用(yong)于某(mou)制氨廠的(de)(de)厚壁(bi)壓力容(rong)器(qi)(qi)，設計(ji)承受壓力為(wei)35MPa,預計(ji)最高試驗壓力為(wei)47.9MPa,而(er)工作(zuo)(zuo)壓力增(zeng)加至34.47MPa發生(sheng)失效。該容(rong)器(qi)(qi)簡(jian)圖如圖6-5所示，長度18.2m,外徑(jing)2.0m,重(zhong)183.5t,由(you)10節圓筒及3個鍛(duan)件構成(cheng)。其中圓筒由(you)厚度149.2mm的(de)(de)Cr-Ni-Mo-V鋼板卷制并焊接而(er)成(cheng)，三(san)個鍛(duan)件中的(de)(de)兩(liang)個作(zuo)(zuo)為(wei)容(rong)器(qi)(qi)兩(liang)端(duan)的(de)(de)封(feng)頭(tou)，另一個作(zuo)(zuo)為(wei)連(lian)接容(rong)器(qi)(qi)一端(duan)封(feng)頭(tou)的(de)(de)凸緣。
該容器失效(xiao)造(zao)成大(da)范圍的(de)破(po)壞(huai)，一個(ge)封頭鍛件(jian)及相鄰的(de)三個(ge)圓(yuan)筒殼(ke)體已經損壞(huai)，四個(ge)很大(da)的(de)碎片從容器爆出，最大(da)一塊重(zhong)2.3噸,穿透車間墻壁拋至46m之(zhi)外，損傷慘重(zhong)。
容(rong)(rong)器(qi)(qi)制造過程：容(rong)(rong)器(qi)(qi)的(de)圓筒(tong)形殼體(ti)各(ge)部(bu)分(fen)均為(wei)熱(re)(re)成形件(jian)(jian)，鋼板軋向(xiang)與(yu)容(rong)(rong)器(qi)(qi)軸向(xiang)垂直，鋼材供(gong)貨狀態為(wei)正火(huo)＋回(hui)火(huo)；鍛件(jian)(jian)經退火(huo)、正火(huo)并在654℃回(hui)火(huo)，以(yi)保(bao)(bao)證(zheng)所要(yao)求的(de)力(li)學性能。圓筒(tong)殼體(ti)縱向(xiang)焊(han)縫(feng)為(wei)電渣焊(han)縫(feng)，焊(han)縫(feng)經表(biao)面打磨加(jia)工。使之與(yu)圓筒(tong)曲(qu)率相吻合。各(ge)段圓筒(tong)焊(han)后(hou)(hou)經900~950℃加(jia)熱(re)(re)，保(bao)(bao)溫(wen)時間4h,空冷后(hou)(hou)進(jin)焊(han)縫(feng)檢(jian)驗。沿周(zhou)向(xiang)焊(han)接(jie)時，先預熱(re)(re)至200℃,采用埋(mai)弧焊(han)工藝(yi)，每一(yi)局部(bu)裝配均經620~660℃加(jia)熱(re)(re)，保(bao)(bao)溫(wen)6h以(yi)消除殘余(yu)應力(li)。
三(san)個(ge)局(ju)部(bu)裝配件(jian)最后(hou)焊(han)接。在制造的各(ge)個(ge)階段，對各(ge)條焊(han)縫(feng)均作X射線探(tan)(tan)傷、聲波探(tan)(tan)傷和磁(ci)粉(fen)探(tan)(tan)傷等檢驗。
斷(duan)(duan)口檢驗表明，斷(duan)(duan)裂呈脆性(xing)斷(duan)(duan)裂特征，凸緣鍛件(jian)上(shang)有(you)兩(liang)個(ge)(ge)斷(duan)(duan)裂源(yuan)(yuan)。其中一(yi)(yi)個(ge)(ge)斷(duan)(duan)裂源(yuan)(yuan)位于容器外(wai)表面(mian)下14.3m處(chu)(chu)(chu)，尺寸約9.5mm,該處(chu)(chu)(chu)位于周向焊縫凸緣一(yi)(yi)側的(de)熱(re)影響區。另一(yi)(yi)個(ge)(ge)斷(duan)(duan)裂源(yuan)(yuan)位于外(wai)表面(mian)以(yi)下11.1mm處(chu)(chu)(chu)，也位于周向焊縫凸緣一(yi)(yi)側的(de)熱(re)影響區。熱(re)影響區上(shang)的(de)這(zhe)兩(liang)個(ge)(ge)斷(duan)(duan)裂源(yuan)(yuan)均(jun)呈平坦無(wu)特征的(de)小刻面(mian)。
金相檢驗(yan)表(biao)明(ming)，裂紋源區(qu)為(wei)貝氏(shi)(shi)體(ti)和(he)奧氏(shi)(shi)體(ti)的(de)混合組織，維(wei)氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)（9.8N載荷）為(wei)426~420HV,裂紋源外的(de)熱影響區(qu)組織為(wei)粗大的(de)鋸齒狀(zhuang)貝氏(shi)(shi)體(ti)，維(wei)氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)為(wei)316~363HV,表(biao)明(ming)斷(duan)裂處的(de)硬(ying)度(du)比相鄰區(qu)域高。
檢(jian)查焊(han)縫截面組(zu)織，發現凸(tu)緣(yuan)鍛件具(ju)有(you)明(ming)(ming)顯的帶狀(zhuang)組(zu)織，而殼(ke)體(ti)板材(cai)沒有(you)。帶與帶之間的組(zu)織由鐵素體(ti)和(he)珠光體(ti)構(gou)成，維氏硬度（98N載(zai)荷）為180~200HV,帶內組(zu)織為上貝(bei)氏體(ti)，維氏硬度為251~265HV.切取該區(qu)域試(shi)(shi)樣(yang)使(shi)之在950℃奧氏體(ti)化，并在10%NaOH溶液中淬火，以(yi)得到全部馬氏體(ti)組(zu)織，然后橫貫試(shi)(shi)樣(yang)帶狀(zhuang)組(zu)織測定各點的維氏硬度（9.8N載(zai)荷），結(jie)果帶的一(yi)側平均硬度為507HV,帶內為549HV,另一(yi)側為488HV,對帶狀(zhuang)組(zu)織作(zuo)成分掃描發現內外(wai)有(you)差異(yi)，如表(biao)6-1所示。成分差異(yi)表(biao)明(ming)(ming)，偏析(xi)帶內具(ju)有(you)較高淬透(tou)性(xing)，因此具(ju)有(you)較大的開(kai)裂(lie)敏感性(xing)，特別是周向焊(han)縫熱影響區(qu)內的帶狀(zhuang)組(zu)織。
上述分析中，凸緣鍛(duan)件(jian)內(nei)存在(zai)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)區的事實表(biao)(biao)明(ming)，容(rong)器可(ke)能未(wei)(wei)按規(gui)定的溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)進(jin)行消除(chu)應(ying)力(li)熱(re)處(chu)理。為(wei)證(zheng)明(ming)這一點，在(zai)熱(re)影響區切取(qu)一組(zu)試(shi)(shi)樣(yang)，加熱(re)到不同(tong)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)后回火，測定維氏硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)發現，加熱(re)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)達550℃時，仍未(wei)(wei)偏離失效硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)范(fan)圍，直(zhi)到600℃或更高(gao)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)時，硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)才開始明(ming)顯(xian)下降(jiang)。因此工件(jian)很可(ke)能未(wei)(wei)按規(gui)定溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)進(jin)行消除(chu)應(ying)力(li)處(chu)理。對焊縫試(shi)(shi)樣(yang)進(jin)行卻貝V形(xing)缺口沖(chong)擊(ji)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)，結果表(biao)(biao)明(ming)，焊縫金屬在(zai)未(wei)(wei)重新回火的狀態下沖(chong)擊(ji)功很低，在(zai)650℃重新回火6h后，室溫(wen)沖(chong)擊(ji)功有了明(ming)顯(xian)提高(gao)。這一試(shi)(shi)驗(yan)(yan)也證(zheng)明(ming)該容(rong)器去(qu)應(ying)力(li)處(chu)理時的加熱(re)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)低于規(gui)定溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)。
由上述分析得(de)出(chu)結論，該(gai)壓力(li)(li)容器(qi)斷裂起源于連(lian)接(jie)凸(tu)(tu)緣與第(di)一節殼(ke)體的(de)(de)(de)周向(xiang)焊(han)接(jie)熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)內的(de)(de)(de)橫(heng)向(xiang)裂紋；凸(tu)(tu)緣鍛件中(zhong)存在的(de)(de)(de)合金元(yuan)素偏析帶(dai)引起局部(bu)硬化，尤以熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)偏析帶(dai)最為(wei)嚴重(zhong)，從而成為(wei)促進裂紋產生的(de)(de)(de)因素。容器(qi)去應(ying)力(li)(li)處理工藝不(bu)當，使焊(han)縫(feng)近縫(feng)區(qu)保留了(le)較高(gao)的(de)(de)(de)殘余應(ying)力(li)(li)和局部(bu)硬化區(qu)，從而降低了(le)材料的(de)(de)(de)缺口韌性。
