压水堆一回路压力边界材料长期服役于高温高压水环境中,腐蚀疲劳是其潜在失效形式之一。已有研究主要关注材料的疲劳寿命和疲劳裂纹扩展速率,而对于疲劳裂纹萌生初始阶段的研究较少,高温高压水环境中实现原位监测也存在困难。疲劳裂纹萌生初始阶段根据裂纹长度可将裂纹分为:微观小裂纹(MSC)和机械小裂纹(MeSC)。目前,关于高温高压水环境中不同应变速率下的MSC和MeSC生长过程研究较少,相关机制有待澄清。
中国科学院金属所核电材料腐蚀课题组在国家自然科学基金(52101106)以及国家科技重大专项专题(2017ZX06002003-004-002)的支持下,通过中断实验方式研究了316LN不锈钢在高温高压水环境中疲劳裂纹萌生过程及损伤机制,分析了高温高压水环境中MSC和MeSC在总疲劳寿命中的占比及生长速率。结果表明:随应变速率降低,MSC在总疲劳寿命中占比降低,MSC和MeSC的平均裂纹生长速率升高。主要原因是低应变速率下晶界处塑性变形更明显,位错密度更高,裂纹沿晶界萌生和生长的比例更高。相关研究结果已发表于Corrosion Science,227,2024,111735。