[发明专利]一种复杂应力状态下材料的应力腐蚀开裂和环境疲劳的寿命评估方法

说明书

本发明公开了一种复杂应力状态下材料的应力腐蚀开裂和环境疲劳的寿命评估方法，所述复杂应力状态包括恒应力、交变应力或其共同作用下的应力状态；所述评估方法包括如下步骤：步骤1)、开展一定应力幅值、不同应力类型下的服役寿命时间试验，获得相同应力幅值下不同类型应力的疲劳寿命曲线以及相同应力幅值下不同类型应力的裂纹扩展长度变化曲线，并计算得到相同应力幅值下三种应力类型下的服役寿命时间；步骤2)、开展不同应力幅值下对应不同应力类型的服役寿命时间试验，并获得所有应力水平和应力类型下的服役寿命时间；步骤3)、将步骤2)得到的试验结果进行拟合，获得寿命评估曲线；步骤4)、选择合适的寿命评估曲线对在役部件开展寿命评估。

技术领域

本发明具体涉及一种核电厂复杂应力状态下核电材料的应力腐蚀开裂和环境疲劳的寿命评估方法。

背景技术

核电是被公认的现阶段唯一可大规模替代化石燃料的现代清洁能源。核电站在服役过程中，部分不锈钢等金属部件会在高温高压水环境下服役，如一、二回路主管道以及压力容器等，服役过程中的启停堆、温度波动、功率变化等都会引起管道或压力容器受力的变化。但由于运行过程中冷却剂温度和压力经常发生变化，高温高压设备常常在受到恒定拉应力的同时还会受到周期性的交变应力，有些时候应力状态非常复杂，难以分解。在这种苛刻的服役环境下，应力腐蚀和腐蚀疲劳失效均有可能发生。

目前，世界范围内已经对高温高压水环境下的应力腐蚀和腐蚀疲劳的寿命评估方法均有了较为广泛的研究。但是，实际工况中的部件是在恒应力和周期性交变应力的共同作用下运行的，但在这种复杂应力环境下的环境断裂寿命评估尚不能有效的开展。采用单一拉应力的应力腐蚀开裂(SCC)或周期性循环应力的方法进行评估无法准确对服役的部件实现有效评估，实际的服役寿命常常介于不同单一种类应力类型寿命的中间。由于现场服役的工件受力状态复杂，很难通过试验室的模拟实验进行寿命评估，且通过大量的试验室模拟实验的成本高、周期长。因此，有必要通过对核电材料进行服役环境下的寿命评估模拟试验，建立寿命评估曲线，为在役部件的寿命评估提供支撑。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种复杂应力状态下材料的应力腐蚀开裂和环境疲劳的寿命评估方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种复杂应力状态下材料的应力腐蚀开裂和环境疲劳的寿命评估方法，所述复杂应力状态包括恒应力、交变应力或其共同作用下的应力状态；所述评估方法包括如下步骤：

步骤1)、开展一定应力幅值、不同应力类型下的服役寿命时间试验，获得相同应力幅值下不同类型应力的疲劳寿命曲线以及相同应力幅值下不同类型应力的裂纹扩展长度变化曲线，并计算得到相同应力幅值下三种应力类型下的服役寿命时间；

步骤2)、开展不同应力幅值下对应不同应力类型的服役寿命时间试验，并获得所有应力水平和应力类型下的服役寿命时间；

步骤3)、将步骤2)得到的试验结果进行拟合，获得寿命评估曲线；

步骤4)、选择合适的寿命评估曲线对在役部件开展寿命评估。

根据本发明的一些优选实施方面，步骤1)中所述一定应力幅值、不同应力类型下的服役寿命时间试验包括对称应力(R＝-1)下的疲劳寿命试验、在最小应力为0(R＝0)的情况下的服役寿命试验、在最高应力幅值下的恒应力的应力腐蚀开裂试验。

在一些实施例中，所述材料服役过程中受到的最大应力为300MPa；则所述一定应力幅值、不同应力类型下的服役寿命时间试验包括应力比为R＝-1，应力幅为±150MPa下的环境疲劳试验；应力比为R＝0，应力幅为0-300MPa下的环境疲劳试验；恒应力为300MPa下的应力腐蚀开裂试验。

根据本发明的一些优选实施方面，所有服役寿命时间试验的环境参数均与材料的服役环境参数一致。