L-附录1

附录L——脆裂技术模块L．l范围该模块为易于受到脆裂失效的工艺设备建立了一个技术模块子参数（失效修复可能性）。低温/低刚度脆裂、回火脆化、885度脆化和σ相脆化都在本技术模块研究范围内。对可能导致失效的特定脆裂机理的敏感性估计也被包括在本模块内。为确定脆裂机理的敏感性，专家学者的意见也应该考虑。L．2技术模块筛选问题本技术模块没有筛选问题。该模块的脆裂机理中已经包括了筛选问题。L．3基本数据表L-1中所列基本数据是确定脆裂技术模块子参数的最少参数。为回答表L-2中所列脆裂机理的筛选问题，还需要附加数据。具体每个不同的脆裂机理所需的更进一步的数据都列在该机理章节开头处的基本数据表中。L．4基本假设脆裂的发生要求以下几点同时发生：足够的裂缝尺寸、足够的应力和材料的敏感性。由脆裂导致的失效敏感性可因具体使用情况而改变。每个脆裂机理的具体章节均给出了可能的适用于该工况的变化（即技术模块子参数）。L．5技术模块子参数的确定（TMSF）我们提出了确定每一具体的技术模块子参数所需的步骤流程图。这些步骤和所需的表格均随后讨论。L．6脆裂机理筛选问题表L-2所列的筛选问题被用来选择合适的脆裂机理。L．7具体每一潜在脆裂机理的敏感性的确定每一脆裂机理的具体章节都确定了该设备可适用机理的敏感性。L．8低温/低强度裂缝L．8．1毁坏描述L．8．1．1低温/低强度裂缝是结构部件的突然失效，它通常是由裂纹或裂缝引发的。因为设计应力通常低到足以防止这种情况的发生，所以这种情况并不常见。然而，有些薄壁旧设备、由于意外可被看作低温的设备或已经被修整的设备可能在不同程度上遭受突然失效。L．8．1．2以下几方面影响钢材的低温/低强度裂缝a.所受载荷。在低载荷时不易产生裂缝；b.材料规格。有些材料本身就制造成具有好的裂缝或刚度属性，并且使用碰撞试验后被确定可“合格”使用。碰撞试验用来测量在锲形试件上产生缺口所需的能量。c.温度。许多材料（特别时铁素体钢）在低于被称作转变温度的温度时会变脆。通常在大于300ºF时，可以不考虑脆裂。d.残余应力和焊后热处理；e.厚度。L．8．1．3低温/低强度裂缝判断的目的是给设备从可能失效到裂缝分类。这种判断考虑了厚度、材料类型、焊后热处理和温度。L．8．2基本数据表L-3中所列的数据，如果能得到的话，可用来估计碳钢和低合金钢的低温/低强度裂缝敏感性。如果还有其它的工艺条件未知，可询问具有丰富知识的工艺工程师以获得最佳估计。L．8．3低温/低强度技术模块子参数的确定图L-2概括了确定低温/低强度技术模块子参数的过程。第一步：确定防止设备在低于某温度时受超高压的管理或工艺控制是否存在。如果有，使用该温度为Tmin并跳到第三步；第二步：确定设备可能遭受的最小温度Tmin。它使用以下值中的最小值；a．最小设计温度b.工艺工程师估计的最小温度，包括意外情况c.如果容器或管子充满高压流体，使用该流体在大气压时的沸腾点温度。例如氨水的沸腾点温度为-28ºF，丙烷的沸腾点温度为-40ºF第三步：确定金属的厚度。使用由ASMEUCS66确定的合适厚度；第四步：确定Tref，要么知道碰撞试验时的温度，要么知道碰撞试验时具体材料规格和等级的免测温度。使用表L-6来获得具体材料规格和等级的免测温度曲线。如果材料已经规格化，则使用免测温度曲线。通过表L-1，使用厚度和曲线标示来确定碰撞试验免测温度。亦可使用MDMT（最小设计金属温度）；第五步：确定设备是否遭受焊后热处理。如果没有，使用表L-4来确定技术模块子参数，否则，使用表L-5；第六步：使用经验的调整。使用APIRP579第2层方法3（最原始），如果设备已经在最低预期温度下暴露多年并且该设备不是在疲劳或SCC状态下使用，那么调整可以偏低。该方法是基于多年的成功工业经验。用100除技术模块子参数。L．8．4检测有效性L．8．4．1合理的设计和操作程序的结合能防止低温/低韧性破裂。几乎所有低温/低韧性破裂都毫无例外发生在已经存在裂痕如缺陷的地方。裂纹由引发点迅速增加，导致了严重的裂缝有时会完全从设备上断裂或分离出来。理论上来说，对这种已存在缺陷的定位和消除的检测可以降低失效可能性。然而，原是缺陷可能是非常小，而且不一定暴露在可观察到的表面，因此，一般认为此种检测方法对于防止脆裂是无效的。L．8．4．2如果设备条款中的现有记录并没有指出设备是否由标准钢板制造的，那么也许可用冶金诊断方法来解决该问题。在某些情况下，可以从钢材中取足够大的样板进行试验以确定其韧性，这也能提高低温/低韧性破裂可能性的预测精度。L．8．4．3如L．8．4．1和L．8．4．2中所述，对于检测是不能保证“信用”的。但可用冶金试验结果对此增刊做输入更新，并可改变低温/低韧性破裂子参数。L．9回火脆化L．9．1破坏现象描述L．9．1．1许多钢材当长期暴露在650ºF到1070ºF脆化温度范围时会因遭受一种被称作“回火脆化”的现象而降低其刚度。在提炼和石油化工工业中的详细的例子是操作温度在脆化温度区间的Cr-Mo钢的脆化。裂缝刚度的降低仅仅会影响设备开启和关闭操作时的低温中的材料。当容器温度低于最小工艺温度时，可避免脆裂的工业实践已经使用并可把操作温度降低到设计温度的四分之一。这种最小温度的典型工业实践温度对老式低合金钢是300ºF到350ºF，对更多的现代钢材可使用更低的温度。L．9．1．2回火脆化是由钢中的杂质元素和合金元素沿着晶粒晶界的分离导致的。钢中的磷和锡含量特别重要，并且它们因因锰和硅（亦为重要的合金元素）而影响更坏。基于组分的“J“参数常被指明用来控制回火脆化的敏感性。“J”参数可由下面的方程计算：（J=(Si+Mn)x(P+Sn)X104）。实验室和长期实际研究已经肯定了“J”参数和回火脆化之间的直接关系。L．9．1．3回火脆化的一个非常重要的方面是，与锻造母材相比，显示增加的脆化敏感性的焊接金属和热影响区域的趋势。少数研究已经表明，21/4Cr-1/2Mo和3Cr-1Mo特别敏感。尽管11/4Cr-1/2Mo钢是否也敏感还在争论，但是为了本模块的目的，它们也被包括进来。L．9．2回火脆化筛选问题列于表L-7中的回火脆化筛选问题用于确定是否采用回火脆化一章。L．9．3基本数据表L-8中所列的数据，如果能得到的话，可用来估计碳钢和低合金钢的回火脆化敏感性。如果还有其它的工艺条件未知，可询问具有丰富知识的工艺工程师以获得最佳估计。L．9．4基本假设表L-9列出了一些易于遭受回火脆化的普通材料L．9．5回火脆化技术模块子参数的确定图L-3概括了确定回火脆化技术模块子参数的过程。第一步：确定防止设备在低于某温度时受超高压的管理或工艺控制是否存在。如果有，使用该温度为Tmin并跳到第三步；第二步：确定设备可能遭受的最小温度Tmin。它使用以下值中的最小值；a.最小设计温度b.工艺工程师估计的最小温度，包括意外情况第三步：确定金属的厚度。使用由ASMEUCS66确定的合适厚度；第四步：确定Tref，要么知道碰撞试验时的温度，要么知道碰撞试验时具体材料规格和等级的免测温度。使用表L-9来获得具体材料规格和等级的免测温度曲线。如果材料已经规格化，则使用免测温度曲线。通过表L-1，使用厚度和曲线标示来确定碰撞试验免测温度。亦可使用MDMT（最小设计金属温度）；第五步：给Tref增加△FATT△FATT可由下面的方法获得。1．直接输入由工程分析或由金属样品的实际测试的△FATT值。2．输入合适的由逐步冷却脆化测试法（SCE）确定的△FATT值。它可能与实际使用的基于操作小时且由方程确定的△FATT值有关，该方程为：△FATT＝0.67x(log(t-0.91)xSCE（L.1）,此处t表示以小计的操作时间，SCE表示FATT的特定改变。3．使用化学组分（如果知道）来确定“J参数”，因为它可能在经过一段长时间运行后与期望的△FATT相关。基于长期运行，它与J参数由适当的关联并可由以下的方程确定：△FATT=0.6xJ-20(L.2)。4．保守的温度150ºF可假设作为长期△FATT第六步：确定设备是否遭受焊后热处理。如果没有，使用表L-4来确定技术模块子参数，否则，使用表L-5；L．10885ºF脆性L．10．1损坏现象的描述L．10．1．1885ºF脆性是由于铬含量大于13%的铁素体不锈钢露置在700ºF到1000ºF温度间之后韧性下降引起的。高温下，韧性的降低是由于铬的析出—含磷金属间相。这也正是其他由于冶金方法的改变而导致硬度损失的机理，对硬度的显著影响不在于操作温度，而在于生产的停车或不正常操作期间的低温状态。L．10．1．2由于认为金属晶间相的析出更易于发生在温度约为885ºF，因此这一机理有此命名。铬含量大于27%的钢所受影响尤为严重，然而这些钢不常用于精炼厂或石油化工工艺。马氏体不锈钢如410号一般认为对此问题免疫。405号钢是铁素体钢范围内，如果铬含量组分较高时则可能发生此问题。L．10．1．3热影响区硬度的增加揭示了885ºF脆性的存在。利用取出样品进行的物理测试对缺陷是否存在提供非常有效的暗示。L．10．1．4对材料进行适当溶化沉淀的热处理再快速冷却可以逆转885ºF脆性。一般热处理温度在1400ºF到1500ºF之间，因此这可能对许多设备条款不适用。L．10．2885ºF脆性筛选问题列于表L-10中的885ºF脆性筛选问题用于确定是否使用885ºF脆性脆化一章。L．10．3基本数据表L-11中所列的数据，如果能得到的话，可用来估计885ºF敏感性。如果还有其它的工艺条件未知，可询问具有丰富知识的工艺工程师以获得最佳估计。L．10．4基本假设L．10．4．1由于885ºF脆性在相对较短时间段内发生，在模块中可以假定表L-12所列温度处于700ºF到1000ºF之间的任何铁素体材料都受到影响。L．10．4．2对脆化了的材料，RP579推荐硬度应由Klr曲线确定，该曲线截止于100ºF。对严重脆化了的材料，RP579推荐硬度应为前面值的50％。铁素体不锈钢（400系列）的脆性转变温度降到50ºF到100ºF之间。如果用户没有忽略的话，此模块应该使用80ºF的Tref。图L-4将Klr与Klc进行对比。L．10．5885ºF脆性技术模块子参数的确定图L-5概括了确定技术模块子参数的过程。第一步：确定防止设备在低于某温度时受超高压的管理或工艺控制是否存在。如果有，使用该温度为Tmin并跳到第三步；第二步：确定设备可能遭受的最小温度Tmin。它使用以下值中的最小值；·最小设计温度·工艺工程师估计的最小温度，包括意外情况第三步：确定Tref，使用80ºF默认温度值，也可用其他已知的初始转变温度值。第三步：由表L-13查找技术模块子参数。参考：1、Timnins,P.F.,工艺操作中的预计腐蚀与失效的控制，ASMinternational,19962、APIRP579合理维护。3、HoltJ.M..MindlinH.，和HoC.Y.，结构合金手册，1994版，PurdueUniversity,WestLafayette,IN。L．11σ相脆化L．11．1损坏现象描述L．11．1．1σ相是一种硬脆的铁和铬的晶间混合物并含有相当的Fe0.6Cr0.4组分。当铁素体（Fe-Cr）、马氏体（Fe-Cr）和奥氏体（Fe-Cr-Ni）不锈钢露置于1100ºF到1700ºF之间的温度时，这种现象有可能发生。形成的速度和数量取决于合金的化学组分和以前冷却操作的历史。铁素体的稳定性（Cr,Si,Mo,Al,W,V,Ti,Nb）趋于促进σ的形成，而奥氏体的稳定性（C,Ni,N,Mn）则趋于阻碍σ的形成。奥氏体不锈钢合金一般最多有10％的σ相，或随着含量增加而降低。然而其他含有60％Fe，40％Cr（约占σ组分）的名义组分的合金能转化为100％的σ。这里介绍了一种关于Fe-Cr合金转变量与时间曲线，介绍了在1377ºF时3小时内100％转变为σ的情况。正如由已知的σ形成趋势证明的那样，如果奥氏体不锈钢承受1275ºF的焊后热处理，则奥氏体不锈钢的σ