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Z3CN20-09M奥氏体不锈钢因其力学性能优良,被广泛应用于核电管道系统中。其等轴晶晶粒尺寸约为1-5 mm,柱状晶长达十几毫米,是典型的粗晶材料。由于服役条件苛刻,在服役中不可避免地产生力学损伤,其中,疲劳是主要损伤形式之一。因此研究早期疲劳损伤的基本特征并进行评价对于核电管道的安全运行非常重要。电子背散射衍射技术(Electron Back-scatter Diffraction,EBSD)能够将微观组织与晶体学结合起来,从晶粒尺度上对材料信息进行分析,而超声脉冲回波技术测试方法比较灵活,其中水浸方式能实现声学参数的有效控制,其声学信息能反映材料内部的微观结构演变。两者在评价材料疲劳损伤方面均具有明显优势,得到了研究者的普遍关注。本文主要将EBSD技术及超声脉冲回波技术结合对Z3CN20-09M奥氏体不锈钢疲劳损伤行为进行了研究,主要内容如下:(1)对Z3CN20-09M奥氏体不锈钢进行金相组织分析发现:其微观组织由奥氏体基体和15%左右的铁素体组成。EBSD测试发现:奥氏体和铁素体位向关系以K-S关系为主,又有部分满足N-W关系。这是由于奥氏体相是在母相高温铁素体特定的面上形成,在切变过程中两相满足K-S关系,而由于离心铸造等原因,使得少量取向满足N-W关系。(2)对Z3CN20-09M材料进行拉-拉疲劳时发现:损伤后材料表面出现明显的凹凸不平,不同阶段的粗糙表面起伏曲线可用均方差(Root Mean Square Deviation,RMSD)反映,RMSD与变形率Δε满足表达式2RMSD(%)(28)1.75(10)0.17?(35)?(10)0.08?(35)?,驻留滑移带的产生受到晶体取向、铁素体形态以及两相取向关系影响;随着损伤的累积,花样质量不断减小,局域取向差逐渐增大,其中局域取向差平均值θ与变形率Δε近似满足线性表达式o?(28)1.77(10)0.022?(35)?;运用极图对不同晶体取向上晶粒晶格旋转分析,发现:<001>晶粒变形中沿<111>-<001>方向转动;<111>取向晶粒均随着变形的增加向<111>方向转动;而<101>晶粒则呈现出不同的转动机制,这说明不同晶粒取向上有不同的损伤机制。(3)基于水浸聚焦超声脉冲回波技术,利用纵波声速和声衰减系数对不同晶体取向上不同晶粒进行表征。发现:在超声传播路径上,纵波声速在<101>方向上最大,而在<100>方向上最小,而衰减系数则呈现相反趋势,在此基础上绘制了纵波声速、声衰减系数与晶体取向的关系曲线。(4)在试样发生疲劳损伤后,拉伸轴上不同晶粒晶体取向在变形率小于3.57%时,三个取向上声衰减系数均随着损伤的增加逐渐增高,并在变形率为3.57%时最终达到峰值,其中<101>、<111>和<001>分别为4.74 dB/mm、5.79 dB/mm和3.43 dB/mm。当变形率达到4.26%时衰减系数由峰值开始下降,并达到一个较低水平。而衰减系数随ΔML也出现先升高后降低的趋势,其中<111>取向衰减系数变化最快,<101>取向次之,<001>最小。这和损伤过程中不同晶体取向上位错结构的演变规律有关。