BS EN 1252-2：2001 低温容器 材料 第2部分： 80℃~ 20℃的韧性要求

BSEN1252-2:2001低温容器——材料第2部分：-80℃~-20℃的韧性要求目录前言绪论1范围2引用标准3术语和定义4屈服强度低于460N/mm2钢材的要求4.1概述4.2温度校正4.3母材厚度小于10mm的程序5通用试验要求5.1小型试件5.2无法获得横截面符合参考厚度要求试块时的小型试件6焊接7铝及铝合金、铜及铜合金、奥氏体不锈钢技术要求附录ZA本标准与承压设备指令的关系（资料性附录）附录ZB案例——温度校正项的说明（资料性附录）ZB.1概述ZB.2脆性断裂概念ZB.3最低工作温度计算假设ZB.4温度校正项ZB.5参考文献前言本欧洲标准由CEN/TC268技术委员会制定，秘书处依托AFNOR。本欧洲标准最迟应在2001年10月之前作为国家标准，可采用原文或签署认可文件，同时应撤销与本标准相抵触的内容。本标准与欧盟指令的关系见附录ZA，其也是本标准的一部分。本标准也是危险品运输指令框架的一部分，并且已经提交作为RID或ADR的附录。因此规范性附录中所列的标准以及覆盖RID/ADR基本要求以外的内容仅当标准本身在RID或ADR的附录中提及时才能作为标准。本欧洲标准由下列部分组成：EN1252-1，低温容器——材料——第1部分：低于-80℃时的韧性要求EN1252-2，低温容器——材料——第2部分：-80℃至-20℃的韧性要求根据CEN/CENELEC国际规则，下列国家的国家标准机构必须完善本欧洲标准：澳大1利亚、比利时、捷克、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、冰岛、爱尔兰、意大利、卢森堡、荷兰、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士和英国。绪论低温下使用的材料存在一些需要特别考虑的问题如各种材料机械性能的变化、膨胀和压缩现象以及热传导，其中最重要的是低温韧性。1范围本欧洲标准规定了在-80℃到-20℃的温度下使用的金属材料的韧性要求使之适用于低温容器。本标准适用于屈服强度小于等于460N/mm2的细晶和低合金钢、铝及铝合金、铜及铜合金以及奥氏体不锈钢。2引用标准下列文件中的条款，通过本欧洲标准的引用而成为本标准的条款。凡注明日期的引用文件，其随后所有的修改单或修订版均不适用于本标准，凡不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。EN10045-1金属材料——夏比冲击试验——第1部分：试验方法EN288-3:1992,A1:1997金属材料焊接工艺评定规程——第3部分：钢材电弧焊焊接工艺试验3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1最低金属温度TM下列条件中的最低温度（参见3.2和3.3）：——正常操作温度；——开停车过程的温度；——可能发生的异常过程的温度；——压力试验或泄漏试验的温度。3.2温度校正项TS与设计参考温度TR的计算有关的，依赖于压力引起的相应最低金属温度下的薄膜主应力的一项。3.3设计参考温度TR用来确定冲击功要求的温度。TR为最低金属温度TM加上温度校正项TS：TR=TM+TS所有的TM和TS组合都应考虑到，TR可能的最低值应用来确定材料冲击试验温度。2冲击功应达到规定值的温度（见第5条）。3.5冲击功KV依据EN10445-1进行夏比冲击试验获得的数值。3.5参考厚度eBB用来将部件的设计参考温度TR和需要进行的冲击试验温度TKV（见图1-5）关联起来的部件的厚度。参考厚度eB根据公称厚度（包括腐蚀裕度）而定，确定方法见表6。对于对焊部件，eB为焊缝坡口加工边缘的公称厚度。4标准屈服强度≤460N/mm2的钢材的要求4.1概述本基于断裂力学的方法可用于确定避免产生脆性破坏的标准最低屈服强度≤460N/mm2的碳钢、碳锰钢、细晶钢及低合金钢的要求。本规范中冲击试验温度TKV不等于设计参考温度TR。母材、焊缝、热影响区应满足冲击功及表1中对设计参考温度TR和参考厚度eB的冲击试验温度TBKV的要求。TR必须通过TM和表4.2中的TS计算获得。图1及图2中最低屈服强度＞310N/mm2的材料在TKV下的冲击功应为40J，27J是产品标准规定的。图3为焊后热处理条件下的曲线，最低屈服强度在310~360N/mm2的焊接情形下的曲线见图4，图5为最低屈服强度＞360N/mm2的情形。表1冲击功要求确定TKV的图号标准最低屈服强度N/mm2冲击功标准值（10×10mm试块）J无焊接及焊后热处理焊接情况≤31027124012＞310，≤36027344012＞36027354.2温度校正表2为当内压引起的薄膜应力不超过最大允许设计压力或50N/mm2时的温度校正值TS。表2温度校正占最大允许设计压力的比例薄膜应力b条件＞75%，≤100%≤75%≤50%≤50N/mm2无焊接及焊后热处理a0℃+10℃+25℃+50℃参考厚度＜30mm的焊接情况0℃0℃0℃+40℃a也适用于所有接管和永久附件先焊接在容器部件上且这些部件装配（除了主焊缝）在对焊组装前进行焊后热处理的设备。b此时的薄膜应力应考虑内压、外压及自重。4.3材料厚度小于10mm的程序厚度低于10mm且试验温度TKV为20℃时的最低TR见表3，冲击功要求参见相关材料标3准。表3厚度＜10mm，TKV=20℃时的最低TR厚度，mm焊态，℃焊后热处理，℃8-20-356-25-404-40-552-55-70如果这些材料在低于表3中TR的温度下使用，试验温度应根据图1~5的10mm的曲线来确定，小型试件的冲击功要求见表4。5通用试验要求冲击试验应根据EN10045-1进行夏比V型槽试验，母材、焊缝及热影响区都应满足冲击功要求。试块的取样位置应根据EN288-3:1992/A1:1997进行选择，每块样板上应在每个取样位置及试验温度下各取3个试块。3个试块的平均值不应低于冲击功要求，只能有1个试块的数值低于最低要求但不得低于70%。母材的冲击功要求是针对横向试块而言的，对于最低屈服强度≤460N/mm2的碳钢、碳锰钢、细晶钢及低合金钢，如果不能获得横向试块的性能数据，则冲击功标准值应乘以系数1.5。5.1小型试块厚度＜10mm试块的冲击功要求见表4。表4厚度＜10mm小型夏比V型槽试块的冲击功要求试块几何尺寸，mm×mm10×1010×7.510×527J22J19J40J32J28J也可按比例减小试块尺寸，对应的冲击功要求详见表5。5.2无法获得厚度等于参考厚度时采用的小型试块某些情况下，部件形状不规则，焊接工艺和产品试板获得的夏比V型槽试块小于10mm或不能代表样板厚度，此时小型试块应在更低的冲击试验温度下进行来作为全厚度样板的模型，相应的温度变化见表5。冲击试验应在可能获得的最大厚度的试块上进行。表5从更厚的样板上获得小型试块时的冲击功要求小型试块要求冲击功要求，J试块尺寸，mm×mmKV，J几何尺寸，mm×mm冲击试验温度变化2710×1020147.5×105.0×10TKV－5℃TKV－20℃4010×1030207.5×105.0×10TKV－5℃TKV－20℃207.5×10145.0×10TKV－15℃307.5×10205.0×10TKV－15℃4条进行试验时，焊接材料及工艺（见EN288）应保证焊缝、热影响区都满足冲击功要求。母材的冲击功至少应等于冲击功标准值。7铝及铝合金、铜及铜合金、奥氏体不锈钢要求铝及铝合金、铜及铜合金、奥氏体不锈钢的低温韧性足够高而无需进行冲击试验铁素体含量超过10%的奥氏体不锈钢焊缝应进行冲击试验。图1焊后热处理条件下设计参考温度与冲击试验温度的关系图2焊接条件下设计参考温度与冲击试验温度的关系图3焊后热处理条件下设计参考温度与冲击试验温度的关系图4焊接条件下设计参考温度与冲击试验温度的关系图5焊接条件下设计参考温度与冲击试验温度的关系表6参考厚度eBB附录ZA本标准与承压设备指令的关系（资料性附录）本欧洲标准由欧盟和欧洲自由贸易协会委托CEN制定，符合承压设备指令97/23/EC的基本要求。表ZA.1列出了本标准的条款与相关标准的一致关系。符合本标准上述条款的内容也符合所提及的指令和EFTA规则特定的基本要求。警告：其他要求和其他欧盟指令也可能成为本标准的一部分。表ZA.1PED与本标准的比较EN1252-2的条款内容PED所有条款冲击强度附录1§2.2.3b所有条款材料特性附录1§7.5附录ZB案例——温度校正项说明（资料性附录）ZB.1概述法国、瑞典、英国的规范和标准都是基于断裂力学理论的，法国标准的基础是Sanz（1）概念，瑞典标准是根据Sandstrom（2）的工作发展而来的，美国标准是基于依据断裂力学理论进行大平板试验获得的成果，1998年又重新获得了该试验结果（3）。断裂力学概念考虑了厚度、加载速率以及焊接、非焊接、焊后热处理的影响。在德国标准规范中，最低冲击功由外载荷历程确定，但没有考虑由壁厚减薄引起的脆性断裂影响、载荷速率和应力释放。5所有概念都考虑了载荷水平对韧性（T2）的影响，普遍认同的观点是基于Sandstrom（2）的脆性破坏概念的低温族群理论，该理论在瑞典标准中作为方法2“技术要求”出现，曾经的名称为“断裂机制实施规范”。Sandstrom概念能获得认同主要基于两个原因：一方面，该概念包含了法国标准中的Sanz公式；另一方面，强度等级分类与现行标准如英国和荷兰标准类似。ZB.2脆性破坏概念脆性破坏概念要求存在缺陷的部件在屈服点Rel下没有屈服，因此材料韧性应满足：KⅠC＞KCComponent断裂韧性与冲击功的关联式构成了Sandstrom概念（2），其中运用了适用于大量钢材的Barsom和Rolf等式，最近的研究也证实了该等式的适用性。KⅠC=δE1/2(KV)3/4该关联式中有两个屈服点范围假设，从脆性到韧性转变过程的断裂韧性值与冲击功相关，具体如下：Rel≤310N/mm2的材料，冲击功要求为27J，（mKCMPa78=Ι），Rel＞310N/mm2的材料，冲击功要求为40J，（mKCMPa105=Ι）。ZB.3计算最低操作温度的假设缺陷尺寸：根据ASME第Ⅲ卷，缺陷尺寸为深度为壁厚的0.25倍的半椭圆型缺陷。载荷：焊接条件下载荷假设为屈服强度的1.4倍，包括初始应力和残余应力。在焊后热处理条件下，载荷假设为屈服强度值。在这些假设下计算最低操作温度。根据Sandstrom概念（2）计算最低操作温度的公式如下：ecTTKKKKTΔ++−−=ΙKV00M:)ln(βTKV冲击试验温度T27J或T40J(mKCMPa78=Ι或mKCMPa105=Ι)KC应力强度因子πσaKC=β常数1°/60K0常数mMPa25ΔTe厚度相关项相关项ΔTe考虑了壁厚的影响，当厚度超过110mm时需考虑该项。如果壁厚开始减小，则影响应力状态并且有利于脆性破坏安全，通过相关项来考虑从多应变状态向平面应变状态的转变。Sandstrom概念除了考虑壁厚外还考虑了屈服点对塑性区的影响，多出了修正项tps。修正项与(KC/σ)2成比例，式中σ为材料的屈服应力(Rel/Rm)/2。通过比较tps与壁厚t来定义温度位移ΔTe。e=t+110tps,tps＜110mm6=tps,tps≥110mmΔTe=0,e＞110ΔTe=0.53e-59,110＞e＞60ΔTe=0.97e-85,60＞e＞30ΔTe=1.8e-110,30＞e＞10TM由冲击试验温度TKV与部件厚度的函数计算获得，图1~5所示为考虑了冲击试验温度为壁厚的函数的计算结果。图1所示为非焊接或焊后热处理的情况，从60mm厚开始，冲击试验温度等于最低金属温度。如果厚度减小，则应变状态转变为平面应变状态。据此考虑更低的最低金属温度，ZB.4温度校正项在脆性破坏概念中，假设载荷为屈服点或屈服点的1.4倍。如果实际载荷低于最大允许载荷，则需考虑温度校正项TS。TR由最低金属温度和TS确定，采用温度修正项后，材料可以在更低的温度下使用。瑞典