Cryogenic vessels -- Toughness requirements for materials at cryogenic temperature

ISO 21028-2:2018 specifies the toughness requirements of metallic materials for use at temperatures between −20 °C and −80 °C to ensure their suitability for cryogenic vessels. This document is applicable to fine-grain and low-alloyed steels with specified yield strength ≤460 N/mm2, aluminium and aluminium alloys, copper and copper alloys and austenitic stainless steels. NOTE For steel materials listed in EN 13445‑2 or EN 13480‑2 or for steel materials and weldings complying with the same fundamental safety requirements, the requirements for prevention of brittle fracture at low temperatures according to EN 13445‑2:2014, Annex B, method 2, or EN 13480‑2:2012, Annex B, method 2 can be applied.

Récipients cryogéniques -- Exigences de ténacité pour les matériaux à température cryogénique

L'ISO 21028-2:2018 spécifie les exigences de ténacité des matériaux métalliques utilisables ŕ une température comprise entre −20 °C et −80 °C pour assurer leur aptitude ŕ l'emploi pour les récipients cryogéniques. Il est applicable aux aciers ŕ grains fins et aux aciers faiblement alliés avec une limite d'élasticité spécifiée ≤ 460 N/mm2, ŕ l'aluminium et aux alliages d'aluminium, au cuivre et aux alliages de cuivre et aux aciers austénitiques inoxydables. NOTE Pour les matériaux en acier répertoriés dans l'EN 13445‑2 ou l'EN 13480‑2 ou pour les matériaux en acier et les soudures conformes aux męmes exigences fondamentales de sécurité, les exigences relatives ŕ la prévention de la rupture fragile ŕ basse température, conformément ŕ l'EN 13445‑2:2014, Annexe B, méthode 2, ou ŕ l'EN 13480‑2:2012, Annexe B, méthode 2 peuvent ętre appliquées.

General Information

Status
Published
Publication Date
18-Mar-2018
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
10-Dec-2017
Completion Date
19-Mar-2018
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ISO 21028-2:2018 - Cryogenic vessels -- Toughness requirements for materials at cryogenic temperature
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21028-2
Second edition
2018-03
Cryogenic vessels — Toughness
requirements for materials at
cryogenic temperature —
Part 2:
Temperatures between -80 degrees C
and -20 degrees C
Récipients cryogéniques — Exigences de ténacité pour les matériaux
à température cryogénique —
Partie 2: Températures comprises entre -80 degrés C et -20 degrés C
Reference number
ISO 21028-2:2018(E)
ISO 2018
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ISO 21028-2:2018(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2018

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
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Fax: +41 22 749 09 47
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 21028-2:2018(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols .......................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Requirements for steels with specified yield strength ≤460 N/mm ............................................................3

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 3

5.2 Temperature adjustments ............................................................................................................................................................. 4

5.3 Procedure for base material <10 mm thick ......... ........................................................................................................... 4

6 General test requirements ......................................................................................................................................................................... 5

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 5

6.2 Sub-sized specimens .......................................................................................................................................................................... 5

6.3 Sub-sized specimens for components from which it is impossible to extract

specimens of section size equal to reference thickness ...................................................................................... 5

7 Welds ................................................................................................................................................................................................................................6

8 Requirements for aluminium and aluminium alloys, copper and copper alloys and

austenitic stainless steels ............................................................................................................................................................................6

Annex A (informative) Case proposal — Technical justification for temperature

adjustment term ................................................................................................................................................................................................19

Annex B (informative) Example of calculation of the lowest temperature authorized

during operation ...............................................................................................................................................................................................22

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................23

© ISO 2018 – All rights reserved iii
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ISO 21028-2:2018(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following

URL: www .iso .org/ iso/ foreword.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 220, Cryogenic vessels.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 21028-2:2004), which has been

technically revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:

— tables and figures on impact test temperatures and design reference have been modified;

— Annex B has been added to present an example of calculation of the lowest temperature authorized

during operation.
A list of all parts in the ISO 21028 series can be found on the ISO website.
iv © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 21028-2:2018(E)
Introduction

The use of materials at low temperatures entails special problems which should be addressed.

Consideration should be given, in particular, to changes in mechanical characteristics, expansion and

contraction phenomena and the thermal conduction of the various materials. The most important

property to be considered is the material toughness at low temperature.
© ISO 2018 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 21028-2:2018(E)
Cryogenic vessels — Toughness requirements for materials
at cryogenic temperature —
Part 2:
Temperatures between -80 degrees C and -20 degrees C
1 Scope

This document specifies the toughness requirements of metallic materials for use at temperatures

between −20 °C and −80 °C to ensure their suitability for cryogenic vessels. This document is applicable

to fine-grain and low-alloyed steels with specified yield strength ≤460 N/mm , aluminium and

aluminium alloys, copper and copper alloys and austenitic stainless steels.

NOTE For steel materials listed in EN 13445-2 or EN 13480-2 or for steel materials and weldings complying

with the same fundamental safety requirements, the requirements for prevention of brittle fracture at low

temperatures according to EN 13445-2:2014, Annex B, method 2, or EN 13480-2:2012, Annex B, method 2 can be

applied.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 148 (all parts), Metallic materials — Charpy pendulum impact test

ISO 9016, Destructive tests on welds in metallic materials — Impact tests — Test specimen location, notch

orientation and examination
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
3.1
minimum metal temperature
lowest temperature defined for each of the conditions:
— temperature during normal operation;
— temperature during start-up and shut down procedures;
— temperature which may occur during possible process upsets;
— temperature which may occur during pressure or leak testing;
— ambient conditions.
© ISO 2018 – All rights reserved 1
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ISO 21028-2:2018(E)

Note 1 to entry: See also temperature adjustment term (3.2) and design reference temperature (3.3).

3.2
temperature adjustment term

term relevant to the calculation of the design reference temperature, T (3.3) and dependent on the

pressure-induced principal membrane stress at the appropriate minimum metal temperature

3.3
design reference temperature

temperature used for determining the impact energy requirements themselves, determined by adding

the temperature adjustment term, T (3.2) to the minimum metal temperature, T (3.1):

S M
TT=+T
RM S

Note 1 to entry: All applicable combinations of the temperatures T and T are to be considered and the lowest

M S

possible T value used for the determination of the required material impact test temperature (3.4).

3.4
impact test temperature
temperature at which the required impact energy has to be achieved
Note 1 to entry: See Clause 5.
3.5
impact energy
energy determined from Charpy V-notch tests

Note 1 to entry: These tests are performed in accordance with ISO 148 (all parts).

3.6
reference thickness

thickness of a component used to relate the design reference temperature, T (3.3) of the component

with its required impact test temperature, T (3.4)

Note 1 to entry: The reference thickness is based on the nominal thickness (including corrosion allowance) and

can be as defined in Table 6. For butt-welded components, it is the nominal wall thickness of the component at the

edge of the weld preparation.
Note 2 to entry: See Figures 1 to 5.
4 Symbols
Symbol Definition Unit
A-W as-welded
a depth of the defect mm
e wall thickness mm
e reference thickness mm
KV impact energy J
2 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 21028-2:2018(E)
K stress intensity factor J
K critical stress intensity J
K constant 25 MPa√m
PWHT post-welded heat-treatment
R yield point N/mm or J
R proof stress N/mm or J
SMYS specified minimum yield strength N/mm
t component thickness mm
T impact test temperature °C
T minimum metal temperature °C
T design reference temperature °C
T temperature adjustment term °C
β constant 1/60
σ stress coefficient
π coefficient
ΔT correction term °C
5 Requirements for steels with specified yield strength ≤460 N/mm
5.1 General

This method, based on fracture mechanics, may be used to determine the requirements to avoid brittle

fracture in C, CMn, fine-grain and low-alloy steels with a SMYS ≤460 N/mm .

In this procedure, the impact test temperature, T , is not equal to the design reference temperature, T .

KV R

Parent material, welds and heat-affected zones shall meet the impact energy (KV) and impact test

temperature, T , requirements given in Table 1 for design reference temperatures, T , and reference

KV R

thicknesses. Values of T shall be calculated from T using the values of T given in 5.2.

R M S

For materials with SMYS ≤310 N/mm , the impact energy at T given in Figure 1 and Figure 2 shall

be 27 J.

For materials with a SMYS >310 N/mm , the impact energy at T given in Figure 1 and Figure 2 shall

be 40 J.

Where 27 J is specified in the product standard, Figure 3 for the post-weld heat-treated condition

applies.
2 2

For the as-welded case with SMYS in the range >310 N/mm and ≤360 N/mm , Figure 4 applies.

For minimum yield strength >360 N/mm , Figure 5 applies.
© ISO 2018 – All rights reserved 3
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ISO 21028-2:2018(E)
Table 1 — Impact energy requirements
Specified min. yield Required impact energy
strength of base KV (on 10 mm × 10 mm Figure defining required T
material test pieces)
Non-welded/
As-welded
N/mm J Post-weld heat-treated
(A-W)
(PWHT)
≤310 27 1 2
40 1 2
>310 to ≤360
27 3 4
40 1 2
>360
27 3 5
5.2 Temperature adjustments

T is a temperature adjustment which may be used if the pressure-induced principal membrane stress

does not exceed the percentage of the maximum allowable design stress or 50 N/mm given in Table 2.

Table 2 — Temperature adjustments
Percentage of maximum allowable design stress Membrane stress
Condition
>75 % to ≤100 % >50 % to ≤75 % ≤50 % ≤50 N/mm
Non-welded, final post-
0 °C +10 °C +25 °C +50 °C
weld heat treated
As-welded and reference
0 °C 0 °C 0 °C +40 °C
thickness <30 mm

Also applicable for equipment where all nozzles and non-temporary welded attachments are first welded to vessel

components and these sub-assemblies are post-weld heat-treated before being assembled into the equipment by butt-

welding, but the main seams are not subsequently post-weld heat-treated.

In this case, the membrane stress should take account of internal and external pressure and dead weight.

Annex A provides a case proposal for the technical justification for temperature adjustment term.

5.3 Procedure for base material <10 mm thick

Minimum T values are given in Table 3 which shall be used when the base material is less than 10 mm

thick and the testing temperature ,T , is 20 °C. The impact energy requirements are as specified in the

relevant materials standards.

If these materials are to be used below the T values given in Table 3, the testing shall be performed

in accordance with the relevant curve for 10 mm in Figure 1 to Figure 5. The required energies for the

sub-sized specimens are given in Table 4.
Table 3 — Minimum T values for base material <10 mm thick and T = 20 °C
R KV
As-welded Post-weld heat-
Thickness
(A-W) treated (PWHT)
mm °C
8 −20 −35
6 −25 −40
4 −40 −55
2 −55 −70

An example of calculation of the lowest temperature authorized during operation is given in Annex B.

4 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 21028-2:2018(E)
6 General test requirements
6.1 General

Where impact tests are required, they shall be Charpy V-notched tests in accordance with ISO 148 (all

parts). The impact energy requirements shall be met in the base material, heat-affected zone and weld

metal. The specimen position shall be in accordance with ISO 9016. From each sample, three specimens

shall be tested for each of the required positions and test temperatures. The mean value of the three

specimens shall be at least equal to the impact energy requirement. Only one specimen may show a

lower value, but this value shall not be less than 70 % of this requirement.

The required values for base material refer to the transverse direction. If transverse properties are

not obtainable, the minimum impact energy requirements in longitudinal directions specified for

transverse
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 21028-2
Deuxième édition
2018-03
Récipients cryogéniques — Exigences
de ténacité pour les matériaux à
température cryogénique —
Partie 2:
Températures comprises entre -80
degrés C et -20 degrés C
Cryogenic vessels — Toughness requirements for materials at
cryogenic temperature —
Part 2: Temperatures between -80 degrees C and -20 degrees C
Numéro de référence
ISO 21028-2:2018(F)
ISO 2018
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ISO 21028-2:2018(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2018

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en oeuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 21028-2:2018(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles ....................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Exigences pour les aciers avec une limite d’élasticité ≤ 460 N/mm ...............................................................3

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 3

5.2 Corrections de température ........................................................................................................................................................ 4

5.3 Procédure pour les matériaux de base d'une épaisseur < 10 mm ............................................................. 4

6 Exigences générales relatives aux essais .................................................................................................................................... 5

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 5

6.2 Éprouvettes de dimensions réduites ................................................................................................................................... 5

6.3 Éprouvettes de dimensions réduites pour des composants dans lesquels il
est impossible de prélever des éprouvettes d'une section transversale égale à

l'épaisseur de référence .................................................................................................................................................................. 6

7 Soudures ....................................................................................................................................................................................................................... 6

8 Exigences pour l'aluminium et ses alliages, le cuivre et ses alliages et les aciers

austénitiques inoxydables .......................................................................................................................................................................... 6

Annexe A (informative) Proposition de cas — Justification technique du terme

d’ajustement relatif à la température .........................................................................................................................................20

Annexe B (informative) Exemple de calcul de la plus basse température autorisée en service .........23

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................24

© ISO 2018 – Tous droits réservés iii
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ISO 21028-2:2018(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 220, Récipents cryogéniques.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 21028-2:2004), qui a fait l’objet

d’une révision technique.

Les principales modifications par rapport à l'édition précédente sont les suivantes:

— les tableaux et les figures relatifs aux températures d'essai de flexion par choc et aux températures

de référence pour la conception ont été modifiés;

— l'Annexe B a été ajoutée pour présenter un exemple de calcul de la plus basse température autorisée

en service.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 21028 se trouve sur le site Web de l’ISO.

iv © ISO 2018 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 21028-2:2018(F)
Introduction

L'utilisation de matériaux à des basses températures crée des problèmes particuliers qu'il convient de

prendre en compte. Il convient, en particulier, de tenir compte de modifications des caractéristiques

mécaniques, de phénomènes de dilatation et de contraction, et de la conduction thermique des divers

matériaux. La principale propriété à prendre en considération est la ténacité des matériaux à basse

température.
© ISO 2018 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 21028-2:2018(F)
Récipients cryogéniques — Exigences de ténacité pour les
matériaux à température cryogénique —
Partie 2:
Températures comprises entre -80 degrés C et -20 degrés C
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie les exigences de ténacité des matériaux métalliques utilisables à une

température comprise entre −20 °C et −80 °C pour assurer leur aptitude à l’emploi pour les récipients

cryogéniques. Il est applicable aux aciers à grains fins et aux aciers faiblement alliés avec une limite

d’élasticité spécifiée ≤ 460 N/mm , à l'aluminium et aux alliages d’aluminium, au cuivre et aux alliages

de cuivre et aux aciers austénitiques inoxydables.

NOTE Pour les matériaux en acier répertoriés dans l'EN 13445-2 ou l'EN 13480-2 ou pour les matériaux

en acier et les soudures conformes aux mêmes exigences fondamentales de sécurité, les exigences relatives à la

prévention de la rupture fragile à basse température, conformément à l'EN 13445-2:2014, Annexe B, méthode 2,

ou à l'EN 13480-2:2012, Annexe B, méthode 2 peuvent être appliquées.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des

exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels

amendements).

ISO 148 (toutes les parties), Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy

ISO 9016, Essais destructifs des soudures sur matériaux métalliques — Essai de flexion par choc — Position

de l’éprouvette, orientation de l’entaille et examen
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.

L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp

3.1
température minimale du métal
la plus basse des températures définies pour chacune des conditions suivantes:
— température pendant le fonctionnement normal;
— température pendant les opérations de démarrage et d’arrêt;

— température qui risque de se présenter pendant des dérèglements éventuels du process;

— température qui risque de se présenter pendant l’essai de pression ou l’essai de détection de fuite; et

© ISO 2018 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 21028-2:2018(F)
— conditions ambiantes.

Note 1 à l'article: Voir également terme d’ajustement relatif à la température (3.2) et température de référence pour

la conception (3.3).
3.2
terme d’ajustement relatif à la température

terme d’ajustement destiné au calcul de la température de référence pour la conception T (3.3); il dépend

de la contrainte principale de membrane due à la pression, à la température minimale appropriée du métal

3.3
température de référence pour la conception

température utilisée pour déterminer les exigences relatives à l’énergie de rupture en flexion par

choc, elles-mêmes déterminées en ajoutant le terme d’ajustement relatif à la température T (3.2) à la

température minimale du métal T (3.1):
TT=+T
RM S

Note 1 à l'article: Toutes les combinaisons applicables des températures T et T doivent être prises en

M S

considération et la valeur de T la plus basse possible doit être utilisée pour la détermination de la température

d'essai de flexion par choc (3.4) requise pour le matériau.
3.4
température d'essai de flexion par choc

température à laquelle l’énergie de rupture en flexion par choc requise doit être obtenue

Note 1 à l'article: Voir Article 5.
3.5
énergie de rupture en flexion par choc
énergie déterminée à partir des essais de Charpy à entaille en V effectués
Note 1 à l'article: Des essais conformément à l'ISO 148 (toutes les parties).
3.6
épaisseur de référence

épaisseur d’un composant à utiliser pour relier la température de référence pour la conception T (3.3)

du composant à sa température d’essai de flexion par choc requise, T (3.4)

Note 1 à l'article: L’épaisseur de référence est basée sur l’épaisseur nominale (surépaisseur de corrosion incluse)

et peut être telle que définie dans le Tableau 6. Pour les composants soudés bout à bout, il s'agit de l'épaisseur

nominale de paroi du composant au niveau des bords préparés pour le soudage.
Note 2 à l'article: Voir Figures 1 à 5.
4 Symboles
Symbole Définition Unité
A-W brut de soudage
a profondeur du défaut mm
e épaisseur de paroi mm
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 21028-2:2018(F)
e épaisseur de référence mm
KV énergie de rupture en flexion par choc J
K coefficient d’intensité de contrainte J
K intensité de contrainte critique J
K constante 25 MPa√m
TTAS traitement thermique après soudage
R limite élastique N/mm ou J
R limite conventionnelle d'élasticité N/mm ou J
SMYS limite d'élasticité minimale spécifiée N/mm
t épaisseur du composant mm
T température d'essai de flexion par choc °C
T température minimale du métal °C
T température de référence pour la conception °C
T terme d’ajustement relatif à la température °C
β constante 1/60
σ coefficient de contrainte
π coefficient
ΔT terme d’ajustement °C
5 Exigences pour les aciers avec une limite d’élasticité ≤ 460 N/mm
5.1 Généralités

Cette méthode, basée sur la mécanique de la rupture, peut être utilisée pour déterminer les exigences

pour la prévention de la rupture fragile pour les aciers au C, C-Mn, à grains fins et faiblement alliés

ayant une SMYS ≤ 460 N/mm .

Dans cette procédure, la température d'essai de flexion par choc, T , n'est pas égale à la température

de référence pour la conception T .

Le matériau de base, les soudures et les zones affectées thermiquement doivent satisfaire aux exigences

relatives à l’énergie de rupture en flexion par choc (KV) et à celles relatives à la température d’essai de

flexion par choc, T , données au Tableau 1 pour les températures de référence pour la conception T

KV R

et les épaisseurs de référence. Les valeurs de T doivent être calculées à partir de T en utilisant les

R M
valeurs de T données en 5.2.

Pour les matériaux avec une SMYS ≤ 310 N/mm , l’énergie de rupture en flexion par choc à T donnée

à la Figure 1 et la Figure 2 doit être de 27 J.

Pour les matériaux avec une SMYS > 310 N/mm , l’énergie de rupture en flexion par choc à T donnée

dans les Figures 1 et 2 doit être de 40 J.

Lorsqu’une valeur de 27 J est spécifiée dans la norme de produit, la Figure 3 est applicable dans le cas

où un traitement thermique après soudage est réalisé.
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ISO 21028-2:2018(F)
2 2

Pour l'état brut de soudage avec une SMYS > 310 N/mm et ≤ 360 N/mm , la Figure 4 est applicable.

Pour une limite d’élasticité minimale > 360 N/mm , la Figure 5 est applicable.
Tableau 1 — Exigences relatives à l'énergie de rupture en flexion par choc
Valeur minimale
Énergie de rupture en
spécifiée de la limite
flexion par choc KV requise
d'élasticité du maté- Figure définissant T requis
(pour des éprouvettes de
riau
10 mm × 10 mm)
de base
Non soudé/traité thermi-
N/mm J quement après soudage Brut de soudage (A-W)
(TTAS)
≤ 310 27 1 2
40 1 2
> 310 à ≤ 360
27 3 4
40 1 2
> 360
27 3 5
5.2 Corrections de température

T est une correction de température qui peut être utilisée lorsque la contrainte principale de

membrane due à la pression n’excède pas le pourcentage de la contrainte de calcul maximale admissible

ou la valeur de 50 N/mm donnés au Tableau 2.
Tableau 2 — Corrections de température
Pourcentage de la contrainte de calcul admissible Contrainte de
maximale membrane
État
> 75 % à ≤ 100 % > 50 % à ≤ 75 % ≤ 50 % ≤ 50 N/mm
Non soudé, ayant subi un
traitement thermique final 0 °C +10 °C +25 °C +50 °C
après soudage
Brut de soudage et épais-
0 °C 0 °C 0 °C +40 °C
seur de référence < 30 mm

Applicable également pour un équipement pour lequel tous les piquages et éléments soudés non provisoires ont été

d’abord soudés aux composants du récipient et pour lequel ces sous-ensembles ont été soumis à un traitement thermique

après soudage avant d’avoir été assemblés par soudure bout à bout à l’équipement, mais dont les soudures principales n’ont

pas subi de traitement thermique après soudage.

Dans ce cas, il est recommandé que la contrainte de membrane tienne compte de la pression intérieure et extérieure et

du poids propre.

L'Annexe A présente une proposition de cas pour la justification technique du terme d’ajustement relatif

à la température.
5.3 Procédure pour les matériaux de base d'une épaisseur < 10 mm

Les valeurs minimales de T qui doivent être utilisées lorsque les matériaux de base ont une épaisseur

inférieure à 10 mm et que la température d’essai T est de 20 °C sont données au Tableau 3. Les

exigences relatives à l’énergie de rupture en flexion par choc sont telles que spécifiées dans les normes

de matériaux correspondantes.

Lorsque ces matériaux doivent être utilisés à des températures inférieures aux valeurs de T données

au Tableau 3, l'essai doit être effectué selon la courbe correspondant à 10 mm donnée dans les Figures 1

à 5. Les valeurs d'énergie requises pour les éprouvettes de dimensions réduites sont données dans le

Tableau 4.
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Tableau 3 — Valeurs minimales de T pour les matériaux de base d'une épaisseur < 10 mm et

pour T = 20 °C
Brut de soudage Traité thermiquement
Épaisseur
(A-W) après soudage (TTAS)
mm °C
8 −20 −35
6 −25 −40
4 −40 −55
2 −55 −70

Un exemple de calcul de la plus basse température autorisée en service est donné en Annexe B.

6 Exigences générales relatives aux essais
6.1 Généralités

Lorsque des essais de flexion par choc sont exigés, ils doivent être effectués conformément à l'ISO 148

(toutes les parties) sur des éprouvettes Charpy à entaille en V. Les exigences relatives à l'énergie

de rupture en flexion par choc doivent être respectées pour le matériau de base, la zone affectée

thermiquement et le métal déposé. La position de l'éprouvette doit être conforme à l'ISO 9016. Pour

chaque échantillon, trois éprouvettes doivent être soumises à essai pour chacune des positions et

chacune des températures d'essais requises. La valeur moyenne pour les trois éprouvettes doit être au

moins égale à l'énergie de rupture en flexion par choc requise. Seule une éprouvette peut présenter une

valeur inférieure, mais cette valeur ne doit pas être inférieure à 70 % de cette valeur requise.

Les valeurs requises pour le matériau de base se rapportent à la direction transversale. Si on ne

peut obtenir les caractéristiques dans la direction transversale, les exigences relatives à l'énergie

minimale de rupture en flexion par choc dans la direction longitudinale spécifiées pour les éprouvettes

transversales doivent être multipliées par le coefficient 1,5 pour les aciers au carbone, au C-Mn, à grains

fins et faiblement alliés avec une limite apparente d'élasticité minimale spécifiée ≤ 460 N/mm . Pour les

autres matériaux, se référer à la norme de produit.
6.2 Éprouvettes de dimensions réduites
Pour les matériaux de base dont l’épaisseur est inférieure à 10 mm, les exig
...

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