低温工况下制冷压力容器材料疲劳与失效研究

摘要

针对低温循环载荷易引发制冷压力容器疲劳失效问题，以S30408不锈钢与09MnNiDR钢为对象，采用低温疲劳试验、微观表征及有限元模拟，探究低温环境下材料疲劳行为演化规律与典型失效机理。结果表明，温度降低使材料强度指标持续上升、冲击韧性快速下降、疲劳寿命呈指数级缩短；S-N曲线整体向下偏移，裂纹萌生加快、扩展加速。常温下断裂以韧窝型为主，低温环境下转为解理与沿晶脆性断裂，S30408不锈钢在低温下发生奥氏体向马氏体相变，进一步加剧材料脆化趋势。本文建立含温度修正系数的疲劳寿命预测模型，经试验验证预测精度较高，可为制冷容器选材、结构优化设计与全生命周期寿命评估提供理论支撑与数据参考。