本文主要參考以下文獻(xiàn)的第4章：王志文, 關(guān)凱書. 過程設(shè)備失效分析[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2017.

該書主編即為經(jīng)典教材《化工容器設(shè)計(jì)》編者之一王志文老師。不過《過程設(shè)備失效分析》這書比較貴，要兩百多塊錢，但知識(shí)無價(jià)，哈。

事實(shí)上，我們討論過壓力容器的防脆斷，見《壓力容器的防脆斷設(shè)計(jì)》。

目前，防止承壓設(shè)備的脆性斷裂，主要從材料防脆和結(jié)構(gòu)防脆兩方面著手，具體措施包括：

1. 確保材料始終有足夠的韌性

這是防止結(jié)構(gòu)發(fā)生脆斷最為重要的措施。

在選材階段，不僅要注重材料的強(qiáng)度，也要重視材料的韌性。因?yàn)椴牧系膹?qiáng)度越高，其韌性越低，材料發(fā)生脆斷的可能性就會(huì)增加。對(duì)于大型或高參數(shù)設(shè)備，選用高強(qiáng)鋼可以大大減小壁厚，節(jié)約材料，節(jié)省資源，但必須保證材料有足夠的韌性和可焊性。低溫容器和管道用材，首要問題就是保證材料在最低溫度下鋼材及焊縫區(qū)仍夠具有足夠的韌性及可焊性。

專門的板材、管材、鍛件標(biāo)準(zhǔn)及GB/T 150等，對(duì)材料的韌性指標(biāo)（如沖擊功等）都有最低要求。對(duì)于常溫和中溫下使用的碳鋼和低合金鋼，也必須做0℃或至-20℃的沖擊試驗(yàn)，低溫容器用鋼就更不用說了。

有關(guān)沖擊功和韌性指標(biāo)的內(nèi)容，還可參考我們之前的文章《GB/T150.2中有關(guān)沖擊試驗(yàn)規(guī)定的簡(jiǎn)要梳理》《“冷門“韌性指標(biāo)：側(cè)向膨脹量》。

從冶金的角度講，適當(dāng)添加V、Nb或Ni等元素可以改善材料的韌性。另外，對(duì)鋼材進(jìn)行正火處理，也能夠細(xì)化晶粒，改善材料韌性。

順便介紹一下抗氫致開裂鋼（即HIC鋼），HIC鋼在冶煉時(shí)要進(jìn)行徹底的脫S、P、O，更純凈，不容易出現(xiàn)大塊的夾雜物。因?yàn)?，若有夾雜物，環(huán)境氫侵入后會(huì)在夾雜物處以分子態(tài)存在，常溫下無法逃逸，氫的大量聚集會(huì)使得氫氣團(tuán)內(nèi)壓力升高，引起開裂或鼓泡。

對(duì)于高強(qiáng)鋼，其韌性儲(chǔ)備本來就有限，若焊接工藝不當(dāng)，容易萌生裂紋，在特定條件下會(huì)快速擴(kuò)展，導(dǎo)致材料的脆斷。例如，某些材料如果預(yù)熱不到位，會(huì)使焊接接頭的冷卻速度過快造成淬硬，容易產(chǎn)生裂紋。再比如，焊條、焊劑不烘干（含有水分），或沒有及時(shí)進(jìn)行消氫處理，會(huì)引起氫致開裂。

有關(guān)材料的焊接性及各種裂紋的問題，可參考之前的文章：《低合金鋼的焊接特點(diǎn)》，《文摘丨Cr-Mo鋼容器制造工藝分析》，《焊接冷裂紋控制》，《焊接冷裂紋成因》，《焊接“熱裂紋”的成因及防止對(duì)策》，《再熱裂紋的成因及控制》。

在中高溫下長(zhǎng)期服役的設(shè)備，材質(zhì)容易出現(xiàn)損傷劣化，導(dǎo)致材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度上升。工程上通常取樣做一系列溫度下的沖擊試驗(yàn)，確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，使用溫度應(yīng)高于這個(gè)區(qū)間，保證材料處于較好的韌性狀態(tài)。特別是在開停車階段，例如停工時(shí)須先降壓再緩慢降溫，而開工時(shí)應(yīng)先緩慢預(yù)熱再加壓，預(yù)熱溫度要高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。緩慢降溫或升溫是為了控制溫差應(yīng)力。

有關(guān)材料損傷的內(nèi)容，可以參考我們之前的文章：《承壓設(shè)備損傷 之 材質(zhì)劣化（一）》，《承壓設(shè)備損傷 之 材質(zhì)劣化（二）》。

2. 避免和降低結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中

低溫容器和高強(qiáng)鋼制容器，由于材料的韌性儲(chǔ)備不很充實(shí)，對(duì)缺口的應(yīng)力集中比較敏感。裂紋處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中處也容易出現(xiàn)裂紋，在拉應(yīng)力的作用下裂紋會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)展，擴(kuò)展至臨界尺寸時(shí)就會(huì)發(fā)生斷裂。

所以在設(shè)計(jì)或制造中，對(duì)于突變部位要圓滑過渡，控制錯(cuò)邊量和變形，防止過分的焊縫堆高及咬邊，防止未焊透及裂紋的出現(xiàn)。

3. 采取必要的工藝措施

消氫處理防止氫脆和氫致開裂，即焊后加熱到300℃左右，將焊接材料或環(huán)境中引入的氫排除，避免在材料或焊接接頭中擴(kuò)散引起裂紋。消氫處理應(yīng)在焊后及時(shí)進(jìn)行，如果焊后能夠及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理PWTH，可不進(jìn)行消氫處理。

用消除應(yīng)力退火工藝消除設(shè)備的殘余應(yīng)力，冷加工產(chǎn)生的殘余塑性變形，焊接時(shí)不均勻的冷卻收縮，都不可避免地會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，但前者的分布廣，后者只存在于焊接接頭。所以，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行恢復(fù)性能熱處理或焊后熱處理。

另之前的文章供參考：《壓力容器鋼板的供貨狀態(tài)及熱處理》，《壓力容器需要熱處理的情況》，《辨析丨恢復(fù)性能熱處理與焊后熱處理的區(qū)別》

加強(qiáng)制造時(shí)的無損檢測(cè)，焊縫中的未焊透、未熔合、裂紋等，是造成低應(yīng)力脆斷的主要原因，因此無損檢測(cè)是控制產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。在無損檢測(cè)的實(shí)施中，應(yīng)避免當(dāng)檢不檢或漏檢，對(duì)于重要設(shè)備還應(yīng)多種檢測(cè)方法并用，RT、UT互查，再輔以表面檢測(cè)等，因?yàn)槊糠N檢測(cè)方法有所長(zhǎng)也有所短。

此前，有關(guān)無損檢測(cè)的內(nèi)容，我們也討論了不少：《典型焊接結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)技術(shù)規(guī)定》，《射線檢測(cè)RT與超聲檢測(cè)UT的適用場(chǎng)合》，《DN<250管口B,D類焊縫的檢測(cè)（修訂重發(fā)）》，《RT和UT組合檢測(cè)規(guī)定的演變》，《小直徑管環(huán)焊縫磁粉檢測(cè)存在的問題》。