鋼材低溫韌性的評定方法

        自20 世紀(jì)40 年代鋼結(jié)構(gòu)的脆性斷裂引起人們重視以來，各國對鋼材低溫韌性的評定方法以及評定指標(biāo)進行了廣泛的研究及試驗。其中與壓力容器關(guān)系較為密切的試驗方法有下列幾種：低溫沖擊韌性試驗(V 形缺口、DVM 試樣)；落錘試驗；全厚度試板試驗(寬板試驗、雙重拉伸試驗、ESSO 試驗)；斷裂力學(xué)試驗(平面應(yīng)變斷裂韌性KIC 及裂紋尖端張開位移COD 法) 。

       其中以低溫夏比(V 形缺口)沖擊韌性試驗應(yīng)用最為廣泛，并以在沖擊試驗中對應(yīng)的一定的吸收功AkV 或一定的斷口纖維百分率的溫度(即脆性轉(zhuǎn)變溫度〉來評定材料的低溫韌性。

        美國早期的ASME 規(guī)范，對于低碳鋼及某些低合金鋼制成的容器，在低于某一溫度(此溫度和材料厚度有關(guān))下工作時，要求其材料的夏比(V 形缺口)沖擊試驗沖擊功不小于20J 。該規(guī)定是建立在大量的破壞事故及其材料試驗基礎(chǔ)上的，對當(dāng)時規(guī)范所推薦鋼板的大量夏比(V 形缺口)沖擊試驗結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)起裂型鋼板的沖擊功約為14J ，傳裂型沖擊功不超過18J ，大于27 J 的均屬于止裂型。

        基于當(dāng)時的研究結(jié)果，人們便把夏比(V形缺口)沖擊試驗沖擊功A kV = 20J 作為材料在其使用溫度下的韌性考核指標(biāo)。到了1953 年，由于使用了較高強度的鋼種，其臨界轉(zhuǎn)變溫度基點轉(zhuǎn)移到AkV 沖擊功曲線的較高位置上去了， 20J 的AkV 沖擊功指標(biāo)并不能避免脆斷的發(fā)生。

        因而對高強度鋼而言，不同的鋼種應(yīng)分別對指標(biāo)進行校正(或附加側(cè)向膨脹量≥0.38mm) ，這種觀點在ASME 規(guī)范1977年版本已有反映。表13 - 3 所列為現(xiàn)行ASME VIII - 1對低溫鋼夏比(V 形缺口)沖擊試驗的沖擊功值。

        目前，國外壓力容器規(guī)范中采用20J 作為低碳鋼在工作溫度或設(shè)計溫度下鋼材缺口韌性判據(jù)的有：美國ASME VIII - 1 及ASME VIII -2，法國規(guī)范等。德國AD 規(guī)范W10 采用DVM試樣的沖擊功作為判據(jù)，具體要求是：在設(shè)計溫度下的DVM試樣沖擊功韌性為橫向35J / cm2 ，此值相當(dāng)于采用V 形缺口夏比試樣，在設(shè)計溫度提高10℃的試驗溫度下達到縱向27 J 。從其鋼材標(biāo)準(zhǔn)提高的數(shù)據(jù)來看，在采用相同試樣型式的前提下，縱橫向的沖擊功之比大約為1：0.7。

        我國現(xiàn)行的鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)GB 150.1 ~ 150.4 參考采用了ASME VIII - 1 的有關(guān)規(guī)定，因此也是以20J 作為相當(dāng)于低碳鋼強度級別的鋼材的驗收判據(jù)。對鋼板來講，我國標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國內(nèi)鋼材情況，要求橫向取樣，比之國外縱向取樣，其沖擊功的要求并不低于國外按規(guī)則設(shè)計的規(guī)范中對鋼材的韌性要求。