用于(yu)某制氨廠的厚(hou)壁壓力容器，設計(ji)承受壓力為(wei)(wei)35MPa,預計(ji)最高試(shi)驗壓力為(wei)(wei)47.9MPa,而工作(zuo)壓力增(zeng)加至34.47MPa發生失效(xiao)。該容器簡圖(tu)如圖(tu)6-5所(suo)示，長度18.2m,外(wai)徑2.0m,重183.5t,由10節圓(yuan)筒及3個鍛件(jian)構成。其中圓(yuan)筒由厚(hou)度149.2mm的Cr-Ni-Mo-V鋼板(ban)卷制并焊(han)接(jie)而成，三個鍛件(jian)中的兩個作(zuo)為(wei)(wei)容器兩端的封頭(tou)，另一(yi)個作(zuo)為(wei)(wei)連接(jie)容器一(yi)端封頭(tou)的凸(tu)緣(yuan)。
該容器失效(xiao)造成大范圍的破壞，一個(ge)封(feng)頭鍛件及相鄰(lin)的三個(ge)圓筒殼(ke)體已經損壞，四個(ge)很大的碎(sui)片從(cong)容器爆(bao)出，最大一塊重2.3噸(dun),穿透車間(jian)墻壁拋至46m之外(wai)，損傷慘重。
容器制造(zao)過程：容器的(de)圓筒(tong)(tong)形殼體各部分(fen)均(jun)為(wei)熱成(cheng)形件(jian)，鋼(gang)板軋向與(yu)容器軸向垂直，鋼(gang)材供(gong)貨狀態為(wei)正火＋回火；鍛(duan)件(jian)經(jing)退火、正火并在654℃回火，以保證所要求的(de)力(li)學性能(neng)。圓筒(tong)(tong)殼體縱向焊(han)(han)縫(feng)(feng)為(wei)電(dian)渣焊(han)(han)縫(feng)(feng)，焊(han)(han)縫(feng)(feng)經(jing)表(biao)面打磨加(jia)工。使之與(yu)圓筒(tong)(tong)曲率相(xiang)吻合。各段圓筒(tong)(tong)焊(han)(han)后經(jing)900~950℃加(jia)熱，保溫時間4h,空冷后進焊(han)(han)縫(feng)(feng)檢驗(yan)。沿周向焊(han)(han)接時，先(xian)預熱至200℃,采(cai)用埋弧焊(han)(han)工藝，每一局部裝配均(jun)經(jing)620~660℃加(jia)熱，保溫6h以消(xiao)除殘余應力(li)。
三個局部裝(zhuang)配件最后焊接。在制造的各個階(jie)段，對各條焊縫均作X射線探傷(shang)、聲(sheng)波探傷(shang)和(he)磁(ci)粉探傷(shang)等檢驗。
斷(duan)(duan)口檢(jian)驗表明，斷(duan)(duan)裂(lie)呈(cheng)脆性斷(duan)(duan)裂(lie)特征(zheng)，凸(tu)緣(yuan)鍛件上有兩個斷(duan)(duan)裂(lie)源。其中(zhong)一(yi)個斷(duan)(duan)裂(lie)源位(wei)(wei)于容器外表面(mian)(mian)下(xia)14.3m處，尺寸約9.5mm,該處位(wei)(wei)于周向(xiang)焊縫(feng)凸(tu)緣(yuan)一(yi)側的熱(re)影(ying)響(xiang)區。另一(yi)個斷(duan)(duan)裂(lie)源位(wei)(wei)于外表面(mian)(mian)以下(xia)11.1mm處，也位(wei)(wei)于周向(xiang)焊縫(feng)凸(tu)緣(yuan)一(yi)側的熱(re)影(ying)響(xiang)區。熱(re)影(ying)響(xiang)區上的這兩個斷(duan)(duan)裂(lie)源均呈(cheng)平坦無(wu)特征(zheng)的小(xiao)刻面(mian)(mian)。
金相檢驗表(biao)明，裂(lie)紋(wen)源(yuan)(yuan)區為貝(bei)氏(shi)(shi)體和(he)奧氏(shi)(shi)體的(de)混合組織，維(wei)氏(shi)(shi)硬(ying)度（9.8N載荷）為426~420HV,裂(lie)紋(wen)源(yuan)(yuan)外的(de)熱影(ying)響(xiang)區組織為粗大的(de)鋸齒狀貝(bei)氏(shi)(shi)體，維(wei)氏(shi)(shi)硬(ying)度為316~363HV,表(biao)明斷裂(lie)處(chu)的(de)硬(ying)度比相鄰(lin)區域高。
檢查(cha)焊縫截面組(zu)(zu)(zu)織，發現(xian)(xian)凸緣鍛(duan)件具有(you)(you)明顯的(de)(de)帶(dai)(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)(zu)織，而殼體(ti)(ti)(ti)(ti)板材沒有(you)(you)。帶(dai)(dai)(dai)與(yu)帶(dai)(dai)(dai)之間的(de)(de)組(zu)(zu)(zu)織由鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)和珠光體(ti)(ti)(ti)(ti)構成，維氏(shi)(shi)硬度(du)（98N載(zai)荷）為(wei)180~200HV,帶(dai)(dai)(dai)內組(zu)(zu)(zu)織為(wei)上貝氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，維氏(shi)(shi)硬度(du)為(wei)251~265HV.切取(qu)該區域試樣使之在(zai)(zai)950℃奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)化，并在(zai)(zai)10%NaOH溶液中淬火，以得到全部馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)織，然后橫貫試樣帶(dai)(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)(zu)織測定各點(dian)的(de)(de)維氏(shi)(shi)硬度(du)（9.8N載(zai)荷），結果帶(dai)(dai)(dai)的(de)(de)一側平均硬度(du)為(wei)507HV,帶(dai)(dai)(dai)內為(wei)549HV,另一側為(wei)488HV,對帶(dai)(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)(zu)織作(zuo)成分掃描發現(xian)(xian)內外(wai)有(you)(you)差異，如表(biao)6-1所示。成分差異表(biao)明，偏(pian)析帶(dai)(dai)(dai)內具有(you)(you)較高淬透性，因(yin)此具有(you)(you)較大的(de)(de)開裂敏感性，特別是周(zhou)向焊縫熱影響區內的(de)(de)帶(dai)(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)(zu)織。
上述分析(xi)中，凸緣(yuan)鍛件內存在硬(ying)(ying)化區的事實表明(ming)(ming)，容器(qi)可能(neng)未(wei)(wei)按(an)(an)規定(ding)的溫(wen)(wen)度(du)進(jin)行消(xiao)除應(ying)(ying)力(li)熱(re)處(chu)理(li)。為證(zheng)明(ming)(ming)這一點(dian)，在熱(re)影響區切取(qu)一組試(shi)樣，加熱(re)到不同溫(wen)(wen)度(du)后(hou)回火，測定(ding)維氏硬(ying)(ying)度(du)發現，加熱(re)溫(wen)(wen)度(du)達550℃時，仍未(wei)(wei)偏離失(shi)效硬(ying)(ying)度(du)范圍，直到600℃或(huo)更高(gao)溫(wen)(wen)度(du)時，硬(ying)(ying)度(du)才開始(shi)明(ming)(ming)顯下降。因此工件很可能(neng)未(wei)(wei)按(an)(an)規定(ding)溫(wen)(wen)度(du)進(jin)行消(xiao)除應(ying)(ying)力(li)處(chu)理(li)。對焊(han)縫(feng)試(shi)樣進(jin)行卻貝V形缺(que)口沖擊(ji)(ji)試(shi)驗，結果表明(ming)(ming)，焊(han)縫(feng)金屬在未(wei)(wei)重(zhong)新回火的狀態(tai)下沖擊(ji)(ji)功(gong)很低，在650℃重(zhong)新回火6h后(hou)，室溫(wen)(wen)沖擊(ji)(ji)功(gong)有(you)了明(ming)(ming)顯提(ti)高(gao)。這一試(shi)驗也證(zheng)明(ming)(ming)該(gai)容器(qi)去應(ying)(ying)力(li)處(chu)理(li)時的加熱(re)溫(wen)(wen)度(du)低于規定(ding)溫(wen)(wen)度(du)。
由上述分(fen)析(xi)得出結論，該壓(ya)力容(rong)器(qi)斷裂(lie)起源于連(lian)接凸緣(yuan)(yuan)與第一節殼(ke)體的(de)(de)周(zhou)向(xiang)焊接熱(re)影響區(qu)(qu)(qu)內的(de)(de)橫向(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)；凸緣(yuan)(yuan)鍛件中(zhong)存在的(de)(de)合金(jin)元素偏(pian)析(xi)帶引起局部(bu)硬(ying)(ying)化，尤以熱(re)影響區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)偏(pian)析(xi)帶最為(wei)嚴重，從而成(cheng)為(wei)促進裂(lie)紋(wen)(wen)產生的(de)(de)因(yin)素。容(rong)器(qi)去應力處(chu)理工藝不當，使(shi)焊縫(feng)近縫(feng)區(qu)(qu)(qu)保(bao)留了(le)較高的(de)(de)殘余應力和局部(bu)硬(ying)(ying)化區(qu)(qu)(qu)，從而降低了(le)材料(liao)的(de)(de)缺(que)口韌(ren)性。
