316LN不锈钢作为铅冷快堆（LFRs）主容器的候选材料之一，在服役过程中与液态铅铋（LBE）接触，可能存在液态金属腐蚀（LMC）、液态金属脆化(LME)等环境相容性问题。同时，在实际服役工况下，交变载荷与LMC及LME协同作用，可能降低结构材料的疲劳性能，而目前结构材料的液态LBE腐蚀疲劳数据极度缺乏。因此，研究316LN不锈钢在液态LBE环境下的低周疲劳行为，对开展LFRs关键设备疲劳设计、安审与寿命管理，具有重要意义。 

　　核电结构材料的环境疲劳性能评价研究组在中国科学院青年创新促进会（2021189）、国家自然科学基金（52271077）和中核集团领创科研项目的共同支持下，设计了一种可填充LBE的管状试样（试样内表面与LBE接触，外表面与空气接触），研究了316LN不锈钢在400 空气和不同溶解氧浓度液态LBE中的低周疲劳行为。研究结果表明，316LN不锈钢在400 液态LBE中的疲劳寿命在低应变幅条件下（≤0.6%）与空气中的相当，而在高应变幅（≥0.8%）条件下疲劳寿命降低，在本研究中氧浓度对316LN不锈钢的液态LBE疲劳寿命几乎无影响。疲劳断口均为典型的疲劳辉纹特征，未发现准解理开裂特征，316LN不锈钢的LME敏感性低。在空气中，疲劳裂纹均萌生于管状试样内表面，向外表面扩展。在400 液态LBE中，低应变幅条件下（≤0.6%），疲劳裂纹萌生于外表面，内表面在液态LBE中生成的氧化膜抑制疲劳裂纹萌生；在高应变幅条件下（≥0.8%），疲劳裂纹萌生于内表面，高应变幅条件下的塑性变形破坏内表面氧化膜，发生LMC，促进疲劳裂纹萌生与扩展，降低疲劳寿命。相关研究结果已发表于International Journal of Fatigue, 175, 2023, 107812。 

 

　　(a)设备示意图 (b)S-N曲线 (c)裂纹扩展速率对比 (d)裂纹萌生机制 

　　

（核电结构材料的环境疲劳性能评价研究组 供稿）