（學習筆記，有誤還請指正）

鋼材脆性斷裂的危險性在于，在名義應力很低（不是實際應力）的情況下，內(nèi)部裂紋迅速擴展，發(fā)生斷裂，斷口的塑性變形很?。ɑ驇缀醪话l(fā)生），吸收的能量很小[1]。高強度鋼制容器、低溫條件下服役的容器、中低強度鋼制的厚壁容器等，都可能出現(xiàn)脆性斷裂[2]。

原因分別為：

1 高強鋼的屈強比都較大，材料的韌性較差；

2 溫度下降，材料的強度增強，屈強比變大，韌性下降；

3 鋼板厚度較厚，裂紋尖端的應力場由平面應力狀態(tài)向平面應變狀態(tài)轉(zhuǎn)變，裂紋尖端性變形受到限制，容易發(fā)生脆斷[1]。

另外，需要指出的是，任何材料和工程結(jié)構(gòu)都不可避免存在裂紋等缺陷，它們是材料固有的，或者是加工制造或使用過程中造成的損傷[2]。

壓力容器設計應先確定容器最有可能發(fā)生的失效形式，選擇合適的失效判據(jù)和設計準則。而傳統(tǒng)的設計準則，如彈性失效設計準則等，假設材料是均勻、連續(xù)的，無法考慮脆性斷裂。所以，對上述可能出現(xiàn)脆性斷裂的壓力容器，除保證足夠的強度之外，還應采用斷裂失效設計準則，進行“防脆斷設計”，可按斷裂力學原理限制缺陷的尺寸，或提出材料的韌性指標[3]。

1989年之前版本的ASME VIII-1規(guī)定，-30℃以下的容器，應保證其夏比V型缺口試樣的沖擊功（CVN值）不小于20J。這樣單純地以CVN值作為防脆斷能力的指標，對中低強度鋼來說是合適的，但在中高強度鋼、高強度鋼制容器上暴露了不足。例如，強度高、延塑性差的材料和強度低、延塑性好的材料，兩者的沖擊功相近，但它們的防脆斷能力差別很大。[4]

ASME VIII-1從1989年版開始引入以線彈性斷裂力學為基礎的防脆斷措施。按照斷裂力學的觀點，材料和焊接接頭中，一定厚度范圍內(nèi)的、規(guī)定尺寸范圍的缺陷是允許存在的，關鍵在于控制這些缺陷不發(fā)生擴展。若應力強度因子K_I小于臨界應力強度因子K_IC，則可認為缺陷不會擴展，容器是安全的。[4] [5]

K_I與名義應力、裂紋尺寸有關，而在規(guī)定的制造工藝和無損檢測要求及合格評定條件下，裂紋尺寸與材料的厚度成比例。而K_IC為材料的固有特性，表征材料的斷裂韌性，與材料的厚度、使用溫度及加載速度有關。但K_IC的測定復雜，基于K_IC與CVN值在數(shù)值上的對應關系，將K_IC轉(zhuǎn)化為CVN值，所以形式上仍以CVN值來評定材料的抗脆斷能力。[4] [5]

ASME VIII-1的防脆斷設計如下[4][6]：

1 按圖UCS-66，以元件的厚度、最低設計金屬溫度，及材料類型，判斷是否需要采取防脆斷措施，如要求進行沖擊試驗，并限定其合格的CVN值；

2 在圖UCS-66.1M中計及了較低的實際應力水平對防脆斷能力的提高，以所需厚度與名義厚度的比值，代表實際應力水平；

3 UCS-68(C)考慮了焊后熱處理對金屬組織的改善，及降低殘余應力，對防脆斷能力的提高；

4 UCS-84(C)考慮了試樣尺寸較小時對沖擊試驗調(diào)整；

5 加載速度不同的影響，見UG-84一節(jié)；

6 沖擊功的合格指標按UG-84(C)(4)確定。

GB/T150-2011的防脆斷設計與1989年版以前的ASME VIII-1相似，在理念上與如今的ASME版本有著一定的差距[5]。

參考文獻

[1] 武延民. 低溫下結(jié)構(gòu)鋼材脆性斷裂發(fā)生條件下的試驗分析. 低溫建筑技術, 2003(4)

[2] 酈正能. 工程斷裂力學. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2012

[3] 王志文, 蔡仁良. 化工設備設計(第三版). 北京: 化學工業(yè)出版社, 2005

[4] 丁伯民. ASME VIII壓力容器規(guī)范分析. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2014

[5] 阮黎祥. 國內(nèi)外關于低溫壓力容器設計理念的比較. 壓力容器, 2012,29(8)