SUS316L不锈钢弯头应力腐蚀对使用寿命影响

专家采用数值模拟方法对SUS316L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SUS316L不锈钢弯头剩余寿命的缩短。