用(yong)于某制氨廠的(de)厚壁(bi)壓力(li)容(rong)(rong)器(qi)，設(she)計(ji)承受(shou)壓力(li)為35MPa,預計(ji)最高試驗壓力(li)為47.9MPa,而工作壓力(li)增加(jia)至34.47MPa發生失效。該容(rong)(rong)器(qi)簡圖如(ru)圖6-5所示(shi)，長度18.2m,外徑2.0m,重183.5t,由10節圓(yuan)筒(tong)及3個(ge)(ge)鍛件構成。其中圓(yuan)筒(tong)由厚度149.2mm的(de)Cr-Ni-Mo-V鋼板卷(juan)制并焊(han)接而成，三個(ge)(ge)鍛件中的(de)兩個(ge)(ge)作為容(rong)(rong)器(qi)兩端的(de)封(feng)頭，另一個(ge)(ge)作為連接容(rong)(rong)器(qi)一端封(feng)頭的(de)凸(tu)緣。
該容(rong)(rong)器失(shi)效造成大(da)(da)范圍(wei)的破(po)壞，一個(ge)封頭鍛件及相鄰的三個(ge)圓筒(tong)殼(ke)體(ti)已(yi)經損壞，四個(ge)很大(da)(da)的碎片從容(rong)(rong)器爆出，最(zui)大(da)(da)一塊重2.3噸,穿透車間(jian)墻(qiang)壁拋至46m之(zhi)外，損傷慘重。
容(rong)(rong)器制造過程(cheng)：容(rong)(rong)器的(de)圓(yuan)(yuan)(yuan)筒(tong)形殼(ke)體各(ge)(ge)部(bu)分均為熱(re)成形件(jian)，鋼(gang)板軋向與(yu)容(rong)(rong)器軸向垂直(zhi)，鋼(gang)材供貨(huo)狀態為正(zheng)火(huo)(huo)＋回(hui)火(huo)(huo)；鍛(duan)件(jian)經(jing)(jing)退火(huo)(huo)、正(zheng)火(huo)(huo)并在654℃回(hui)火(huo)(huo)，以保證所要求的(de)力(li)學性能。圓(yuan)(yuan)(yuan)筒(tong)殼(ke)體縱向焊(han)(han)(han)(han)縫為電渣焊(han)(han)(han)(han)縫，焊(han)(han)(han)(han)縫經(jing)(jing)表面打磨加(jia)工(gong)。使之與(yu)圓(yuan)(yuan)(yuan)筒(tong)曲率(lv)相吻(wen)合。各(ge)(ge)段圓(yuan)(yuan)(yuan)筒(tong)焊(han)(han)(han)(han)后經(jing)(jing)900~950℃加(jia)熱(re)，保溫時間4h,空冷后進焊(han)(han)(han)(han)縫檢驗。沿(yan)周向焊(han)(han)(han)(han)接時，先預(yu)熱(re)至200℃,采用(yong)埋弧焊(han)(han)(han)(han)工(gong)藝(yi)，每一局部(bu)裝配(pei)均經(jing)(jing)620~660℃加(jia)熱(re)，保溫6h以消除(chu)殘余應(ying)力(li)。
三(san)個(ge)局部裝配件最后焊接。在制造的各(ge)個(ge)階段，對(dui)各(ge)條焊縫均作X射線探(tan)傷、聲波探(tan)傷和磁粉(fen)探(tan)傷等檢驗。
斷(duan)(duan)(duan)口(kou)檢驗表(biao)明，斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)呈(cheng)脆性(xing)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)特征，凸緣鍛件上(shang)有(you)兩(liang)個斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)源。其(qi)中一(yi)個斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)源位(wei)(wei)于容器(qi)外表(biao)面(mian)下(xia)14.3m處(chu)，尺(chi)寸約(yue)9.5mm,該處(chu)位(wei)(wei)于周向焊縫(feng)凸緣一(yi)側的(de)(de)熱影響(xiang)區。另一(yi)個斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)源位(wei)(wei)于外表(biao)面(mian)以下(xia)11.1mm處(chu)，也位(wei)(wei)于周向焊縫(feng)凸緣一(yi)側的(de)(de)熱影響(xiang)區。熱影響(xiang)區上(shang)的(de)(de)這兩(liang)個斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)源均(jun)呈(cheng)平(ping)坦無特征的(de)(de)小刻面(mian)。
金相檢驗表明，裂紋源(yuan)區(qu)為貝氏(shi)體(ti)和奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)(de)混合組(zu)織，維氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)（9.8N載荷）為426~420HV,裂紋源(yuan)外的(de)(de)熱影響區(qu)組(zu)織為粗大的(de)(de)鋸齒(chi)狀(zhuang)貝氏(shi)體(ti)，維氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)為316~363HV,表明斷(duan)裂處的(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)比相鄰區(qu)域高。
檢查焊(han)縫截面(mian)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，發(fa)現凸緣鍛件具有明顯的(de)帶(dai)(dai)(dai)狀組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，而殼體(ti)板(ban)材沒有。帶(dai)(dai)(dai)與帶(dai)(dai)(dai)之間的(de)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)由鐵(tie)素體(ti)和珠光體(ti)構成(cheng)，維氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)（98N載荷）為(wei)(wei)180~200HV,帶(dai)(dai)(dai)內組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)為(wei)(wei)上貝氏(shi)(shi)體(ti)，維氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)為(wei)(wei)251~265HV.切取該區域試(shi)樣使之在950℃奧氏(shi)(shi)體(ti)化，并在10%NaOH溶液中淬火，以得到全部(bu)馬氏(shi)(shi)體(ti)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，然后橫貫試(shi)樣帶(dai)(dai)(dai)狀組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)測定(ding)各點的(de)維氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)（9.8N載荷），結果帶(dai)(dai)(dai)的(de)一(yi)側(ce)平(ping)均硬(ying)度(du)為(wei)(wei)507HV,帶(dai)(dai)(dai)內為(wei)(wei)549HV,另一(yi)側(ce)為(wei)(wei)488HV,對(dui)帶(dai)(dai)(dai)狀組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)作(zuo)成(cheng)分掃描發(fa)現內外有差異，如表6-1所示。成(cheng)分差異表明，偏析帶(dai)(dai)(dai)內具有較高淬透性，因此具有較大的(de)開(kai)裂敏感(gan)性，特別(bie)是周向焊(han)縫熱影響區內的(de)帶(dai)(dai)(dai)狀組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。
上述分析中，凸緣鍛件內存在硬化區(qu)(qu)的事實表明(ming)，容(rong)器可(ke)能未(wei)按規定(ding)(ding)(ding)的溫(wen)(wen)度(du)(du)進行消除(chu)應力熱(re)處理。為(wei)證明(ming)這一點(dian)，在熱(re)影響區(qu)(qu)切取一組試(shi)樣，加(jia)熱(re)到不同溫(wen)(wen)度(du)(du)后回火，測定(ding)(ding)(ding)維氏硬度(du)(du)發現(xian)，加(jia)熱(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600℃或更(geng)高溫(wen)(wen)度(du)(du)時，硬度(du)(du)才開始明(ming)顯下降。因此工件很可(ke)能未(wei)按規定(ding)(ding)(ding)溫(wen)(wen)度(du)(du)進行消除(chu)應力處理。對焊縫(feng)試(shi)樣進行卻(que)貝V形缺口沖(chong)擊(ji)試(shi)驗，結果表明(ming)，焊縫(feng)金屬在未(wei)重新回火的狀態下沖(chong)擊(ji)功(gong)很低，在650℃重新回火6h后，室溫(wen)(wen)沖(chong)擊(ji)功(gong)有了明(ming)顯提高。這一試(shi)驗也證明(ming)該容(rong)器去應力處理時的加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)低于規定(ding)(ding)(ding)溫(wen)(wen)度(du)(du)。
由(you)上述分析得出結(jie)論，該壓力(li)容器(qi)斷裂(lie)起(qi)源于連接凸緣(yuan)與第一(yi)節殼體的(de)(de)周(zhou)向焊接熱影響(xiang)區(qu)內的(de)(de)橫向裂(lie)紋；凸緣(yuan)鍛(duan)件中存(cun)在的(de)(de)合金(jin)元(yuan)素偏(pian)析帶(dai)引(yin)起(qi)局部硬化，尤以(yi)熱影響(xiang)區(qu)的(de)(de)偏(pian)析帶(dai)最為嚴重，從(cong)而(er)成(cheng)為促(cu)進裂(lie)紋產生的(de)(de)因(yin)素。容器(qi)去應力(li)處理(li)工藝不當，使焊縫近縫區(qu)保留了(le)較高(gao)的(de)(de)殘余應力(li)和局部硬化區(qu)，從(cong)而(er)降低了(le)材料的(de)(de)缺口韌性。
