SUS316L不銹鋼彎頭應力腐蝕對使用壽命影響

專家采用數值模擬方法對SUS316L不銹鋼彎頭的應力腐蝕裂紋擴展行為進行了研究。

首先針對不銹鋼厚壁彎頭(外徑355.6 mm,內徑275.6 mm)進行有限元建模,在彎頭內壁上創建出與實際裂紋相符的半橢圓狀3D缺陷作為裂紋形狀,其裂紋張開位移(δ_i)由Dugdale模型計算確定;然后根據有限元計算結果,建立裂紋應力強度因子(K)隨裂紋深度(a)及附加應力(P)變化的擬合公式,結合實驗數據得到管材在2種冷變形量下的應力腐蝕裂紋擴展速率(da/dt)擬合公式,利用迭代方法計算了裂紋穿透管壁所需的時間,為核電站安全評估提供了有效依據。

研究顯示,當彎頭部位的冷變形量較小(硬度為230~245 HV)且在理想情況下(無初始附加應力),彎頭被應力腐蝕裂紋穿透耗時最長(約57 a);當初始附加應力增加至200 MPa,此失效時間約縮減至前者的1/5(無應力釋放)、2/7(應力釋放一半)以及3/7(應力完全釋放);保持初始附加應力不變(200 MPa)并提高彎頭部位冷加工變形量(由硬度為230~245 HV提高到275~300 HV),彎頭的大變形部位被穿透時間約縮短至小變形部位失效時間的2/5(無應力釋放)、3/8(應力釋放一半)以及1/3(應力完全釋放),由此可見應力釋放程度的降低和冷加工變形量的增加均導致了SUS316L不銹鋼彎頭剩余壽命的縮短。