三、防止脆性斷裂的工程措施
在工程上，脆性的失穩(wěn)擴(kuò)展是不充許的。為了避免脆性斷裂的失穩(wěn)擴(kuò)展，在管道工程上，通常采用以下幾種措施：
1．選材時(shí)規(guī)定，要對(duì)管材進(jìn)行在最低操作溫度下的DWTT試驗(yàn)，其剪切面積不低于85％，或規(guī)定材料的DWTT的FATT值要低于管子的最低操作溫度。
早期有些管道規(guī)范中此項(xiàng)要求比上述的要求低，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)冶金技術(shù)較低，以上要求有時(shí)難以達(dá)到，或?yàn)榇艘冻鲚^大代價(jià)。但近年來(lái)，尤其是近十年來(lái)，冶金技術(shù)有了很快的發(fā)展，管材的FATT值，如表2-5-1 所示可以做得很低(但要提出要求)而不需要付出代價(jià)或只付出很小的代價(jià)。
當(dāng)選用舊管材或新定貨的管材難以滿足以上要求，或?yàn)榇硕黾拥馁M(fèi)用太高時(shí)，可以降低應(yīng)力水平使用，具體辦法可參閱上文。
2．當(dāng)材料滿足不了FATT要求時(shí)，可以考慮采用止裂環(huán)，止裂環(huán)有以下幾種形式。
(1)為兩個(gè)半圓形環(huán)，內(nèi)弧曲率與鋼管外徑相同，套在鋼管上，焊縫在兩側(cè)，在焊縫的焊接過(guò)程中，焊縫收縮，使圓環(huán)緊緊箍在鋼管上并略有過(guò)盈。管內(nèi)受壓時(shí)，此處環(huán)向應(yīng)力減少，造成止裂。
(2)止裂環(huán)為直徑、厚度與管線鋼管相同的管段，但此管段的FATT值低于操作的最低溫度，從而造成止裂。
(3)管材沿軋制方向及垂直方向的沖擊韌性值相差甚遠(yuǎn)。有些止裂環(huán)的管段，不更換材料，只是卷管時(shí)改變軋制方向，通常環(huán)向應(yīng)力與軋制方向垂直，而止裂環(huán)環(huán)向應(yīng)力與軋制方向平行。
四、脆性斷裂典型事故的分析
1960年在美國(guó)Trans-Western管線上進(jìn)行氣壓試驗(yàn)時(shí)，曾發(fā)生過(guò)一起長(zhǎng)達(dá)13km的斷裂事故。這里首先以此為典型事例進(jìn)行分析。
該管線直徑為30in(762mm)，厚度為0．375(9．5mm)，X56鋼管，裂源為縱向焊縫上的一條疲勞裂紋，這是在運(yùn)輸過(guò)程中造成的(本書將詳細(xì)分析在運(yùn)輸過(guò)程中造成疲勞裂紋的可能性)。破壞時(shí)環(huán)向應(yīng)力σ=0．63(SMYS)，斷裂總長(zhǎng)為13．36km。管線在裂源處起裂后，裂紋分別向兩端擴(kuò)展，一端擴(kuò)展5．15km后，碰到一根高韌性的管段而止裂，另一端擴(kuò)展9．21km，碰到一根鍛造的厚壁出口匯管而止裂，整個(gè)脆裂的形狀是波紋狀，多分枝的，并飛出Charpy V85％FATT塊碎片。在19塊碎片中取出兩塊碎片，做了Charpy V沖擊試驗(yàn)。兩塊試樣的Charpy V85％FATT值分別為100°F(37．8℃)和175°F(79．5℃)，在破壞時(shí)的溫度下做試驗(yàn)，S．A％分別為10％和40％。
破壞時(shí)，管線的溫度(當(dāng)時(shí)的大氣溫度)為60°F(15．6℃)，操作溫度低于FATT故而發(fā)生破壞。
前面說(shuō)過(guò)，管線二端遇到一根高韌性管段而止裂。止裂管段經(jīng)Charpy V試驗(yàn)，其FATT為0°F，由于在破壞溫度下做Charpy V試驗(yàn)S．A=100％，故可止裂。
另一個(gè)典型例子如下：
一根直徑為36in管線，厚0．406in，材質(zhì)為X52。裂源在一根管中部，起裂后，向東西兩個(gè)方向擴(kuò)展，向東跨過(guò)裂源管，經(jīng)東1管、東2管、在東3管處止裂；向西經(jīng)過(guò)半根裂源管，經(jīng)西1管、西2管、在進(jìn)入西3管后，在其中部止裂，破壞時(shí)溫度為60°F(15．6℃)。
事故后，做SWTT及Charpy V試驗(yàn)。
裂源管、東1管、東2管DWT的FATT值分別為70、80、100°F，均高于60°F，故為脆性斷裂；而東3管FATT值為40°F(44℃)，故可止裂。
西1、西2、西3管的FATT值分別為74°82°及64°F，亦高于60°F，為何西3可以止裂呢？
現(xiàn)根據(jù)能量判據(jù)再進(jìn)行校核。
由式知能量釋放率可按下式計(jì)算：
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由計(jì)算可看出R＞G，故可止裂。
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