改进型20Cr-25Ni-Nb不锈钢在超临界二氧化碳环境下的应力腐蚀开裂行为研究
来源：核动力工程杂志2025年第6期北京时间：
作者：汪家梅, 周起印, 郭相龙, 陈建烨, 张乐福, 张根, 黄彦平
单位：1.上海交通大学核电安全技术与装备全国重点实验室，上海，200240；2.中国核动力研究设计院先进核能技术全国重点实验室，成都，610213；
摘要：本研究旨在提升超临界二氧化碳（S-CO<sub>2</sub>）堆型燃料包壳材料的服役性能，采用慢应变速率拉伸（SSRT）和恒载荷拉伸方法，在650℃ S-CO<sub>2</sub>环境下对20Cr-25Ni-Nb不锈钢及3种改进型合金的应力腐蚀开裂（SCC）行为开展了研究。通过材料的裂纹萌生时间、断裂时间、表面裂纹密度及裂纹深度等定量评价数据，对比4种合金SCC行为，结合裂纹形貌和基体损伤特征，分析了不同载荷下4种合金SCC的主导机制。结果表明，4种合金在SSRT条件下均表现出高SCC敏感性，而在恒载荷下，改进型合金普遍具有更好的抗裂性能，其中N-改性合金表现最优，裂纹萌生时间最长且裂纹数量和深度最小。4种合金均出现晶界氧化与蠕变特征，裂纹沿氧化晶界萌生并扩展；降低载荷后，晶界氧化成为主导机制，蠕变作用降低。通过调控微量元素和组织可改善材料抗SCC性能，其中N质量分数提升至0.06%的合金在性能上最优，且在0.8倍屈服强度以下服役可有效抑制其裂纹萌生。
关键词：超临界二氧化碳（S-CO<sub>2</sub>）, 20Cr-25Ni-Nb不锈钢, 应力腐蚀开裂（SCC）, 晶界优先氧化, 蠕变
基金资助：中核集团领创科研项目（CNNC-LCKY-202237）；中核集团青年英才科研项目
