ASME冲击韧性

碳钢、低合金钢

背景

VIII-1卷在87A之前对于碳钢、低合金钢用于设计温度在-20︒F（-29︒C）以上的容器可不做冲击试验。

尽管运行记录表明按规范建造的容器是非常安全的，但脆性破坏越来越引起重视。曾经发生过的少数脆性破坏大都发生在水压试验过程中。

现有的缺口韧性法则是以线性弹性断裂力学（LEFM）理论为基础，并根据材料的试验结果建立的，同时，也广泛考虑了好的经验、以及压力容器工业里脆性破坏的低发生率。

冲击性能

材料的缺口韧性与以下因素有关：

温度

厚度

应力

UG-20（b）最低金属设计壁温（MDMT）- 容器运行过程中的最低温度。

MDMT –必须与相应的MAWP一起标在容器的铭牌上。

冲击试验法则的主要特点是，使用一组冲击试验免除曲线，该曲线按MDMT对应于元件的厚度将常用的钢材分成了四个组。

冲击免除曲线是依据钢材的韧性在一定的温度区域内呈现急剧变化这一特性建立的。

对于给定的材料，如果MDMT在曲线上或在曲线的上方，则用冲击试验来证实材料的韧性是没有必要的。

冲击试验

如果要求进行冲击试验，UG-84规定了应该使用的程序。应该假设要求进行冲击试验，除非在Subsection A或C中找到了可以免除的依据。UG-84接着提到，试验的程序和设备应符合SA-370的要求。

冲击试验要求

对于碳钢低合金钢材料，应首先假定要做冲击试验，然后再来确定是否可以免除。U G-20(f) 免除冲击条款

如果满足以下条件，P-1Group 1或2的材料的冲击试验可以免除。

材料的控制厚度：

≤1/2” (12.7) 对于Fig. UCS-66曲线A的材料；

≤1”(25.4) 对于Fig. UCS-66曲线B、C或D的材料。

整台容器按UG-99(b)、(c)或(k)进行水压试验。

设计温度不低与-20︒F（-29︒C），不高于650︒F（343︒C）。由于季节性温度变化引起的操作温度偶然低于-20︒F（-29︒C）是允许的。

热、冲击或循环载荷不是设计的关键因素。（见UG-22）

UCS-66材料

除非另有条款给予免除，对于最低设计金属壁温和厚度的交点落于代表材料的曲线下方，必须进行冲击试验。如果温度-厚度的交点落于曲线上或上方，对母材可不必做冲击试验。

壳体、管接头、人孔接管、开孔补强板、法兰、管板、平封头板、焊缝衬垫、与容器构成结构整体并与受压件相焊的装接件，都应分别判断是否要进行冲击试验。

Fig. UCS-66

根据材料的牌号，如果最低金属设计壁温和厚度的交点落于Fig. UCS-66相应曲线的上方，可免做冲击试验。图中使用的厚度按UCS-66(a)(1~3)的定义来确定。UCS-66(a)

UCS-66(a)定义的厚度有以下4种类型：

- 铸件；

- 除铸件外，其它用对接焊缝连接的材料；

- 除铸件外，其它用角接焊缝连接的材料；

- 除铸件外，其它非焊接件，如，螺栓连接的平封盖。

UCS-66(a)

不管什么材料，对于以下情况，必须进行冲击试验：

- 如果焊缝处的控制厚度大于4 in（100），并且MDMT<120︒F（48︒C），必须进行冲击试验；

- 控制厚度超过6 in（152），用螺栓连接的元件，如果MDMT<120︒F（48︒C）必须进行冲击试验。

UCS-66(b), 降低温度

UCS-66(b)允许使用Fig. UCS-66.1进一步降低由Fig. UCS-66确定的最低金属设计壁温。

另外，UCS-66(b)还对使用Fig. UCS-66.1提出了2条限制：

- 最低金属设计壁温不能低于-55︒F（-48︒C），除非实际拉应力与许用应力的比值小于0.35，在这种情况下，可不进行冲击试验，且-55︒F（-48︒C）的限制不适用；

- 所有的材料在-55︒F（-48︒C）以下均应做冲击试验，除非实际应力与许用应力的比值小于0.35，在此情况下，温度不低于-155︒F（-103︒C）可不做冲击试验。

UCS-66(b)(1)(b)允许将Fig. UCS-66.1和Fig. UCS-66.2用于承受非一次薄膜应力的元件，如平封头、管板、法兰等。

按UCS-66(b)(1)(c)，对于用焊接连接的法兰，其MDMT可按与其相连的管颈或壳体确定的温度降低值一样予以降低。

UCS-66(c)，免除

UCS-66(c)规定，ASME/ANSI B16.5和B16.47铁素体钢法兰、以及SA-216 GR WCB制成的对开式活套法兰用于设计金属温度等于或高于-20︒F（-29︒C）时，可不必进行冲击试验。

UCS-66(d)，免除

UCS-66(d)允许对厚度小于0.10 in（2.5）的材料免除冲击试验。对于材料为P-No. 1的小直径管子（NPS 4或以下），当厚度不超过对应于规定最小屈服强度值的以下厚度值时，可免做冲击试验：

规定最小屈服强度ksi 最大厚度in. (mm)

20~35 0.237 (6)

36~45 0.125 (3.2)

46和更高0.100 (2.54)

UCS-66(e)

UCS-66(e)规定，对于厚度小于1/4”（6 mm）的板材，材料技术条件要求的制造厂标记不能使用钢印，除非符合规定的条件可以例外。

UCS-66(f)

除非按Fig. UCS-66可以免除，规定最小屈服强度值大于65 ksi的材料必须进行冲击试验

UCS-66(g)

按材料技术条件由材料制造厂做过冲击试验的材料，只要MDMT不低于材料技术条件规定的温度、或低于材料技术条件规定的温度不超过5︒F（3︒C），容器或部件制造厂不必再进行冲击试验。

UCS-66(h)

保留在焊缝上的衬垫和其它规范材料一样，必须判断是否要求进行冲击试验。对于衬垫属于曲线A的材料，如厚度不超过1/4”（6 mm）、且MDMT≥-20︒F，可免做冲击试验。

UCS-66(i)

对于做过冲击试验的材料，如果Fig. UCS-66.1定义的比值小于1.0，最低金属设计壁温低于冲击试验温度的数值不得超过Fig. UCS-66.1规定的允许降低温度值，而且，决不允许低于-155︒F（-104︒C）。

Fig. UCS-66.1和Fig. UCS-66.2还可以用于承受非一次薄膜应力的元件，如平封头、管板、法兰等。对于用焊接连接的法兰，其MDMT不可低于与其相连的管