本發明屬于金屬材料檢測評估，具體地說，是關于一種基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法。

背景技術：

1、核電站是利用核裂變或核聚變反應所釋放的能量產生電能的發電廠，由于其規模大、放射性物質的危險性高的特點，使得核電站設備設施的安全問題尤為重要。在長期服役過程中，多數核級部件既經歷長時高溫，又承受著溫度、壓力波動引起的非對稱應力循環。一方面，高溫和時間的共同作用導致反應堆壓力容器材料發生熱老化效應，使得材料喪失韌性并變脆；另一方面，局部結構在超過屈服極限的非對稱應力循環下產生棘輪效應，并與應力循環導致的疲勞損傷交互作用，導致材料和結構過早失效。因此，需要建立一種可靠的損傷評價方法，為核電站設備結構長壽命周期的設計或在役設備的延壽問題提供參考依據。

2、核電站設備常用的金屬材料包括反應堆壓力容器所用的低合金鋼、核級管道常用的雙相不銹鋼等等。現有技術中，對核級用鋼老化損傷的評估主要采用靜態方法，例如硬度法和熱電勢法，然而對于低合金鋼材料，即使在長時老化作用下，其硬度或沖擊功的變化也并不明顯；另外還有動強度法，如疲勞測試，其按載荷模式可分為應力疲勞和應變疲勞，關注不同載荷模式下的疲勞性能隨老化時長的變化從而建立老化損傷評價方法，但雙相不銹鋼在應力控制或應變控制的疲勞循環中軟硬化表現出對老化不敏感，應變幅或應力幅在長時熱老化后變化不明顯，為材料的老化損傷評價帶來了困難。因此，目前亟需一種能夠更廣泛地適用于核級金屬材料的更可靠的老化損傷評價方法。

技術實現思路

1、本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法。

2、為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

3、一種基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法，包括：

4、步驟s1：取多個不同老化時長的被測核級用鋼試樣且其中一個試樣的老化時長為零，在某一工況下，對各試樣開展棘輪疲勞試驗，得到棘輪應變隨循環周次演變的曲線圖，通過線性擬合棘輪應變率穩定階段的斜率，計算得到對應的相對棘輪應變率rsr；

5、步驟s2：根據相同工況下老化時長為零和老化時長大于零的試樣間的壽命差異，確定各個不同老化時長所對應的老化損傷參數adp；

6、步驟s3：通過最小二乘法建立相對棘輪應變率rsr和老化損傷參數adp之間的關系式；

7、步驟s4：重復步驟s1，計算被測核級用鋼在其他工況下的相對棘輪應變率rsr，根據步驟s3中確定的關系式計算對應的老化損傷參數adp，對該被測核級用鋼在各工況下的老化損傷狀態進行評定。

8、進一步的，步驟s1包括如下子步驟：

9、步驟s1-1：根據被測核級用鋼的實際工作環境溫度在實驗室條件下設定合適的熱老化溫度，對多個試樣分別進行不同熱老化時長的熱老化加速試驗；

10、步驟s1-2：定義棘輪應變為每周循環的平均應變，即εr＝(εmin+εmax)/2，其中，εmin為單個周期的谷值應變，εmax為單個周期的峰值應變，對各試樣分別進行棘輪疲勞試驗，得到棘輪應變隨循環周次演變的曲線圖，通過線性擬合方式確定曲線圖上穩定階段的斜率得到穩態棘輪應變率；

11、步驟s1-3：根據下式計算得到被測核級用鋼在各個不同熱老化時長下對應的相對棘輪應變率rsr：

12、

13、其中，εt為一熱老化時長為t的試樣在棘輪應變曲線上穩定階段的穩態棘輪應變率；ε0為熱老化時長為零的試樣在棘輪應變曲線上穩定階段的穩態棘輪應變率。

14、優選的，熱老化時長的節點數量大于或等于4個，即取至少4個試樣分別對應不同的熱老化時長。

15、進一步的，在步驟s2中，根據下式計算不同熱老化時長的各個試樣對應的老化損傷參數adp：

16、

17、其中，nt是熱老化時長為t的試樣的疲勞壽命；n0是熱老化時間為零的試樣的疲勞壽命。

18、進一步的，在步驟s3中，關系式的形式為：

19、adp＝αrsrβ

20、其中，α和β是材料常數。

21、進一步的，在步驟s3中，在計算機軟件中輸入各個不同熱老化時長所對應的相對棘輪應變率rsr和熱老化損傷參數adp，通過最小二乘法進行擬合，確定材料常數α和β，得到關系式。

22、進一步的，步驟s4包括如下子步驟：

23、步驟s4-1：改變載荷大小，重復步驟s1，計算被測核級用鋼在其他工況下的相對棘輪應變率rsr；

24、步驟s4-2：將步驟s4-1中計算得到的相對棘輪應變率rsr代入步驟s3確立的關系式中，進一步計算得到對應的老化損傷參數adp；

25、步驟s4-3：將各工況對應的老化損傷參數adp與設計條件所要求的該核級用鋼老化后的損傷安全閾值a0進行比較，當adp≤a0時，該被測核級用鋼判斷為安全；當adp＞a0時，該被測核級用鋼判斷為不安全。

26、相較于現有技術，本發明具有以下有益效果：

27、1、本發明的基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法僅需進行較少的應力循環周次，即棘輪應變演化進入穩定階段(第二階段)后的少數周次，可有效節約時間和成本，提高評估效率。

28、2、本發明的基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法可廣泛適用于核電站的多種核級金屬材料，例如：反應堆壓力容器所用的低合金鋼、核級管道常用的雙相不銹鋼等。發明人經過對核電站常用金屬材料的研究分析發現：多數核級材料對應力控制下的棘輪應變(循環塑性應變累積)更為敏感，因此，通過棘輪應變建立相對棘輪應變率rsr和熱老化損傷參數adp之間的關系，能夠更好地實現對核電站多種類型金屬材料的老化損傷評價。

29、3、本發明的基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法通過線性擬合得到棘輪應變率穩定階段的斜率，計算相對棘輪應變率，進而對老化損傷參數進行預測，過程涉及參數較少、計算簡單，能夠較快地實現不同承載工況下材料老化損傷狀態的評估，解決長壽命服役部件的損傷監控難題。

技術特征：

1.一種基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法，其特征在于：

3.根據權利要求2所述的基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法，其特征在于：

4.根據權利要求1所述的基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法，其特征在于：

5.根據權利要求1所述的基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法，其特征在于：

6.根據權利要求5所述的基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法，其特征在于：

7.根據權利要求1所述的基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法，其特征在于：

技術總結
本發明公開了一種基于棘輪效應的核級用鋼長期服役老化損傷評價方法，包括：步驟S1，取多個不同老化時長的試樣，對各試樣開展棘輪疲勞試驗，得到棘輪應變隨循環周次演變的曲線，線性擬合穩定階段的斜率，計算相對棘輪應變率；步驟S2，根據老化時長為零和大于零的試樣的壽命差異，確定不同老化時長對應的老化損傷參數；步驟S3，建立相對棘輪應變率和老化損傷參數的關系式；步驟S4，重復S1，計算材料在其他工況下的相對棘輪應變率，根據關系式計算老化損傷參數，對老化損傷狀態進行評定。本發明的評價方法僅需進行較少的應力循環周次，可實現對核電站多數類型金屬材料的老化損傷評價，節約時間和成本，提高評估效率，參數少，計算簡單。

技術研發人員：朱明亮,莫旭陽,金龍,陳蓉,李小龍,軒福貞
受保護的技術使用者：華東理工大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28