壓力容器強(qiáng)度計(jì)算是以材料屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)依據(jù)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)不包含脆性強(qiáng)度概念，沒有考慮溫度、加載速度、鋼板厚度、三向應(yīng)力狀態(tài)等引起的脆斷因素，所以這種設(shè)計(jì)不能避免結(jié)構(gòu)脆性斷裂。
工程中，脆性斷裂時(shí)的名義應(yīng)力往往在低于設(shè)計(jì)應(yīng)力時(shí)發(fā)生，脆性斷裂分開裂和裂紋擴(kuò)展兩個(gè)階段，當(dāng)開裂發(fā)生后，裂紋以極高速度擴(kuò)展斷裂，屬于無任何征兆的突發(fā)性破壞。脆性破壞事故一般發(fā)生在較低溫度下，而且總是由結(jié)構(gòu)中的缺陷或應(yīng)力集中處開始。工程上通常通過沖擊韌性試驗(yàn)來考核材料的抗脆性斷裂能力。
沖擊韌性試驗(yàn)發(fā)展于1905年左右，最初有各種形式的沖擊試驗(yàn)，如夏比鎖形沖擊試驗(yàn)、夏比V形沖擊試驗(yàn)和梅氏沖擊試驗(yàn)等。夏比沖擊試驗(yàn)是由法國(guó)工程師夏比建立起來的，雖然試驗(yàn)中測(cè)定的沖擊吸收功fl k值缺乏明確的物理意義，不能作為表征金屬制件實(shí)際抵抗沖擊載荷能力的韌性判據(jù)，但其試樣加工簡(jiǎn)便、試驗(yàn)時(shí)間短，試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)、冶金缺陷等敏感而成為評(píng)價(jià)金屬材料沖擊韌性應(yīng)用最廣泛的一種傳統(tǒng)力學(xué)性能試驗(yàn)。通過夏比沖擊試驗(yàn)可以評(píng)價(jià)材料對(duì)大能量一次沖擊載荷下破壞的缺口敏感性，檢查和控制材料的冶金質(zhì)量和熱加工質(zhì)量，評(píng)定材料在高、低溫條件下的韌脆轉(zhuǎn)變特性。1968年后，在ASME規(guī)范中改用標(biāo)準(zhǔn)夏比V形試樣，試驗(yàn)機(jī)和試樣均已標(biāo)準(zhǔn)化，其具有試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便易行、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
ASMEVIQ早期的防脆斷措施，是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局對(duì)二戰(zhàn)期間上百起船舶在低溫環(huán)境下失效事故分析后得出的結(jié)論，要求材料夏比V形沖擊功CCVN偷必須保持在20)以上，我國(guó)GB 150也采用夏比V形沖擊試驗(yàn)方法判定壓力容器的低溫沖擊性能。然而，隨著斷裂力學(xué)的發(fā)展，逐漸認(rèn)識(shí)到以斷裂力學(xué)分析既定材料在既定應(yīng)力水平、既定尺寸缺陷時(shí)會(huì)否引起脆性斷裂的方法，遠(yuǎn)比建立在既有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的CVN值在15ft-lb(20J)以上的方法更為合理、科學(xué)。根據(jù)斷裂力學(xué)原理對(duì)于具有尺寸a的穿透性裂紋材料，在拉伸應(yīng)力二作用下，當(dāng)裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子ICI達(dá)到材料的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子I}IC時(shí)，該裂紋就失穩(wěn)擴(kuò)展，使材料脆性斷裂。但由于I}IC值的試驗(yàn)確定過程十分復(fù)雜，且耗資巨大。為此，基于前人在一定條件下得到的I}IC值和夏比沖擊功CVN值在數(shù)值上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將I}IC值換成CVN值，在規(guī)范中仍沿用測(cè)量和評(píng)定CVN值方法。ASMEVIQ-1在1987年增補(bǔ)時(shí)開始采用這一方法，并于1989年起納入規(guī)范正文。
ASME II卷中碳鋼和低合金鋼制造條件中并不提供具體材料沖擊性能指標(biāo)，若容器根據(jù)其工作溫度等因素對(duì)材料韌性指標(biāo)有要求時(shí)，則采購(gòu)規(guī)范上應(yīng)附加沖擊要求。而我國(guó)國(guó)標(biāo)和ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沖擊性能的要求又不盡相同。為預(yù)防碳素鋼或低合金鋼制壓力容器發(fā)生脆性破壞，規(guī)定碳素鋼或低合金鋼材的沖擊功最低值(見表D。我國(guó)GB 150-1989(以及隨后的GB150-1998)對(duì)壓力容器用碳素鋼和低合金鋼材C板、鋼管和鋼鍛偉及其焊接接頭的沖擊功指標(biāo)作出規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)GB 150-2011強(qiáng)調(diào)了最低值不僅僅包括鋼板、鋼管、鋼鍛件，還包括焊接接頭捍縫中心和焊接熱影響D。
GB 150-2011規(guī)定，對(duì)R 、隨厚度增大而降低的鋼材，按該鋼材最小厚度范圍的R 、確定沖擊功指標(biāo)。
一、ASME中沖擊功最低值的規(guī)定
ASME中的沖擊試驗(yàn)值按照UG84執(zhí)行，對(duì)于碳鋼和低合金鋼，不同公稱厚度，不同抗拉強(qiáng)度的材料其要求的沖擊韌性指標(biāo)也不同現(xiàn)圖D。
二、ASME與GB150沖擊功要求的比較
GB 150中沖擊功要求參照當(dāng)時(shí)的ASME規(guī)范第VIQ卷，第一篇中的相應(yīng)規(guī)定執(zhí)行。上世紀(jì)80年代，ASME規(guī)范第V}卷，第一篇中確定碳素鋼和低合金鋼C板、鋼管和鋼鍛伴許用應(yīng)力的安全系
圖1對(duì)表UCS-23中規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度低于95ksi的碳鋼及低合金鋼全尺寸試樣夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)要求數(shù)ni為4.0，而我國(guó)GB150-1989中ni為3.0。一般對(duì)應(yīng)較低的安全系數(shù)應(yīng)規(guī)定較高的沖擊指標(biāo)，但當(dāng)時(shí)限于國(guó)內(nèi)壓力容器用鋼材的實(shí)際質(zhì)量水平，只能規(guī)定表中的沖擊功指標(biāo)。
ASME用抗拉強(qiáng)度和公稱厚度的組合確定材料的沖擊韌性，而GB150則根據(jù)屈服強(qiáng)度來確定材料沖擊功的平均值，對(duì)于不同厚度的同種材料，按最小厚度的屈服強(qiáng)度選取沖擊功，不同材料的沖擊功和使用溫度各不相同。因此，ASME較GB150的規(guī)定更加經(jīng)濟(jì)合理。
在材料采購(gòu)驗(yàn)收中需要注意，中國(guó)、美國(guó)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)均有金屬夏比(V型缺)沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中有兩項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，第一是試樣要求，第二是試驗(yàn)機(jī)。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)V型口夏比試樣的規(guī)定基本相同。國(guó)標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)的沖擊試驗(yàn)機(jī)參數(shù)基本相同，擺錘刀刃半徑為2 mm和8 mm，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中擺錘刀刃半徑為8 mm，不同于國(guó)標(biāo)。因此按照國(guó)標(biāo)和美標(biāo)試驗(yàn)得到的沖擊值不能直接比較。此外，ASME與GB150對(duì)產(chǎn)品焊接試板的試驗(yàn)要求也不相同，ASMEVIQ-1中規(guī)定的產(chǎn)品焊接試板的試驗(yàn)項(xiàng)目只有沖擊試驗(yàn)，對(duì)沖擊試驗(yàn)的方法、試驗(yàn)溫度及合格指標(biāo)均有明確規(guī)定。GB150中焊接試板的試驗(yàn)項(xiàng)目主要有拉伸、彎曲和沖擊試驗(yàn)等。http://ggswu.com
