“冷门“韧性指标：侧向膨胀量

冲击功是由消耗试样弹性变形的弹性功、直至产生裂纹前的塑性变形产生的塑性功和裂纹产生并扩展至断裂的撕裂功三部分组成。从防止脆性断裂的角度看, 体现材料防止裂纹产生及扩展的能力, 主要取决于塑性功和撕裂功。[1]

不同材料的冲击功中, 其试样三种能量所占的比例不同。对高强钢, 弹性功所占比例较大, 但塑性功和撕裂功相对比例较小。而不锈钢, 弹性功较小, 其冲击能量主要消耗在塑性变形及防止裂纹产生扩展及断裂上。[1]

若单用冲击功的绝对值作为衡量高强钢或不锈钢焊缝金属的韧性，是不够全面的。

冲击功、纤维断面率以及侧向膨胀量，是夏比冲击试验常用的三个指标。侧向膨胀量（Lateral Expansion，LE），在数值上等于试样断面两侧垂直于裂纹路径的方向上各自最大膨胀量之和。在国外标准规范中，冲击功通常作为考核材料低温韧性的主要指标，而侧向膨胀量也可在一些特殊场合单独作为指标使用，比如ASME BPVC规范中对高合金钢在液氮温区的韧性、高强钢以及热处理强化后的铁素体钢的韧性要求使用侧向膨胀量指标；再如对冲击功与侧向膨胀量关系不明确的材料，与冲击功一并作为指标要求。[2]

国内的TSG 21-2016、GB/T150，及新的HG/T20585征求意见稿也都提到了侧向膨胀量，我们分别来看一下。

一

“固容规“TSG 21-2016在”2.2.1 钢材技术要求“的表2-1中，对Rm>630及>690MPa的的高强钢的冲击吸收能量和侧膨胀值LE值都提出了要求，如下图所示。

侧膨胀值LE值为2016版“固容规“的新增内容，标准认为“对于高强钢，侧膨胀量LE能更好地反映材料的韧性“，见TSG 21-2016的修订说明。

二

GB/T150.2第3.7.2条规定，“奥氏体型钢材的使用温度高于或等于-196℃时，可免做冲击试验，低于-196℃~-253℃，由设计文件规定冲击试验要求“。

但对于奥氏体不锈钢的焊缝金属，GB/T150.4第7.2.3条规定，“设计温度低于-100℃且不低于-196℃的铬镍奥氏体不锈钢制容器，在焊接工艺评定中，应进行焊缝金属的低温夏比（V型缺口）冲击试验，在不高于设计温度下的冲击吸收功(KV₂)不得小于31J” 。

按“GB150标准释义”(P231)，标准也认为单用冲击功作为奥氏体不锈钢焊缝金属韧性的判据是不够全面的，但目前缺少试验数据积累，并且认为KV₂≥31J是安全的。“已在NB/T47016-2011中要求，奥氏体钢的冲击试验应测量并提供侧向膨胀量，为标准的后续修订作技术准备。”

对于高强钢的冲击韧性，2011年版的GB/T150（见150.2表1）没有提及侧向膨胀量。估计下一版的GB/T150会跟上TSG 21-2016的步伐。不过，TSG 21-2016没有提到奥氏体不锈钢焊缝金属的冲击韧性。

三

与TSG 21-2016一样，新的HG/T20585《钢制低温压力容器技术规范》征求意见稿中，在表4.0.5-2“低温冲击吸收能量要求”，要求Rm 大于630MPa 的钢材，同时满足侧向膨胀值大于等于0.53mm。为此次新增，2011版的HG/T20585没有这个规定。

参考文献

[1] 战奇,等. 关于铬镍不锈钢低温冲击问题的探讨. 压力容器, 2000, 17(3)

[2] 舒翔宇. 中国压力容器典型用钢最低设计金属温度研究[D].杭州: 浙江大学,2017