大型铸锻件文集 第九集

《大型铸锻件文集 第九集》由第一机械工业部情报所编，1975年2月编印，是大型铸锻件生产技术方面的专题译文集。据卷首前言，编者遵照“中国人民有志气，有能力，一定要在不远的将来，赶上和超过世界先进水平”和“洋为中用”的教导，为了使大型铸锻件生产技术加快赶超世界先进水平，出刊这本《大型铸锻件文集》以供有关单位工作上参考。前言表示，由于水平有限，本文集在编译工作中定有不少缺点和错误，希望同志们多加批评指正。卷首还列有毛主席语录，摘自1975年1月13日周总理在四届人大第一次会议上政府工作报告，内容为“自力更生为主，争取外援为辅，破除迷信，独立自主的干工业、干农业，干技术革命和文化革命，打倒奴隶思想，埋葬教条主义，认真学习外国的工作经验，也一定研究外国的坏经验——引以为戒，这就是我们的路线”，反映了当时技术情报编译工作的时代背景和指导思想。

据卷首目录，本集收文四篇：一、最近防止脆性断裂事故的措施及其方向的探讨（二重供稿）；二、在电渣重熔过程中交换电极的研究（上重供稿）；三、大型锻件热处理车间的扩建问题（第一设计院供稿）；四、有关国外大型铸锻造技术文摘介绍（情报所资料室供稿）。从供稿单位看，“二重”当指第二重型机器厂，“上重”当指上海重型机器厂，“第一设计院”当指第一机械工业部第一设计院，情报所资料室则负责国外技术文摘的编译介绍。这种由情报所组织、有关工厂和设计院供稿的编排方式，体现了当时大型铸锻件行业技术情报交流的协作特点。

正文第一篇《最近防止脆性断裂事故的措施及其方向的探讨》篇幅较长，先回顾本世纪三十至四十年代由于各种结构件加工技术原因发生的脆性断裂事故，如桥梁折断掉到河里、船体断开成为两半、天然气储藏罐爆炸使周围街道成为废墟等，并列表举例，包括1836年美国纽约州长海水塔倒塌事故、1919年波士顿的扩镇破裂事故、1936年Zoo桥发生裂纹事故、1938年Hassel氏号桥坠落在A/Bert运河中的事故、1940至1945年美国战时标准船的脆性断裂事故、1943年GE工厂的球形氢气罐断裂事故、1944年East Ohio瓦斯公司圆筒形液化天然气罐爆炸事故等。文章指出，由于受到这些沉痛教训，为了防止类似事故发生，着重调查研究事故原因，经过总结提出了一些防止脆性断裂事故的措施及其方向；但三十多年中因为有的未能抓住发生断裂原因的实质，以致某些措施及其方向不能适应新的发展变化，现在从已提出的方案中选其值得深入探讨的重点介绍出来，以供研究探讨。

文章随后分述几种方案。其一为ASME（美国机械工程学会）标准第三章附录G和W.S.Pellini的措施方案。文章指出，过去美国ASME标准中的锅炉和压缩空气循环标准一直以W.S.Pellini的防止脆性断裂措施方案为基础制订，到了1972年又对ASME标准中的第四章附录G直接以断裂力学为基础作了修正；ASME标准基本上也是国际标准规范，日本JIS标准规范也部分采用了这个标准的重要部分，因而ASME标准的变动给日本JIS标准影响很大。文章解释Pellini方案以三种温度为基础：NDT（无塑性断裂转变温度）、FTE（塑性断裂转变温度，认为NDT+60°F即33.3℃是适合的）、FTP（塑性断裂转变温度，认为这个温度为NDT+120°F即26.6℃）；并说明以这个温度为基础的方案是二十年前提出的，由于ASME和美国原子能委员会采用而流传到世界许多国家。文章还指出Pellini后来作了修订，认为NDT、FTE、FTP的温度关系与钢板厚度无关是不对的，过去是对1吋左右钢板，至于3吋左右以上厚的必须采用FTE≈NDT+130°F（72℃）、FTP≈NDT+170°F（94℃）等公式，并将新旧方案合并画出FAD（断裂分析图）。文章还介绍现行附录G采用线性断裂力学方法，假定潜在龟裂大小并规定材料断裂韧性，以两者限制使用条件；规定钢板龟裂在板厚4至12吋时深度为板厚的1/4、长度为板厚的1.5倍，板厚超过12吋仍按12吋、等于4吋仍按4吋采用假定龟裂条件；材料断裂应力值KIR可从图2求得，图2横座标中间温度相当于0°F的RTNDT与Pellini方案中的NDT相同；图3为从另外文献引用来的同样试验结果，实际上阻抗龟裂（Arrest）试验结果起了很重要作用。文章还列公式说明假想龟裂尖端断裂强度值K可利用图4中的Mm求得，拉伸薄膜应力为Kim=Mm×薄膜应力，弯曲应力为K1b=Mb×最大弯曲应力，但Mb=2/3Mm，建议对一次应力乘以安全系数2，为此在一次膜应力和一次弯曲应力作用下使用基础公式2K1M+2K1b<KIR。文章还提到ASME规范第Ⅲ章所规定的“使用中的冷却钢材承压限度”检查方法，最长隔10年进行一次大检查，投产以后每隔3年、6年，在使用期间又分别安排进行中间检查，并认为按规定检查可以大大降低重大事故发生率，这个办法在原子能以外各个领域的安全措施上起较大作用。

其二为ESSO公司的方案。文章指出ESSO公司的方案在防止脆性断裂事故措施上与日本接近，在研究上作出较大贡献；从该公司在英国拨到限沾德茂的脆性断裂事故，在1955年前后由F.J.Feely等人进行了设计研究，提出以ESSO新研究的实验方法为基础的能用钢板韧性断裂标准方案，这个方案给各国影响较大，这次设计方面的研究也是由于该公司的型大厚度容器发生断裂事故而发起的。文章说明该方案在规定龟裂大小时采用涌泄前的裂口标准，不论什么原因产生的潜在龟裂都首先引起涌泄，对于这种现象不论龟裂大小都要求使用材料不致引起脆性断裂的断裂韧性方法；其半径等于板厚的半圆形潜在龟裂而引起漏泄，为便于处理，这和裂度等于厚度2倍、在板厚度方向贯通的裂纹相似；如果选用当加上负载时这个裂纹的尺寸不超过材料断裂韧性的材料，就能够确保断裂前的漏泄条件。文章还列试验结果和公式，如K1c=2.2[Sy(Cr-Sy/20)]^1/2，其中Sy为屈服点、Cr为V形摆式冲击试验吸收功；如果假定作用应力为屈服点的90%，由于裂纹长度为板厚的两倍，可将上式必要的V形摆式冲击吸收功变成简单公式Cv=t/2Sy+Sy/20，并如图8所示；为避免所需吸收功值过高，ESSO引进了AE检查（Acoustic Emission，声发射），图9左上范围是能满足前述要求、耐压试验时不需要实行AE检查的范围，中间区域是进行耐压试验时是否进行AE检查必须值得研究的范围，右下范围是耐压试验时必须实行AE检查的范围。文章解释，所谓AE检查法就是在塑性变形进行中所产生电裂、在生长的时候放出弹性波，将这个用压电体转换为电的功率输出，经过放大之后再进行检测的技术；如果将转换头放在适当位置进行AE观测，根据各个转换头到达AE的时间可以确定AE的发生位置；在耐压试验中产生许多AE位置是有电裂存在的可疑性时，将这些位置用超声波探伤或磁力探伤等做详细检查，确定其电裂位置后进行修理；如果实行这样AE检查，具有潜在裂纹的压力容器在使用中的断裂危险性则可显著减少；另外在耐压试验中如果检测出严重的AE状态，应马上停止耐压试验，以防发生脆性断裂事故。文章认为AE检查法是现在急待推行的一种检查法，ESSO公司的检查规范给日本制造压力容器工厂最大的补助，AE检查法可能在日本很快推广。

其三为F.M.Burdekin的方法。文章指出，F.M.Burdekin的方案在脆性断裂事故措施上适用断裂力学的各种措施方案中，可以说特别是对日本有很大影响；这个方案的特点是决定断裂条件的基础是采用COD（Crack Opening Displacement，裂纹尖端开口量）。文章说明，最近设计压力容器允许其局部达到引起全断面屈服条件，由于以彭注计算为基础做线性断裂力学计算，严格来说如将其用于达到塑性状态是错误的，故以COD作为发生的标准的补救方法；因此以COD来研究塑性状态下的断裂问题称为全塑性断裂力学（General Yielding Fracture Mechanics）。文章将Burdekin方案整理如图10，现在在贵阳部分以所产生的塑性应变为屈服应变的二倍来考虑；图10横座标轴上的值是由于把产生应变e用屈服应变ey来除得的商值，在横座标轴2的位置画一垂线，以求得与图中斜线的交点，从它的高度来求得无因次的cosδ′为1.75，在纵座标轴上所画的无因次式使其简化为关系式δ′=δ/2π·2ya，但式中a为裂纹尺寸，如把它改变一下，就变成为a=(√2πδ′)(δ/ey)；由于在这种情况下δ′=1.75，所以a=0.09(δ/ey)；如果根据试验求得的材料极限COD为δc，则在这个位置上所存在的最大容许裂纹尺寸amax可由amax=0.09(δc/ey)求得；现在如果使δc为0.3mm、ey(=Sy/E)为0.02，则可以求得amax为13.5mm。表2就是图10中所画出的在压力容器中有代表性的各个位置系数x0（相当于式0.09的值）；在表2中系数m5同时又表示系数mk，它虽不能够求得材料的COD，而能够求得在平面应变断裂韧性KIC情况下所使用的系数，已从amax=mk(K1c/σy)^2式中求出了允许缺陷尺寸；在弹性条件范围内计算mf和mk，准确地来说是不一致的，由于它是取的近似值，在表2上取得了与它相同的值；另外在图10与表2上在经过消除应力的退火处理状态（SR）和焊接后的自然状态（AW）来分别表示，考虑有焊接残余应力的存在，后者仅是以强变形eg作为过多地塑性应变状态来计算的；用这种方法所求得的裂纹尺寸是表面的裂纹尺寸，对于内部裂纹尺寸如图11所示。

文章最后作“综合分析”，认为F.M.Burdekin的方案是最近设计容许到塑性状态的依据，建议可以在充分防止脆性断裂事故措施的方向，但是在现在情况下对求出图10所用的基础实验尚未取得一致意见，有必要再进一步研究探讨，找出可靠依据；另外，极限COD与平面应变断裂韧性K1c相比作为材料常数的准确性不够妥当，由于裂纹存在位置的塑性限制有变化，还必须解决在不稳定断裂循环产生的延性裂纹问题，为了以COD作为断裂极限标准，尚须进一步研究探讨。文章还比较指出，美国机械工程学会附录G以及ESSO公司提出的方案，材料断裂韧性虽采取根据以裂纹阻抗或动的试验所求得的值，但F.M.Burdekin提出的方案是采用从静的试验结果求得的值（COD极限或KIC），从图3和图5中可看出这个差别很大；关于这一点认为除考虑动载荷作用的情况之外，在其使用环境中还要考虑氢脆或者没有进行消除应力的退火处理、焊接后直接进行耐压试验时其传播阻抗，或者作为其代用，必须采用以动的试验所求得的平面应变断裂韧性；在这些条件下，其潜伏裂纹在间断地微小范围内的不稳定断裂情况多有防护大，并且特别是在耐压试验时为防止发生断裂事故，希望应用AE检查。文章还指出，疲劳断裂达到某种程度时，对于满足不稳定条件而引起脆性断裂的情况，考虑采用以静的试验来求得断裂韧性；今后由于向更高的设计应力方向发展，所以疲劳裂纹的产生、发展的危险性较大，将由于疲劳裂纹引起的脆性断裂作为假想事故，这也是考虑其措施的一个方法。文章最后比较ASME附录G假设为非连续的潜伏裂纹、ESSO公司假设为发展为贯通的裂纹，并根据压力容器断裂事故统计调查结果指出，在使用中发生的断裂事故约有1/3穿透了容器壁（即漏了），假设存在部分的潜伏裂纹，必须认真做好中间检查以求早期发现裂纹；在管道系统中90%以上的事故都是开始由于不注意有裂纹而引起的，对此必须假设有穿透裂纹的存在，并制订防止引起脆性断裂或者延展性不稳定断裂的措施。

第二篇《在电渣重熔过程中交换电极的研究》由上海重型机器厂供稿，第三篇《大型锻件热处理车间的扩建问题》由第一设计院供稿，第四篇《有关国外大型铸锻造技术文摘介绍》由情报所资料室供稿；本次OCR仅见第一篇全文及目录，后三篇内容待补。总体而言，本集围绕大型铸锻件生产技术，重点介绍了国外防止脆性断裂事故的几种方案和断裂力学应用，涉及ASME标准附录G、Pellini方案、ESSO公司方案、Burdekin COD方案以及AE声发射检查等，对了解20世纪70年代大型铸锻件和压力容器断裂安全评定技术及其国外动态具有资料价值。本次仅见前20页，后续内容待补。