核电用钢的多轴疲劳性能及预腐蚀疲劳性能研究

核电用钢的多轴疲劳性能及预腐蚀疲劳性能研究本文以压水堆核电站常用的金属材料锻造奥氏体不锈钢316LN和贝氏体钢16MND5作为研究对象进行多轴疲劳性能及预腐蚀疲劳性能研究。

其中316LN由于具有优良的力学性能和抗腐蚀性而被应用于第三代压水堆核电站AP1000一回路管道,分别对其进行单轴拉压和多轴拉扭低周疲劳试验以及棘轮疲劳实验,主要得到如下结论:非比例路径加载情况下316LN材料出现了明显的附加强化现象,其中圆形路径的强化程度最高。

316LN材料的应力响应主要为三个阶段:第一阶段的快速硬化阶段;第二阶
段的缓慢软化阶段;第三阶段的应力响应快速下降直至断裂阶段。

在低应变幅值下会出现循环稳定现象;提高非比例加载路径的等效扭转应变,圆形路径在扭转方向和轴向方向应力响应均有明显上升,方形路径和菱形路径只在扭转方向应力响应略有提高,轴向方向变化不大;通过采用FS模型和SWT模型对316LN多轴疲劳进行预测,FS模型预测结果较好,并在此基础上提出了新的修正模型,预测结
果较好;对316LN进行多轴棘轮疲劳实验,轴向棘轮累积主要有三个阶段:前期的快速累积阶段到后期的缓慢累积阶段以及最后阶段的加速累积直至试样断裂。

16MND5贝氏体钢广泛用于核电压力容器,通过对其进行模拟压水堆预腐蚀
后的单轴拉伸、单轴拉压循环疲劳对比试验,可以看出预腐蚀后的材料表面呈多孔状,腐蚀引起的点蚀坑提高了金属与腐蚀液的接触,从而加速裂纹萌生。

对于母材试样,疲劳裂纹主要萌生于表面夹杂物处。

模拟压水堆环境显著降低了16MND5的机械性能及低周疲劳性能。

其中预腐蚀主要影响于16MND5材料在Coffin-Manson表达式中的塑性项。