用(yong)于某(mou)制氨廠的(de)(de)厚(hou)壁壓力(li)(li)容器(qi)(qi)(qi)，設計(ji)(ji)承(cheng)受壓力(li)(li)為(wei)35MPa,預計(ji)(ji)最(zui)高試驗(yan)壓力(li)(li)為(wei)47.9MPa,而(er)工作壓力(li)(li)增加(jia)至34.47MPa發生失效。該容器(qi)(qi)(qi)簡圖如圖6-5所示，長度(du)(du)18.2m,外(wai)徑2.0m,重183.5t,由(you)10節圓(yuan)筒(tong)及3個鍛件(jian)構成(cheng)。其中圓(yuan)筒(tong)由(you)厚(hou)度(du)(du)149.2mm的(de)(de)Cr-Ni-Mo-V鋼板卷制并(bing)焊接而(er)成(cheng)，三(san)個鍛件(jian)中的(de)(de)兩個作為(wei)容器(qi)(qi)(qi)兩端的(de)(de)封頭(tou)，另(ling)一(yi)個作為(wei)連接容器(qi)(qi)(qi)一(yi)端封頭(tou)的(de)(de)凸緣。
該容器(qi)失效造成大范圍(wei)的(de)破壞，一個封頭鍛(duan)件及相(xiang)鄰(lin)的(de)三(san)個圓筒殼體已(yi)經損壞，四個很大的(de)碎片從(cong)容器(qi)爆出，最(zui)大一塊重(zhong)2.3噸,穿透車間墻(qiang)壁拋至46m之外，損傷慘重(zhong)。
容器(qi)制造(zao)過程：容器(qi)的圓筒形(xing)殼體(ti)各部(bu)分均為熱(re)成形(xing)件(jian)，鋼板軋(ya)向(xiang)與(yu)容器(qi)軸(zhou)向(xiang)垂直，鋼材供貨狀態為正火(huo)(huo)＋回(hui)火(huo)(huo)；鍛(duan)件(jian)經退火(huo)(huo)、正火(huo)(huo)并(bing)在654℃回(hui)火(huo)(huo)，以保(bao)(bao)證所要求的力學性能。圓筒殼體(ti)縱向(xiang)焊縫為電渣焊縫，焊縫經表面(mian)打磨加(jia)工。使之(zhi)與(yu)圓筒曲(qu)率(lv)相吻合。各段圓筒焊后經900~950℃加(jia)熱(re)，保(bao)(bao)溫時間(jian)4h,空冷后進焊縫檢驗。沿(yan)周(zhou)向(xiang)焊接時，先預熱(re)至(zhi)200℃,采用埋弧焊工藝，每一局部(bu)裝配均經620~660℃加(jia)熱(re)，保(bao)(bao)溫6h以消除殘余應力。
三(san)個(ge)局部裝配件最后焊接。在(zai)制(zhi)造的(de)各(ge)個(ge)階(jie)段，對(dui)各(ge)條(tiao)焊縫均作X射線探傷(shang)、聲波探傷(shang)和磁粉探傷(shang)等檢驗。
斷(duan)口檢驗表明，斷(duan)裂呈脆性(xing)斷(duan)裂特征，凸(tu)緣鍛件(jian)上(shang)有兩(liang)個(ge)斷(duan)裂源(yuan)(yuan)(yuan)。其中一(yi)(yi)個(ge)斷(duan)裂源(yuan)(yuan)(yuan)位于(yu)(yu)容(rong)器外(wai)(wai)表面下14.3m處(chu)，尺寸約9.5mm,該處(chu)位于(yu)(yu)周向焊縫凸(tu)緣一(yi)(yi)側的(de)熱影(ying)響(xiang)區。另一(yi)(yi)個(ge)斷(duan)裂源(yuan)(yuan)(yuan)位于(yu)(yu)外(wai)(wai)表面以下11.1mm處(chu)，也位于(yu)(yu)周向焊縫凸(tu)緣一(yi)(yi)側的(de)熱影(ying)響(xiang)區。熱影(ying)響(xiang)區上(shang)的(de)這兩(liang)個(ge)斷(duan)裂源(yuan)(yuan)(yuan)均(jun)呈平坦無特征的(de)小(xiao)刻面。
金(jin)相(xiang)檢(jian)驗表明(ming)，裂紋源區為貝(bei)氏(shi)體(ti)(ti)和(he)奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)混合組織(zhi)，維氏(shi)硬(ying)度（9.8N載荷(he)）為426~420HV,裂紋源外的(de)熱影響區組織(zhi)為粗大的(de)鋸齒狀(zhuang)貝(bei)氏(shi)體(ti)(ti)，維氏(shi)硬(ying)度為316~363HV,表明(ming)斷裂處的(de)硬(ying)度比相(xiang)鄰(lin)區域高。
檢查焊縫截面組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，發現凸緣鍛件具(ju)有(you)(you)明顯的帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，而殼體板(ban)材沒有(you)(you)。帶(dai)(dai)與帶(dai)(dai)之間(jian)的組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)由鐵素體和(he)珠光體構成，維氏(shi)硬(ying)度(du)（98N載荷(he)）為180~200HV,帶(dai)(dai)內組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)為上貝氏(shi)體，維氏(shi)硬(ying)度(du)為251~265HV.切(qie)取該區(qu)域試樣(yang)使之在(zai)950℃奧氏(shi)體化，并在(zai)10%NaOH溶液中淬(cui)火，以得到全部馬(ma)氏(shi)體組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，然(ran)后橫(heng)貫試樣(yang)帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)測定(ding)各點的維氏(shi)硬(ying)度(du)（9.8N載荷(he)），結果帶(dai)(dai)的一側平均硬(ying)度(du)為507HV,帶(dai)(dai)內為549HV,另(ling)一側為488HV,對帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)作成分掃描發現內外有(you)(you)差異，如表6-1所示。成分差異表明，偏析(xi)帶(dai)(dai)內具(ju)有(you)(you)較高淬(cui)透性，因此具(ju)有(you)(you)較大的開裂敏感性，特別(bie)是周向焊縫熱影(ying)響區(qu)內的帶(dai)(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。
上述(shu)分析中(zhong)，凸(tu)緣鍛件內存在(zai)硬化(hua)區的(de)(de)事實表明，容(rong)(rong)器(qi)可(ke)能(neng)未(wei)(wei)(wei)按規(gui)定(ding)(ding)的(de)(de)溫度(du)(du)進(jin)行(xing)消(xiao)除應(ying)力(li)熱(re)處理。為證(zheng)明這一點，在(zai)熱(re)影響區切(qie)取一組(zu)試樣(yang)，加熱(re)到不(bu)同溫度(du)(du)后回火，測定(ding)(ding)維氏硬度(du)(du)發現(xian)，加熱(re)溫度(du)(du)達(da)550℃時(shi)，仍未(wei)(wei)(wei)偏離失效硬度(du)(du)范圍，直到600℃或更高溫度(du)(du)時(shi)，硬度(du)(du)才開始(shi)明顯下降。因此工件很(hen)可(ke)能(neng)未(wei)(wei)(wei)按規(gui)定(ding)(ding)溫度(du)(du)進(jin)行(xing)消(xiao)除應(ying)力(li)處理。對(dui)焊縫(feng)試樣(yang)進(jin)行(xing)卻貝(bei)V形缺口沖(chong)擊試驗(yan)，結果表明，焊縫(feng)金屬(shu)在(zai)未(wei)(wei)(wei)重新回火的(de)(de)狀態下沖(chong)擊功很(hen)低(di)，在(zai)650℃重新回火6h后，室溫沖(chong)擊功有了明顯提高。這一試驗(yan)也證(zheng)明該容(rong)(rong)器(qi)去(qu)應(ying)力(li)處理時(shi)的(de)(de)加熱(re)溫度(du)(du)低(di)于規(gui)定(ding)(ding)溫度(du)(du)。
由(you)上述分析得出結論，該壓(ya)力(li)容(rong)器(qi)斷(duan)裂起(qi)源于連接凸緣與(yu)第(di)一節殼體的(de)周向焊(han)接熱影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)內的(de)橫向裂紋；凸緣鍛件中(zhong)存在的(de)合金(jin)元(yuan)素(su)(su)偏析帶引起(qi)局(ju)(ju)部(bu)硬化，尤以熱影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)的(de)偏析帶最(zui)為嚴重，從(cong)而成(cheng)為促(cu)進裂紋產(chan)生的(de)因素(su)(su)。容(rong)器(qi)去應力(li)處理工藝(yi)不當，使焊(han)縫近(jin)縫區(qu)(qu)(qu)保(bao)留了較高的(de)殘(can)余應力(li)和局(ju)(ju)部(bu)硬化區(qu)(qu)(qu)，從(cong)而降低了材料的(de)缺口韌性。
