淺小裂紋尖端力學(xué)場對核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料SCC影響的研究.pdf

1、應(yīng)力腐蝕開裂SCC(Stress Corrosion Cracking)是影響核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)在役全壽命和安全的主要破壞機理之一,奧氏體不銹鋼和鎳基合金由于具有良好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于核電設(shè)備結(jié)構(gòu)材料,但是這些材料在輕水反應(yīng)堆的高溫水環(huán)境中發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開裂成為影響核電站長期安全運行和壽命預(yù)測的關(guān)鍵問題之一。整個應(yīng)力腐蝕開裂過程中可分為裂紋萌生和裂紋擴展兩個階段,由于“小裂紋效應(yīng)”的存在,SCC中裂紋擴展又分為各具特點的長裂

2、紋擴展和小裂紋擴展。目前對SCC的研究主要集中在裂紋萌生和長裂紋擴展階段,而小裂紋階段的SCC研究相對較少。鑒于淺小裂紋SCC在核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)整個壽命衰減過程中占據(jù)的重要影響,本文針對核電壓力容器環(huán)境下的淺小裂紋SCC問題進行了深入的研究分析,主要研究工作如下:
　　(1)由于彈塑性材料小裂紋裂尖力學(xué)場和長裂紋裂尖力學(xué)場存在著很大的差異。利用彈塑性有限元法,采用不同裂紋長度分析對比的方法,建立了穩(wěn)態(tài)小裂紋裂尖場研究的數(shù)值模擬方法,研

3、究了相關(guān)的彈塑性力學(xué)參量,為小裂紋條件下應(yīng)力腐蝕開裂的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)通過對奧氏體不銹鋼在常溫和高溫條件下的裂尖力學(xué)場比對,對高溫水環(huán)境中奧氏體不銹鋼的小裂紋裂尖特征進行了分析;研究了裂尖不同力學(xué)參量表征小裂紋裂尖塑性區(qū)大小時的區(qū)別,確定了材料性能發(fā)生變化時對小裂紋裂尖塑性區(qū)的影響規(guī)律。
　　(3)研究分析了高溫水環(huán)境中小裂紋裂尖場的變化及材料性能對應(yīng)力應(yīng)變的影響,獲得高溫水環(huán)境中影響奧氏體不銹鋼小裂紋裂尖場的合

4、適主控力學(xué)參量,以此確定能夠表征小裂紋SCC裂紋擴展速率的力學(xué)參量。
　　(4)考慮到核電壓力容器管道內(nèi)表面是應(yīng)力腐蝕開裂的主要起源處之一,從工程實用角度出發(fā),以含軸向半橢圓形內(nèi)表面裂紋的管道試樣為例,分析研究了不同力學(xué)參量表征含表面淺裂紋管道和深裂紋管道裂紋前沿SCC擴展速率的差異,為定量估算應(yīng)力腐蝕環(huán)境中實際構(gòu)件裂紋區(qū)域的淺小裂紋擴展速率奠定了一定的基礎(chǔ);
　　(5)進行基于高溫水環(huán)境下核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料小裂紋裂尖力學(xué)場的