摘要
316H不锈钢是在316系列钢的基础上针对更高服役温度需求而开发出的一种新型、具有更高含碳量的奥氏体不锈钢，作为第四代核反应堆结构部件的候选材料。核反应堆机组在服役过程中，由于机组频繁的功率变动和启停过程带来的温度波动，会使得核电机组中的部分结构部件处于长时间的低周疲劳行为中，容易造成材料的疲劳行为失效。因此研究316H钢在高温下的低周疲劳行为及微观组织演变过程，有利于316H钢的性能了解和应用，对核电机组的安全可靠运行具有实际工程意义。 本论文采用基于应变控制的低周疲劳试验方法，研究了316H钢母材及其焊接接头在550℃下的疲劳行为，观察疲劳行为中材料的微观组织演变过程及疲劳断口形貌分析。316H钢母材及其焊接接头的高温低周疲劳试验的研究发现：316H钢母材及其焊接接头均表现出先循环硬化后循环软化行为，且循环硬化/软化程度随着应变幅值的增加而提高。循环软化程度的差异与疲劳行为中的微观组织演变过程有关。位错胞结构更容易出现在高的应变幅值条件下，相对于出现在低应变幅值下的位错墙结构，位错胞结构抵抗塑性变形的能力更弱，从而导致更高的循环软化行为。316H钢母材在低周疲劳试验后的位错结构完整，可以观察到了良好发育的位错胞、位错墙结构；而在焊接接头试样中，其位错结构混乱，发育不完全。母材与焊接接头在疲劳行为中的位错结构差异造成了相同应变幅值条件下焊接接头试样的循环软化程度更高。316H钢母材及其焊接接头的低周疲劳寿命与对应的应变幅值间均满足Coffin-Manson关系，且都表现出non-Masing行为。在相同应变幅值条件下，母材的疲劳寿命高于焊接接头，表现出比焊接接头更优异的高温疲劳性能。基于non-Masing行为的塑性应变能能量损伤模型可以准确地预测316H钢母材及其焊接接头在高温550℃下的低周疲劳寿命。 316H钢母材及其焊接接头的高温低周疲劳断口都表现出三个典型断裂区域，分别为裂纹起源、裂纹扩展和快速失效区域。裂纹均起源疲劳试样表面，并向内部扩展；裂纹扩展区域的河流花样扩展方式及大量存在的微裂纹等断裂特征表明了脆性穿晶断裂是疲劳断口的主要失效模式。
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