2.3　防止低温操作脆性断裂的总体思路、措施及其相关规定的制定依据［6］

为防止压力容器组件发生脆性断裂，对压力容器用钢都要由钢厂进行V形缺口夏比冲击试验并满足规定的冲击功要求。本节所述是指容器在低温操作经判别而有必要时由容器制造厂另做的防脆断措施。

2.3.1　防止低温操作脆性断裂的历史沿革

2.3.1.1　以经验为基础的方法

最早的ASME Ⅷ并未涉及防止容器的低温操作脆性断裂。在实际工程中，特别是在进行压力试验时发生了多起脆性断裂事故才逐步地引起注意，见图2-1，文献［6］列举了在1954～1984年间，容器在4～25℃进行液压试验时发生脆性断裂的典型事故。首次列入低温操作的防脆断措施是根据美国国家标准局对第二次世界大战期间发生的上百起船舶在低温环境下失效事故所得出的分析，为防止船舶和压力容器低温下的脆性断裂，要求材料制造厂将材料的V形缺口夏比试样的冲击功（CVN值）保持在15ft·lb（20J）以上，即采用传统的V形缺口夏比试样冲击试验结果作为应对材料防脆断能力的指标。但随着容器使用温度的降低，这一规定尚不足以应对材料的抗低温脆断，所以又规定操作温度低于-30℃的碳钢和低合金钢材料由容器制造厂在容器的最低设计温度下另行冲击，并按材料抗拉强度值的高低，列出V形缺口夏比试样的合格冲击功值。考虑到容器各组件所受应力水平较低时其抗脆断性能较好，所以又规定容器的操作温度虽然低于-30℃，但用2.5倍设计压力设计的容器，不需要由容器制造厂另做冲击试验。在当时，压力容器用材一般都属于中低强度钢，和船舶用材基本相似，所以这一措施在一段时期内为防止压力容器的脆断起到了一定作用。

随着中高强度、高强度钢在压力容器中的使用，采用传统的V形缺口夏比试样冲击试验结果作为对材料防脆断能力的指标这一做法的不足之处日益暴露，显然，强度高、延塑性差的材料和强度低、延塑性好的材料在冲击功的显示上可能不相上下，但两者的防脆断能力可能相差很大。见图2-2，曲线OABC分别为材料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的冲击力和试样受冲击时所引起的挠度的关系曲线，该曲线下所包围的面积即为冲击功。由图可见，高强度钢在断裂前的弹性变形功较大，但在断裂过程中的塑性变形功和阻止裂纹开裂并撕裂的功则比较小，而中、低强度钢恰好相反，结果三种材料的冲击功相近，但高、低强度钢的防脆断能力却相当悬殊，前者远不如后者。

此外，由弹性力学中关于平面应力和平面应变状态的分析可知，对于同一材料，当其较薄时，由于两自由表面不受约束，受载时在板表面附近的大部分材料在厚度方向容易变形，为两向应力即平面应力状态，呈现较好的防脆断性能；当其较厚时，除接近两自由表面处的少量材料外，离表面一定距离的大多数材料都受约束，受载时大部分材料在厚度方向不容易变形，为三向应力即平面应变状态，呈现较差的防脆断性能，这一现象对中、低强度钢表现得较为明显。所以，原来采用传统的V形缺口夏比试样冲击试验结果作为对材料防脆断能力的指标并不能如实地反映材料厚薄对防脆断能力的影响，从这一点看，也不尽合理。

2.3.1.2　以断裂力学为基础的方法

随着断裂力学分析方法的日益进展，人们认识到以断裂力学原理来分析既定材料在既定温度和应力水平、在冷加工后或焊接后进行热处理的情况、在既定尺寸的缺陷时是否会引起脆性断裂的方法，远比建立在既有经验基础上的控制CVN值在15ft·lb（20J）以上、以及当操作温度低于-30℃时要另加冲击试验的方法更合理、科学。

根据断裂力学原理，对于具有尺寸a的穿透性裂纹材料，在和裂纹长度方向相垂直的拉伸应力σ作用下，当裂纹尖端的应力场强度因子KI达到材料在相应温度时的临界应力场强度因子KIC时，该裂纹就开裂并失稳扩展，使材料脆性断裂。应力场强度因子KI可表示为

式中　σ——材料（组件）所受的拉伸应力；

a——在材料（组件）上和拉伸应力相垂直方向的裂纹尺寸。

在规范中，是由规范的制定者在规定的制造工艺和无损检测要求及其合格评定条件下，通过大量的经验积累和工程调查，认定在既定厚度的材料（组件）上，总是有其大小为厚度某一比值的裂纹。

材料的临界应力场强度因子KIC是材料的固有力学性能，和温度有关，可以由专门的试验测定。如果某一材料（组件）裂纹尖端处的应力场强度因子KI小于其相应温度时临界的应力场强度因子KIC，则说明裂纹不致开裂，该组件不可能发生低温脆断，所以不必对材料、结构、制造等采取防脆断措施，即虽然它在某一低温下操作，只要满足压力容器用钢的常规冲击功要求，也不必另行采取防脆断措施；如其KI大于KIC，则说明该组件即使操作温度不是很低，在满足压力容器用钢的常规冲击功要求后还是有可能发生低温脆断，必须采取包括测量并评定KIC在内另加的防脆断措施，并在结构和制造、检测和检验等方面全面按照低温容器的要求。但由于由试验确定KIC的过程甚为复杂，且KIC值也和温度有关，要测量不同温度下材料的KIC值不仅耗资巨大，还给工程应用带来诸多不便。为此，基于前人在一定条件下所得KIC值和V形缺口夏比冲击功CVN值在数值上的对应关系，可见ASME Ⅷ-3 D-600，将KIC值换算成CVN值，仍然用测量并评定CVN值的形式出现。

对低温操作时另由容器制造厂采取防脆断措施的这一思想，最早出现于ASME Ⅲ和ASME Ⅷ-2，随后，ASME Ⅷ-1的1987年增补版也采用了这一思想，并于1989年起纳入规范正文，一直至今。

2.3.2　ASME Ⅷ-1的低温操作防脆断措施分析［7］

此处主要介绍碳钢和低合金钢的防脆断措施。

2.3.2.1　是否采取防脆断措施的判断以及冲击试验温度的确定

（1）未经各项调整时的判断　根据上述以断裂力学原理的ASME Ⅷ-1是否需要采取防脆断措施的分析，从思路上说，可以由材料种类、组件厚度（代表缺陷尺寸）、最低金属设计温度、应力水平（满强度时以材料的许用应力值表示），计算出该带缺陷组件的应力场强度因子KI，并将KI和同温度时材料的固有力学性能KIC相对比，看KI是大于还是不大于KIC，以判别要还是不要采取防脆断措施。规范已根据这一思路，作出了是否采取防脆断措施的判别图，见图2-3。该图以设计组件时的最低设计金属温度MDMT（minimum design metal temperature）为纵坐标，组件的控制厚度为横坐标，A、B、C、D四条曲线代表四组不同类型的材料，其防脆断性能的优良程度依顺序递增。可以由组件的最低设计金属温度MDMT、控制厚度查找相应材料的曲线，当MDMT和控制厚度组合的相交点位于相应材料曲线上或上方时，说明该材料在此温度时不会发生脆断，所以在满足由材料生产厂所做的冲击试验并满足规定的冲击功后，不必由容器制造厂另行采取防脆断措施，在规范中谓之可以免除（exemption，豁免）冲击试验；相反，当MDMT和控制厚度的相交点位于相应材料曲线的下方时，则说明该材料有可能发生脆断，故必须由容器制造厂采取包括在该MDMT时进行冲击试验在内的相应的防脆断措施。并根据要求KI小于其临界的应力场强度因子KIC的原理，对不同材料规定了相应的CVN合格值。

将能用于建造按ASME Ⅷ-1规范的所有碳钢和低合金钢，按其防脆断性能的优劣分别划归为不同的曲线并说明，某些材料如经细晶化和正火处理，因防脆断性能改善而可以升高一档。

（2）计及各项措施时判断温度和冲击试验温度的调整　上述（1）中所述未经各项调整时的判断并未计及受压组件的某些实际情况，例如，组件一般不至于在满强度时操作，同样材料，在低于满强度的应力水平下操作，其发生脆性断裂的可能性必然比在满强度应力水平下操作时小；进行了焊后热处理的组件，其防脆断性能会有所改善；对同样材料，厚材和薄材会呈现出不同的防脆断性能；对某些中、低强度材料，由于其防脆断性能较好，所以可予以免除冲击试验的条件可以略有不同；冲击试验总是在快速加载条件下完成的，实际上和测定KIC的慢速加载条件略有区别等。由于这些实际存在的情况，所以应对这些情况逐一进行考虑，或对按图2-3的判断温度做出调整，或对冲击试验温度或允许使用的最低温度做出调整。

①计及组件所处应力水平高低对判断温度的调整。由应力场强度因子KI的表达式可知，组件所处应力水平的高低直接影响到KI值的大小。上述（1）的判断是在组件处于满强度时做出的，当组件处于低应力状态时，无疑可以改善其防脆断性能，也就是需要进行冲击试验的判别温度可以调低。规范规定，对于MDMT不低于-48℃的组件，已做出了随着组件应力水平的降低、需要进行冲击试验的判别温度可予以降低多少值的关系图，见图2-4。图中以组件所需要的厚度对有效厚度之比trE*/（tn-c）为纵坐标，tr为该组件按规范规定计算所得的需要厚度，tn为该组件的名义厚度，两者之比即代表组件所处的应力水平；以温度值为横坐标，表示需要进行冲击试验的判别温度可予以降低的值，对此规定，也可理解为如确定组件厚度的最大一次总体薄膜应力能直接求得者，例如内压圆筒、锥壳和球壳，则为该组件的最大一次总体薄膜应力与其材料在设计温度下许用应力之比。对于不是以厚度而是以最大许用压力（MAP）表示其所能承载能力的组件，例如法兰，则不用厚度，而常用额定压力表示其所能承载的能力，则图2-4的纵坐标用设计条件的MDMT时组件最大设计压力P对标志在铭牌上MDMT时组件最大许用压力（MAP）之比表示；对一般不承受总体一次薄膜应力的组件，例如平封头、管板等，和法兰相同，也用组件最大设计压力P对MAP之比表示，此时其MAP的定义是，以该组件的有效厚度并取在铭牌上许用温度时的许用应力代入设计公式所求得的压力，它实际上也代表了元件所承受的应力水平。规范在其UCS-66（b）（1）（-b）节和图UCS-66.2中对此有详细说明。

某些中、低强度的碳钢和低合金钢，在满足规范规定的全部条件时，冲击试验不是强制性的。这些条件包括材料类别、元件厚度、必须按规范的规定完成压力试验以及交变或冲击性载荷不作为在设计中起决定性作用的载荷等，具体可见ASME Ⅷ-1 UG-20（f）。其实该节的规定是原来所采用经验法对某些中、低强度钢仍然适用的保留。

如经调整后不需做冲击试验，则不存在冲击试验温度，但该组件的最低允许使用温度可按所调低的值降低；如经调整后仍要求做冲击试验，则仍在设计条件给定的MDMT时做冲击试验，该组件的最低允许使用温度也可按所调低的值降低。

如MDMT低于-48℃，除非按图2-4所得的应力水平小于0.35，或按下面②进行额外的焊后热处理，否则所有材料都应做冲击试验。

应力水平小于0.35时，如MDMT低于-48℃但不低于-105℃，则所有碳钢和低合金钢无须做冲击试验。

②当对承压焊缝进行了不是由于规范规定所要求的（即额外的）焊后热处理时，在一定条件下免除冲击试验的温度可予以降低。焊后热处理可以改善材料的金相组织，并降低甚至消除因冷、热加工所引起的残余应力，从而提高其防脆断性能。所以在UCS-68（c）中规定对P-No.1材料，其免除冲击试验的最低温度可降低30℉，得出的免试温度可以低于-55℉（-48℃）。

③采用小尺寸试样时对冲击试验温度的调整。鉴于材料的厚材和薄材在抗脆断性能上的不同表现，为避免用户故意对厚材制作非标准尺寸小试样以获取虚高的CVN值，所以规定故意采用小尺寸试样时应对冲击试验温度进行调整。

规范在UG-84（c）（5）中规定，凡组件厚度足以制作截面为10mm×10mm的标准尺寸试样时，应制作10mm×10mm的标准尺寸试样。对于最小抗拉强度小于655MPa的材料，当组件厚度等于或大于10mm，但所制作试样的宽度不足8mm时，则试验温度应比设计时采用的最低温度（MDMT）低，其所低的值由表2-4确定；当组件厚度小于10mm时，规定所制作的最大V形缺口试样其宽度不小于材料公称厚度的80%时才不要求对冲击试验温度进行调整，如制作的最大V形缺口试样其宽度小于组件厚度的80%，则规定试验温度应比设计时采用的最低温度（MDMT）低，其所低的值等于组件实际厚度由表2-4对应的温度降低值与试样实际宽度由表2-4对应的温度降低值之差；这一调整反映了因所取试样较薄、钢材呈现出防脆断性能有所改善而对试验温度所做的调低，以冲抵对同一材料因采用小尺寸试样所得CVN值的偏高，这一规定避免了人为地故意制作小尺寸试样而导致CVN值的虚高。

举例说，如材料厚度为7.5mm，现取试样不小于7.5mm的80%即6mm，则由上面规定，试验温度不必调低。但如试样取为5mm，则7.5mm时由表UG-84.2所得的降低值为3℃，但试样为5mm，则由规范中表UG-84.2按5mm查得降低值为11℃，按本节规定，材料厚度为7.5mm但所做试样为5mm时，则冲击试验温度应按11℃-3℃=8℃降低。

规范在UG-84（c）（3）中规定，若制作时获得的V形缺口夏比冲击试样宽度小于2.5mm时，则不要求做冲击韧性试验，但其设计金属温度不得低于-48℃。

④冲击试验和静加载试验加载速度不同的影响。容器的承载和测量KIC时的静加载基本上不存在加载速度的差别，但用冲击试验测量CVN值的加载速度和容器承载或测量KIC时的静载则差别很大。以断裂力学原理来确定是否采取防脆断措施的思路是以材料的临界应力场强度因子KIC来判别的，只是由于测量KIC值既费时又不经济，所以才采用在数值上和KIC值有一定关系的冲击试验CVN值表示。对于高强度钢，由于其抗脆断性能较差，所以加载速度的差别对材料所呈现的防脆断性能差别并不太明显，但对于延性甚好的中、低强度钢，由于其抗脆断性能较好，则慢速加载时会呈现比快速加载时更高的CVN值。所以，对于中、低强度钢，为调整因采用冲击试验所得CVN值和慢速加载时所得KIC值之间的差异，应将冲击试验温度适当提高，即提高其CVN值以弥补两者间的差异。规范根据材料的屈服强度值，列出了冲击试验温度可以高于最低设计金属温度的值，见表2-5。

除上述这些规定外，规范对螺栓的冲击试验要求另在图UCS-66的下方用列表方式表示；对标准法兰的冲击试验要求在UCS-66（c）节表示；并规定对厚度不大于2.5mm的碳钢和低合金钢，不要求做冲击试验，但其设计金属温度不得低于-48℃；除螺栓材料外，最小屈服强度大于450MPa的碳钢和低合金钢，必须做冲击试验，但如处于低应力状态，其允许的最低设计金属温度可按以下所述予以降低：当由图2-4所得的相应比值为0.35或更小时，应不低于-104℃，当相应比值高于0.35时，应不低于冲击试验温度减去在图2-4中所允许的降低值，且都不应低于-104℃；规范在UCS-66（g）节规定，某些碳钢和低合金钢［列于规范中图UG-84.1注（c）］，按其标准要求生产并做冲击试验者，当其MDMT不比材料标准要求的冲击试验温度低3℃时，可免除冲击试验。据此规定可理解为，如MDMT和材料标准要求的试验温度相比低3℃以上时，则也应按UCS-66的规定判别，必要时由容器制造厂另做冲击试验。

某些中、低强度的碳钢和低合金钢，在满足规范规定的全部条件时，冲击试验不是强制性的。这些条件列在规范UG-20（f）中。例如，对P-No.1的1或2组材料，当为图2-3中A曲线的材料时，如厚度不大于13mm，当为图2-3中B、C、D曲线的材料时，如厚度不大于25mm，若设计温度不高于345℃、不低于-29℃，冲击载荷和交变载荷不作为控制性的设计要求，且对完工容器进行了液压试验，则冲击试验不是强制性的，这些规定实际上是对原来经验方法的部分保留。

如材料厚度大于图2-4所表示的极限值（即150mm），且MDMT低于该图所表示的上限值（即48℃）时，所有材料都应做冲击试验。

现以容器中某厚度的元件1、采用B曲线表示的材料为例，说明规范在防脆断措施上的应用，并以图2-5表示。

设计容器时所取的最低设计金属温度（MDMT），即未经调整的判别温度分别用水平线表示。如MDMT1位于B曲线上或上方时，则可以免除冲击试验；如MDMT2位于B曲线以下时，则需要进行冲击试验，但如果属低应力状态或规范对承压焊缝并未要求焊后热处理而实际上进行了焊后热处理时，则对是否进行冲击试验的判别温度可以由曲线的相交点予以调低，即相当于将材料曲线向下平移，如果经调整后判定不需做冲击试验，则不存在冲击试验温度；如果经调整后判定仍然需做冲击试验，除下面所述要对冲击试验温度进行调整外，组件的冲击试验温度仍然为该MDMT2，其示意见图2-5右侧的冲击试验温度。如果经各种调整后判别不需或仍然需要做冲击试验，则都以经各种调整后的判别温度作为元件1所允许的（或称许用的）最低设计金属温度，即体现了因低应力或经额外的焊后热处理改善了防脆断性能而允许用于更低的温度。

当采用小尺寸非标准尺寸试样进行冲击试验时，冲击试验温度应按表2-4调低；当属于中、低强度钢时，冲击试验温度可按表2-5调高。如属此种情况，都应以调整后的冲击试验温度进行冲击试验。其示意见图2-5中右侧冲击试验温度的调低或调高。

类似地，对元件2或元件3也可以由其控制厚度及材料曲线做出同样的判别，经各种调整后的判别温度作为元件2所允许的（或称许用的）最低设计金属温度，并相应地确定冲击试验温度或调整后的冲击试验温度。

最后，取该容器各组件所允许的最低设计金属温度中的最高值作为该整个容器的所允许的最低设计金属温度并标志在容器铭牌上，意指为防止发生脆断，该容器的操作温度不允许低于此值。在进行压力试验时，也以此容器所允许的最低设计金属温度并适当予以提高（加17℃）为进行压力试验温度的最低值。作为特例，UCS-160规定了操作时可以低于此值的条件，但即便如此，操作温度也不得低于-105℃。

2.3.2.2　冲击功的合格值

各种不同的材料，其冲击功的合格值各不相同。ASME Ⅷ-1在UG-84（C）（4）（-a）中规定，对于最小抗拉强度小于655MPa的材料，由10mm×10mm标准尺寸试样所得的冲击功CVN合格值由图2-6确定，由小尺寸非标准试样（包括元件厚度不足以制作标准尺寸试样而做了尺寸小试样，或虽然元件厚度足够，但由于种种原因而做了小尺寸试样的）所得的冲击功合格值都可由标准尺寸试样的合格冲击功值乘以试样宽度对全尺寸试样宽度（10mm）的比值确定。

对高强度碳钢和低合金钢（最小抗拉强度≥655MPa的UCS材料）以及经热处理提高材料抗拉性能的铁素体钢（UHT材料），由图2-2的示意可知，虽然CVN值较高，但其中断裂前弹性变形功所占比例较大，而使裂纹产生及扩展的塑性变形功和撕裂功则较小，为保证防止裂纹产生及扩展的塑性变形功和撕裂功也有一定值，所以规范规定不是以V形缺口夏比冲击功值而应按UHT-6进行试验，其合格指标并非CVN，而为缺口对面的最小侧（横）向膨胀值。在UG-84（C）（4）（-b）中规定，对于最小抗拉强度等于大于655MPa的材料，在冲击断裂后缺口对面部位处的最小侧向膨胀的合格值应按UHT-6（a）（3）和UHT-6（a）（4）的要求，即按图2-7确定（历版译文对lateral expansion opposite the notch都表示为缺口相对部位处而不是缺口对面处，使执行者难以理解）。相应地，在UHT-6（a）（2）中表示，此时对试样的试验方法，试样尺寸、位置和方向等均和中、低强度钢的要求相同。但因为高强度钢采用按图2-7的值评定其合格与否，所以对中、低强度钢因采用小尺寸非标准试样进行冲击试验要求对冲击试验温度的调低不再适用；此外，考虑到加载速度对低强度材料防脆断性能影响的、按表2-5将冲击试验温度予以调高的措施也不再适用，为此规范在其UHT-5（c）节中规定，试验温度不应高于最低设计温度且不高于0℃，并随后对低应力水平时相应允许的最低设计金属温度作了规定。规范也未提及如做小尺寸非标准试样时按图2-7评定断裂后缺口背面部位处的侧向膨胀合格值和试样尺寸的关系，图2-7的横坐标由0作起、而图2-6的横坐标则由10mm作起并说明是全尺寸试样的合格值，据此可理解为都按图2-7评定，与试样尺寸无关。

对高合金钢，规范在其UHA-51节中表示，当需要做冲击试验时，也以缺口对面部位处的最小侧向膨胀值进行判别。

ASME Ⅷ-1中关于最低设计金属温度（MDMT）的表述对国内初学者来说可能是比较“含糊”的，它把各种不同情况下各具有不同含义的MDMT都用同一符号表示，使用户难以区分。笔者理解，规范所涉及的MDMT主要有如下四个含义。

一是由设计条件给定的，即该容器使用的MDMT（即供判别要否冲击试验用的，包括低应力和经额外焊后热处理时的调整），如经调整或未调整的判别要求做冲击试验，则都在设计条件给定的MDMT温度下冲击，该元件就可用于该MDMT。

二是各元件允许使用温度（MDMT），可按上述调整值予以降低；如调整判别后不需冲击，则允许使用温度可按调整值降低；如调整前经判别不需做冲击试验，经调整后当然不需冲击，其允许使用温度MDMT也可按调整值降低。

三是各元件冲击试验的MDMT［指对上述一给定的、经判别要求做冲击试验的，包括故障做小试样的调低和低强度钢调高后的］，如经判别或调整判别不需冲击，也就不存在冲击试验的MDMT。

四是上述二中各元件允许使用的MDMT（经调整或未调整的）中的最高值，作为打在容器铭牌上（整个容器的）和MAWP共存的MDMT，此值一般都低于上述一由设计条件给定的MDMT，但不允许高于它。

举例说，ASME Ⅷ-1在UCS-66（b）（1）（-b）中有一段，涉及两个不同含义的MDMT，如不加区分，会引起误导。原文为：The ratio used in step 3 of Fig.UCS-66.2 shall be the ratio of maximum design pressure at the MDMT to the maximum allowable pressure（MAP）of the component at the MDMT.此处前一个MDMT是指作为设计条件的MDMT，后一个则是标志在该组件铭牌上的MDMT。

在确定容器的最大许用工作压力（MAWP）以及和操作压力或最大许用工作压力相对应的容器的最低允许设计金属温度（MDMT）时，都要根据整个容器各个组件所能承受的最大压力以及所能允许的最低使用温度来确定，规范虽然对“整个容器各个组件”究竟指哪一些并未说明，但笔者认为应理解为包括开孔接管在内，也就是说如对圆筒上的开孔接管，若在设计时对圆筒或接管采用了比所需厚度大的厚度，则对圆筒和接管所能承受的最大压力必较设计压力为高，因为降低了应力水平，所以其最低允许设计金属温度必然比最低设计温度低，但如果开孔接管处的补强结构设计时并无裕量，即它只能承受设计压力和相应的最低设计温度，则尽管其他各组件都可调高其所能承受的最大压力并调低其最低允许设计金属温度，整个容器的最大许用工作压力只能是设计压力，其最低允许设计金属温度也只能是最低设计温度。实际上，和其他组件在设计中总会有或大或小的裕量相似，在开孔接管处的补强结构设计时也会有或大或小的裕量，所以也可根据因存在裕量而可承受较高的压力、允许在更低的温度下操作的原理来确定其所能承受的最大压力以及所能允许的最低使用温度。对此，规范仅在其UCS-66（b）（1）（-b）中提及：此时组件的低应力水平应是在设计条件下的MDMT的最大设计压力对标志在该组件铭牌上的MDMT时的最大许用压力（MAP）之比。并在其图UCS-66.2的注8中提及，MAP的定义是：以该部件名义厚度减去腐蚀裕量并用在设计条件下的MDMT时许用应力代入设计公式所求得的压力。对开孔接管结构，其“设计公式”即为由补强设计所规定的满足补强的条件。ASME Ⅷ-1的等面积补强法虽然未提及这一点，但是在ASME Ⅷ-2的压力面积应力法开孔补强设计中，则规定了可按开孔补强设计原理来确定其最大许用工作压力的方法，即是据此而得，可见本书17.2节。由此可见，对此如确如笔者的这一理解，在确定容器的最大许用工作压力（MAWP）以及和操作压力或最大许用工作压力相对应的容器的最低允许设计金属温度（MDMT）时，对容器各组件都进行逐一计算是极为繁复的。

要指出的是，此处所指的低温操作也包括了在室温附近的压力试验操作，由图2-3的判别曲线可知，对于曲线A的材料且厚度甚大时，甚至在48℃左右都有可能发生脆断，所以规范对压力试验时的金属温度作了严格的限定：要求保持在铭牌上所表示容器允许的最低设计金属温度并加17℃，但不需超过48℃，即出于保护容器在压力试验时不致发生脆断的目的。所以，对于并非低温操作的一般容器，在对各组件选定材料并确定厚度后，也要对各组件按本章的规定逐一确定其最低允许的金属温度，并取各件中的最高值作为容器允许的最低设计金属温度（MDMT），和容器的最高允许工作压力（MAWP）一起盖在铭牌上，以便在压力试验时作为控制值。

2.3.2.3　从防脆断出发的有关配套措施

按判断需要由容器制造厂进行冲击试验的容器，意指该容器属于“低温容器”，除对材料的防脆断性能有所要求外，还应对容器的结构、制造和试验规定以相应的配套措施。

（1）结构方面的限定　UW-2（b）对这类容器的焊接接头作出以下限定：碳钢和低合金钢容器的所有A类接头应是（1）型接头，即采用双面焊或能达到从内外面熔敷焊缝金属同等质量的其他方法焊接的对接接头。所有B类接头应是（1）型或（2）型对接接头。所有C类接头应是贯穿整个接头截面的全焊透焊缝（对接或角接）。所有D类接头应是贯穿容器或接管壁整个厚度的全焊透焊缝（对接或角接）。

（2）制造方面的限定　UCS-68（b）规定，当MDMT低于-48℃且由低应力状态定义的应力水平比值大于或等于0.35时，或当本册其他规则有要求时，焊接接头应按规定的热处理工艺进行焊后热处理，以改善接头组织并消除残余应力。

UCS-67规定，在该节所列出的情况时，焊接工艺评定中应包括对焊缝和其热影响区的冲击试验。

UCS-79（d）规定，除了对P-No.1和P-No.2以及P-No.15E材料外，冷作成形的碳钢和低合金钢筒节、封头和其他承压部件，当最大纤维伸长率比轧制状态大5%者，应进行成形后热处理，以消除残余应力，虽然这一规定并不专门针对“低温容器”，但显然对此类容器尤应关注。例如，对P-No.15E碳钢和低合金钢，在冷成形后根据规范表UCS-79-1所示的最大纤维伸长率以确定热处理。

（3）压力试验方面的限定　UG-99（h）、UG-100（c）规定，在液压或气压试验期间，金属温度应至少保持在允许的最低设计金属温度以上17℃，但无须超过48℃，以减小脆性破坏的危险。液压或气压试验期间金属温度应至少保持在允许的最低设计金属温度以上是为防止发生意外断裂而为之，并加17℃是出于在试验状态时应力高于设计状态而留出的安全裕度。由图2-3可见，对于各种材料和厚度，在48℃时已不致发生脆断，所以规定试验时的金属温度无须超过48℃。

2.3.2.4　是否采取防脆断措施时所用控制厚度的确定

在按照图2-3冲击试验免除曲线进行判断时，对壳体、封头、接管、人孔、补强板、法兰、管板、平盖板、永久保留的焊接衬垫和焊接到受压组件上的对容器的结构完整性必不可少的连接件等组件均须作为单独组件对待，由其控制厚度tg（governing thickness）、设计时采用的MDMT以及相应的材料曲线进行判别。

（1）焊接件的控制厚度［规范UCS-66（a）（1）节］　对接接头（不包括平封头和管板的对接接头）：为最厚焊接接头的名义厚度（历版译文对nominal thickness of the thickest welded joint都表示为最厚件的公称厚度，而不是最厚焊接接头的公称厚度，导致在按图2-8确定焊接件的控制厚度时完全出错），见图2-8。

由图2-8可见，对组件A（封头），如为无缝结构，则仅有和筒体对接的一个接头①，图中已说明tg1=tA，故其控制厚度即为tA；如为拼接结构，则包括了封头的对接拼接以及和筒体对接的两个接头，但两个接头的名义厚度相同，都可用①表示，所以和无缝结构相同，图中已说明tg1=tA，故其控制厚度也为tA。对组件B（筒体），如为无缝结构，则仅有和封头对接的一个接头①，图中已说明tg1=tA，故其控制厚度即为tA；如为拼接结构，则包括了筒体的对接拼接接头②以及和封头的对接接头①，故按上述为最厚焊接接头名义厚度的规定，应取tg2=tB。

角接接头、填角接头或搭接接头以及上面所提及的对容器的结构完整性必不可少的连接件：为相焊件中较薄的厚度，见图2-9。

由图2-9可见，如以壳体对接管之间的角接接头①为例，图中已说明tg1=tA或tC中的较薄者；对接管和补强圈之间的角接接头②以及补强圈和壳体之间的填角接头③，也可按图中的说明确定各接头的控制厚度。由各接头的控制厚度可以对各组件进行判别并确定各组件允许的最低设计金属温度。由于此例中涉及三个组件，规范对此又规定：对两个以上的焊接组件（如接管与壳体带补强板的接头），应确定每个单独焊接接头的控制厚度和允许的最低设计金属温度，以各允许的最低设计金属温度中的最高值作为该焊接组件允许的最低设计金属温度。

（2）铸件的控制厚度［UCS-66（a）（1）（-b）］　为它的最大名义厚度。

（3）平的非焊接件，如螺栓连接的法兰、管板和平封头［UCS-66（a）（1）（-c）］　为平板件厚度的1/4。

（4）非焊接连接带法兰的凸形封头［UCS-66（a）（1）（-d）］　为1/4法兰环厚度或封头曲面部分最小厚度中的较大者。

在ASME PTB-4-2013的实例手册中［8］，对常用元件、组件是否进行冲击试验的判别，以及确定其许用MDMT列出了详细流程。

2.3.3　对理解规范关于防脆断措施相关规定时的注意点

由上可知，规范的现行防脆断措施是指在满足由材料制造厂进行的压力容器用钢常规冲击功要求后，在低温（并未划定温度界限）操作时由容器最低设计金属温度、受载件应力水平、受载件厚度、材料类别等所确定的应力场强度因子KI进行判别，视其是否达到临界应力场强度因子（和温度有关）KIC而判断是否需要由容器制造厂另加在该温度时的冲击试验。所以ASME Ⅷ-1将最为常用的碳钢和低合金钢的防脆断措施列在UCS-65起的“低温操作”中，相应地，对低温的温度也未划定界限，当然更无“低温容器”一说（由上面的分析可知，对碳钢和低合金钢，只要在48℃以下，都要按UCS-66节的规定实施）。