铅冷快堆关键设备材料服役于高温（450~550℃）液态铅铋共晶（LBE）环境中，腐蚀疲劳（CF）是主要的潜在失效形式之一，也是设计、安审、运行、寿命评估关注的重点。T91钢具有优异的抗辐照损伤与良好的中高温性能，为首选结构材料之一，其在150~550℃液态LBE中可能发生液态金属腐蚀（LMC）与液态金属致脆（LME），导致其综合力学性能下降。因此，有必要研究温度对T91钢液态LBE环境疲劳行为的影响。 

　　核电结构材料的环境疲劳性能评价研究组在中科院青年创新促进会（2021189）、国家自然科学基金（52271077）和中科院金属研究所创新基金（2021-PY01）的共同支持下，研发了液态LBE环境疲劳试验设备，解决了液态铅铋环境中原位应变与裂纹长度测量等难题，实现了控氧液态铅铋环境中的疲劳、断裂韧性、裂纹扩展等试验测量。研究了温度（150~550℃）对T91钢液态LBE环境疲劳行为的影响。结果表明：T91钢在液态LBE中的疲劳寿命与温度密切相关，在150~250℃与400~500℃区间随温度升高而增加，在250~400℃与500~550℃区间随温度升高而降低。T91钢的氧化膜特征是影响不同温度液态LBE中疲劳裂纹萌生的主要因素：150℃和550℃时疲劳裂纹萌生阶段由LMC主导，尤其是550℃时严重的氧化腐蚀导致裂纹萌生寿命显著降低；其它温度下裂纹萌生阶段由力学因素主导。疲劳裂纹扩展阶段，150℃和300~400℃时由LME主导，高的LME敏感性可能与动态应变时效相关，导致疲劳寿命显著降低；200~250℃与400~500℃时，由于塑性恢复，LME敏感性降低，导致疲劳寿命下降幅度减小；550℃时快速氧化引起的裂纹尖端钝化抑制了550℃的疲劳裂纹扩展。因此，LMC与LME均可能导致T91钢腐蚀疲劳寿命显著降低。相关研究结果已发表于International Journal of Fatigue, 167, 2023, 107344。 

（a）设备示意图；（b）温度-疲劳寿命关系；（c）450℃断口解理开裂特征；（d）裂纹扩展示意图

（核电结构材料的环境疲劳性能评价研究组 供稿）