低温で運転される圧力容器・配管は常温では存在しない破壊モードにさらされます：脆性破壊。臨界温度（延性脆性遷移温度、DBTT）以下では炭素鋼の破壊靭性が急激に低下し、延性破壊から脆性破壊に変わります。脆性破壊は事前の塑性変形の警告なしに突然発生します。
延性脆性遷移と温度の関係
体心立方（BCC）金属（炭素鋼、フェライト系ステンレス鋼）はDBTTを持ちます。面心立方（FCC）金属（オーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金、ニッケル合金）は理論上DBTTを持ちません — 絶対零度近くまで十分な靭性を維持します。これが極低温用途でFCC材料が好まれる核心的な理由です。
シャルピー衝撃試験
シャルピーV形ノッチ衝撃試験（CVN、ISO 148-1 / ASTM A370）は低温靭性評価の標準方法です。規定温度で標準試験片を破断し吸収エネルギー（ジュール）を測定します。ASME Section VIIIとEN 13445は低温圧力機器について設計最低金属温度（MDMT/MAT）でのCVN試験を要求します。典型的な要求：平均 ≥ 27 J、個別最低 ≥ 20 J。
低温材料の選定
| 材料 | 典型的MDMT | 規格 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 炭素鋼（A106 Gr.B、焼ならし） | 〜−29°C | ASME UCS-66 | 冷水系統、屋外配管 |
| 低温炭素鋼（A333 Gr.6） | 〜−46°C | ASME UCS-66 | 天然ガス処理 |
| 3.5% Ni鋼（A203 Gr.E/F） | 〜−101°C | ASME UCS-66 | エチレン、プロピレン液 |
| 9% Ni鋼（A353/A553） | 〜−196°C | ASME ULT-23 | LNG貯槽（液体窒素） |
| オーステナイト系SS（304L/316L） | 実質的な下限なし | ASME UHA-51 | 液体酸素、液体水素、液体ヘリウム |
水圧試験と温度：ASMEはMDMTを持つ低温容器の水圧試験において、試験水温と容器温度がMDMT + 17°Cを下回らないことを要求しています。これにより試験そのものが低温と高応力の組み合わせを容器にさらすことを防ぎます。この詳細は試験計画でよく見落とされます。
ForgepointはASME VIIIに基づくMDMT計算、試験計画、CVN試験を含む溶接手順資格を含む低温圧力機器の設計を提供します。
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