核級(jí)管道不銹鋼316LN的低周疲勞特性研究

肖青山，秦貫洲2，唐 毅，陳銀強(qiáng)，施少波

(1.中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，武漢 430223；2.江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000)

0 引言

316LN不銹鋼廣泛應(yīng)用于壓水堆中的管道等部件，這些部件在啟/停堆、功率瞬變過(guò)程中，經(jīng)常承受因溫度梯度造成的循環(huán)熱應(yīng)力，所以在設(shè)計(jì)和壽命分析中需要考慮低周疲勞(Low Cycle Fatigue,LCF)的失效模式[1-3]。

何國(guó)求等[4]對(duì)316L和316LN不銹鋼進(jìn)行了單軸和多軸的LCF試驗(yàn)，觀察了疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，分析了合金元素N對(duì)疲勞特性及其微觀結(jié)構(gòu)的影響。陳凌等[5]對(duì)316L鋼在420 ℃下進(jìn)行了應(yīng)力控制的LCF試驗(yàn)，分析了塑性應(yīng)變、平均應(yīng)變等參數(shù)的變化特性。閆永超等[6]研究了應(yīng)變強(qiáng)化022Cr17Ni12Mo2奧氏體不銹鋼的室溫LCF性能。Dutta等[7]對(duì)316不銹鋼在0.3%～1.2%應(yīng)變幅范圍內(nèi)進(jìn)行LCF試驗(yàn)，分析了循環(huán)彈-塑性的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)和疲勞損傷參數(shù)的變化。Samir等[8]對(duì)316LN不銹鋼在加載應(yīng)變速率3×10-3s-1下進(jìn)行了LCF研究，分析了彈塑性響應(yīng)特征。Botshekan等[9]在300 K和77 K下對(duì)316LN不銹鋼進(jìn)行了拉伸和LCF試驗(yàn)，研究溫度對(duì)塑性變形過(guò)程和馬氏體形成的影響。Kamaya[10]對(duì)316不銹鋼的LCF樣品進(jìn)行了EBSD和SEM觀測(cè)，以研究體積損傷對(duì)疲勞裂紋形成的影響。

本文對(duì)核級(jí)管道不銹鋼材料316LN試樣進(jìn)行應(yīng)變控制的LCF試驗(yàn)研究，分析疲勞循環(huán)特性和彈性模量的變化，使用Manson-Coffin關(guān)系式分析應(yīng)變-壽命曲線，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和ASME曲線進(jìn)行對(duì)比。

1 LCF試驗(yàn)

1.1 材料和試樣

圖1 疲勞試樣結(jié)構(gòu)尺寸示意

試驗(yàn)中疲勞試樣取自核級(jí)焊接管道中的316LN母材部分，試樣縱向與管道軸向平行，中間平行段長(zhǎng)度為25 mm，表面粗糙度Ra<0.2 μm，試樣結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

室溫下的LCF試驗(yàn)在MTS Landmark370.10液壓伺服試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，最大承載能力±50 kN。……