Z3CN20.09M不锈钢广泛应用于压水堆一回路主管道，在长期服役过程中，由于启动、停堆、热分层、热冲击等可能遭受疲劳损伤。同时，Z3CN20.09M不锈钢在300 °C高温高压水中长期服役时，可能发生热老化脆化，显著降低其力学性能（延展性和抗断裂性），尤其是其中的铁素体相。因此，主管道可能发生热老化脆化和腐蚀疲劳（CF）的交互作用。然而，长期热老化后的主管道材料腐蚀疲劳数据极度缺乏，且对材料热老化后的腐蚀疲劳损伤机理认识不清。因此研究热老化后Z3CN20.09M不锈钢在高温高压水环境中的低周疲劳行为，对现役核电站的主管道材料延寿评估，具有重要意义。

中国科学院金属所核电材料腐蚀课题组在国家重点研发项目（2019YFB1900905）、中国科学院青年创新促进会（2021189）、中核集团菁英人才和辽宁省兴辽英才计划的共同支持下，研究了不同热老化条件下（在400 °C老化0~15000 h）Z3CN20.09M不锈钢在高温高压水中（300 °C）的腐蚀疲劳行为。研究结果表明，经400 °C热老化后，在铁素体中通过调幅分解形成的富Fe区(α-phase)和富Cr区(α′-phase)、铁素体（δ）/奥氏体（γ）相界处析出的M₂₃C₆碳化物、铁素体中形成的G相共同导致Z3CN20.09M不锈钢力学性能和耐蚀性能下降。随着热老化时间的延长，钢中铁素体的显微硬度和脆化程度均有所提高，而奥氏体几乎不受影响，其敏化程度（DOS）随热老化时间的延长而增强。Z3CN20.09M不锈钢在高温高压水中的疲劳寿命随热老化时间增加（0~15000 h）而降低。疲劳裂纹主要在奥氏体中的滑移带、δ/γ相界面和铁素体内萌生。疲劳裂纹在铁素体上萌生的概率和铁素体破碎的程度随热老化时间的延长而增加。疲劳裂纹在热老化1000 h的试样中优先沿相界扩展，而随热老化时间的增加，疲劳裂纹优先穿过铁素体扩展。相关研究结果已发表于Corrosion Science,229,2024,111869。

（a）在400 °C下老化10000 h后的微观组织形貌；（b）不同老化时间下的疲劳断口形貌；（c）疲劳寿命与热老化时间之间的关系；（d）裂纹萌生和扩展机制