Una guía de materiales para recipientes a presión criogénicos (primera parte)
el diseño derecipientes a presión criogénicosse centra en la selección de materiales y, en consecuencia, ciertas restricciones en la fabricación y construcción. El acero utilizado para los componentes de presión de la criogénicarecipiente a presióndebe ser acero muerto. La tensión admisible del material se toma como la temperatura normal, es decir, 20 °C, y el método de cálculo de la resistencia se ajusta a la norma GB 150.3.
A finales del siglo XIX, se han producido una serie de accidentes relacionados con la fractura frágil a baja temperatura en raíles, puentes y piezas estructurales en las regiones frías. Debido a las limitaciones de la ciencia y la tecnología en ese momento, la investigación sobre este tipo de temas no tuvo avances sustanciales. Y en la década de 1940, muchos barcos, recipientes a presión, tuberías, equipos químicos y grandes estructuras, especialmente algunas estructuras soldadas, sufrieron una y otra vez fracturas frágiles por baja tensión, lo que provocó enormes pérdidas. Por lo tanto, las fracturas frágiles a baja temperatura y bajo estrés se han convertido en un tema de gran preocupación en la industria. A través de la investigación y el análisis de un gran número de accidentes, se puede concluir queLa fractura frágil por bajo esfuerzo tiene las siguientes características:
1. Cuando se produce la fractura, la presión de trabajo del recipiente a presión es relativamente baja, la tensión nominal de fractura es menor que el límite elástico del material y no hay o solo hay una deformación plástica local mínima antes de la fractura.
2. La tasa de velocidad de propagación de grietas es grande.
3. Las fracturas frágiles de baja tensión son en su mayoría fracturas por clivaje o cuasi-fracturas por clivaje, y las fracturas tienen características similares a granos, que son brillantes y suaves.
4. Las fracturas frágiles de baja tensión a menudo ocurren en recipientes a presión con muescas o grietas, y varios defectos de proceso e impurezas presentes en el cilindro mismo juegan un papel como fuentes de grietas.
5. La fractura generalmente ocurre a baja temperatura, donde la tenacidad del material es pobre.
Sobre la base de las características de la fractura frágil de bajo esfuerzo mencionada anteriormente combinadas con la mecánica de la fractura, se encuentra que la tenacidad a baja temperatura del metal, es decir, la capacidad de deformación microplástica del metal en la punta de la muesca determina la capacidad del recipiente a presión para resistir la fractura frágil.
Factores que afectan la tenacidad a baja temperatura
1.Estructura cristalina
Los resultados muestran que el acero ferrítico con estructura de matriz cúbica centrada en el cuerpo tiene una mayor temperatura de transición frágil y una mayor tendencia a la fractura frágil, seguido de una estructura compacta hexagonal y una estructura cúbica centrada en la cara. Los metales como el cobre, el aluminio, el níquel y los aceros austeníticos esencialmente no tienen ese efecto de la temperatura, es decir, no tienen fractura frágil por tensión baja.
De hecho, a menos que haya una segunda fase o un entorno que provoque el agrietamiento por corrosión bajo tensión, el metal cúbico centrado en la cara generalmente no sufre una fractura frágil. La razón principal es que el límite elástico del metal cúbico centrado en la cara no cambia significativamente cuando se baja la temperatura, y no es fácil producir gemelos de deformación, las dislocaciones son fáciles de mover, la tensión local es fácil de relajar, las grietas no son fáciles de propagar y generalmente no hay una temperatura de transición frágil.
Sin embargo, los metales cúbicos centrados en el cuerpo son diferentes. En la región de temperatura media, la resistencia (especialmente el límite elástico) se ve significativamente afectada por las impurezas, la velocidad de carga y los elementos de aleación. En regiones donde la temperatura está por debajo de una quinta parte del punto de fusión del metal, el límite elástico aumenta rápidamente con la disminución de la temperatura y, finalmente, es casi igual a la resistencia a la tracción, y es fácil causar deformación y maclado, provocando así una fractura frágil por esfuerzos bajos.
A finales del siglo XIX, se han producido una serie de accidentes relacionados con la fractura frágil a baja temperatura en raíles, puentes y piezas estructurales en las regiones frías. Debido a las limitaciones de la ciencia y la tecnología en ese momento, la investigación sobre este tipo de temas no tuvo avances sustanciales. Y en la década de 1940, muchos barcos, recipientes a presión, tuberías, equipos químicos y grandes estructuras, especialmente algunas estructuras soldadas, sufrieron una y otra vez fracturas frágiles por baja tensión, lo que provocó enormes pérdidas. Por lo tanto, las fracturas frágiles a baja temperatura y bajo estrés se han convertido en un tema de gran preocupación en la industria. A través de la investigación y el análisis de un gran número de accidentes, se puede concluir queLa fractura frágil por bajo esfuerzo tiene las siguientes características:
1. Cuando se produce la fractura, la presión de trabajo del recipiente a presión es relativamente baja, la tensión nominal de fractura es menor que el límite elástico del material y no hay o solo hay una deformación plástica local mínima antes de la fractura.
2. La tasa de velocidad de propagación de grietas es grande.
3. Las fracturas frágiles de baja tensión son en su mayoría fracturas por clivaje o cuasi-fracturas por clivaje, y las fracturas tienen características similares a granos, que son brillantes y suaves.
4. Las fracturas frágiles de baja tensión a menudo ocurren en recipientes a presión con muescas o grietas, y varios defectos de proceso e impurezas presentes en el cilindro mismo juegan un papel como fuentes de grietas.
5. La fractura generalmente ocurre a baja temperatura, donde la tenacidad del material es pobre.
Sobre la base de las características de la fractura frágil de bajo esfuerzo mencionada anteriormente combinadas con la mecánica de la fractura, se encuentra que la tenacidad a baja temperatura del metal, es decir, la capacidad de deformación microplástica del metal en la punta de la muesca determina la capacidad del recipiente a presión para resistir la fractura frágil.
Factores que afectan la tenacidad a baja temperatura
1.Estructura cristalina
Los resultados muestran que el acero ferrítico con estructura de matriz cúbica centrada en el cuerpo tiene una mayor temperatura de transición frágil y una mayor tendencia a la fractura frágil, seguido de una estructura compacta hexagonal y una estructura cúbica centrada en la cara. Los metales como el cobre, el aluminio, el níquel y los aceros austeníticos esencialmente no tienen ese efecto de la temperatura, es decir, no tienen fractura frágil por tensión baja.
De hecho, a menos que haya una segunda fase o un entorno que provoque el agrietamiento por corrosión bajo tensión, el metal cúbico centrado en la cara generalmente no sufre una fractura frágil. La razón principal es que el límite elástico del metal cúbico centrado en la cara no cambia significativamente cuando se baja la temperatura, y no es fácil producir gemelos de deformación, las dislocaciones son fáciles de mover, la tensión local es fácil de relajar, las grietas no son fáciles de propagar y generalmente no hay una temperatura de transición frágil.
Sin embargo, los metales cúbicos centrados en el cuerpo son diferentes. En la región de temperatura media, la resistencia (especialmente el límite elástico) se ve significativamente afectada por las impurezas, la velocidad de carga y los elementos de aleación. En regiones donde la temperatura está por debajo de una quinta parte del punto de fusión del metal, el límite elástico aumenta rápidamente con la disminución de la temperatura y, finalmente, es casi igual a la resistencia a la tracción, y es fácil causar deformación y maclado, provocando así una fractura frágil por esfuerzos bajos.
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