用于某制(zhi)氨廠的厚(hou)壁壓(ya)力(li)容器，設計(ji)承受(shou)壓(ya)力(li)為35MPa,預計(ji)最高試驗壓(ya)力(li)為47.9MPa,而工作壓(ya)力(li)增加至34.47MPa發生(sheng)失效。該(gai)容器簡(jian)圖如圖6-5所示(shi)，長(chang)度18.2m,外徑2.0m,重(zhong)183.5t,由10節圓(yuan)筒(tong)及3個(ge)鍛件(jian)構(gou)成(cheng)。其中圓(yuan)筒(tong)由厚(hou)度149.2mm的Cr-Ni-Mo-V鋼板(ban)卷制(zhi)并焊接而成(cheng)，三個(ge)鍛件(jian)中的兩(liang)個(ge)作為容器兩(liang)端的封頭(tou)(tou)，另一個(ge)作為連接容器一端封頭(tou)(tou)的凸緣。
該(gai)容(rong)器失效(xiao)造(zao)成大范圍的(de)破壞(huai)，一個(ge)封頭(tou)鍛件及相(xiang)鄰的(de)三個(ge)圓筒殼體已經損(sun)壞(huai)，四(si)個(ge)很大的(de)碎片從(cong)容(rong)器爆(bao)出，最大一塊重2.3噸,穿透車間墻壁(bi)拋至46m之外，損(sun)傷慘重。
容器(qi)制造過程(cheng)：容器(qi)的(de)圓筒(tong)(tong)形(xing)殼體(ti)各(ge)部分均為熱成形(xing)件(jian)，鋼板軋(ya)向(xiang)與容器(qi)軸(zhou)向(xiang)垂直，鋼材供貨狀態為正火＋回(hui)火；鍛(duan)件(jian)經退火、正火并在654℃回(hui)火，以保(bao)(bao)證所要求(qiu)的(de)力(li)學(xue)性(xing)能。圓筒(tong)(tong)殼體(ti)縱向(xiang)焊(han)(han)縫為電(dian)渣焊(han)(han)縫，焊(han)(han)縫經表面(mian)打磨加(jia)工。使之(zhi)與圓筒(tong)(tong)曲率相吻合。各(ge)段圓筒(tong)(tong)焊(han)(han)后經900~950℃加(jia)熱，保(bao)(bao)溫時間4h,空冷后進焊(han)(han)縫檢(jian)驗。沿周向(xiang)焊(han)(han)接時，先預熱至200℃,采用埋弧焊(han)(han)工藝，每一局部裝配均經620~660℃加(jia)熱，保(bao)(bao)溫6h以消除(chu)殘余應(ying)力(li)。
三個(ge)局部(bu)裝配件最后焊接。在制造的各個(ge)階段，對各條焊縫(feng)均(jun)作X射(she)線探(tan)傷(shang)、聲波探(tan)傷(shang)和磁(ci)粉探(tan)傷(shang)等檢驗。
斷(duan)(duan)(duan)口(kou)檢驗表(biao)明，斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)呈脆性斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)特征，凸(tu)緣(yuan)鍛件上有兩個斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)源。其(qi)中一(yi)個斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)源位(wei)(wei)于容器外表(biao)面下(xia)14.3m處(chu)，尺寸(cun)約9.5mm,該處(chu)位(wei)(wei)于周(zhou)向焊(han)(han)縫(feng)凸(tu)緣(yuan)一(yi)側(ce)的(de)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)。另一(yi)個斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)源位(wei)(wei)于外表(biao)面以下(xia)11.1mm處(chu)，也位(wei)(wei)于周(zhou)向焊(han)(han)縫(feng)凸(tu)緣(yuan)一(yi)側(ce)的(de)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)。熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)上的(de)這(zhe)兩個斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)源均呈平(ping)坦無特征的(de)小刻面。
金相檢驗(yan)表明(ming)(ming)，裂(lie)紋源區為貝(bei)氏(shi)(shi)體(ti)和奧氏(shi)(shi)體(ti)的混(hun)合(he)組(zu)(zu)織，維氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)（9.8N載荷）為426~420HV,裂(lie)紋源外的熱影(ying)響區組(zu)(zu)織為粗大的鋸齒狀貝(bei)氏(shi)(shi)體(ti)，維氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)為316~363HV,表明(ming)(ming)斷裂(lie)處(chu)的硬(ying)度(du)比(bi)相鄰區域高。
檢查焊縫截面(mian)組(zu)織，發現凸緣鍛件具(ju)有明顯(xian)的帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)織，而殼(ke)體(ti)板材沒有。帶(dai)(dai)與(yu)帶(dai)(dai)之(zhi)間的組(zu)織由鐵素體(ti)和珠光體(ti)構成，維(wei)氏(shi)(shi)(shi)硬度（98N載荷）為180~200HV,帶(dai)(dai)內組(zu)織為上貝氏(shi)(shi)(shi)體(ti)，維(wei)氏(shi)(shi)(shi)硬度為251~265HV.切取(qu)該區(qu)域(yu)試樣使之(zhi)在(zai)950℃奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)化，并在(zai)10%NaOH溶液(ye)中淬(cui)火，以得到全部馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組(zu)織，然后橫(heng)貫試樣帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)織測定(ding)各點的維(wei)氏(shi)(shi)(shi)硬度（9.8N載荷），結(jie)果帶(dai)(dai)的一(yi)側平均(jun)硬度為507HV,帶(dai)(dai)內為549HV,另一(yi)側為488HV,對帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)織作成分(fen)掃描發現內外(wai)有差異，如表(biao)(biao)6-1所示。成分(fen)差異表(biao)(biao)明，偏析帶(dai)(dai)內具(ju)有較高淬(cui)透性(xing)，因此具(ju)有較大的開裂敏感(gan)性(xing)，特別是周向(xiang)焊縫熱影響區(qu)內的帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)織。
上(shang)述分析中，凸緣鍛(duan)件內存在(zai)(zai)硬化(hua)區的事實表明(ming)(ming)，容器(qi)可能(neng)未(wei)按規定的溫度(du)(du)(du)(du)進(jin)行消(xiao)除應(ying)力熱處(chu)理。為證明(ming)(ming)這一點(dian)，在(zai)(zai)熱影響區切取一組試(shi)樣，加(jia)熱到不同(tong)溫度(du)(du)(du)(du)后回(hui)火，測定維氏硬度(du)(du)(du)(du)發現，加(jia)熱溫度(du)(du)(du)(du)達550℃時，仍(reng)未(wei)偏離失效硬度(du)(du)(du)(du)范圍，直(zhi)到600℃或更(geng)高溫度(du)(du)(du)(du)時，硬度(du)(du)(du)(du)才開始明(ming)(ming)顯下(xia)降。因(yin)此工件很可能(neng)未(wei)按規定溫度(du)(du)(du)(du)進(jin)行消(xiao)除應(ying)力處(chu)理。對焊縫試(shi)樣進(jin)行卻貝V形缺口沖擊(ji)試(shi)驗(yan)，結(jie)果表明(ming)(ming)，焊縫金屬(shu)在(zai)(zai)未(wei)重新(xin)回(hui)火的狀態(tai)下(xia)沖擊(ji)功很低，在(zai)(zai)650℃重新(xin)回(hui)火6h后，室溫沖擊(ji)功有了明(ming)(ming)顯提(ti)高。這一試(shi)驗(yan)也證明(ming)(ming)該容器(qi)去應(ying)力處(chu)理時的加(jia)熱溫度(du)(du)(du)(du)低于規定溫度(du)(du)(du)(du)。
由上述分(fen)析(xi)得出結論，該壓力容器斷(duan)裂(lie)起(qi)源于連接(jie)凸(tu)緣與(yu)第(di)一(yi)節殼體的(de)周向(xiang)焊接(jie)熱影響區(qu)內的(de)橫向(xiang)裂(lie)紋；凸(tu)緣鍛件中存在(zai)的(de)合(he)金元(yuan)素(su)偏(pian)析(xi)帶引起(qi)局部硬化，尤以熱影響區(qu)的(de)偏(pian)析(xi)帶最為嚴重，從而成(cheng)為促進(jin)裂(lie)紋產生(sheng)的(de)因素(su)。容器去(qu)應力處理工藝不當(dang)，使焊縫(feng)(feng)近縫(feng)(feng)區(qu)保(bao)留了(le)較高的(de)殘余應力和局部硬化區(qu)，從而降(jiang)低了(le)材料(liao)的(de)缺口(kou)韌(ren)性(xing)。
