어서, 조성의 오스테나이트 온도 위의 온도에서, 어떤 기간의 시간 동안 균질화된다. 예를 들어, 잉곳들은, 1125 ℃(+/- 10 ℃)에서 48시간 동안 균질화될 수 있을 것이다. 균질화는, 산화 및 탈탄(그리고 강 제품의 손실)을 최소화하기 위해 환원 환경(reducing environment)에서 실행될 수 있을 것이다. 균질화 이후에, 잉곳들 또는 슬래브들은, 막대로 열간 단조될 수 있으며, 그리고 단조된 막대는 이어서, 어닐링 온도에서 설정 기간의 시간 동안 연화를 위해 어닐링될 수 있을 것이다. 실시예에서, 어닐링은, 780 ℃에서 1시간 동안 실행될 수 있을 것이다. 어닐링은, 또한, 산화를 최소화하기 위해, 진공로, 환원 환경에서, 또는 불활성 커버를 동반하는 가운데, 실행될 수 있을 것이다. 단조된 막대는 이어서, 임의의 산화물을 제거하기 위해 기계 가공될 수 있을 것이다. 열간 단조 이후에, 냉간 압연을 사용하는 냉간 가공이, 도입될 수 있을 것이다. 필거링(pilgering)이 또한, 냉간 가공을 도입하기 위해, 사용될 수 있을 것이다.

뒤따르는 것은, 강 실시예들의 냉간 압연 및 열처리의 방법에 대한 실시예이다. 강 실시예의 제품들은, 형태(예를 들어, 막대, 슬래브, 시트, 등)와 무관하게, 먼저 냉간 압연기를 사용하여 냉간 가공될 수 있을 것이다. 한번 이상의 통과 횟수가, 제품을 요구되는 형태로 가공하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 선택적으로, 중간 어닐링 작업들이, 이상에 설명된 바와 같이, 제품의 연성을 유지하기 위해 680-800 ℃ 사이에서 0.5-1.5 시간 동안과 같이, 필요에 따라 실행될 수 있을 것이다. 냉간 압연 이후에, 강 실시예의 제품들은, 불림 처리될 수 있을 것이다. 불림 처리(Normalization)는, 산화를 최소화하기 위해, 진공로, 환원 환경에서, 또는 불활성 커버 가스를 동반하는 가운데, 실행될 수 있을 것이다. 불림 처리는, 5분 내지 1시간 사이의 시간 동안 1000-1250 ℃ 사이로 제품들을 가열함에 의해 실행될 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에서, 불림 처리는, 10-30분 동안 1075-1150 ℃로 가열함에 의해 실행된다. 불림 처리에 이어, 제품들은, 산화를 최소화하기 위해 아르곤 환경 또는 진공로에서 1시간 동안 700 ℃에서 탬퍼링될 수 있을 것이다. 냉각 속도는, 불림 처리 이후에 99-100% 마르텐사이트를 형성하기에 충분해야 한다. 이는, 공기 냉각, 물 담금질, 염욕 담금질(salt bath quench), 또는, 마르텐사이트를 형성하기 위해 불림 처리 이후에 강을 신속하게 냉각하는, 어떤 다른 수단에 의해 달성될 수 있을 것이다. 두꺼운 단면 구성요소들을 위해, 물 또는 염욕 담금질이, 마르텐사이트를 형성하기에 충분한 속도에서 강을 냉각하기 위해 필요할 수 있을 것이다.

실시예에서, 방법은, 큰 강편(billet)(~ 6"의 직경, 그러나 다른 크기들이 사용될 수 있음)을 열간 단조하는 것, 이후의 강편을 통한 중심 원통형 구멍을 뚫는 것을 포함한다. 강편은 이어서, 고온(예를 들어, 1000 - 1150 ℃)으로 가열된다. 고온 강편은 이어서, 튜브를 형성하기 위해 압출 프레스를 통해 통과된다.

산업적 용도

본 명세서에 설명되는 강 실시예들은, 고온 성능이 유익한 임의의 용도를 위해 적합하다. 부가적으로, 팽창 저항성, 크리프 강도 및 파괴 인성이 유익한 용도들이 또한, 본 명세서에 설명되는 강들에 적합할 수 있을 것이다. 특히, 이상에 설명되는 강 실시예들은, 강이 핵 방사선에 노출되는 임의의 용도를 위한, 개선된 성능을 구비할 수 있을 것이다. 예를 들어, 원자로 노심 구성요소들, 격납 용기들, 배관들, 및 구조적 지지체들이, 본 명세서에 설명되는 강들의 고온 용도들의 예들이다.

본 명세서에 설명되는 강 실시예들의 하나의 특정 용도가, 핵 연료를 위한 피복재로서의 용도이다. 연료 피복은, 연료 요소들(때때로 또한 "연료 봉들" 또는 "연료 핀들"로 지칭됨)의 외측 층을 지칭한다. 피복은, 핵분열 생성물이 연료로부터 원자로 내로 탈출하는 것을 방지한다. 핵 연료 피복을 위해 개발된 강들은, 높은 중성자속(neutron fluxes) 및 고온에 노출되며, 그리고 그에 따라, 여러 공통적 요건: 즉, 우수한 팽창 저항성, 높은 조사 더하기 열적 크리프 강도, 및 탁월한 상 안정성을 갖는다. 공동 팽창(Void swelling)은, 구성요소에 대한 대규모 치수 변화(팽창)를 야기할 수 있는, 나노 규모 캐비티들 내로 공석 결함들(vacancy defects)이 축적되는 경향이다. 이러한 변화들은, 구성 요소 기능성을 손상시키기에 상당히 충분해질 수 있다. 한편, 조사 크리프는, 가해진 응력이 결함 플럭스를 위한 추진력인, 열적 크리프와 유사하다. 그러나, 결함들의 근원은, 조사에 의해 생성되고 직접적으로 온도에 의존하지 않으며, 그리고 조사 크리프는 일반적으로, 응력에 선형으로 의존하게 되도록 수용된다. 조사 크리프의 영향은, 열적 크리프와 동일하지만, 크리프 변형은, 치수적 변화들을 야기한다.

높은 중성자속을 견딜 필요성의 예가, 304 및 316의 통상적 등급들과 같은, 오스테나이트계 스테인리스 강들의 거동에 의해 예시된다. 이러한 강들이 원자로 환경에서 장기간 보아 온 적용예를 갖지만, 용액-어닐링된 상태는, 심지어 단지 소수의 원자당 변위수(displacements per atom: dpa)만을 야기하는 짧은 조사 시간 이후에도, 공동 팽창 속도가, 원자당 변위수당 1%만큼 높을 수 있음에 따라, 대부분의 원자로 적용예를 위해 부족한 것으로 빠르게 인식되었다. 재료 내의 조사 선량은, 재료 내의 모든 원자가 그의 격자 위치(lattice site)에서 튀어 나온 횟수의 측정 값인, 원자당 변위수(dpa)로 측정된다. 많은 개선예들이, 고 선량 적용을 위해, 팽창 저항성을 개선하도록, 오스테나이트계 스테인리스 강들로 이루어져 왔지만, 이들은, 치수 안정성을 유지할 수 없으며 그리고 매우 높은 선량에서 연료 피복을 위한 성능 요건을 만족시킬 수 없다. 대부분의 원자들은 지속적 손상 없이 그들의 격자 위치로 신속하게 복귀하기 때문에, 원자는, 벌크 특성들이 상당히 저하되기 이전에, 평균적으로 복수회 변위될 수 있다. D9(316 + Ti 및 다른 용질 첨가물들, 항상 20% 냉간 가공 조건에서 제작됨)과 같은, 수정된 오스테나이트계 스테인리스 강이, 벌크 팽창이 심각하게 제한되기 이전에, 약 100 dpa의 조사 손상을 견딜 수 있다.

그러나, 많은 현대의 원자로 설계들은, 수정된 오스테나이트계 스테인리스 강들로 이루어진 것들 위의, 개선된 성능을 갖는 연료 피복으로부터 이익을 취할 것이다. 실시예에서, 200, 300, 400, 또는 500 dpa, 또는 그보다 큰 정도의 피크 조사 선량을 견딜 수 있는, 원자로 노심 구성요소들이, 그리고 구체적으로 연료 피복이, 유익할 수 있을 것이다. 지금, 현재 이용 가능한 그러한 강들이 존재하지 않으며, 그리고 그에 따라, 원자로 설계는, 현재 이용 가능한 강들의 더 낮은 성능을 고려하도록 제한된다. 예를 들어, 본 명세서에 설명되는 강들의 실시예들은, 최대 40년 또는 그보다 긴 연료 수명 동안 사용 상태를 유지하도록, 강에 대해, 550℃ 또는 그보다 높은 공칭 원자로 출구 온도에서, 충분한 크리프 저항성을 구비할 수 있을 것이다. 마찬가지로, 실시예들은, 최대 40년 또는 그보다 긴 연료 수명 동안 5% 이하의 체적 팽창을 나타내는, 유사하게 개선된 팽창 저항성 및, 최대 360℃의 온도에서의 조사 이후에 파괴 또는 파단에 저항하기에 충분한 파괴 인성을 구비할 수 있을 것이다.

도 7a는, 복수의 연료 요소로 이루어지는 핵 연료 조립체의 실시예에 대한 개략적 형태의 부분 절개 사시도들을 제공한다. 도 7a는, 하나의 실시예에 따른, 핵 연료 조립체(10)에 대한 부분적 예시를 제공한다. 연료 조립체는, 핵 분열성의 핵 연료 조립체(fissile nuclear fuel assembly) 또는 핵분열 물질로 변환될 수 있는 핵 연료 조립체(fertile nuclear fuel assembly)일 수 있을 것이다. 조립체는, 연료 요소들(또는 "연료 봉들" 또는 "연료 핀들")(11)을 포함할 수 있을 것이다. 도 7b는, 하나의 실시예에 따른, 연료 요소(11)에 대한 부분적 예시를 제공한다. 이러한 실시예에 도시된 바와 같이, 연료 요소(11)는, 피복재(13), 연료(14), 그리고, 일부의 경우에, 적어도 하나의 틈새(15)를 구비할 수 있을 것이다.

연료는, 외측 피복재(13)에 의해 캐비티 내부에서 밀봉될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 복수의 연료 소재들이, 도 7b에 도시된 바와 같이, 축 방향으로 적층될 수 있지만, 그러나 이것이 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 연료 요소가, 단지 하나의 연료 소재만을 수용할 수 있을 것이다. 하나의 실시예에서, 비록 틈새(들)가 반드시 존재해야 하는 것은 아니지만, 틈새(들)(15)가, 연료 소재와 피복재 사이에 존재할 수 있을 것이다. 하나의 실시예에서, 틈새는, 가압된 헬륨 분위기와 같은 가압 분위기로, 채워진다. 부가적인 실시예에서, 틈새는, 나트륨으로 채워질 수 있을 것이다.

연료가, 임의의 핵분열 가능한 물질을 함유할 수 있을 것이다. 핵분열 가능한 물질이, 금속 및/또는 금속 합금을 함유할 수 있을 것이다. 하나의 실시예에서, 연료는, 금속 연료일 수 있을 것이다. 금속 연료가, 핵 분열 원자로의 증식-및-연소(breed-and-burn) 프로세스에 바람직한, 비교적 높은 중금속 부하 및 탁월한 중성자 경제(neutron economy)를 제공할 수 있다는 것이, 인식될 수 있다. 적용예에 의존하여, 연료는, U, Th, Am, Np, 및 Pu로부터 선택되는, 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있을 것이다. 용어 "원소"는, 본 명세서에서 화학 기호에 의해 나타나는 것으로서, 주기율표에서 확인되는 것들을 지칭할 수 있으며, 이는, "연료 요소"의 "요소"와 혼동되지 않아야 한다.

도 7c는, 하나 이상의 라이너가 피복과 연료 사이에 제공되는, 연료 요소의 실시예를 도시한다. 일부의 경우에, 특히 높은 번-업(burn-up)에서, 연료 및 피복의 원소들이 확산하여, 그로 인해 (예를 들어, 연료 및/또는 피복 층의 탈 합금화 또는 저하된 기계적 특성을 갖는 새로운 합금의 형성에 의한) 바람직하지 않은 합금화를 그리고 그에 따라 연료 및 피복의 소재의 열화를 야기하도록 하는, 경향을 보일 수 있다. 도시된 바와 같은, 라이너(16)는, 원소들의 그러한 원자간 확산을 완화시키기 위한, 연료(14)와 피복(13) 사이의 장벽 층으로서 역할을 할 수 있을 것이다. 예를 들어, 라이너(16)는, 예를 들어, 이질적인(그리고 때때로 바람직하지 않은) 원소들에 의한 연료 및/또는 피복재의 열화를 방지하도록, 연료와 피복재의 원소들 사이의 원자간 확산을 완화시키기 위해 사용될 수 있을 것이다. 라이너(16)는, 하나의 층 또는 복수의 층, 예를 들어 적어도 2, 3, 4, 5, 6개, 또는 그보다 많은 층을 포함할 수 있을 것이다. 라이너가 복수의 층을 포함하는 경우에, 이러한 층들은, 동일한 또는 상이한 재료를 함유할 수 있으며, 및/또는 동일한 또는 상이한 특성들을 구비할 수 있을 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 층들 중의 적어도 일부는, 라이너(16)의 일부 층들이 상이한 재료들을 포함하는 가운데, 피복과 동일한 강을 포함할 수 있을 것이다.

열 교환기 외피들, 튜브들, 및 튜브 시트들은, 이상에 설명되는 강 실시예들로 제조될 수 있는 공정 장비 구성요소들의 다른 예이다. 도 8은, 외피를 갖도록 구성되는, 외피 및 튜브 열교환기를 도시한다. 교환기(800)는, 외피(802), 한 세트의 U-자 형상 튜브(804), 튜브 시트(806), 다수의 배플(808) 및 여러 접속 포트들(810)을 포함한다. 이러한 구성요소들 중의 임의의 것 및 모두는, 이상에 설명되는 고온, 방사선 저항성 강 실시예들로 제조될 수 있다. 부가적으로, 도 8은, 하나의 유형의 열교환기이지만, 본 명세서에 개시되는 강 실시예들은, 예를 들어, 공냉 열교환기들, 이중-파이프 열교환기들, 및 플레이트-및-프레임 열교환기들과 같은, 임의의 열교환기 설계에 적합하다.

펌프 임펠러들이, 이상에 설명되는 강 실시예들로 제조될 수 있는, 공정 장비의 부품의 다른 예이다. 일부 원자로 설계에서, 펌프 임펠러들은, 원자로 노심 내부에 놓일 수 있으며 그리고 높은 선량의 방사선에 종속될 수 있을 것이다. 도 9는 개방형 임펠러, 반-개방형 임펠러, 및 폐쇄형 임펠러를 도시한다. 개방형 임펠러(902)는, 단지 허브(906)에 부착되는 블레이드들(904)로 구성된다. 반-개방형 임펠러(908)의 실시예는, 블레이드들(912) 및 허브(914)의 일 측면에 부착되는 원형 플레이트(910)를 갖도록 구성된다. 폐쇄형 임펠러(916)는, 블레이드들(918)의 양 측면 상에 부착되는 원형 플레이트들(920)을 구비한다. 도 9는, 임펠러 설계들에 대한 단지 소수의 대표적인 실시예들을 도시하지만, 본 명세서에 개시되는 강 실시예들은, 예를 들어, 와류 임펠러들, 원심 스크류 임펠러들, 프로펠러들, 파쇄기(shredder) 임펠러들, 폐쇄 채널 임펠러들, 혼합 유동 임펠러들, 레이디얼 임펠러들, 세미-액시얼 임펠러들 및 액시얼 임펠러들과 같은, 임의의 임펠러 설계에 적합하다는 것이, 이해될 것이다.

구조적 부재들 및 체결구들이, 이상에 설명되는 강 실시예들로 제조될 수 있는, 구성요소들의 또 다른 예들이다. 본 명세서에 개시되는 강 실시예들로 이루어지는, 그의 예들이 도 10에 도시되는 것인, 너트들, 볼트들, U-자형 볼트들, 와셔들, 및 리벳들이, 고온 환경들에서 그리고 또한 고 방사선 선량 환경들에서, 특히 유용할 것이다.

도 2는, 당해 기술분야에 공지되는 바와 같은, 진행파 원자로의 실시예를 도시한다. 도 2는, 원자로 헤드부(202), 원자로 및 방호 용기(204), 그리고 격납 돔(206)과 같은, 진행파 원자로(200)의 많은 주요 구성요소들을 식별하지만, 구조적 부재들, 플랜지들, 커버 플레이트들, 배관, 레일, 프레임, 연결 봉들, 및 지지체들과 같은, 많은 보조적 원자로 구성요소들을 또한 예시한다. 도 2에 예시되는 원자로 구성요소들 중의 임의의 것, 그리고 특히 원자로 노심 내부에 위치하게 되는 그러한 구성요소들은, 이상에 설명되는 강 실시예들로 제조될 수 있다.

진행파 원자로(200)는, 원자로 및 방호 용기(204)의 바닥에 위치하게 되는 원자로 노심(208) 내에 다수의 핵 연료 핀들을 유지하도록 설계된다. 원자로 헤드부(202)는, 원자로 및 방호 용기(204) 내부에, 방사성 물질들을 밀봉한다. 도시된 실시예에서, 원자로 노심(208)은, 단지 원자로 헤드부(202)를 통해서만 접근될 수 있다. 예를 들어, 용기-내 연료 취급 기계(216)가, 제공된다. 연료 취급 기계(216)는, 원자로 헤드부(202) 내에 위치하게 되는 한 세트의 크고 작은 회전 플러그들(218)을 통해, 연료 핀들 및 다른 도구들이 노심으로부터 들어올려지는 것을 그리고 용기로부터 제거되는 것을 허용한다. 이러한 설계는, 용기(204)가 일원화되는 것을 그리고 어떠한 관통도 동반하지 않는 것을 허용한다.

열적 차폐체가 또한, 원자로 헤드부(202) 위의 격납 돔(206) 내의 영역의 온도를 감소시키기 위해, 원자로 헤드부(202)의 아래에 제공될 수 있을 것이다. 이러한 영역은, 도시된 바와 같은 해치(220)에 의해 접근될 수 있을 것이다. 부가적인 접근 해치들이 또한, 도시된 바와 같은 격납 돔(206) 내부의 상이한 위치들에 제공될 수 있을 것이다.

작동 온도에서 액체인 나트륨이, 원자로 노심(208)으로부터 열을 제거하기 위한 1차적 냉각제이다. 원자로 및 방호 용기(204)는, 어떤 레벨까지, 펌프들(210)을 사용하여 원자로 노심(208)을 통해 순환되는 나트륨으로 채워진다. 2개의 나트륨 펌프(210)가 제공된다. 각 펌프(210)는, 원자로 노심(208)에 인접하게 위치하게 되는, 원자로 헤드부(202)를 통해 원자로 헤드부(202) 위에 위치하게 되는 모터(210C)로 연장되는 샤프트(210B)에 의해 연결되는, 임펠러(210A)를 포함한다.

펌프들(210)은, 원자로 및 방호 용기(204) 내부에 위치하게 되는 하나 이상의 중간 열교환기(212)를 통해, 나트륨을 순환시킨다. 중간 열교환기들(212)은, 1차적 나트륨 냉각제로부터 2차적 냉각제로 열을 전달한다. 신선한 2차적 냉각제가, (하나 이상의 2차적 냉각제 유입구(222)를 경유하여) 격납 돔(206) 및 원자로 헤드부(202)를 통해, 2차적 냉각제가 가열되는 곳인, 중간 열교환기들(212)로 수송된다. 가열된 2차적 냉각제는 이어서, 하나 이상의 2차적 냉각제 배출구(224)를 경유하여, 원자로 헤드부(202)를 통해 그리고 격납 돔(206) 밖으로 다시 흘러 나간다. 실시예에서, 가열된 2차적 냉각제는, 발전 시스템으로 전달되는 증기를 생성하기 위해 사용된다. 2차적 냉각제는, 나트륨 냉각제 또는, 마그네슘 나트륨 냉각제와 같은 어떤 다른 염 냉각제일 수 있을 것이다.

첨부된 청구범위에도 불구하고, 본 개시는, 뒤따르는 항목들에 의해 또한 한정된다:

[항목 1]

강으로서:

10.0-12.0 중량%의 Cr;

0.001-1.0 중량%의 Mn;

0.001-2.0 중량%의 Mo;

0.001-2.5 중량%의 W;

0.1-0.3 중량%의 C;

최대 0.1 중량%의 N;

최대 0.2 중량%의 Nb;

최대 0.5 중량%의 V;

최대 0.2 중량%의 Ta;

최대 0.3 중량%의 Ti;

최대 0.3 중량%의 Zr;

최대 0.1 중량%의 B;

Fe 및 다른 원소들인 나머지로 구성되고,

상기 강은, 각각 0.15 중량% 이하의 이러한 다른 원소들을 포함하며, 그리고 이러한 다른 원소들의 총량은, 0.35 중량%를 초과하지 않는 것인, 강.

[항목 2] 항목 1에 있어서, 강은, 10.0-11.0 중량%의 Cr을 포함하는 것인, 강.

[항목 3] 항목 1에 있어서, 강은, 10.5-11.5 중량%의 Cr을 포함하는 것인, 강.

[항목 4] 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.20-0.80 중량%의 Mn을 포함하는 것인, 강.

[항목 5] 항목 1 내지 항목 4 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.40-0.60 중량%의 Mn을 포함하는 것인, 강.

[항목 6] 항목 1 내지 항목 5 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.20-1.0 중량%의 Mo을 포함하는 것인, 강.

[항목 7] 항목 1 내지 항목 6 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.45-0.55 중량%의 Mo을 포함하는 것인, 강.

[항목 8] 항목 1 내지 항목 7 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.50-1.5 중량%의 W을 포함하는 것인, 강.

[항목 9] 항목 1 내지 항목 8 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.90-1.1 중량%의 W을 포함하는 것인, 강.

[항목 10] 항목 1 내지 항목 9 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.15-0.25 중량%의 C를 포함하는 것인, 강.

[항목 11] 항목 1 내지 항목 10 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.18-0.22 중량%의 C를 포함하는 것인, 강.

[항목 12] 항목 1 내지 항목 11 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.01-0.08 중량%의 N를 포함하는 것인, 강.

[항목 13] 항목 1 내지 항목 12 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.03-0.05 중량%의 N를 포함하는 것인, 강.

[항목 14] 항목 1 내지 항목 13 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.02-0.20 중량%의 Nb을 포함하는 것인, 강.

[항목 15] 항목 1 내지 항목 14 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.03-0.07 중량%의 Nb을 포함하는 것인, 강.

[항목 16] 항목 1 내지 항목 15 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.10-0.50 중량%의 V을 포함하는 것인, 강.

[항목 17] 항목 1 내지 항목 16 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.28-0.32 중량%의 V을 포함하는 것인, 강.

[항목 18] 항목 1 내지 항목 17 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.01-0.20 중량%의 Ta을 포함하는 것인, 강.

[항목 19] 항목 1 내지 항목 18 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.04-0.06 중량%의 Ta을 포함하는 것인, 강.

[항목 20] 항목 1 내지 항목 19 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.05-0.30 중량%의 Ti을 포함하는 것인, 강.

[항목 21] 항목 1 내지 항목 20 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.05-0.10 중량%의 Ti을 포함하는 것인, 강.

[항목 22] 항목 1 내지 항목 21 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.05-0.30 중량%의 Zr을 포함하는 것인, 강.

[항목 23] 항목 1 내지 항목 22 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.05-0.10 중량%의 Zr을 포함하는 것인, 강.

[항목 24] 항목 1 내지 항목 23 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.001-0.02 중량%의 B를 포함하는 것인, 강.

[항목 25] 항목 1 내지 항목 24 중 어느 한 항목에 있어서, 강은, 0.007-0.009 중량%의 B를 포함하는 것인, 강.

[항목 26] 항목 1 내지 항목 25 중 어느 한 항목에 있어서, 강 내의 다른 원소들 중의 하나는 S이며, 그리고 강은 최대 0.010 중량%의 S을 포함하는 것인, 강.

[항목 27] 항목 1 내지 항목 26 중 어느 한 항목에 있어서, 강 내의 다른 원소들 중의 하나는 P이며, 그리고 강은 최대 0.040 중량%의 P을 포함하는 것인, 강.

[항목 28] 항목 1 내지 항목 27 중 어느 한 항목에 있어서, 강 내의 다른 원소들 중의 하나는 Cu이며, 그리고 강은 최대 0.04 중량%의 Cu를 포함하는 것인, 강.

[항목 29] 항목 1 내지 항목 28 중 어느 한 항목에 있어서, 강 내의 다른 원소들 중의 하나는 Co이며, 그리고 강은 최대 0.050 중량%의 Co를 포함하는 것인, 강.

[항목 30] 항목 1 내지 항목 29 중 어느 한 항목에 있어서, 강 내의 다른 원소들 중의 하나는 As이며, 그리고 강은 최대 0.030 중량%의 As를 포함하는 것인, 강.

[항목 31] 항목 1 내지 항목 30 중 어느 한 항목에 있어서, 강 내의 다른 원소들 중의 하나는 Si이며, 그리고 강은 0.05-0.2 중량%의 Si를 포함하는 것인, 강.

[항목 32] 항목 1 내지 항목 31 중 어느 한 항목에 있어서, 강 내의 다른 원소들 중의 하나는 Ni이며, 그리고 강은 최대 0.05 중량%의 Ni을 포함하는 것인, 강.

[항목 33] 항목 1 내지 항목 32 중 어느 한 항목의 강으로 이루어지는 것인, 구성요소.

[항목 34] 항목 1 내지 항목 32 중 어느 한 항목의 강으로 이루어지는 것인, 핵 연료용 피복.

[항목 35] 외피, 복수의 튜브, 및 튜브 시트를 포함하는 열교환기로서,

상기 외피, 튜브들, 또는 튜브 시트 중의 적어도 하나는, 항목 1 내지 항목 32 중 어느 한 항목의 강으로 이루어지는 것인, 열교환기.

[항목 36] 항목 1 내지 항목 32 중 어느 한 항목의 강으로 이루어지는 것인, 펌프 임펠러.

[항목 37] 항목 1 내지 항목 32 중 어느 한 항목의 강으로 이루어지는 것인, 체결구.

[항목 38] 항목 1 내지 항목 32 중 어느 한 항목의 강으로 이루어지는 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 것인, 진행파 원자로.

[항목 39]

강으로서:

100 메가파스칼-제곱근 미터(MPa·m^0.5) 초과의 파괴 인성;

593 ℃에서 104 시간 동안 71 Mpa 이하의 그리고 649 ℃에서 105 시간 동안 30 Mpa 이하의, 열적 크리프; 및

500 dpa의 중성자 선량 이후에 체적 기준 5% 미만의 팽창

중의 하나 이상을 나타내는 것인, 강.

농도들, 양들, 및 다른 수치적 데이터는, 범위 형식으로 본 명세서에서 표현되거나 제시되었다. 그러한 범위 형식은 단지 편리함 및 간결함을 위해 사용되며, 그리고 그에 따라, 범위의 한계들로서 명시적으로 인용되는 수치적 값들을 포함할 뿐만 아니라, 그러한 범위 내에 포함되는 모든 개별적인 수치적 값들 또는 하위-범위들을, 마치 각 수치적 값 및 하위 범위가 명시적으로 인용되는 것처럼, 또한 포함하는 것으로, 유연하게 해석되어야 한다는 것이, 이해되어야 한다. 예시로서, "4 퍼센트 내지 7 퍼센트"는, 4 퍼센트 내지 7 퍼센트의 명시적으로 인용되는 값들을 포함할 뿐만 아니라, 지시된 범위 이내의 개별적인 값들 및 하위 범위들을 또한 포함하는 것으로 해석되어야만 한다. 그에 따라, 이러한 수치적 범위 내에, 4.5, 5.25 및 6과 같은 개별적인 값들, 그리고 4-5, 5-7, 및 5.5-6.5와 같은 하위 범위들, 등이 포함된다. 이러한 동일한 원리가, 단지 하나의 수치적 값을 인용하는 범위들에 적용된다. 범위들은, 형식 9.0-12.0으로 특정될 때, 범위의 한계들을 포함한다(즉, 9.0-12.0은, 9.0을 갖는 조성들 및 12.0을 갖는 조성들을 포함함). 더불어, 그러한 해석은, 설명되는 특징들 또는 범위의 폭과 무관하게, 적용되어야만 한다.

기술의 넓은 범위를 기술하는 수치적 범위들 및 파라미터들이 근사값들임에도 불구하고, 특정 예들에서 기술되는 수치적 값들은, 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치적 값은, 그들의 개별적인 시험 측정들에서 확인되는 표준 편차로부터 필연적으로 야기되는, 어떤 오류들을 본질적으로 포함한다.

본 명세서에서 설명되는 시스템들 및 방법들은, 그 자체로 본질적인 것들뿐만 아니라 언급된 목적들 및 이점들을 달성하기에 매우 적합하다는 것이 명백할 것이다. 비록 다양한 실시예들이 본 개시의 목적들을 위해 설명되었지만, 또한 본 개시에 의해 예상되는 범위 이내에 속하는, 다양한 변경들 및 수정들이, 이루어질 수 있을 것이다. 예를 들어, 10.5-11.5 중량%의 Cr, 0.4-0.6 중량%의 Mn, 0.25-0.35 중량%의 Mo, 0.9-1.1 중량%의 W, 0.18-0.22 중량%의 C, 0.03-0.05 중량%의 N, 0.08-0.12 중량%의 Nb, 0.28-0.32 중량%의 V, 그리고 각각 0.01 중량% 미만의 Ta, Ti, Zr 및 B(물론, 나머지는 Fe)와 같은, 실시예가, 비록 표 1 또는 표 2에 열거되지 않음에도, 명시적으로 예상된다. 당업자에서 그 자체로 쉽게 제안될 그리고 본 개시의 사상에 포함되는, 수많은 다른 변경들이, 이루어질 수 있을 것이다.

Claims

강으로서:
10.0-12.0 중량%의 Cr;
0.001-1.0 중량%의 Mn;
0.001-2.0 중량%의 Mo;
0.001-2.5 중량%의 W;
0.1-0.3 중량%의 C;
최대 0.1 중량%의 N;
최대 0.2 중량%의 Nb;
최대 0.5 중량%의 V;
최대 0.2 중량%의 Ta;
최대 0.3 중량%의 Ti;
최대 0.3 중량%의 Zr;
최대 0.1 중량%의 B;
Fe 및 다른 원소들인 나머지로 구성되고,
상기 강은, 각각 0.15 중량% 이하의 이러한 다른 원소들을 포함하며, 그리고 이러한 다른 원소들의 총량은, 0.35 중량%를 초과하지 않는 것인, 강.
제 1항에 있어서,
강은, 10.0-11.0 중량%의 Cr을 포함하는 것인, 강.
제 1항에 있어서,
강은, 10.5-11.5 중량%의 Cr을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.20-0.80 중량%의 Mn을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.40-0.60 중량%의 Mn을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.20-1.0 중량%의 Mo을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.45-0.55 중량%의 Mo을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.50-1.5 중량%의 W을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.90-1.1 중량%의 W을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.15-0.25 중량%의 C를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.18-0.22 중량%의 C를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.01-0.08 중량%의 N를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.03-0.05 중량%의 N를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.02-0.20 중량%의 Nb을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.03-0.07 중량%의 Nb을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.10-0.50 중량%의 V을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.28-0.32 중량%의 V을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.01-0.20 중량%의 Ta을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.04-0.06 중량%의 Ta을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.05-0.30 중량%의 Ti을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.05-0.10 중량%의 Ti을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.05-0.30 중량%의 Zr을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.05-0.10 중량%의 Zr을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.001-0.02 중량%의 B를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
강은, 0.007-0.009 중량%의 B를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서,
강 내의 다른 원소들 중의 하나는 S이며, 그리고 강은 최대 0.010 중량%의 S을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서,
강 내의 다른 원소들 중의 하나는 P이며, 그리고 강은 최대 0.040 중량%의 P을 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서,
강 내의 다른 원소들 중의 하나는 Cu이며, 그리고 강은 최대 0.04 중량%의 Cu를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서,
강 내의 다른 원소들 중의 하나는 Co이며, 그리고 강은 최대 0.050 중량%의 Co를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서,
강 내의 다른 원소들 중의 하나는 As이며, 그리고 강은 최대 0.030 중량%의 As를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,
강 내의 다른 원소들 중의 하나는 Si이며, 그리고 강은 0.05-0.2 중량%의 Si를 포함하는 것인, 강.
제 1항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서,
강 내의 다른 원소들 중의 하나는 Ni이며, 그리고 강은 최대 0.05 중량%의 Ni을 포함하는 것인, 강.
구성요소로서,
제 1항 내지 제 32항 중 어느 한 항의 강으로 이루어지는 것인, 구성요소.
핵 연료용 피복으로서,
제 1항 내지 제 32항 중 어느 한 항의 강으로 이루어지는 것인, 핵 연료용 피복.
외피, 복수의 튜브, 및 튜브 시트를 포함하는 열교환기로서,
상기 외피, 튜브들, 또는 튜브 시트 중의 적어도 하나는, 제 1항 내지 제 32항 중 어느 한 항의 강으로 이루어지는 것인, 열교환기.
펌프 임펠러로서,
제 1항 내지 제 32항 중 어느 한 항의 강으로 이루어지는 것인, 펌프 임펠러.
체결구로서,
제 1항 내지 제 32항 중 어느 한 항의 강으로 이루어지는 것인, 체결구.
진행파 원자로로서,
제 1항 내지 제 32항 중 어느 한 항의 강으로 이루어지는 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 것인, 진행파 원자로.
강으로서:
100 메가파스칼-제곱근 미터(MPa·m^0.5) 초과의 파괴 인성;
593 ℃에서 104 시간 동안 71 Mpa 이하의 그리고 649 ℃에서 105 시간 동안 30 Mpa 이하의, 열적 크리프; 및
500 dpa의 중성자 선량 이후에 체적 기준 5% 미만의 팽창
중의 적어도 하나를 나타내는 것인, 강.