核電汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子腐蝕疲勞裂紋的擴(kuò)展行為

核電汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子有多級(jí)葉輪在濕蒸汽和高應(yīng)力環(huán)境中工作，部分葉輪和葉根榫槽表面存在凝結(jié)液滴液膜或溶液干枯殘留物，從而形成腐蝕環(huán)境。同時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和榫槽等結(jié)構(gòu)承受較高的靜、動(dòng)載荷，在腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力的作用下容易產(chǎn)生腐蝕疲勞，誘發(fā)核電汽輪機(jī)事故。因此，研究核電汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料在腐蝕環(huán)境中的腐蝕疲勞行為，評(píng)估其結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性對(duì)于核電汽輪機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

上海交通大學(xué)的研究者以某國(guó)產(chǎn)核電低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料為研究對(duì)象，采用直流電壓降（DCPD）法實(shí)時(shí)測(cè)量裂紋擴(kuò)展速率，研究材料在不同腐蝕環(huán)境中的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率，并采用模型擬合預(yù)測(cè)材料在不同工況下的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率。

試驗(yàn)材料取自上海電氣生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)某核電廠低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鋼，其主要化學(xué)成分為：ωNi3.375%，ωCr1.751%，ωMo0.687%，ωMn0.352%，ωSi0.087%，ωV0.076%，ωP0.015%，ωC0.274%，ωS0.002%，余量為鐵。

核電汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的腐蝕環(huán)境為低壓轉(zhuǎn)子的濕蒸汽環(huán)境，在外力載荷的作用下，這種濕蒸汽環(huán)境會(huì)加速金屬材料的裂紋擴(kuò)展速率，對(duì)核電汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子的壽命有較大的影響。某核電低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料工作環(huán)境為除氧157℃，并伴有微量氯離子。研究結(jié)果表明：

（1）材料的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展可以分為萌生區(qū)、亞臨界擴(kuò)展區(qū)和失穩(wěn)斷裂區(qū)。通過(guò)Priddle模型對(duì)裂紋擴(kuò)展速率曲線(xiàn)擬合，可以明顯劃分出這三個(gè)區(qū)域，并預(yù)測(cè)得到門(mén)檻應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值△Kth和失穩(wěn)斷裂的應(yīng)力強(qiáng)度因子Kc。

（2）氯離子對(duì)核電汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料的腐蝕疲勞有明顯加速作用，由于氯離子的存在，材料的△Kth和Kc均明顯下降。氯離子對(duì)裂紋擴(kuò)展速率的加速作用可以用陽(yáng)極溶解-膜破裂理論來(lái)解釋。在實(shí)際運(yùn)行工況下應(yīng)盡量降低氯離子的含量。

（3）對(duì)于材料在腐蝕環(huán)境中的疲勞破壞，載荷和裂紋擴(kuò)展速率較低時(shí)，腐蝕作用占主導(dǎo)；載荷和裂紋擴(kuò)展速率較高時(shí)，機(jī)械破壞占主導(dǎo)。