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FV520B钢是一种企业常用的耐酸、耐热不锈钢,在传统Cr13型马氏体不锈钢的基础上进行了优良改进,通过添加Cu、Nb、Mo等强化合金元素,使FV520B钢的强度、塑性和韧性都获得了不同程度的改善和提高。FV520B钢目前广泛应用于轴、叶片和转子等较高要求零件的制造,也是制造大型离心压缩机叶轮的核心材料。考虑到其实际服役环境中存在一定的腐蚀介质,容易发生腐蚀破坏,影响设备的使用和寿命,尤其是具有极大危险性的应力腐蚀开裂,所以,其耐腐蚀性能的增强就显得尤为重要。目前国内外对FV520B不锈钢的应力腐蚀开裂研究相对较少,国家和企业急需相关的研究数据来对其进行改进和防护。本文以FV520B不锈钢为研究对象,采用改进型的楔形张开加载(英文名为Wedge-open Loading,缩写为WOL)预制裂纹试验,结合有限元模拟仿真对FV520B材料的应力腐蚀开裂行为进行探究。通过分析介质环境因素对应力腐蚀开裂的影响规律、模拟裂纹扩展过程和含裂纹缺陷的叶轮内部流场的分布情况,实现FV520B材料应力腐蚀开裂行为的综合评价。首先,采用Abaqus软件模拟FV520B材料的预制裂纹扩展过程。通过静态裂纹扩展模拟发现,应力和应变的最大值均位于预制裂纹尖端附近区域,沿预制裂纹方向呈蝶形对称分布。Mises应力和应力强度因子KI均随模拟扩展步的增加呈线性增大,两者在第11扩展步时达到裂纹起裂扩展的阈值。通过动态裂纹扩展模拟发现,裂纹的扩展路径整体垂直于载荷加载方向,最大Mises应力位于裂纹尖端,诱发裂纹扩展的临界应力范围为23.3～43.4MPa。应力和应变曲线的变化趋势几乎相同,最大值均位于第8扩展步,即裂纹起裂点,之后随裂纹扩展,应力-应变曲线呈波浪形变化,直至模型断裂。其次,模拟工况下叶轮的实际服役环境,通过WOL预制裂纹试验、SEM电镜扫描和EDS能谱综合分析了 FV520B材料的应力腐蚀开裂行为。对预制裂纹试样进行微、宏观分析,发现裂纹尖端附近有大量的点蚀坑和微裂纹分布,靠近裂纹边缘处有大片典型的解理台阶和解理平面,存在明显的河流状或扇形花样,符合典型的脆性断裂特征。最后,采用Fluent软件模拟含裂纹缺陷的叶轮在服役环境下的内部流场分布规律,发现沿流体流动方向,流体的压力、速度和温度均不断增大,最大值均出现在叶轮出口边缘附近。裂纹区域的最大压力和速度均分布在裂纹中段入口及后缘附近,在垂直于裂纹中段入口方向的张开力、裂纹后缘根部尖端的腐蚀扩展和叶片受热变形的三重作用下促进了缺陷裂纹的进一步扩展。本课题研究通过断裂力学试验和数值模拟相结合的方式探究应力腐蚀裂纹扩展的规律,为构件的设计和选材提供依据,更好的实现对FV520B材料的使用和改进,这对离心压缩机叶轮的生产、使用和维护等都具有非常重要的指导意义。