Una guía de materiales para recipientes a presión criogénicos (parte tres)
6. Deformación en frío
La deformación en frío reduce la tenacidad del acero, y el envejecimiento por deformación deteriora la tenacidad a baja temperatura, y aumenta la temperatura de transición frágil. Por lo tanto, para grandesrecipientes a presión, la dureza de la muesca debe enfatizarse cuando se usa, como en el proceso de producción, la deformación en frío, el prensado en frío, la deformación por soldadura, etc., conducirán a la fragilización. Además, el recocido a baja temperatura debe implementarse después de la deformación en frío.
7. Estado de estrés
La fractura frágil de baja tensión está estrechamente relacionada con el estado de tensión. Cuando elrecipiente a presióntiene grietas o muescas, es fácil producir una fractura frágil de baja tensión. Y cuanto más aguda sea la fisura o la muesca, cuanto mayor sea el tamaño de la fisuración previa, más fácil será provocar una fractura frágil por baja tensión. Cuando hay grietas en la unión soldada y tensión residual, la fractura frágil por baja tensión es más evidente.
Principios de diseño para evitar la fragilidad por baja tensión
Todas las especificaciones de diseño actuales para sistemas criogénicosrecipientes a presiónse basan en las tensiones admisibles decididas por la resistencia a la tracción a temperatura ambiente o el límite elástico. Este método puede prevenir eficazmente la aparición de grandes deformaciones plásticas. Para evitar la fractura frágil por baja tensión del recipiente a presión diseñado de acuerdo con este método a bajas temperaturas, el acero debe tener un cierto grado de tenacidad, y también se imponen ciertos requisitos en el diseño y la fabricación. La forma de determinar el nivel de tenacidad necesario depende en primer lugar y sobre todo del principio de prevención de la fractura por fragilidad.
1. Se permiten ciertos defectos, pero se deben evitar las grietas. En la zona de soldadura, generalmente hay muchos defectos y poca tenacidad. La fractura siempre comienza donde los defectos y la tenacidad son deficientes. Por lo tanto, cuando se adopta este principio, no es suficiente simplemente medir el desempeño del material base, y es necesario medir las propiedades de la zona afectada por el calor y la línea de soldadura. La peor tenacidad debe ser capaz de soportar la deformación generada por la carga externa.
2. Está permitido tener defectos. Las grietas pueden generarse en la zona de soldadura con poca tenacidad y la prevención de la extensión de las grietas y la fractura depende principalmente de los materiales base. Sin embargo, dado que la tenacidad del metal de soldadura, la línea de soldadura y la zona afectada por el calor suele ser peor que la del material base, la fisura tiende a expandirse a lo largo de la zona de unión soldada, por lo que no es fiable prevenir la fractura frágil mediante este método.
3. Se permite el agrietamiento por el defecto ya que todas las partes delrecipiente a presiónpuede prevenir el agrietamiento de la extensión. Este método parece ser el más seguro a primera vista, pero tiene dos inconvenientes. Primero, el uso de este método para evitar la fractura frágil requiere el uso de materiales muy tenaces, lo que significa que el costo de los materiales es muy alto; En segundo lugar, su defecto fatal es que su validez como criterio absoluto de seguridad está relacionada con el tipo de estructura.
Los resultados de la prueba de voladura en el defectuosorecipiente a presiónmuestran que es fácil detener el agrietamiento bajo presión hidráulica completa. En el caso de presión de aire o presión hidráulica con gas parcial, debido a la gran energía almacenada en el sistema, es difícil detener la fisura o debe diseñarse específicamente para evitar una mayor extensión de la fisuración.
Pararecipientes a presión criogénicosEn la industria petroquímica, el medio interno suele ser bifásico gas-líquido o fase líquida, pero su temperatura de trabajo es más alta que su punto de ebullición normal, por lo que el principio de detención de grietas no se puede utilizar para evitar la fractura frágil por baja tensión.
Se puede ver que la forma más adecuada de prevenir fracturas frágiles para recipientes a presión criogénicos esprincipio 1, que es para evitar grietas desde el principio. Este principio se aplica actualmente a las especificaciones de recipientes a presión en países de todo el mundo.
La deformación en frío reduce la tenacidad del acero, y el envejecimiento por deformación deteriora la tenacidad a baja temperatura, y aumenta la temperatura de transición frágil. Por lo tanto, para grandesrecipientes a presión, la dureza de la muesca debe enfatizarse cuando se usa, como en el proceso de producción, la deformación en frío, el prensado en frío, la deformación por soldadura, etc., conducirán a la fragilización. Además, el recocido a baja temperatura debe implementarse después de la deformación en frío.
7. Estado de estrés
La fractura frágil de baja tensión está estrechamente relacionada con el estado de tensión. Cuando elrecipiente a presióntiene grietas o muescas, es fácil producir una fractura frágil de baja tensión. Y cuanto más aguda sea la fisura o la muesca, cuanto mayor sea el tamaño de la fisuración previa, más fácil será provocar una fractura frágil por baja tensión. Cuando hay grietas en la unión soldada y tensión residual, la fractura frágil por baja tensión es más evidente.
Principios de diseño para evitar la fragilidad por baja tensión
Todas las especificaciones de diseño actuales para sistemas criogénicosrecipientes a presiónse basan en las tensiones admisibles decididas por la resistencia a la tracción a temperatura ambiente o el límite elástico. Este método puede prevenir eficazmente la aparición de grandes deformaciones plásticas. Para evitar la fractura frágil por baja tensión del recipiente a presión diseñado de acuerdo con este método a bajas temperaturas, el acero debe tener un cierto grado de tenacidad, y también se imponen ciertos requisitos en el diseño y la fabricación. La forma de determinar el nivel de tenacidad necesario depende en primer lugar y sobre todo del principio de prevención de la fractura por fragilidad.
1. Se permiten ciertos defectos, pero se deben evitar las grietas. En la zona de soldadura, generalmente hay muchos defectos y poca tenacidad. La fractura siempre comienza donde los defectos y la tenacidad son deficientes. Por lo tanto, cuando se adopta este principio, no es suficiente simplemente medir el desempeño del material base, y es necesario medir las propiedades de la zona afectada por el calor y la línea de soldadura. La peor tenacidad debe ser capaz de soportar la deformación generada por la carga externa.
2. Está permitido tener defectos. Las grietas pueden generarse en la zona de soldadura con poca tenacidad y la prevención de la extensión de las grietas y la fractura depende principalmente de los materiales base. Sin embargo, dado que la tenacidad del metal de soldadura, la línea de soldadura y la zona afectada por el calor suele ser peor que la del material base, la fisura tiende a expandirse a lo largo de la zona de unión soldada, por lo que no es fiable prevenir la fractura frágil mediante este método.
3. Se permite el agrietamiento por el defecto ya que todas las partes delrecipiente a presiónpuede prevenir el agrietamiento de la extensión. Este método parece ser el más seguro a primera vista, pero tiene dos inconvenientes. Primero, el uso de este método para evitar la fractura frágil requiere el uso de materiales muy tenaces, lo que significa que el costo de los materiales es muy alto; En segundo lugar, su defecto fatal es que su validez como criterio absoluto de seguridad está relacionada con el tipo de estructura.
Los resultados de la prueba de voladura en el defectuosorecipiente a presiónmuestran que es fácil detener el agrietamiento bajo presión hidráulica completa. En el caso de presión de aire o presión hidráulica con gas parcial, debido a la gran energía almacenada en el sistema, es difícil detener la fisura o debe diseñarse específicamente para evitar una mayor extensión de la fisuración.
Pararecipientes a presión criogénicosEn la industria petroquímica, el medio interno suele ser bifásico gas-líquido o fase líquida, pero su temperatura de trabajo es más alta que su punto de ebullición normal, por lo que el principio de detención de grietas no se puede utilizar para evitar la fractura frágil por baja tensión.
Se puede ver que la forma más adecuada de prevenir fracturas frágiles para recipientes a presión criogénicos esprincipio 1, que es para evitar grietas desde el principio. Este principio se aplica actualmente a las especificaciones de recipientes a presión en países de todo el mundo.
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