用于某制氨廠的厚壁壓力容器，設(she)計(ji)承受壓力為(wei)35MPa,預計(ji)最(zui)高試(shi)驗壓力為(wei)47.9MPa,而工(gong)作(zuo)壓力增加至34.47MPa發(fa)生失效(xiao)。該容器簡圖如圖6-5所示，長度18.2m,外徑2.0m,重183.5t,由(you)10節圓(yuan)筒及3個(ge)(ge)鍛(duan)件(jian)構(gou)成。其中圓(yuan)筒由(you)厚度149.2mm的Cr-Ni-Mo-V鋼板卷制并焊接而成，三個(ge)(ge)鍛(duan)件(jian)中的兩個(ge)(ge)作(zuo)為(wei)容器兩端的封(feng)(feng)頭，另一(yi)個(ge)(ge)作(zuo)為(wei)連(lian)接容器一(yi)端封(feng)(feng)頭的凸緣。

  該(gai)容(rong)器失效造成大范(fan)圍(wei)的(de)破壞(huai)，一個(ge)封(feng)頭(tou)鍛件及相鄰的(de)三個(ge)圓(yuan)筒(tong)殼體(ti)已經損壞(huai)，四個(ge)很大的(de)碎片從(cong)容(rong)器爆出(chu)，最大一塊重(zhong)2.3噸,穿透車間墻(qiang)壁拋至46m之外(wai)，損傷慘(can)重(zhong)。

  容器制造(zao)過程：容器的圓(yuan)筒形殼(ke)體(ti)各部分(fen)均為熱(re)成形件，鋼板(ban)軋向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)容器軸向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)垂直(zhi)，鋼材供貨狀態為正火(huo)＋回(hui)火(huo)；鍛件經(jing)(jing)(jing)退(tui)火(huo)、正火(huo)并在654℃回(hui)火(huo)，以保證所要求(qiu)的力學性(xing)能。圓(yuan)筒殼(ke)體(ti)縱向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)焊(han)縫(feng)(feng)為電渣焊(han)縫(feng)(feng)，焊(han)縫(feng)(feng)經(jing)(jing)(jing)表面打(da)磨加(jia)工(gong)。使之(zhi)與(yu)(yu)圓(yuan)筒曲率相吻合(he)。各段圓(yuan)筒焊(han)后經(jing)(jing)(jing)900~950℃加(jia)熱(re)，保溫時(shi)間4h,空冷(leng)后進(jin)焊(han)縫(feng)(feng)檢驗。沿周(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)焊(han)接時(shi)，先預熱(re)至200℃,采(cai)用埋弧(hu)焊(han)工(gong)藝，每一局(ju)部裝配均經(jing)(jing)(jing)620~660℃加(jia)熱(re)，保溫6h以消(xiao)除(chu)殘余應力。

  三個(ge)(ge)局部(bu)裝配(pei)件最后焊(han)(han)接(jie)。在制造的(de)各個(ge)(ge)階段，對各條(tiao)焊(han)(han)縫均作X射線(xian)探(tan)傷、聲波探(tan)傷和磁粉探(tan)傷等(deng)檢驗。

  斷(duan)(duan)口檢驗表(biao)明(ming)，斷(duan)(duan)裂呈(cheng)脆性斷(duan)(duan)裂特征，凸緣(yuan)(yuan)鍛件(jian)上有兩(liang)個(ge)斷(duan)(duan)裂源。其中一(yi)個(ge)斷(duan)(duan)裂源位(wei)于(yu)(yu)(yu)容器外(wai)表(biao)面下14.3m處，尺寸約9.5mm,該處位(wei)于(yu)(yu)(yu)周向焊縫(feng)凸緣(yuan)(yuan)一(yi)側的(de)熱影(ying)響區(qu)。另一(yi)個(ge)斷(duan)(duan)裂源位(wei)于(yu)(yu)(yu)外(wai)表(biao)面以下11.1mm處，也(ye)位(wei)于(yu)(yu)(yu)周向焊縫(feng)凸緣(yuan)(yuan)一(yi)側的(de)熱影(ying)響區(qu)。熱影(ying)響區(qu)上的(de)這(zhe)兩(liang)個(ge)斷(duan)(duan)裂源均呈(cheng)平坦無特征的(de)小刻面。

  金相(xiang)檢驗表明，裂(lie)紋(wen)源區(qu)(qu)為貝氏體和奧氏體的混合組(zu)織，維氏硬(ying)度(du)（9.8N載(zai)荷(he)）為426~420HV,裂(lie)紋(wen)源外的熱影響區(qu)(qu)組(zu)織為粗(cu)大(da)的鋸齒狀(zhuang)貝氏體，維氏硬(ying)度(du)為316~363HV,表明斷裂(lie)處的硬(ying)度(du)比相(xiang)鄰區(qu)(qu)域高。

  檢查焊縫截面(mian)組(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，發現(xian)凸緣(yuan)鍛件具(ju)有明顯的(de)帶(dai)(dai)(dai)狀組(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，而殼體(ti)(ti)板(ban)材(cai)沒有。帶(dai)(dai)(dai)與帶(dai)(dai)(dai)之間的(de)組(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)由鐵素(su)體(ti)(ti)和珠光(guang)體(ti)(ti)構成，維(wei)氏(shi)(shi)(shi)硬度（98N載荷）為(wei)180~200HV,帶(dai)(dai)(dai)內(nei)組(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)上(shang)貝氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)，維(wei)氏(shi)(shi)(shi)硬度為(wei)251~265HV.切取該區域(yu)試樣(yang)使之在950℃奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)化，并在10%NaOH溶液(ye)中淬(cui)火，以得到全(quan)部馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，然(ran)后橫貫試樣(yang)帶(dai)(dai)(dai)狀組(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)測定各點的(de)維(wei)氏(shi)(shi)(shi)硬度（9.8N載荷），結果帶(dai)(dai)(dai)的(de)一側平均硬度為(wei)507HV,帶(dai)(dai)(dai)內(nei)為(wei)549HV,另一側為(wei)488HV,對(dui)帶(dai)(dai)(dai)狀組(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)作成分掃描(miao)發現(xian)內(nei)外有差(cha)異，如表6-1所示。成分差(cha)異表明，偏析(xi)帶(dai)(dai)(dai)內(nei)具(ju)有較(jiao)高淬(cui)透(tou)性(xing)，因(yin)此具(ju)有較(jiao)大的(de)開裂(lie)敏感(gan)性(xing)，特別是周向焊縫熱影響區內(nei)的(de)帶(dai)(dai)(dai)狀組(zu)(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)。

  上述分析(xi)中(zhong)，凸緣鍛件內存(cun)在硬(ying)(ying)(ying)化(hua)區的(de)事實表(biao)明(ming)(ming)，容(rong)器(qi)可能(neng)未(wei)按(an)規定(ding)(ding)(ding)的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)進行消(xiao)(xiao)除應(ying)力(li)熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)理。為證(zheng)明(ming)(ming)這一(yi)點，在熱(re)(re)(re)影響區切取一(yi)組試(shi)(shi)(shi)樣(yang)，加熱(re)(re)(re)到不同溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)后回(hui)火(huo)，測定(ding)(ding)(ding)維氏硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)發現，加熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)達550℃時，仍未(wei)偏離失效硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)范(fan)圍(wei)，直到600℃或(huo)更高溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)時，硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)才開始明(ming)(ming)顯下降。因此工件很(hen)可能(neng)未(wei)按(an)規定(ding)(ding)(ding)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)進行消(xiao)(xiao)除應(ying)力(li)處(chu)(chu)理。對焊縫(feng)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)進行卻貝V形缺口沖(chong)(chong)擊(ji)試(shi)(shi)(shi)驗，結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)(ming)，焊縫(feng)金屬在未(wei)重新回(hui)火(huo)的(de)狀態下沖(chong)(chong)擊(ji)功很(hen)低，在650℃重新回(hui)火(huo)6h后，室溫(wen)(wen)(wen)沖(chong)(chong)擊(ji)功有了明(ming)(ming)顯提高。這一(yi)試(shi)(shi)(shi)驗也(ye)證(zheng)明(ming)(ming)該容(rong)器(qi)去(qu)應(ying)力(li)處(chu)(chu)理時的(de)加熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)低于規定(ding)(ding)(ding)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)。

  由上述分析得出(chu)結論，該壓力容器斷(duan)裂(lie)起源于(yu)連(lian)接(jie)凸緣(yuan)與(yu)第一節殼體(ti)的周向焊接(jie)熱(re)影(ying)響(xiang)(xiang)區(qu)內的橫(heng)向裂(lie)紋；凸緣(yuan)鍛(duan)件(jian)中存在的合金元素偏析帶引起局部硬化，尤(you)以(yi)熱(re)影(ying)響(xiang)(xiang)區(qu)的偏析帶最為(wei)嚴重(zhong)，從而(er)成為(wei)促進裂(lie)紋產(chan)生的因素。容器去應(ying)力處理工(gong)藝不當，使焊縫近縫區(qu)保留了較高的殘余應(ying)力和局部硬化區(qu)，從而(er)降低了材料的缺口韌性(xing)。