This thesis investigates the fatigue behavior of two stainless steels commonly used in nuclearengineering applications: additively manufactured 316L (AM 316L) and conventionallymanufactured 304L. The study combines experimental testing with numerical modeling to enhancethe understanding of fatigue mechanisms and to develop predictive models.For AM 316L, the influence of post-processing techniques, solution annealing (SA), hot isostaticpressing (HIP), and machining, was systematically evaluated on fatigue performance. Both low-cyclefatigue (LCF) and high-cycle fatigue (HCF) tests were performed under controlled strain amplitudes.Additional experiments addressed the transvers anisotropy of AM 316L by testing specimens built inthree orientations, 0°, 45° and 90° to the load direction. Fracture surfaces were characterized usingoptical and scanning electron microscopy to identify mechanisms of crack initiation and propagation.The experimental findings were used to calibrate a constitutive fatigue model incorporating nonlinearisotropic and kinematic hardening, Hill’s yield criterion, and a novel damage evolution law. Themodel successfully reproduced the anisotropic fatigue life of AM 316L specimens. The experimentalfindings highlighted the beneficial effects of combined HIP and machining, which significantlyenhanced HCF life due to improved surface quality and ductility, while LCF remained largelyunaffected.For 304L, the focus was on the phenomenon of strain-induced martensitic transformation (SIMT) andthe resulting secondary hardening under cyclic loading. Fatigue tests were carried out at varying strainamplitudes and strain rates, while the evolution of martensite fraction was monitored using Hallsensors. A dedicated numerical model was developed to capture the viscoplastic response and thekinetics of martensite formation. The model reproduced key experimental trends, such as thedependence of secondary hardening on strain rate and amplitude and linked the transformationprocess to measurable changes in magnetic field strength.Overall, the results demonstrate that post-processing is critical for optimizing the fatigue resistanceof AM 316L, while the unique phase transformation in 304L governs its fatigue response. Thedeveloped numerical frameworks provide valuable predictive capability, supporting future design andlifetime assessment of stainless steel components in safety-critical environments such as nuclearpower plants.

Denna masteruppsats behandlar utmattningsbeteendet hos två rostfria stål som används i kärntekniskaapplikationer: additivt tillverkat 316L (AM 316L) och konventionellt tillverkat 304L. Arbetetkombinerar experimentella undersökningar med numerisk modellering för att fördjupa förståelsen avutmattningsmekanismer samt utveckla modeller med prediktiv förmåga.För AM 316L studerades effekten av olika efterbehandlingar, solution annealing (SA), hot isostaticpressing (HIP) och putsning, på materialets utmattningsegenskaper. Provningarna omfattade bådelågcykelutmattning (LCF) och högcykelutmattning (HCF) vid kontrollerade töjningsnivåer.Dessutom undersöktes transvers anisotropi genom provning av material byggt i tre riktningar, 0°, 45°,90° mot last riktningen. Fraktografiska analyser med ljusmikroskopi och svepelektronmikroskopianvändes för att identifiera sprickinitiering och sprickpropagering. Resultaten låg till grund för enkonstitutiv modell som inkluderar icke-linjär isotrop och kinematisk hårdning, Hill’s flytvillkor samten ny skadelag. Modellen kunde på ett tillfredsställande sätt förutsäga livslängden för AM 316L medhänsyn till anisotropi. De utförda experimenten visade att kombinationen HIP och bearbetningkraftigt förbättrar HCF-prestanda, främst genom förbättrad ytkvalitet och seghet, medan LCF i stortsett inte påverkades.För 304L låg fokus på fenomenet töjningsinducerad martensittransformation (SIMT) och detsekundära hårdnandet som uppstår vid cyklisk belastning. Utmattningsprov genomfördes vid olikatöjningsnivåer och töjningshastigheter, och martensitbildningen mättes med Hall-sensorer. Ensärskild numerisk modell utvecklades för att beskriva det viskoplastiska beteended och utvecklingenav martensitfraktionen. Modellen kunde återge centrala experimentella resultat, bland annatberoendet av töjningshastighet och amplitud, samt koppla transformationen till observeradeförändringar i magnetfält.Sammanfattningsvis visar resultaten att efterbehandling är avgörande för att optimerautmattningsegenskaperna hos AM 316L, medan den unika fasomvandlingen i 304L i hög grad styrdess utmattningsrespons. De framtagna numeriska modellerna erbjuder viktiga verktyg för attförutsäga livslängd och utforma rostfria stålkonstruktioner i säkerhetskritiska miljöer somkärnkraftverk.