沖擊功是由消耗試樣彈性變形的彈性功、直至產(chǎn)生裂紋前的塑性變形產(chǎn)生的塑性功和裂紋產(chǎn)生并擴展至斷裂的撕裂功三部分組成。從防止脆性斷裂的角度看, 體現(xiàn)材料防止裂紋產(chǎn)生及擴展的能力, 主要取決于塑性功和撕裂功。[1]

不同材料的沖擊功中, 其試樣三種能量所占的比例不同。對高強鋼, 彈性功所占比例較大, 但塑性功和撕裂功相對比例較小。而不銹鋼, 彈性功較小, 其沖擊能量主要消耗在塑性變形及防止裂紋產(chǎn)生擴展及斷裂上。[1]

若單用沖擊功的絕對值作為衡量高強鋼或不銹鋼焊縫金屬的韌性，是不夠全面的。

沖擊功、纖維斷面率以及側(cè)向膨脹量，是夏比沖擊試驗常用的三個指標。側(cè)向膨脹量（Lateral Expansion，LE），在數(shù)值上等于試樣斷面兩側(cè)垂直于裂紋路徑的方向上各自最大膨脹量之和。在國外標準規(guī)范中，沖擊功通常作為考核材料低溫韌性的主要指標，而側(cè)向膨脹量也可在一些特殊場合單獨作為指標使用，比如ASME BPVC規(guī)范中對高合金鋼在液氮溫區(qū)的韌性、高強鋼以及熱處理強化后的鐵素體鋼的韌性要求使用側(cè)向膨脹量指標；再如對沖擊功與側(cè)向膨脹量關(guān)系不明確的材料，與沖擊功一并作為指標要求。[2]

國內(nèi)的TSG 21-2016、GB/T150，及新的HG/T20585征求意見稿也都提到了側(cè)向膨脹量，我們分別來看一下。

一

“固容規(guī)“TSG 21-2016在”2.2.1 鋼材技術(shù)要求“的表2-1中，對Rm>630及>690MPa的的高強鋼的沖擊吸收能量和側(cè)膨脹值LE值都提出了要求，如下圖所示。

側(cè)膨脹值LE值為2016版“固容規(guī)“的新增內(nèi)容，標準認為“對于高強鋼，側(cè)膨脹量LE能更好地反映材料的韌性“，見TSG 21-2016的修訂說明。

二

GB/T150.2第3.7.2條規(guī)定，“奧氏體型鋼材的使用溫度高于或等于-196℃時，可免做沖擊試驗，低于-196℃~-253℃，由設(shè)計文件規(guī)定沖擊試驗要求“。

但對于奧氏體不銹鋼的焊縫金屬，GB/T150.4第7.2.3條規(guī)定，“設(shè)計溫度低于-100℃且不低于-196℃的鉻鎳奧氏體不銹鋼制容器，在焊接工藝評定中，應(yīng)進行焊縫金屬的低溫夏比（V型缺口）沖擊試驗，在不高于設(shè)計溫度下的沖擊吸收功(KV₂)不得小于31J” 。

按“GB150標準釋義”(P231)，標準也認為單用沖擊功作為奧氏體不銹鋼焊縫金屬韌性的判據(jù)是不夠全面的，但目前缺少試驗數(shù)據(jù)積累，并且認為KV₂≥31J是安全的。“已在NB/T47016-2011中要求，奧氏體鋼的沖擊試驗應(yīng)測量并提供側(cè)向膨脹量，為標準的后續(xù)修訂作技術(shù)準備。”

對于高強鋼的沖擊韌性，2011年版的GB/T150（見150.2表1）沒有提及側(cè)向膨脹量。估計下一版的GB/T150會跟上TSG 21-2016的步伐。不過，TSG 21-2016沒有提到奧氏體不銹鋼焊縫金屬的沖擊韌性。

三

與TSG 21-2016一樣，新的HG/T20585《鋼制低溫壓力容器技術(shù)規(guī)范》征求意見稿中，在表4.0.5-2“低溫沖擊吸收能量要求”，要求Rm 大于630MPa 的鋼材，同時滿足側(cè)向膨脹值大于等于0.53mm。為此次新增，2011版的HG/T20585沒有這個規(guī)定。

參考文獻

[1] 戰(zhàn)奇,等. 關(guān)于鉻鎳不銹鋼低溫沖擊問題的探討. 壓力容器, 2000, 17(3)

[2] 舒翔宇. 中國壓力容器典型用鋼最低設(shè)計金屬溫度研究[D].杭州: 浙江大學,2017