ISO 21028-2:2018
(Main)Cryogenic vessels — Toughness requirements for materials at cryogenic temperature — Part 2: Temperatures between -80 degrees C and -20 degrees C
Cryogenic vessels — Toughness requirements for materials at cryogenic temperature — Part 2: Temperatures between -80 degrees C and -20 degrees C
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 — Partie 2: Températures comprises entre -80 degrés C et -20 degrés C
L'ISO 21028-2:2018 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/mm2, 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.
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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 2018
© ISO 2018
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Published in Switzerland
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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
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.
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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.
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
T
M
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.
Note 1 to entry: See also temperature adjustment term (3.2) and design reference temperature (3.3).
3.2
temperature adjustment term
T
S
term relevant to the calculation of the design reference temperature, T (3.3) and dependent on the
R
pressure-induced principal membrane stress at the appropriate minimum metal temperature
3.3
design reference temperature
T
R
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).
R
3.4
impact test temperature
T
KV
temperature at which the required impact energy has to be achieved
Note 1 to entry: See Clause 5.
3.5
impact energy
KV
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
e
B
thickness of a component used to relate the design reference temperature, T (3.3) of the component
R
with its required impact test temperature, T (3.4)
KV
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
B
KV impact energy J
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K stress intensity factor J
C
K critical stress intensity J
IC
K constant 25 MPa√m
PWHT post-welded heat-treatment
R yield point N/mm or J
el
R proof stress N/mm or J
p
SMYS specified minimum yield strength N/mm
t component thickness mm
T impact test temperature °C
KV
T minimum metal temperature °C
M
T design reference temperature °C
R
T temperature adjustment term °C
S
β constant 1/60
σ stress coefficient
π coefficient
ΔT correction term °C
e
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
KV
be 27 J.
For materials with a SMYS >310 N/mm , the impact energy at T given in Figure 1 and Figure 2 shall
KV
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.
Table 1 — Impact energy requirements
Specified min. yield Required impact energy
strength of base KV (on 10 mm × 10 mm Figure defining required T
KV
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
S
does not exceed the percentage of the maximum allowable design stress or 50 N/mm given in Table 2.
Table 2 — Temperatur
...
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 2018
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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.
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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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
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.
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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.
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
T
M
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
— 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
T
S
terme d’ajustement destiné au calcul de la température de référence pour la conception T (3.3); il dépend
R
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
T
R
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
S
température minimale du métal T (3.1):
M
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
R
d'essai de flexion par choc (3.4) requise pour le matériau.
3.4
température d'essai de flexion par choc
T
KV
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
KV
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
e
B
épaisseur d’un composant à utiliser pour relier la température de référence pour la conception T (3.3)
R
du composant à sa température d’essai de flexion par choc requise, T (3.4)
KV
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
e épaisseur de référence mm
B
KV énergie de rupture en flexion par choc J
K coefficient d’intensité de contrainte J
C
K intensité de contrainte critique J
IC
K constante 25 MPa√m
TTAS traitement thermique après soudage
R limite élastique N/mm ou J
el
R limite conventionnelle d'élasticité N/mm ou J
p
SMYS limite d'élasticité minimale spécifiée N/mm
t épaisseur du composant mm
T température d'essai de flexion par choc °C
KV
T température minimale du métal °C
M
T température de référence pour la conception °C
R
T terme d’ajustement relatif à la température °C
S
β constante 1/60
σ coefficient de contrainte
π coefficient
ΔT terme d’ajustement °C
e
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 températ
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.