更精确的脆性断裂筛选评估的先进方法

在炼油和石化工业中使用的大多数压力设备是由碳或低合金钢构成的，金属温度对断裂韧性有很大影响。在低温下，材料往往表现为脆性，使其更容易断裂。压力容器、管道和储罐可能会因环境环境或操作和破坏条件而经历低温。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，目前各种ASME和API设计规范和标准以及2016版API 579-1/ASME FFS-1，适合服务(API 579)的脆性断裂筛选程序存在显著的不一致和不充分。^［1］本文概述和讨论了脆性断裂(包括几个行业故障的细节)，并简要总结了目前发表的设备对潜在脆性断裂故障的敏感性筛选方法的不足和关注。最后，本文将提供细节和一个案例研究示例，演示采用压裂力学方法建立安全作业极限的好处。

简介

脆性断裂是在应力(残余的或施加的)作用下，当材料显示出很少或没有延展性或塑性变形的证据时，裂纹状缺陷的突然、快速扩展。^[２]该定义概述了导致碳合金钢和低合金钢脆性断裂失效的三个关键成分:

• Crack-like缺陷:脆性断裂通常始于裂纹状缺陷。缺陷可能是由环境破坏造成的(如潮湿的H₂S或腐蚀性暴露)，机械损伤(如凹痕、凹痕或疲劳)，或来自原始加工(如层压、未熔合、未穿透、夹渣、气孔等)。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)，可用于检测和表征压力设备中存在的任何裂纹样缺陷。
• 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。正确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:断裂韧性是材料在不发生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，对于碳素钢和低合金钢，韧性也是金属温度的函数。在图1，吸收的能量与测试温度绘制曲线，以演示从脆性到延性行为的转变。吸收的能量通常用夏比v型缺口(CVN)冲击试验测量。