低温脆断特点

①低温脆断的名义应力都较低，一般低于材料的屈服强度，往往还低于设计应力，因此，有时也称为低应力脆断。

②构件低温脆断之前没有明显的塑性变形，或只有局部的少量塑性变形，断裂总是从缺陷处（尤其是焊缝缺陷）或几何形状突变的应力或应变集中处开始，有脆性断口特征。

③脆性破坏一旦开始，便以极高的速度发展，一般是声速的1/3左右，例如，在钢中可达1200～1800 m/s。

④低温条件脆性断裂的材料，其原有韧性均较低。有缺口试样，低温缺口敏感性更大，韧性更差。

⑤不同晶体结构的金属材料，低温对其韧性的影响有所区别。具有体心立方晶格结构的铁素体钢材的韧脆转变温度较高，低温韧性差，脆性断裂倾向较大；密排六方结构次之；面心立方晶格的奥氏体钢低温脆性不明显。

⑥低温装备或构件材料的断裂，往往起源于应力集中处。形状突变、缺口或内部缺陷（尤其是裂纹），引起局部应力集中。特别是裂纹尖端三向应力状态的应力集中，其应力水平很快达到或超过材料的屈服强度，从而导致脆性断裂。因此，低温容器设计应尽量减少应力集中，选择缺口敏感性低的材料。

⑦钢板厚度的冶金效应及约束应力导致缺口脆性增大；加工硬化、焊接缺陷及焊接残余应力存在使焊缝及热影响区材料韧性变差；使用时加载速度增加，温度变化频率及幅度、介质的化学作用，尤其是应力腐蚀及氢损伤等导致材料韧脆转变等，这些因素的影响在低温下表现更为强烈，使金属材料韧性明显下降。

低温用钢的力学性能特点

大量低温脆断事故与材料的低温力学行为密切相关。钢在拉伸载荷下，随温度的降低，屈服强度和抗拉强度均升高，但屈服强度上升更快，延伸率开始缓慢下降，当超过某一温度时便突然下降，在此温度下屈服强度几乎等于抗拉强度，材料发生了韧脆转变。可见，在低温下，钢材的抗拉强度与屈服强度之比可以简单地判断在该温度下材料的脆性行为，比值越接近1，变脆的可能性越大。因此，Rm(σb)/ReL (σs)比值是低温构件设计必须考虑的力学性能指标。

低温用钢的焊接性能

焊接热循环往往会降低焊接结构热影响区的韧性和延性，残余应力和焊接缺陷等可导致材料在焊缝处发生低温断裂事故。选用低温用钢要考虑钢材的碳当量、相应的焊接材料和焊接工艺。对于材料的焊接性能可通过焊接试板的脆断试验确定。

设计温度低于-100℃但不低于-196℃的铬镍奥氏体不锈钢压力容器，母材应为含碳量≤0. 10%的铬镍奥氏体不锈钢，其焊接接头在不高于设计温度下的冲击吸收功(KV2)不得小于31J。

低温容器不得采用钢印标记焊工代号。

原作者：压力容器设计与研究
来 源：微信公众号
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