用(yong)于(yu)某制氨(an)廠的(de)(de)厚壁(bi)壓力容(rong)器(qi)，設計承受壓力為(wei)35MPa,預計最高試驗壓力為(wei)47.9MPa,而工作壓力增加(jia)至(zhi)34.47MPa發生(sheng)失效(xiao)。該容(rong)器(qi)簡圖(tu)如(ru)圖(tu)6-5所示(shi)，長(chang)度(du)18.2m,外(wai)徑2.0m,重183.5t,由10節圓(yuan)(yuan)筒(tong)及(ji)3個鍛件構成(cheng)。其中圓(yuan)(yuan)筒(tong)由厚度(du)149.2mm的(de)(de)Cr-Ni-Mo-V鋼板卷(juan)制并焊(han)接(jie)而成(cheng)，三個鍛件中的(de)(de)兩(liang)個作為(wei)容(rong)器(qi)兩(liang)端的(de)(de)封(feng)頭，另一個作為(wei)連接(jie)容(rong)器(qi)一端封(feng)頭的(de)(de)凸緣。
該容(rong)器失效(xiao)造(zao)成大(da)范圍(wei)的破壞(huai)，一個(ge)封頭鍛件及(ji)相鄰的三(san)個(ge)圓筒殼(ke)體已經損壞(huai)，四個(ge)很大(da)的碎片從容(rong)器爆(bao)出，最大(da)一塊重2.3噸,穿透車間墻壁拋至46m之外，損傷慘重。
容(rong)器(qi)制(zhi)造(zao)過程：容(rong)器(qi)的(de)圓筒(tong)(tong)形(xing)殼(ke)體各(ge)部分均(jun)為(wei)熱成(cheng)形(xing)件，鋼(gang)板軋向與(yu)容(rong)器(qi)軸向垂直，鋼(gang)材供貨狀(zhuang)態為(wei)正火(huo)＋回火(huo)；鍛件經(jing)退火(huo)、正火(huo)并(bing)在654℃回火(huo)，以(yi)保(bao)證所要求的(de)力(li)學性能。圓筒(tong)(tong)殼(ke)體縱向焊縫為(wei)電渣焊縫，焊縫經(jing)表面打磨加(jia)工。使之與(yu)圓筒(tong)(tong)曲率相吻合(he)。各(ge)段圓筒(tong)(tong)焊后經(jing)900~950℃加(jia)熱，保(bao)溫時(shi)間4h,空冷后進焊縫檢驗。沿周向焊接時(shi)，先(xian)預熱至200℃,采(cai)用(yong)埋弧焊工藝，每一局(ju)部裝配均(jun)經(jing)620~660℃加(jia)熱，保(bao)溫6h以(yi)消除殘余應力(li)。
三個局部裝配件最(zui)后焊(han)接(jie)。在制(zhi)造的各(ge)個階段，對各(ge)條焊(han)縫均作X射線探(tan)傷、聲(sheng)波探(tan)傷和磁粉探(tan)傷等檢驗。
斷口檢驗表明，斷裂(lie)(lie)呈脆(cui)性(xing)斷裂(lie)(lie)特征，凸(tu)緣鍛(duan)件上(shang)有(you)兩個(ge)斷裂(lie)(lie)源(yuan)。其中一(yi)(yi)個(ge)斷裂(lie)(lie)源(yuan)位于(yu)(yu)容器外表面下14.3m處，尺寸(cun)約9.5mm,該處位于(yu)(yu)周向焊縫(feng)凸(tu)緣一(yi)(yi)側的(de)(de)熱(re)影(ying)(ying)響區。另一(yi)(yi)個(ge)斷裂(lie)(lie)源(yuan)位于(yu)(yu)外表面以下11.1mm處，也位于(yu)(yu)周向焊縫(feng)凸(tu)緣一(yi)(yi)側的(de)(de)熱(re)影(ying)(ying)響區。熱(re)影(ying)(ying)響區上(shang)的(de)(de)這兩個(ge)斷裂(lie)(lie)源(yuan)均呈平坦無特征的(de)(de)小刻面。
金相檢驗表明，裂(lie)紋源(yuan)區為貝氏(shi)體(ti)(ti)和奧氏(shi)體(ti)(ti)的混合組織，維氏(shi)硬度(du)（9.8N載(zai)荷）為426~420HV,裂(lie)紋源(yuan)外的熱影響區組織為粗大的鋸(ju)齒狀貝氏(shi)體(ti)(ti)，維氏(shi)硬度(du)為316~363HV,表明斷裂(lie)處的硬度(du)比相鄰區域高(gao)。
檢查焊縫(feng)截(jie)面組(zu)織(zhi)(zhi)，發(fa)現凸緣鍛件具有明顯的帶(dai)狀(zhuang)組(zu)織(zhi)(zhi)，而(er)殼體(ti)板材沒有。帶(dai)與(yu)帶(dai)之間的組(zu)織(zhi)(zhi)由鐵素體(ti)和珠光體(ti)構成(cheng)，維(wei)氏硬(ying)度(du)（98N載荷）為180~200HV,帶(dai)內(nei)組(zu)織(zhi)(zhi)為上貝氏體(ti)，維(wei)氏硬(ying)度(du)為251~265HV.切取該區域試樣(yang)使(shi)之在(zai)950℃奧氏體(ti)化，并在(zai)10%NaOH溶液(ye)中淬火(huo)，以得到全部馬氏體(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)，然(ran)后(hou)橫貫試樣(yang)帶(dai)狀(zhuang)組(zu)織(zhi)(zhi)測定(ding)各(ge)點的維(wei)氏硬(ying)度(du)（9.8N載荷），結果帶(dai)的一(yi)側(ce)平均(jun)硬(ying)度(du)為507HV,帶(dai)內(nei)為549HV,另一(yi)側(ce)為488HV,對(dui)帶(dai)狀(zhuang)組(zu)織(zhi)(zhi)作成(cheng)分掃描(miao)發(fa)現內(nei)外有差異(yi)，如表6-1所(suo)示(shi)。成(cheng)分差異(yi)表明，偏析帶(dai)內(nei)具有較(jiao)高淬透性(xing)，因此具有較(jiao)大的開裂敏感性(xing)，特(te)別是周向(xiang)焊縫(feng)熱影(ying)響區內(nei)的帶(dai)狀(zhuang)組(zu)織(zhi)(zhi)。
上(shang)述分(fen)析中，凸緣鍛件內存在(zai)硬(ying)化(hua)區的(de)(de)事實表(biao)明，容(rong)(rong)器(qi)可能未(wei)按(an)規(gui)定的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)進行消(xiao)除應(ying)力(li)(li)熱(re)處理。為(wei)證(zheng)明這一(yi)點，在(zai)熱(re)影(ying)響區切取一(yi)組試樣，加(jia)熱(re)到不同溫(wen)(wen)度(du)(du)后回火，測(ce)定維(wei)氏硬(ying)度(du)(du)發現，加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)達550℃時，仍未(wei)偏離失(shi)效硬(ying)度(du)(du)范(fan)圍，直到600℃或更(geng)高溫(wen)(wen)度(du)(du)時，硬(ying)度(du)(du)才開始明顯(xian)下降。因(yin)此工件很(hen)可能未(wei)按(an)規(gui)定溫(wen)(wen)度(du)(du)進行消(xiao)除應(ying)力(li)(li)處理。對焊縫試樣進行卻貝V形缺口沖(chong)擊試驗(yan)，結果表(biao)明，焊縫金屬(shu)在(zai)未(wei)重新回火的(de)(de)狀態(tai)下沖(chong)擊功很(hen)低，在(zai)650℃重新回火6h后，室溫(wen)(wen)沖(chong)擊功有了明顯(xian)提高。這一(yi)試驗(yan)也(ye)證(zheng)明該容(rong)(rong)器(qi)去應(ying)力(li)(li)處理時的(de)(de)加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)低于規(gui)定溫(wen)(wen)度(du)(du)。
由上述分析得出結(jie)論，該壓力容器斷裂起源(yuan)于連(lian)接凸(tu)緣(yuan)與(yu)第一節殼(ke)體(ti)的(de)(de)(de)周(zhou)向焊接熱(re)影響區(qu)(qu)內(nei)的(de)(de)(de)橫向裂紋(wen)；凸(tu)緣(yuan)鍛件中存在的(de)(de)(de)合金(jin)元素(su)偏(pian)析帶(dai)引起局部(bu)硬化，尤以熱(re)影響區(qu)(qu)的(de)(de)(de)偏(pian)析帶(dai)最為嚴重，從而成為促(cu)進裂紋(wen)產生的(de)(de)(de)因素(su)。容器去應(ying)力處理(li)工藝不當(dang)，使焊縫(feng)近(jin)縫(feng)區(qu)(qu)保留了較高的(de)(de)(de)殘余應(ying)力和局部(bu)硬化區(qu)(qu)，從而降低了材料的(de)(de)(de)缺口(kou)韌(ren)性。
