用于某制氨廠的(de)厚(hou)壁壓(ya)力容(rong)器，設計(ji)承受壓(ya)力為(wei)35MPa,預計(ji)最高(gao)試驗壓(ya)力為(wei)47.9MPa,而工作壓(ya)力增加至34.47MPa發生失效(xiao)。該容(rong)器簡圖如圖6-5所示，長度18.2m,外徑2.0m,重183.5t,由(you)10節圓(yuan)(yuan)筒及(ji)3個(ge)鍛件構成。其中圓(yuan)(yuan)筒由(you)厚(hou)度149.2mm的(de)Cr-Ni-Mo-V鋼板卷制并焊接而成，三個(ge)鍛件中的(de)兩個(ge)作為(wei)容(rong)器兩端的(de)封頭，另一(yi)個(ge)作為(wei)連接容(rong)器一(yi)端封頭的(de)凸緣。
該容(rong)器失效造成大范圍(wei)的(de)破壞，一(yi)個封頭(tou)鍛件及相(xiang)鄰的(de)三個圓筒殼體已經損(sun)壞，四個很大的(de)碎(sui)片從(cong)容(rong)器爆出(chu)，最大一(yi)塊重2.3噸,穿透(tou)車(che)間墻(qiang)壁拋(pao)至46m之外，損(sun)傷(shang)慘重。
容器制造過(guo)程：容器的(de)圓(yuan)筒形殼體(ti)各(ge)部分均為(wei)熱(re)(re)成形件，鋼(gang)板軋向與容器軸向垂直(zhi)，鋼(gang)材供貨狀態為(wei)正火＋回火；鍛件經(jing)退火、正火并(bing)在(zai)654℃回火，以保證(zheng)所要(yao)求的(de)力學性(xing)能(neng)。圓(yuan)筒殼體(ti)縱(zong)向焊(han)縫(feng)(feng)為(wei)電渣焊(han)縫(feng)(feng)，焊(han)縫(feng)(feng)經(jing)表面打磨加(jia)(jia)工。使之與圓(yuan)筒曲率相吻(wen)合。各(ge)段圓(yuan)筒焊(han)后(hou)經(jing)900~950℃加(jia)(jia)熱(re)(re)，保溫時間4h,空冷后(hou)進(jin)焊(han)縫(feng)(feng)檢(jian)驗(yan)。沿周向焊(han)接(jie)時，先預熱(re)(re)至200℃,采(cai)用埋弧(hu)焊(han)工藝，每一局部裝配均經(jing)620~660℃加(jia)(jia)熱(re)(re)，保溫6h以消(xiao)除殘余應力。
三(san)個局(ju)部裝配件最(zui)后焊(han)(han)接。在制造的各個階段，對各條(tiao)焊(han)(han)縫均作X射(she)線探傷(shang)、聲波(bo)探傷(shang)和磁粉探傷(shang)等檢驗。
斷(duan)口檢驗(yan)表(biao)明，斷(duan)裂呈脆性斷(duan)裂特(te)征，凸(tu)緣(yuan)(yuan)鍛件上(shang)有兩個(ge)(ge)(ge)斷(duan)裂源(yuan)。其中一個(ge)(ge)(ge)斷(duan)裂源(yuan)位于容器外(wai)表(biao)面下(xia)14.3m處(chu)，尺寸約9.5mm,該處(chu)位于周向焊縫凸(tu)緣(yuan)(yuan)一側的(de)熱影(ying)(ying)響區(qu)。另一個(ge)(ge)(ge)斷(duan)裂源(yuan)位于外(wai)表(biao)面以下(xia)11.1mm處(chu)，也位于周向焊縫凸(tu)緣(yuan)(yuan)一側的(de)熱影(ying)(ying)響區(qu)。熱影(ying)(ying)響區(qu)上(shang)的(de)這兩個(ge)(ge)(ge)斷(duan)裂源(yuan)均呈平坦(tan)無特(te)征的(de)小刻(ke)面。
金(jin)相檢驗(yan)表明(ming)，裂(lie)紋(wen)源區為(wei)(wei)貝(bei)(bei)氏(shi)體(ti)和奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)混合組織(zhi)，維(wei)(wei)氏(shi)硬度(du)(du)（9.8N載荷）為(wei)(wei)426~420HV,裂(lie)紋(wen)源外的(de)熱影響區組織(zhi)為(wei)(wei)粗大(da)的(de)鋸齒狀(zhuang)貝(bei)(bei)氏(shi)體(ti)，維(wei)(wei)氏(shi)硬度(du)(du)為(wei)(wei)316~363HV,表明(ming)斷裂(lie)處的(de)硬度(du)(du)比相鄰區域高。
檢查焊縫(feng)截面組(zu)織，發現(xian)凸緣(yuan)鍛件具有明顯的(de)帶(dai)狀組(zu)織，而殼體(ti)板材沒有。帶(dai)與帶(dai)之間的(de)組(zu)織由鐵素(su)體(ti)和珠光體(ti)構成(cheng)(cheng)，維氏硬度(du)（98N載荷）為(wei)180~200HV,帶(dai)內(nei)組(zu)織為(wei)上貝氏體(ti)，維氏硬度(du)為(wei)251~265HV.切取該(gai)區(qu)域試樣使之在950℃奧(ao)氏體(ti)化，并在10%NaOH溶液(ye)中淬(cui)火，以得到全部(bu)馬氏體(ti)組(zu)織，然后橫貫(guan)試樣帶(dai)狀組(zu)織測定各點的(de)維氏硬度(du)（9.8N載荷），結(jie)果帶(dai)的(de)一側(ce)(ce)平(ping)均硬度(du)為(wei)507HV,帶(dai)內(nei)為(wei)549HV,另一側(ce)(ce)為(wei)488HV,對帶(dai)狀組(zu)織作成(cheng)(cheng)分掃描發現(xian)內(nei)外有差(cha)異(yi)，如表6-1所示(shi)。成(cheng)(cheng)分差(cha)異(yi)表明，偏析帶(dai)內(nei)具有較高淬(cui)透性(xing)，因(yin)此具有較大的(de)開(kai)裂敏(min)感(gan)性(xing)，特別是周向(xiang)焊縫(feng)熱(re)影響區(qu)內(nei)的(de)帶(dai)狀組(zu)織。
上述分析中，凸(tu)緣鍛件(jian)內存在(zai)硬化(hua)區的(de)事實(shi)表(biao)明(ming)，容器可(ke)能(neng)未(wei)按規定(ding)的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)進(jin)(jin)行消除應力(li)熱(re)(re)處理。為(wei)證明(ming)這(zhe)一點，在(zai)熱(re)(re)影(ying)響區切(qie)取一組試樣(yang)(yang)，加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)到(dao)不同(tong)溫(wen)(wen)度(du)(du)后(hou)(hou)回火(huo)(huo)，測(ce)定(ding)維氏硬度(du)(du)發現(xian)，加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)達(da)550℃時，仍未(wei)偏離失效硬度(du)(du)范圍，直到(dao)600℃或更高(gao)溫(wen)(wen)度(du)(du)時，硬度(du)(du)才開(kai)始明(ming)顯下降。因此(ci)工件(jian)很可(ke)能(neng)未(wei)按規定(ding)溫(wen)(wen)度(du)(du)進(jin)(jin)行消除應力(li)處理。對焊縫(feng)試樣(yang)(yang)進(jin)(jin)行卻貝V形缺(que)口沖(chong)擊(ji)試驗，結果表(biao)明(ming)，焊縫(feng)金(jin)屬(shu)在(zai)未(wei)重(zhong)新(xin)回火(huo)(huo)的(de)狀態下沖(chong)擊(ji)功(gong)很低(di)，在(zai)650℃重(zhong)新(xin)回火(huo)(huo)6h后(hou)(hou)，室溫(wen)(wen)沖(chong)擊(ji)功(gong)有(you)了明(ming)顯提(ti)高(gao)。這(zhe)一試驗也證明(ming)該容器去應力(li)處理時的(de)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)低(di)于(yu)規定(ding)溫(wen)(wen)度(du)(du)。
由上述分析(xi)得出結論，該(gai)壓力(li)容器斷裂(lie)起源(yuan)于連接(jie)凸緣與第一節殼體的(de)(de)周向(xiang)焊接(jie)熱(re)影響(xiang)區(qu)內的(de)(de)橫向(xiang)裂(lie)紋；凸緣鍛件中(zhong)存在的(de)(de)合金元素(su)偏析(xi)帶(dai)引(yin)起局(ju)部硬化，尤以熱(re)影響(xiang)區(qu)的(de)(de)偏析(xi)帶(dai)最為嚴重，從而成為促進(jin)裂(lie)紋產生的(de)(de)因素(su)。容器去應力(li)處理工藝不(bu)當，使焊縫近縫區(qu)保留(liu)了(le)較(jiao)高的(de)(de)殘余應力(li)和局(ju)部硬化區(qu)，從而降低了(le)材料的(de)(de)缺口韌性。
