材料腐蚀与防护中心_中国科学院金属研究所

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。

中国科学院金属所核电材料腐蚀课题组在中国科学院青年创新促进会（2021189）、国家自然科学基金（52271077）和中国科学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。