用于某制氨廠(chang)的(de)厚壁壓力(li)容器(qi)(qi)，設(she)計承(cheng)受壓力(li)為(wei)35MPa,預(yu)計最高(gao)試驗(yan)壓力(li)為(wei)47.9MPa,而(er)工作(zuo)壓力(li)增加至34.47MPa發生失效。該容器(qi)(qi)簡圖如圖6-5所示(shi)，長度18.2m,外徑2.0m,重(zhong)183.5t,由10節圓(yuan)筒及3個鍛件構(gou)成。其中圓(yuan)筒由厚度149.2mm的(de)Cr-Ni-Mo-V鋼板(ban)卷制并(bing)焊接而(er)成，三個鍛件中的(de)兩個作(zuo)為(wei)容器(qi)(qi)兩端的(de)封頭，另一個作(zuo)為(wei)連接容器(qi)(qi)一端封頭的(de)凸(tu)緣。
該(gai)容(rong)器失效(xiao)造成(cheng)大(da)范(fan)圍的破壞，一個封頭鍛件及相鄰的三個圓筒殼體已經(jing)損(sun)壞，四個很大(da)的碎片從容(rong)器爆出，最大(da)一塊重2.3噸,穿透車間墻壁拋至46m之外(wai)，損(sun)傷慘重。
容器制造過(guo)程：容器的(de)圓(yuan)筒(tong)形殼(ke)體各部(bu)(bu)分均為(wei)熱(re)(re)成形件(jian)，鋼(gang)板軋(ya)向(xiang)與(yu)容器軸向(xiang)垂直，鋼(gang)材供貨狀(zhuang)態為(wei)正火＋回(hui)火；鍛件(jian)經(jing)退(tui)火、正火并在654℃回(hui)火，以(yi)保(bao)證所(suo)要求的(de)力學性(xing)能(neng)。圓(yuan)筒(tong)殼(ke)體縱向(xiang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)為(wei)電渣焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)經(jing)表面(mian)打磨(mo)加工。使之(zhi)與(yu)圓(yuan)筒(tong)曲(qu)率(lv)相吻合。各段圓(yuan)筒(tong)焊(han)(han)(han)后經(jing)900~950℃加熱(re)(re)，保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間4h,空冷后進(jin)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)檢驗。沿(yan)周向(xiang)焊(han)(han)(han)接(jie)時(shi)，先預熱(re)(re)至(zhi)200℃,采用埋(mai)弧(hu)焊(han)(han)(han)工藝，每一局部(bu)(bu)裝配(pei)均經(jing)620~660℃加熱(re)(re)，保(bao)溫(wen)(wen)6h以(yi)消除(chu)殘余應力。
三個局部(bu)裝配件最(zui)后(hou)焊(han)接。在制造的(de)各個階段，對各條焊(han)縫均(jun)作X射線(xian)探傷、聲波探傷和(he)磁粉探傷等檢驗(yan)。
斷口檢驗表(biao)明，斷裂呈脆(cui)性(xing)斷裂特征(zheng)，凸(tu)緣鍛件上有(you)兩個斷裂源(yuan)(yuan)。其中一(yi)個斷裂源(yuan)(yuan)位于容器外表(biao)面下(xia)14.3m處，尺寸約9.5mm,該處位于周向焊縫(feng)凸(tu)緣一(yi)側(ce)的(de)熱影(ying)響(xiang)區。另一(yi)個斷裂源(yuan)(yuan)位于外表(biao)面以(yi)下(xia)11.1mm處，也位于周向焊縫(feng)凸(tu)緣一(yi)側(ce)的(de)熱影(ying)響(xiang)區。熱影(ying)響(xiang)區上的(de)這兩個斷裂源(yuan)(yuan)均呈平坦無特征(zheng)的(de)小刻面。
金相(xiang)(xiang)檢驗表(biao)明，裂(lie)紋(wen)源(yuan)區為(wei)貝氏(shi)體(ti)和奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)混(hun)合組(zu)織(zhi)，維氏(shi)硬度(du)（9.8N載荷(he)）為(wei)426~420HV,裂(lie)紋(wen)源(yuan)外的(de)熱影響區組(zu)織(zhi)為(wei)粗大的(de)鋸齒狀貝氏(shi)體(ti)，維氏(shi)硬度(du)為(wei)316~363HV,表(biao)明斷裂(lie)處的(de)硬度(du)比(bi)相(xiang)(xiang)鄰區域高(gao)。
檢查焊縫(feng)截面組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，發(fa)現(xian)凸緣(yuan)鍛(duan)件具(ju)有明顯的帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，而殼體(ti)板(ban)材沒有。帶(dai)(dai)與帶(dai)(dai)之間的組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)由(you)鐵(tie)素體(ti)和(he)珠光體(ti)構成(cheng)(cheng)，維(wei)(wei)氏(shi)硬(ying)度（98N載荷）為(wei)(wei)(wei)180~200HV,帶(dai)(dai)內(nei)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)為(wei)(wei)(wei)上貝氏(shi)體(ti)，維(wei)(wei)氏(shi)硬(ying)度為(wei)(wei)(wei)251~265HV.切取該(gai)區(qu)域試樣使之在950℃奧氏(shi)體(ti)化，并在10%NaOH溶液(ye)中淬火(huo)，以得到全部馬(ma)氏(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，然后(hou)橫貫試樣帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)測定各點(dian)的維(wei)(wei)氏(shi)硬(ying)度（9.8N載荷），結果(guo)帶(dai)(dai)的一側平均硬(ying)度為(wei)(wei)(wei)507HV,帶(dai)(dai)內(nei)為(wei)(wei)(wei)549HV,另一側為(wei)(wei)(wei)488HV,對帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)作成(cheng)(cheng)分(fen)掃描發(fa)現(xian)內(nei)外有差異(yi)(yi)，如表6-1所示(shi)。成(cheng)(cheng)分(fen)差異(yi)(yi)表明，偏(pian)析(xi)帶(dai)(dai)內(nei)具(ju)有較(jiao)高淬透性(xing)，因(yin)此具(ju)有較(jiao)大的開裂敏(min)感性(xing)，特別是(shi)周(zhou)向焊縫(feng)熱影響(xiang)區(qu)內(nei)的帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。
上述分析中(zhong)，凸緣鍛件內(nei)存(cun)在(zai)硬化(hua)區(qu)的(de)事(shi)實表明(ming)，容器可(ke)能未(wei)按(an)規定的(de)溫(wen)度進行(xing)消除應(ying)力熱(re)處理。為證明(ming)這一(yi)(yi)點，在(zai)熱(re)影響(xiang)區(qu)切取一(yi)(yi)組試樣，加熱(re)到(dao)不同溫(wen)度后回(hui)火(huo)，測定維氏硬度發(fa)現，加熱(re)溫(wen)度達(da)550℃時，仍未(wei)偏(pian)離失效硬度范圍，直到(dao)600℃或更高溫(wen)度時，硬度才(cai)開始明(ming)顯(xian)下降。因此工件很可(ke)能未(wei)按(an)規定溫(wen)度進行(xing)消除應(ying)力處理。對焊縫試樣進行(xing)卻貝V形缺口(kou)沖(chong)擊試驗，結(jie)果(guo)表明(ming)，焊縫金屬在(zai)未(wei)重新(xin)回(hui)火(huo)的(de)狀態下沖(chong)擊功(gong)很低，在(zai)650℃重新(xin)回(hui)火(huo)6h后，室(shi)溫(wen)沖(chong)擊功(gong)有了明(ming)顯(xian)提高。這一(yi)(yi)試驗也證明(ming)該容器去應(ying)力處理時的(de)加熱(re)溫(wen)度低于規定溫(wen)度。
由上述分析得(de)出結論(lun)，該壓(ya)力容器斷裂(lie)起源于連接凸(tu)緣(yuan)與第一節(jie)殼體(ti)的(de)(de)(de)周(zhou)向焊接熱影響(xiang)區(qu)內(nei)的(de)(de)(de)橫向裂(lie)紋；凸(tu)緣(yuan)鍛件中存在的(de)(de)(de)合金元素偏析帶引起局部硬化，尤以熱影響(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)偏析帶最為嚴重，從而成為促進裂(lie)紋產生的(de)(de)(de)因(yin)素。容器去應力處理工藝不當(dang)，使焊縫(feng)近縫(feng)區(qu)保留了(le)較高的(de)(de)(de)殘(can)余應力和局部硬化區(qu)，從而降低(di)了(le)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)缺口韌性。
