本發(fā)明屬于燃料包殼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核反應(yīng)堆抗事故的核反應(yīng)堆燃料包殼材料用FeCrAl合金材料。
背景技術(shù)：
《壓水堆核電廠應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》規(guī)定了應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)應(yīng)滿足核燃料包殼的最高溫度、反應(yīng)當(dāng)量及釋氫量的要求，這一要求已不能滿足核電站對(duì)安全的需求。在2011年日本福島核事故后，各國(guó)都在探索新一代抗事故的燃料包殼，以進(jìn)一步提高核反應(yīng)堆在事故工況下的安全性，為核電廠在緊急事故條件下處理并恢復(fù)應(yīng)急冷卻系統(tǒng)贏得寶貴的時(shí)間。
抗事故的核燃料包殼材料選擇的依據(jù)主要涉及LOCA工況下的抗水蒸氣氧化性能、熱沖擊完整性，常規(guī)工況下的抗水腐蝕性能及抗微動(dòng)磨損性能等。其中，1200℃抗水蒸氣氧化性能是最重要的性能指標(biāo)之一。而現(xiàn)有的核燃料包殼材料如核電站商用鋯合金M5的1200℃抗水蒸氣氧化性能較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗事故性能優(yōu)異的核反應(yīng)堆燃料包殼材料用FeCrAl合金材料，其LOCA工況下1200℃抗水蒸氣氧化性能優(yōu)異。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
核反應(yīng)堆燃料包殼材料用FeCrAl合金材料，以所述FeCrAl合金材料的總重量為基準(zhǔn)，所述FeCrAl合金材料由以下成分組成：Cr 5％～25％；Al 3％～15％；Si 0.01％～3.3％；Y 0.001％～1％；Mo≤5％；Nb≤5％；C≤1000ppm；N≤1000ppm；余量為Fe和不可避免的微量元素。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，所述FeCrAl合金材料由以下成分組成：Cr 10％～25％；Al 3％～10％；Si 0.01％～3.3％；Y 0.001％～1％；Mo≤5％；Nb≤5％；C≤1000ppm；N≤1000ppm；余量為Fe和不可避免的微量元素。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方面，所述FeCrAl合金材料由以下成分組成：Cr 5％～25％；Al 3％～15％；Si 0.1％～3.3％；Y 0.001％～0.1％；Mo 1％～5％；Nb 1％～5％；C≤1000ppm；N≤500ppm；余量為Fe和不可避免的微量元素。
進(jìn)一步地，所述FeCrAl合金材料由以下成分組成：Cr 10％～25％；Al 3％～8％；Si 0.1％～3.3％；Y 0.001％～0.1％；Mo 1％～5％；Nb 1％～5％；C≤1000ppm；N≤500ppm；余量為Fe和不可避免的微量元素。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述FeCrAl合金材料由以下成分組成：Cr 22.51％；Al 4.32％；Si 0.27％；Y 0.007％；Mo 2.36％；Nb 1.2％；C 434ppm；N 420ppm；余量為Fe和不可避免的微量元素。
由于上述技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明FeCrAl合金材料能夠大幅度提高了燃料包殼在事故工況下的抗水蒸氣氧化性能，延長(zhǎng)了核電站發(fā)生事故時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，另外，合金的綜合性能較好，滿足核電站事故容錯(cuò)的要求。
本發(fā)明FeCrAl合金材料應(yīng)用于燃料包殼材料，其LOCA工況下1200℃抗水蒸氣氧化性能優(yōu)異，可用于制備燃料元件包殼管、復(fù)合包殼管、鋯合金涂層、核燃料包殼管用氧化物彌散強(qiáng)化鐵基合金基體材料以及定位格架條帶等堆芯結(jié)構(gòu)材料。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
將Fe、Cr、Al、Si、Y、Mo、Nb、C、N(其中，N以Cr2N形式加入)元素按重量百分比混合并采用真空感應(yīng)熔煉方法制備成6個(gè)合金鑄錠，對(duì)6個(gè)鑄錠取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，其成分參見表1。分別在6個(gè)鑄錠上切取樣品進(jìn)行高溫水蒸氣氧化測(cè)試。
對(duì)本發(fā)明的六個(gè)樣品即實(shí)施例1～6和核電站商用鋯合金M5，在高溫水蒸氣氧化設(shè)備中進(jìn)行高溫水蒸氣氧化試驗(yàn)，氧化溫度為1200℃，氧化時(shí)間為1h，結(jié)果參見表1。表1給出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1-6的FeCrAl基成分配比及它們?cè)诟髯陨鲜鏊魵庋趸瘲l件下的氧化增重。核電站商用鋯合金M5的水蒸氣氧化增重?cái)?shù)據(jù)也在表1中列出。
表1實(shí)施例1-6的FeCrAl合金和鋯合金M5組成及抗水蒸氣氧化性能
從表1的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明FeCrAl合金在1200℃水蒸氣中氧化增重明顯小于核電站商用鋯合金M5，抗水蒸氣氧化性能優(yōu)異，具有良好的事故容錯(cuò)能力。
以上對(duì)本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，且本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。