Руководство по материалам для криогенных сосудов высокого давления (часть первая)
Дизайнкриогенные сосуды под давлениемориентирован на выбор материала и, соответственно, определенные ограничения на изготовление и конструкцию. Сталь, используемая для компонентов, работающих под давлением криогенныхсосуд под давлениемдолжна быть убитая сталь. Допустимое напряжение материала принимается за нормальную температуру, т. е. 20 °C, а метод расчета прочности соответствует стандарту GB 150.3.
В конце XIX века на рельсах, мостах и элементах конструкций в холодных регионах произошла серия аварий, связанных с низкотемпературным хрупким разрушением. Из-за ограниченности науки и техники в то время исследования по этому вопросу не достигли существенного прогресса. А в 1940-х годах многие корабли, сосуды под давлением, трубопроводы, химическое оборудование и крупные конструкции, особенно некоторые сварные конструкции, снова и снова подвергались хрупкому разрушению при низких напряжениях, что приводило к огромным потерям. Поэтому хрупкое разрушение при низких температурах и низких напряжениях стало предметом серьезного беспокойства в отрасли. Расследовав и проанализировав большое количество несчастных случаев, можно сделать вывод, чтоХрупкое разрушение при низком напряжении имеет следующие характеристики:
1. Когда происходит разрушение, рабочее давление сосуда высокого давления относительно низкое, номинальное напряжение разрушения ниже, чем предел текучести материала, и перед разрушением отсутствует или имеется лишь локальная минимальная пластическая деформация.
2. Скорость распространения трещины большая.
3. Хрупкие изломы при низком напряжении в основном представляют собой трещины скалывания или трещины квазискола, и трещины имеют зернистые характеристики, которые являются яркими и гладкими.
4. На сосудах под давлением с надрезами или трещинами часто возникают низконапряженные хрупкие разрушения, а различные технологические дефекты и примеси, присутствующие в самом баллоне, играют роль источников трещин.
5. Разрушение обычно происходит при низкой температуре, когда прочность материала низкая.
Основываясь на характеристиках вышеупомянутого хрупкого разрушения при низких напряжениях в сочетании с механикой разрушения, установлено, что низкотемпературная ударная вязкость металла, то есть способность металла к микропластической деформации на вершине Надрез определяет способность сосуда высокого давления сопротивляться хрупкому разрушению.
Факторы, влияющие на низкотемпературную вязкость
1.Кристальная структура
Результаты показывают, что ферритная сталь с объемно-центрированной кубической матричной структурой имеет более высокую температуру хрупкого перехода и более высокую склонность к хрупкому разрушению, за которой следуют гексагональная плотноупакованная структура и гранецентрированная кубическая структура. Такие металлы, как медь, алюминий, никель и аустенитные стали, практически не имеют такого температурного воздействия, а именно, не имеют хрупкого разрушения при низком напряжении.
Фактически, если нет второй фазы или среды, которая вызывает коррозионное растрескивание под напряжением, гранецентрированный кубический металл обычно не подвергается хрупкому разрушению. Основная причина заключается в том, что предел текучести гранецентрированного кубического металла существенно не изменяется при понижении температуры, двойники деформации возникают нелегко, дислокации легко перемещаются, локальное напряжение легко релаксирует, трещины не легко распространяются, и, как правило, температура хрупкого перехода отсутствует.
Однако объемно-центрированные кубические металлы отличаются. В среднетемпературной области на прочность (особенно на предел текучести) существенное влияние оказывают примеси, скорость нагружения и легирующие элементы. В регионах, где температура ниже одной пятой точки плавления металла, предел текучести быстро увеличивается с понижением температуры и, наконец, он почти равен пределу прочности при растяжении, и легко вызвать деформацию и двойникование. тем самым вызывая хрупкое разрушение при низком напряжении.
В конце XIX века на рельсах, мостах и элементах конструкций в холодных регионах произошла серия аварий, связанных с низкотемпературным хрупким разрушением. Из-за ограниченности науки и техники в то время исследования по этому вопросу не достигли существенного прогресса. А в 1940-х годах многие корабли, сосуды под давлением, трубопроводы, химическое оборудование и крупные конструкции, особенно некоторые сварные конструкции, снова и снова подвергались хрупкому разрушению при низких напряжениях, что приводило к огромным потерям. Поэтому хрупкое разрушение при низких температурах и низких напряжениях стало предметом серьезного беспокойства в отрасли. Расследовав и проанализировав большое количество несчастных случаев, можно сделать вывод, чтоХрупкое разрушение при низком напряжении имеет следующие характеристики:
1. Когда происходит разрушение, рабочее давление сосуда высокого давления относительно низкое, номинальное напряжение разрушения ниже, чем предел текучести материала, и перед разрушением отсутствует или имеется лишь локальная минимальная пластическая деформация.
2. Скорость распространения трещины большая.
3. Хрупкие изломы при низком напряжении в основном представляют собой трещины скалывания или трещины квазискола, и трещины имеют зернистые характеристики, которые являются яркими и гладкими.
4. На сосудах под давлением с надрезами или трещинами часто возникают низконапряженные хрупкие разрушения, а различные технологические дефекты и примеси, присутствующие в самом баллоне, играют роль источников трещин.
5. Разрушение обычно происходит при низкой температуре, когда прочность материала низкая.
Основываясь на характеристиках вышеупомянутого хрупкого разрушения при низких напряжениях в сочетании с механикой разрушения, установлено, что низкотемпературная ударная вязкость металла, то есть способность металла к микропластической деформации на вершине Надрез определяет способность сосуда высокого давления сопротивляться хрупкому разрушению.
Факторы, влияющие на низкотемпературную вязкость
1.Кристальная структура
Результаты показывают, что ферритная сталь с объемно-центрированной кубической матричной структурой имеет более высокую температуру хрупкого перехода и более высокую склонность к хрупкому разрушению, за которой следуют гексагональная плотноупакованная структура и гранецентрированная кубическая структура. Такие металлы, как медь, алюминий, никель и аустенитные стали, практически не имеют такого температурного воздействия, а именно, не имеют хрупкого разрушения при низком напряжении.
Фактически, если нет второй фазы или среды, которая вызывает коррозионное растрескивание под напряжением, гранецентрированный кубический металл обычно не подвергается хрупкому разрушению. Основная причина заключается в том, что предел текучести гранецентрированного кубического металла существенно не изменяется при понижении температуры, двойники деформации возникают нелегко, дислокации легко перемещаются, локальное напряжение легко релаксирует, трещины не легко распространяются, и, как правило, температура хрупкого перехода отсутствует.
Однако объемно-центрированные кубические металлы отличаются. В среднетемпературной области на прочность (особенно на предел текучести) существенное влияние оказывают примеси, скорость нагружения и легирующие элементы. В регионах, где температура ниже одной пятой точки плавления металла, предел текучести быстро увеличивается с понижением температуры и, наконец, он почти равен пределу прочности при растяжении, и легко вызвать деформацию и двойникование. тем самым вызывая хрупкое разрушение при низком напряжении.
English
Español
русский