国产A508-3钢在模拟AP1000一回路水环境下的疲劳性能研究

反应堆压力容器(RPV)钢在一回路水环境下的疲劳性能是评价其设计寿命的重要参数。本文针对国产A508-3钢开展了模拟AP1000一回路水环境的低周疲劳性能试验研究,获得了321℃、15.5 MPa及0.1 ppm溶解氧水环境下的疲劳行为数据和断裂机理。研究结果表明,国产A508-3钢峰值应力随应变幅的增大而逐渐增大,疲劳试验过程中试样表现出循环硬化、循环软化和饱和3个阶段;在应变幅由0.2%逐渐增加至0.6%的过程中,疲劳周次从10~5逐渐降低至10~2;疲劳断口具有疲劳和腐蚀特征,属于典型的腐蚀疲劳断裂。     

国产316LN不锈钢在模拟AP1000一回路水环境中的疲劳行为

一回路水环境下的疲劳性能是核电站主管道设计寿命评估的重要参数。针对国产主管道材料316LN开展了模拟AP1000一回路水环境的低周疲劳试验,分析了疲劳行为和失效机理。研究结果表明:国产316LN峰值应力随应变幅的增大而增大,大应变幅试样在疲劳过程中先后发生了循环硬化、循环软化和失稳,而小应变幅试样在失稳前未发生明显的循环硬化和循环软化;在应变幅由0.2%逐渐增加至1.2%的过程中,疲劳周次从105逐渐降低至102;疲劳断口具有典型的疲劳断口特征,裂纹萌生于试样表面,以穿晶方式垂直于主应力方向扩展,裂纹扩展区具有典型的疲劳辉纹,辉纹上有菱形颗粒状腐蚀产物,环境辅助开裂机制倾向于氢致开裂。     

316LN不锈钢在高温高压水环境下的腐蚀疲劳行为研究

在室温纯水、高温纯水及高温硼锂水环境下开展了316LN不锈钢在不同应变幅加载下的腐蚀实验研究，并获得了3种条件下的腐蚀疲劳寿命曲线。结果表明，316LN不锈钢在加载过程中出现了先硬化后软化现象，且随循环周次增加，应力峰值逐渐下降；高温纯水及高温硼锂水环境下材料的腐蚀疲劳性能下降，加速了材料的腐蚀疲劳失效；在高应变幅条件下高温的软化作用占主要影响，低应变幅条件下腐蚀作用占主要影响；试验后的样品断面上均可观察到疲劳辉纹、滑移变形带及二次裂纹，高温水腐蚀环境会加速裂纹扩展，加速疲劳失效。      

国产A508-3钢的低周疲劳性能研究

结合承担的973课题,系统开展了国产A508-3钢的低周疲劳性能研究。其目的是通过低周疲劳性能测试、显微硬度计算、断口形貌观察以及微观结构分析,获得材料的疲劳性能数据,评价国产A508-3钢的疲劳性能,并为下一步辐照性能的研究提供数据基础。研究结果表明,国产A508-3钢的低周疲劳性能符合ASME的设计规范,具有循环软化的特征。     

国产A508-Ⅲ钢辐照后的室温低周疲劳性能

以0.5%/s的应变速率,在室温空气中采用轴向应变控制方式测试了国产A508-Ⅲ钢辐照后的疲劳性能.测试结果表明,国产A508-Ⅲ钢在疲劳试验初始阶段出现应变硬化,随后保持应变软化趋势直到失效.推算出了总应变范围与疲劳寿命关系,并以Manson-Coffin方程的形式给出.对比了辐照与未辐照的国产A508-Ⅲ钢的疲劳试验结果,估算出经3.5×1019cm-2辐照后该材料的疲劳寿命大约是未辐照的2/3.     

316不锈钢室温和350℃低周疲劳性能研究

采用MTS材料试验机研究作为反应堆结构材料的316奥氏体不锈钢母材在350℃和室温,以及焊缝在室温,±0.3%~1.5%应变幅的低周疲劳性能试验,并采用扫描电镜对试验后样品进行了断口分析。研究结果表明,316不锈钢疲劳性能较好,室温下疲劳寿命高出350℃同一应变幅的30%~50%以上,且母材的疲劳寿命显著高出焊缝同一应变幅的一倍以上。随应变幅的增加,材料疲劳寿命相应下降,峰值应力增加。室温下母材和焊缝均呈现出随循环周次增加、峰值随应力逐渐下降的规律。母材在高温下,随应变幅的增加,逐渐由循环硬化过渡到饱和行为。低周疲劳试验后,断口表面可观察到裂纹源和疲劳条带。随应变幅增加,疲劳条带间距增大,且同一应变幅下,焊缝的间距大于母材,高温的疲劳间距大于室温,与疲劳试验结果相吻合。     

Zr-4合金低周疲劳特性研究

研究了再结晶态Zr-4合金板材在室温和400 ℃下的低周疲劳特性.Zr-4合金在室温下的循环变形行为与应变幅有关,当应变幅小于0.8%时,表现为循环软化;应变幅大于0.8%时,表现为循环硬化.在400 ℃下均表现为循环硬化.合金在室温和400 ℃下,均遵循Coffin-Manson关系.在低应变幅下,室温的低周疲劳性能明显优于400 ℃下的低周疲劳性能,随着应变幅的增加,两者寿命趋于接近.用扫描电子显微镜观察分析了合金在室温和400 ℃下的疲劳断口特征.     

考虑温度效应的钛合金钢低周疲劳行为研究

完成了在室温与３５０℃高温下国产新材料Ｔ４２ＮＧ和Ｔ２２５ＮＧ钛合金钢的拉伸与低周疲劳系列试验研究，获得了四个单调Ｒ－Ｏ本构模型和四个Ｍ－Ｃ寿命估算模型。以这些模型为基础，系统地研究了材料的循环强化与软化规律，研究了温度系数λσ、λ△σ和λＮｆ对材料静强度、循环强度和低周疲劳规律的影响效应。根据温度对寿命的影响系数λＮｆ与应变幅△ε／２呈线性规律这一重要发现，提出考虑了温度效应、用于高温低周疲劳寿     

平均应变对0Cr18Ni10Ti钢随机循环应力-应变关系的影响规律

试验研究了平均应变对0Cr18Ni10Ti管道钢随机循环应力．应变关系的影响规律从节约试样和试验费用角度，提出了改进的极大似然疲劳试验法，以应变比分别为-1、-0．52、-0．22、0．029．0．18和0．48完成了104个试样的应变控制疲劳试验。揭示出材料具有Masing行为和完全平均应力松弛特征，现有平均应变理论无法表征其影响。因此．首先基于Ramberg-Osgood方程，应用广义极大似然法有效地测定出各应变比的材料随机循环应力-应变关系。通过比较各应变比的循环应力幅均值、循环应力幅均方差和概率循环应力幅，揭示出高可靠性管理时．平均应变具有降低循环应力幅作用，应变比接近0时最显著．偏离逐渐减弱，说明了研究平均应变效应．仅考虑均值．可能给出错误评价；必须综合考虑均值、均方差和样本量3因素才能给出合理评价。     

国产508—Ⅲ钢低周疲劳和动态断裂韧度试验研究

５０８－Ⅲ钢是国际上核一级压力容器常用的材料，但国产５０８－Ⅲ钢的疲劳和断裂性能尚未见报导。本文研究了国产５０８－Ⅲ钢锻件的低周疲劳和动态断裂韧度。通过试验，得到了５０８－Ⅲ钢的设计疲劳曲线和ｋｋｌ－（Ｔ－ＲＴＮＤＴ）曲线，并与ＡＳＭＥ规范和ＲＣＣ－Ｍ规范相应的基准曲线进行了比较。     

Low cycle fatigue properties of CLAM steel at room temperature

The low cycle fatigue (LCF) properties and the fracture behavior of China Low Activation Martensitic (CLAM) steel have been studied over a range of total strain amplitudes from 0.2 to 2.0%. The specimens were cycled using tension-compression loading under total strain amplitude control. The CLAM steel displayed initial hardening followed by continuous softening to failure at room temperature in air. The relationship between strain and fatigue life was predicted using the parameters obtained from fatigue test. The factors effecting on low cycle fatigue of CLAM steel consisted of initial state of matrix dislocation arrangement, magnitude of cyclic stress, magnitude of total strain amplitude and microstructure. The potential mechanisms controlling the stress response, cyclic strain resistance and low cycle fatigue life have been evaluated.     

应变幅对国产锻造奥氏体不锈钢环境疲劳寿命影响的试验研究

为验证模拟压水堆核电站冷却剂服役环境对国产锻造主管道用奥氏体不锈钢疲劳寿命的影响,采用高温高压循环水疲劳测试系统对从产品锻件取样加工后的标准试样进行了低周疲劳试验,分析了试验数据与美国机械工程师学会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)规范平均/设计疲劳曲线的关系,获得了应变幅对奥氏体不锈钢环境疲劳寿命的影响规律,并初步评价了ASME规范设计疲劳曲线和环境疲劳修正系数的适合性。     

N18锆合金的低周疲劳行为

在不同试验温度（室温～500℃）下,对N18合金进行了低周疲劳试验。试验结果表明：室温～300℃温区,合金表现为明显的循环软化;400、450℃时,合金逐渐呈现循环硬化,450℃时其硬化现象更为明显;500℃时则主要表现为循环饱和。随着温度的升高,疲劳寿命先增加后降低,300℃时疲劳寿命最高。低应变幅下,温度对疲劳寿命的影响更明显。通过疲劳断口SEM分析,室温下疲劳起源于单个裂纹源,疲劳裂纹扩展阶段的微观特征主要是疲劳条纹,局部区域出现轮胎状花样。在高温下为多裂纹源,大量二次裂纹的存在是高温疲劳断口的主要特征。     

AL6XN超级奥氏体钢的高温蠕变及疲劳行为研究

研究了AL6XN超级奥氏体钢在650～750℃和120～220MPa应力水平下的高温蠕变特性,以及300和600℃不同恒应变幅值条件下的疲劳特性。结果表明,AL6XN具有优越的高温蠕变抗力,其蠕变激活能Q为327kJ/mol,蠕变应力指数为5.23。结合变形微结构观察结果表明,AL6XN的蠕变机制为位错攀移和滑移机制。在一定应变量下,AL6XN在600℃时疲劳试验的应力水平高于300℃的应力水平,同时随着应变量的增加和温度的升高,其疲劳寿命显著降低;600℃疲劳试验后仅形成位错缠结,疲劳裂纹扩展断口存在典型的疲劳辉纹,无明显二次裂纹。以上结果表明,AL6XN疲劳裂纹扩展行为与其动态应变时效有关。     

Fatigue cracks in Eurofer 97 steel: Part I. Nucleation and small crack growth kinetics

Fatigue crack nucleation and growth were studied in the Eurofer 97 ferritic-martensitic steel at room temperature. Cylindrical specimens with a shallow notch and no artificial crack starters were used. The constant strain amplitude cycling was adopted. First fatigue cracks nucleate at about 5% of the fatigue life along the surface slip bands. If a crack overcome the barrier of the first high angle boundary, its growth is regular and an exponential growth law is observed. This law may be used for the residual fatigue life prediction based on the small crack growth kinetics.     

Clarification of strain limits considering the ratcheting fatigue strength of 316FR steel

The effect of ratcheting on fatigue strength was investigated in order to rationalize the strain limit as a design criterion of commercialized fast reactor systems. Ratcheting fatigue tests were conducted at 550 °C. Duration of the ratchet straining was set for a certain number of strain cycles taking the loading condition of fast reactors into account, and the number of cycles for strain accumulation was defined as the ratchet-expired cycle. Fatigue lives decrease as the accumulated strain by ratcheting increases. Mean stress increased during the ratcheting cycle and its maximum value depended on the accumulated strain and the ratchet-expired cycle. Fatigue life reduction was negligible when the maximum mean stress was less than 25 MPa, corresponding to an accumulated strain of 2.2%. Accumulated strain is limited to 2% in the present design guidelines and this strain limit is considered effective to avoid reducing fatigue life by ratcheting. Microcrack growth behaviors were also investigated in these tests in order to discuss the life reduction mechanisms in ratcheting conditions.     

压水堆材料冷却剂环境疲劳修正因子研究

本文对考虑压水堆一回路冷却剂环境对材料疲劳影响的环境疲劳修正因子Fen进行研究,结合核电厂延寿需求,确立基于环境疲劳修正因子的疲劳分析流程。针对典型接管嘴结构,采用考虑瞬态应力时间历程的应变增量方法计算转换应变率和Fen,对比了环境修正对疲劳结果的影响。考虑环境影响后,奥氏体不锈钢的疲劳使用系数增大3.2倍,低合金钢的疲劳使用系数增大8.5倍,冷却剂环境对疲劳寿命的影响显著。将考虑环境影响后的疲劳使用系数与EPRI导则的计算结果进行对比,二者计算结果接近,验证了考虑瞬态组合的环境疲劳修正因子分析计算方法的正确性。     

氧化和工质中添加剂对SA508钢CHF影响的实验研究

在核电事故中当堆芯熔融物落入反应堆压力容器（RPV）下封头时,如果实际热流密度超过RPV的临界热流密度（CHF）,RPV将会被熔穿,造成事故的进一步扩大。为研究RPV在氧化条件下和有添加剂的工质中的CHF特性,采用池沸腾实验方法,以去离子水为工质,研究了RPV常用材料SA508钢经高温预氧化、7次池沸腾传热实验氧化后的CHF特性以及工质中添加剂对其CHF的影响。结果表明：在625 ℃下预氧化8 h后,SA508钢表面产生的较薄氧化层能增加传热面积、表面粗糙度和亲水性,从而提高CHF;随着池沸腾实验次数的增加,SA508钢表面的氧化腐蚀和颗粒沉积程度增加,CHF先增加后降低;0.4%硼酸（BA）、0.5%磷酸三钠（TSP）溶液和两者的混合溶液均有利于CHF的提升,但强化机理有所不同：BA会加速SA508钢表面的腐蚀并改善亲水性;TSP可降低表面张力使表面获得超亲水性;BA和TSP的混合溶液会形成一层沉积物使表面获得超亲水性。