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温度对T91钢液态铅铋环境疲劳行为的影响
2023-01-13  |          【 】【打印】【关闭

  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。 

  中科院金属所核电材料腐蚀课题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℃400~500℃区间随温度升高而增加,在250~400℃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℃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℃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℃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,LMCLME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;c450℃断口解理开裂特征;(d)裂纹扩展示意图 

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