環(huán)境致裂（EAC）裂紋擴(kuò)展可看作是裂尖微觀區(qū)域力學(xué)、材料和腐蝕環(huán)境交互作用的氧化膜破裂和再生成的緩慢過程,是在役核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料失效的一種重要形式。核電結(jié)構(gòu)材料制造過程中的冷彎、裝配誤差引起的彎曲、焊縫冷卻收縮引起熱影響區(qū)材料的拉伸變形均會使材料產(chǎn)生不同程度的塑性變形,導(dǎo)致材料產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。加工硬化會影響EAC裂紋擴(kuò)展速率,而EAC裂紋擴(kuò)展速率又受到裂紋擴(kuò)展驅(qū)動力的影響,為了研究加工硬化對EAC裂紋擴(kuò)展速率的影響,采用理論、實驗和有限元模擬相結(jié)合的方法分析加工硬化對316L不銹鋼EAC裂紋擴(kuò)展驅(qū)動力的影響,完成的主要工作如下:（1）實驗獲取不同加工硬化程度下316L不銹鋼的力學(xué)參量,并測量不同加工硬化程度對應(yīng)的316L不銹鋼的維氏硬度,建立316L不銹鋼硬度和力學(xué)參量之間的關(guān)系;通過實驗獲得持續(xù)拉伸過程中材料維氏硬度和應(yīng)力應(yīng)變之間的對應(yīng)關(guān)系,建立316L不銹鋼維氏硬度和應(yīng)力應(yīng)變之間的經(jīng)驗關(guān)系式;實驗獲得缺口維氏硬度分布規(guī)律,并把所建立的力學(xué)關(guān)系式應(yīng)用到缺口試樣中,獲得缺口不均勻硬化下力學(xué)參量的分布規(guī)律;把所建經(jīng)驗關(guān)系式和有限元模擬相結(jié)合,獲得缺口維氏硬度的分布規(guī)律,和實驗結(jié)果進(jìn)行對... 

【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

核電結(jié)構(gòu)材料發(fā)生的EAC現(xiàn)象[7]

紋擴(kuò)展速率的影響，將加工硬化后的材料力學(xué)參量變化導(dǎo)致EAC裂紋擴(kuò)展的機(jī)理同公認(rèn)裂紋擴(kuò)展模型相結(jié)合，研究加工硬化下核電結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)因素對EAC裂紋擴(kuò)展驅(qū)動力及裂紋擴(kuò)展速率的影響，對核電結(jié)構(gòu)材料的安全性評價和殘余壽命預(yù)測具有重要的工程實際意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1環(huán)境致裂研究現(xiàn)狀為建造輕水反應(yīng)堆，提出了奧氏體不銹鋼、鎳基合金、低合金鋼等標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)材料，雖然這些材料具有優(yōu)良的力學(xué)特性，但經(jīng)加工硬化的不銹鋼抗EAC能力降低[9]。EAC的發(fā)生是由敏感性材料、應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用的，影響EAC的因素如圖1.2所示。在壓水反應(yīng)堆(PWR)核電站系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)主回路元件大量EAC與加工硬化[10-12]和局部水化學(xué)環(huán)境[13-14]相關(guān)。Ilevbare等人[13]報告說，53%的壓水堆組件故障與材料加工過程中所產(chǎn)生的加工硬化有關(guān)，83%的事件與水化學(xué)的異常化學(xué)條件有關(guān)。試驗測試[15-17]也證實加工硬化后的奧氏體不銹鋼比退火后的材料具有更高的EAC敏感性。因此，環(huán)境致裂是多種因素共同作用的結(jié)果，要研究環(huán)境致裂裂紋擴(kuò)展驅(qū)動力分布規(guī)律，就應(yīng)分析清楚其主要影響因素對環(huán)境致裂的影響。圖1.2EAC影響因素

西安科技大學(xué)博士學(xué)位論文8圖1.3加工硬化對屈服和極限強(qiáng)度的影響[65]圖1.4不同加工硬化應(yīng)力應(yīng)變曲線[65]日本Kamaya等人[68]也研究了316不銹鋼由于冷彎情況下裂紋斷裂強(qiáng)度的變化，其中研究了屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變曲線和斷裂韌性等力學(xué)參數(shù)值在冷彎過程中的變化規(guī)律，成功地推導(dǎo)出在彎曲變形條件下316L不銹鋼的斷裂強(qiáng)度變化，發(fā)現(xiàn)即使材料出現(xiàn)40%彎曲變形，而斷裂強(qiáng)度并沒有明顯變化，但失效由塑性破壞轉(zhuǎn)變成彈塑性破壞。加工硬化可使材料斷裂韌性下降，根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的變化，也可以利用有限元通過材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度計算出材料彎曲時的力學(xué)參量。彎曲效應(yīng)對彎曲厚壁的屈服強(qiáng)度影響較大，其影響程度與板件的寬厚比關(guān)系明顯，彎曲薄壁(壁厚t≤6mm)角部的屈服強(qiáng)度可提高50%以上[69]。加工硬化會應(yīng)影響材料力學(xué)性能，加工硬化提高材料屈服強(qiáng)度和極限拉伸強(qiáng)度[70-74]。因此，加工硬化提高材料屈服強(qiáng)度已被大量的證實。印度很多學(xué)者在不同環(huán)境中對加工硬化材料的力學(xué)性能進(jìn)行了大量的研究工作，研究發(fā)現(xiàn)隨著氮含量和加工硬化程度的增加，材料硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度呈線性增加，伸長率下降。硬化系數(shù)隨著加工變形量的增加而減小，材料硬化指數(shù)隨著加工程度的增大而增大[75]。在加工硬化對奧氏體不銹鋼低溫敏化處理對核電反應(yīng)堆開裂的研究發(fā)現(xiàn)，彎曲不產(chǎn)生馬氏體，是一種較好的模擬焊接熱影響區(qū)的方法，由于加工殘余應(yīng)變，彎曲并在500℃下保持11天會導(dǎo)致其他氧化物含量的變化[76-77]。韓國Chang等人[78]模擬了加工硬化后316L不銹鋼力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率與應(yīng)變率對數(shù)函數(shù)近似呈線性變化。研究發(fā)現(xiàn)材料的屈服強(qiáng)度隨著加工硬化程度的增大而增加，再次沿原方向加載時，材料的屈服強(qiáng)度也會增加，?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]20號管道鋼力學(xué)性能的微壓痕法檢測探討[J]. 饒德林,Sanjooram Paddea,李榮鋒,侯曉東,張放,張書彥.  物理測試. 2019(06)
[2]304不銹鋼冷加工過程中應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)方程的建立與驗證[J]. 李凱,薛河,崔英浩,王帥,王婷.  塑性工程學(xué)報. 2019(02)
[3]冷加工過程中316L奧氏體不銹鋼硬度壓痕尺寸效應(yīng)分析[J]. 薛河,李凱,王帥,趙寬.  中國機(jī)械工程. 2019(01)
[4]冷加工對316L不銹鋼裂尖力學(xué)特性的影響[J]. 楊宏亮,薛河,倪陳強(qiáng).  西安科技大學(xué)學(xué)報. 2018(03)
[5]壓水堆一回路環(huán)境中304不銹鋼的蠕變特性分析[J]. 薛河,崔英浩,趙凌燕,唐偉,倪陳強(qiáng).  西安科技大學(xué)學(xué)報. 2018(01)
[6]膜致應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕裂尖力學(xué)特性的影響（英文）[J]. 楊宏亮,薛河,楊富強(qiáng),趙凌燕.  稀有金屬材料與工程. 2017(12)
[7]材料力學(xué)性能對高溫水環(huán)境中鎳基合金裂尖應(yīng)力分布的影響[J]. 楊宏亮,薛河,崔英浩.  熱加工工藝. 2016(24)
[8]氧化膜形狀對鎳基合金應(yīng)力腐蝕裂尖應(yīng)力應(yīng)變的影響[J]. 楊宏亮,薛河,趙凌燕,郭瑞.  熱加工工藝. 2016(20)
[9]核電異種金屬焊接接頭的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展行為研究進(jìn)展[J]. 朱若林,張志明,王儉秋,韓恩厚.  中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報. 2015(03)
[10]核電結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力腐蝕開裂的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J]. 馬成,彭群家,韓恩厚,柯偉.  中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報. 2014(01)

碩士論文
[1]異種金屬焊接件SA508-52M-316L在模擬壓水堆一回路水環(huán)境中的性能研究[D]. 李冠軍.機(jī)械科學(xué)研究總院 2011



本文編號：3297376