核电站316L不锈钢弯头应力腐蚀行为的寿命预测

作     者：郭舒 韩恩厚 王海涛 张志明 王俭秋 GUO Shu;HAN En-Hou;WANG Haitao;ZHANG Zhiming;WANG Jianqiu

作者机构：中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 

出 版 物：《金属学报》 (Acta Metallurgica Sinica)

年 卷 期：2017年第53卷第4期

页      面：455-464页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点基础研究计划项目No.2011CB610500~~ 

主　　题：316L不锈钢弯头 应力腐蚀裂纹扩展 裂纹张开位移 有限元分析 应力释放 冷加工变形 

摘      要：采用数值模拟方法对核电站316L不锈钢弯头的应力腐蚀裂纹扩展行为进行了研究。首先针对不锈钢厚壁弯头(外径355.6 mm,内径275.6 mm)进行有限元建模,在弯头内壁上创建出与实际裂纹相符的半椭圆状3D缺陷作为裂纹形状,其裂纹张开位移(δ_i)由Dugdale模型计算确定;然后根据有限元计算结果,建立裂纹应力强度因子(K)随裂纹深度(a)及附加应力(P)变化的拟合公式,结合实验数据得到管材在2种冷变形量下的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dt)拟合公式,利用迭代方法计算了裂纹穿透管壁所需的时间,为核电站安全评估提供了有效依据。研究显示,当弯头部位的冷变形量较小(硬度为230~245 HV)且在理想情况下(无初始附加应力),弯头被应力腐蚀裂纹穿透耗时最长(约57 a);当初始附加应力增加至200 MPa,此失效时间约缩减至前者的1/5(无应力释放)、2/7(应力释放一半)以及3/7(应力完全释放);保持初始附加应力不变(200 MPa)并提高弯头部位冷加工变形量(由硬度为230~245 HV提高到275~300 HV),弯头的大变形部位被穿透时间约缩短至小变形部位失效时间的2/5(无应力释放)、3/8(应力释放一半)以及1/3(应力完全释放),由此可见应力释放程度的降低和冷加工变形量的增加均导致了核电站316L不锈钢弯头剩余寿命的缩短。