用于某制氨廠的(de)厚(hou)壁壓(ya)力容(rong)器，設計承受壓(ya)力為(wei)35MPa,預計最高試驗壓(ya)力為(wei)47.9MPa,而(er)工作(zuo)壓(ya)力增(zeng)加至(zhi)34.47MPa發生(sheng)失效。該(gai)容(rong)器簡圖如圖6-5所示(shi)，長度(du)(du)18.2m,外徑2.0m,重183.5t,由10節圓筒及3個(ge)鍛件(jian)(jian)構成。其中圓筒由厚(hou)度(du)(du)149.2mm的(de)Cr-Ni-Mo-V鋼板卷制并(bing)焊接而(er)成，三個(ge)鍛件(jian)(jian)中的(de)兩個(ge)作(zuo)為(wei)容(rong)器兩端的(de)封頭，另(ling)一個(ge)作(zuo)為(wei)連(lian)接容(rong)器一端封頭的(de)凸緣。
該(gai)容器失效造成大范(fan)圍的破(po)壞，一個封頭鍛件及(ji)相(xiang)鄰(lin)的三個圓筒殼體(ti)已經損(sun)壞，四個很大的碎片從容器爆出，最大一塊重(zhong)(zhong)2.3噸,穿透車間墻壁拋至46m之外，損(sun)傷慘重(zhong)(zhong)。
容器(qi)制造過程：容器(qi)的圓筒形殼體各(ge)部分均為(wei)(wei)熱(re)(re)成形件，鋼板軋(ya)向與容器(qi)軸向垂(chui)直，鋼材供貨狀態為(wei)(wei)正火(huo)＋回(hui)火(huo)；鍛(duan)件經(jing)(jing)退火(huo)、正火(huo)并在654℃回(hui)火(huo)，以保(bao)證所要求的力學性(xing)能。圓筒殼體縱向焊(han)(han)縫為(wei)(wei)電(dian)渣焊(han)(han)縫，焊(han)(han)縫經(jing)(jing)表面(mian)打磨加(jia)工(gong)。使之與圓筒曲率(lv)相吻合。各(ge)段圓筒焊(han)(han)后經(jing)(jing)900~950℃加(jia)熱(re)(re)，保(bao)溫時(shi)間4h,空冷后進(jin)焊(han)(han)縫檢驗(yan)。沿周向焊(han)(han)接時(shi)，先預熱(re)(re)至200℃,采用埋弧(hu)焊(han)(han)工(gong)藝(yi)，每(mei)一局部裝配均經(jing)(jing)620~660℃加(jia)熱(re)(re)，保(bao)溫6h以消除(chu)殘(can)余應力。
三個局(ju)部裝配件(jian)最后焊(han)接。在制造的(de)各個階段，對各條焊(han)縫均作X射線探(tan)傷(shang)、聲波探(tan)傷(shang)和(he)磁(ci)粉探(tan)傷(shang)等檢驗。
斷(duan)(duan)(duan)(duan)口檢驗表明，斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)呈脆性斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)特(te)征(zheng)，凸緣(yuan)鍛件上(shang)有兩個斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)源(yuan)。其中一個斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)源(yuan)位(wei)于(yu)(yu)容器外(wai)表面下14.3m處(chu)，尺寸約9.5mm,該處(chu)位(wei)于(yu)(yu)周(zhou)向(xiang)焊縫凸緣(yuan)一側的(de)熱影(ying)響(xiang)區(qu)。另(ling)一個斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)源(yuan)位(wei)于(yu)(yu)外(wai)表面以下11.1mm處(chu)，也(ye)位(wei)于(yu)(yu)周(zhou)向(xiang)焊縫凸緣(yuan)一側的(de)熱影(ying)響(xiang)區(qu)。熱影(ying)響(xiang)區(qu)上(shang)的(de)這兩個斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)源(yuan)均(jun)呈平(ping)坦(tan)無特(te)征(zheng)的(de)小刻面。
金相檢驗(yan)表(biao)明，裂(lie)紋(wen)源(yuan)區為(wei)貝(bei)氏體和奧氏體的混合組織(zhi)，維氏硬度（9.8N載荷(he)）為(wei)426~420HV,裂(lie)紋(wen)源(yuan)外的熱影響區組織(zhi)為(wei)粗大的鋸齒狀貝(bei)氏體，維氏硬度為(wei)316~363HV,表(biao)明斷裂(lie)處(chu)的硬度比相鄰(lin)區域高。
檢查焊縫(feng)截面組(zu)(zu)(zu)織，發(fa)現凸緣鍛(duan)件(jian)具有明顯的(de)帶(dai)狀組(zu)(zu)(zu)織，而殼體(ti)(ti)板材沒有。帶(dai)與帶(dai)之間的(de)組(zu)(zu)(zu)織由鐵(tie)素體(ti)(ti)和珠光(guang)體(ti)(ti)構成(cheng)，維氏(shi)硬(ying)(ying)度（98N載(zai)荷(he)）為(wei)(wei)180~200HV,帶(dai)內組(zu)(zu)(zu)織為(wei)(wei)上貝氏(shi)體(ti)(ti)，維氏(shi)硬(ying)(ying)度為(wei)(wei)251~265HV.切取該區域(yu)試(shi)樣(yang)使之在950℃奧氏(shi)體(ti)(ti)化，并(bing)在10%NaOH溶液中(zhong)淬(cui)火(huo)，以得到全(quan)部馬氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)織，然后橫貫試(shi)樣(yang)帶(dai)狀組(zu)(zu)(zu)織測(ce)定各點的(de)維氏(shi)硬(ying)(ying)度（9.8N載(zai)荷(he)），結果(guo)帶(dai)的(de)一(yi)(yi)側(ce)平均硬(ying)(ying)度為(wei)(wei)507HV,帶(dai)內為(wei)(wei)549HV,另一(yi)(yi)側(ce)為(wei)(wei)488HV,對帶(dai)狀組(zu)(zu)(zu)織作(zuo)成(cheng)分(fen)掃描發(fa)現內外有差異，如表6-1所示(shi)。成(cheng)分(fen)差異表明，偏析(xi)帶(dai)內具有較高淬(cui)透性，因此具有較大的(de)開裂敏(min)感性，特別是周向(xiang)焊縫(feng)熱影響(xiang)區內的(de)帶(dai)狀組(zu)(zu)(zu)織。
上述分析(xi)中，凸緣鍛件內(nei)存(cun)在硬(ying)化(hua)區的(de)事實表明(ming)，容(rong)器(qi)可(ke)(ke)能(neng)未(wei)(wei)按規定的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)進(jin)行消除(chu)應力(li)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)。為(wei)證明(ming)這一(yi)點，在熱(re)(re)(re)影響區切(qie)取一(yi)組試(shi)樣，加熱(re)(re)(re)到(dao)不同溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)后(hou)回(hui)火(huo)，測定維氏硬(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)發現，加熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)達(da)550℃時(shi)，仍未(wei)(wei)偏離失效(xiao)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)范(fan)圍，直到(dao)600℃或(huo)更高溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)時(shi)，硬(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)才開(kai)始明(ming)顯下(xia)降。因此(ci)工件很(hen)可(ke)(ke)能(neng)未(wei)(wei)按規定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)進(jin)行消除(chu)應力(li)處(chu)理(li)。對焊縫試(shi)樣進(jin)行卻貝V形缺口沖(chong)擊試(shi)驗，結果表明(ming)，焊縫金屬在未(wei)(wei)重(zhong)(zhong)新回(hui)火(huo)的(de)狀態(tai)下(xia)沖(chong)擊功很(hen)低，在650℃重(zhong)(zhong)新回(hui)火(huo)6h后(hou)，室(shi)溫(wen)(wen)沖(chong)擊功有了明(ming)顯提高。這一(yi)試(shi)驗也證明(ming)該容(rong)器(qi)去應力(li)處(chu)理(li)時(shi)的(de)加熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)低于(yu)規定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)。
由上(shang)述分析得出(chu)結論(lun)，該(gai)壓(ya)力(li)容器(qi)斷裂起(qi)(qi)源于連接(jie)凸(tu)緣與(yu)第一節殼體的周向焊接(jie)熱影響區(qu)內的橫(heng)向裂紋；凸(tu)緣鍛(duan)件中(zhong)存在(zai)的合(he)金元素(su)偏析帶引起(qi)(qi)局部硬化，尤以熱影響區(qu)的偏析帶最為(wei)嚴(yan)重(zhong)，從而成為(wei)促進裂紋產生的因素(su)。容器(qi)去應力(li)處理工藝不當(dang)，使焊縫(feng)近縫(feng)區(qu)保留了(le)較高的殘余應力(li)和(he)局部硬化區(qu)，從而降低了(le)材料的缺口韌性。
