更准确的脆性断裂筛选评估的先进方法

大多数用于炼油和石化工业的压力设备是由碳或低合金钢建造的，其中金属温度高度影响断裂韧性。在低温下，材料趋向于脆性行为，使其更容易断裂。压力容器、管道和储罐可能会受到环境或操作和破坏条件的低温影响。通常需要进行工程评估，以确定允许的压力-温度极限。不幸的是，各种ASME和API设计规范和标准以及2016版API 579 /ASME FFS-1，适用于服务(API 579)中现行的脆性断裂筛选程序存在显著的不一致和不足。^［1］本文概述和讨论了脆性断裂(包括几个工业故障的细节)，并简要总结了现有的筛选设备潜在脆性断裂敏感性方法的不足和关注。最后，本文将提供细节和案例研究实例，说明采用断裂力学方法建立安全操作极限的好处。

介绍

脆性断裂是在应力(残余或施加)作用下，类裂纹裂纹的突然、快速扩展，材料几乎或没有延展性或塑性变形的证据。^[２]该定义概述了碳和低合金钢易脆性断裂的三个关键组成部分:

• Crack-like缺陷:脆性断裂通常始于裂纹状缺陷。缺陷可能是由环境损害(如潮湿的H₂或腐蚀性暴露)，机械损伤(如凿痕、凹痕或疲劳)，或原始制造(如分层、未熔合、未渗透、夹渣、孔隙等)。执行详细的检查，包括表面检查技术(如染料渗透检查或磁粉检查)和体积检查技术(如角束超声检查方法)，可以用来检测和描述压力设备中存在的任何裂纹类缺陷。
• 应力(残余和/或施加):应力提供了使缺陷断裂所必需的能量。典型的应力来源包括压力、重量和热负荷，以及焊接过程中的残余应力。适当设计和执行的焊后热处理(PWHT)应力消除操作将显著降低焊缝残余应力。
• 材料断裂韧性:断裂韧性是一种材料在不断裂的情况下吸收能量和塑性变形的能力。它是材料强度和延性的函数。如前所述，对于碳和低合金钢，韧性也是金属温度的函数。在图1，吸收的能量与测试温度标绘，以证明从脆性到延展性的行为转变。吸收能量通常是用夏比v型缺口(CVN)冲击试验来测量的。