石油化工行業和電力行業是國家經濟穩步發展的基石,能源是國家在發展壯大時的動力。自改革開放以來,特別是近十幾年中國經濟處于穩定發展期,高速發展所帶來的是中國經濟對石化、能源等的高需求。因此在石油化工行業中設備的工藝環境更加嚴苛,在工程上反應裝置的壓力要求及溫度要求極高,其操作環境中需要大量的高性能合金材料。特別是后疫情時代對于醫療器械的高性能需求將會迎來爆發,而其中的醫療機械材料,比如奧氏體不銹鋼將有更多的應用場合。能源行業正在進行從石化能源到再生能源等新能源的轉變,其中核能是新能源的典型代表。核能被轉換為電能才能得到更廣泛的應用,核電站里應用大量的S31603不銹鋼管道都處在高溫高壓工作環境下。因此,對上述行業里應用到的材料性能進行研究和壽命預測具有重要意義。

S31603不銹鋼以其優越的綜合力學性能和腐蝕性能,在石油化工、電力行業、核電和醫療等領域內多有應用。往往在這些場合工作的S31603不銹鋼設備處在高溫高壓環境下,因此對奧氏體不銹鋼的拉伸行為和蠕變行為會產生影響。目前多數對S31603不銹鋼材料的研究認為,提高材料的屈服強度,并減小材料的斷后延伸率,對設備的使用壽命將會提高,這些研究所需要的材料數量對于在役設備產生重大影響。為了加強研究金屬材料性能的提升,更好的監測在役設備如承壓設備等的安全可靠性,大量研究人員對不同材料的力學行為和壽命預測進行深入的探討。但是,不同蠕變損傷對材料的拉伸行為與壽命預測的影響,以及構建考慮不同蠕變損傷影響的損傷評定方法研究報道較少。此外許多研究人員發現應用小沖孔試驗技術對材料的拉伸和蠕變行為進行研究,可以彌補傳統研究方法的不足。但是,許多科研人員主要針對溫度改變和載荷變化的蠕變進行大量的研究工作,然而金屬材料的蠕變失效行為不僅只受溫度和載荷的影響,蠕變時間的長短同樣對蠕變失效行為也有影響。此前研究發現,蠕變失效行為發生在廣大領域中,如Xu等發現在航空領域中航空發動機長時間處于高溫下,其損壞原因包括蠕變等。目前,研究人員對奧氏體不銹鋼的蠕變行為進行多方面的研究,尤其是高溫蠕變,但是經不同蠕變損傷影響后的材料性能研究比較少。

本研究采用S31603奧氏體不銹鋼,對其不同蠕變損傷后的材料性能和不同溫度下結合新實驗方法的蠕變行為進行研究。剖析材料蠕變失效模式的機制,建立評價蠕變損傷方程和蠕變本構方程,為鋼制承壓設備等的安全評定方法提供更多的可用方法。