更精确的脆性裂缝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建造的，金属温度对断裂韧性有很大影响。在低温下，材料倾向于表现为脆性的方式，使它更容易断裂。压力容器、管道和储罐可能受到周围环境或操作和加厚条件的低温影响。通常需要进行工程评估，以确定允许的压力-温度极限。遗憾的是，现行ASME和API的各种设计规范和标准以及2016版API 579-1/ASME FFS-1，适用性(API 579)的脆性断裂筛选程序存在明显的不一致和不足。^[1]本文提供了关于脆性骨折的概述和讨论（包括有关若干行业故障的详细信息）以及对当前公布的方法进行了缺陷和担忧，用于将设备的易感性筛查到潜在的脆性断裂失败的缺陷和担忧。最后，本文将提供详细信息和案例研究示例，证明了实施骨折力学方法来建立安全操作限制的益处。

介绍

脆性断裂是在应力(残余或应用)下裂纹状裂纹的突然、快速扩展，材料表现出很少或没有延性或塑性变形的证据。^[2]这个定义概述了碳和低合金钢易发生脆性断裂失效的三个关键部件:

• Crack-like缺陷:脆性断裂通常始于裂纹状缺陷。缺陷可能由环境破坏(如湿H₂S或腐蚀性暴露)，机械损伤(如沟痕、凹痕或疲劳)，或来自原始制造(如层合、缺乏熔合、缺乏渗透、夹渣、气孔等)。可以利用表面检查技术(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)进行详细检查，以检测和表征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。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:断裂韧性是材料吸收能量和塑性变形而不断裂的能力。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，将吸收的能量与测试温度绘制成图，以说明从脆性到延性的转变行为。吸收的能量通常是通过夏比v型缺口(CVN)冲击测试来测量的。