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📌 BS EN 1252(英国采用欧洲标准 EN 1252)是低温容器(Cryogenic Vessels)领域的基础材料标准,规定了低温工况下容器材料韧性的要求。在深冷温度下,金属材料可能由韧性转变为脆性,一旦发生脆性断裂往往快速扩展、后果严重。本标准针对不同温度区间给出材料韧性的要求与冲击试验方法,是低温容器设计、制造与材料验收的重要依据。系列由两部分组成:Part 1 面向低于 −80 ℃ 的温度,Part 2 面向 −80 ℃ 至 −20 ℃ 的温度。
本标准适用于低温容器(储存与运输低温液化气体的压力容器)用金属材料,由技术委员会 PVE/18(Cryogenic vessels)负责制定。系列构成如下:
| 文件 | 版本 | 主题内容 |
|---|---|---|
| BS EN 01252-1 | EN 1252-1(含更正) | 温度低于 −80 ℃ 时的韧性要求(Toughness requirements for temperatures below −80 °C) |
| BS EN 01252-2 | EN 1252-2:2001 | 温度介于 −80 ℃ 与 −20 ℃ 之间的韧性要求 |
两部分分别覆盖不同的最低设计温度区间,材料验收时按容器最低设计温度确定适用部分与相应试验要求。标准涉及压力容器、低温与深冷技术、材料力学性能与机械强度等范畴,并与低温容器设计制造相关的欧洲规范(如 EN 13458)配套使用,构成完整的低温容器标准体系。
低温对金属材料的主要影响是韧脆转变:随着温度降低,体心立方金属(如碳钢、低合金钢)的冲击吸收能量下降,断裂模式由韧性断裂转变为脆性断裂。脆性断裂具有突发性、快速扩展的特点,极易造成灾难性失效。耐低温材料(如奥氏体不锈钢、镍基合金、9% 镍钢、铝及铝合金等)在低温下仍保持良好韧性,是低温容器的常用材料。
| 材料类别 | 低温韧性特点 | 典型应用温度区间 |
|---|---|---|
| 奥氏体不锈钢 | 低温韧性优异,无韧脆转变 | 深冷(低至 −196 ℃ 级) |
| 9% 镍钢 | 专门用于深冷,韧性良好 | 低至约 −196 ℃ |
| 镍基合金 | 耐低温与耐腐蚀兼备 | 深冷及腐蚀工况 |
| 铝合金 | 低温韧性良好,质量轻 | 低温储运(如 LNG 相关) |
需要注意的是,材料的低温韧性不仅取决于化学成分,还受板厚、供货状态(热处理状态)、轧制方向与晶粒度影响。同一牌号材料在较厚截面、较低回火状态或存在偏析时,韧性可能明显下降。因此选材与验收应综合考查化学成分、机械性能与显微组织,而不仅看名义牌号。
标准规定了通过冲击试验(通常为夏比 V 型缺口冲击试验,Charpy V-notch)验证材料韧性:
标准对试样方向有明确要求:对于轧制板材,冲击试样通常沿横向(垂直于轧制方向)截取,以反映最不利的韧脆转变状态。试验结果应对每组试样的单值与平均值分别判定,确保统计意义上的可靠性。焊接接头的取样位置应覆盖焊缝金属与热影响区,以评价焊接对韧性最不利的部位。
在低温容器设计、制造与检验中,韧性要求的应用要点包括:
在工程实践中,还应特别注意设计工况的合理性:低温容器的设计温度应按最苛刻的运行条件确定,并留有适当裕量;材料代用必须经过严格的性能验证,不得随意降低材料等级或提高设计温度。制造过程中的错边、咬边与未焊透等缺陷会显著降低低温韧性,应通过严格的无损检测加以控制。