用于某制氨廠的厚壁壓力(li)容(rong)(rong)器，設計(ji)(ji)承受壓力(li)為35MPa,預計(ji)(ji)最高試驗壓力(li)為47.9MPa,而工作壓力(li)增(zeng)加至34.47MPa發生(sheng)失效。該容(rong)(rong)器簡圖如圖6-5所(suo)示，長度(du)18.2m,外徑(jing)2.0m,重183.5t,由10節圓筒及3個(ge)鍛件構(gou)成(cheng)。其中圓筒由厚度(du)149.2mm的Cr-Ni-Mo-V鋼板卷制并焊接而成(cheng)，三個(ge)鍛件中的兩(liang)個(ge)作為容(rong)(rong)器兩(liang)端的封(feng)頭，另(ling)一(yi)個(ge)作為連接容(rong)(rong)器一(yi)端封(feng)頭的凸(tu)緣。
該容(rong)器失效造(zao)成(cheng)大范圍的破壞，一個封頭鍛件及相鄰的三(san)個圓筒殼體(ti)已經損壞，四個很大的碎片從容(rong)器爆(bao)出(chu)，最大一塊重2.3噸,穿透車間墻壁拋至46m之外，損傷慘重。
容器(qi)(qi)制造過(guo)程(cheng)：容器(qi)(qi)的圓(yuan)筒(tong)形(xing)殼體(ti)各部分均(jun)為熱(re)成形(xing)件，鋼板軋(ya)向(xiang)與容器(qi)(qi)軸(zhou)向(xiang)垂直(zhi)，鋼材供貨狀態為正火(huo)＋回火(huo)；鍛件經(jing)(jing)退火(huo)、正火(huo)并(bing)在(zai)654℃回火(huo)，以保(bao)(bao)證所(suo)要求的力學性能(neng)。圓(yuan)筒(tong)殼體(ti)縱向(xiang)焊(han)(han)(han)縫(feng)為電渣焊(han)(han)(han)縫(feng)，焊(han)(han)(han)縫(feng)經(jing)(jing)表面打(da)磨(mo)加工。使(shi)之與圓(yuan)筒(tong)曲率相吻(wen)合。各段圓(yuan)筒(tong)焊(han)(han)(han)后(hou)經(jing)(jing)900~950℃加熱(re)，保(bao)(bao)溫時(shi)間(jian)4h,空冷后(hou)進焊(han)(han)(han)縫(feng)檢驗。沿周向(xiang)焊(han)(han)(han)接時(shi)，先預熱(re)至200℃,采(cai)用埋(mai)弧焊(han)(han)(han)工藝，每(mei)一局部裝(zhuang)配均(jun)經(jing)(jing)620~660℃加熱(re)，保(bao)(bao)溫6h以消除殘余(yu)應力。
三(san)個(ge)局部(bu)裝配件最后(hou)焊(han)接。在制造的各(ge)個(ge)階(jie)段，對各(ge)條焊(han)縫(feng)均作X射線探傷、聲波探傷和磁粉探傷等檢驗(yan)。
斷(duan)口檢驗表(biao)明，斷(duan)裂(lie)(lie)呈(cheng)脆(cui)性斷(duan)裂(lie)(lie)特(te)征，凸緣鍛件上(shang)(shang)有兩個斷(duan)裂(lie)(lie)源。其(qi)中一(yi)個斷(duan)裂(lie)(lie)源位(wei)(wei)于(yu)容器外表(biao)面(mian)(mian)下14.3m處(chu)，尺寸(cun)約9.5mm,該處(chu)位(wei)(wei)于(yu)周向焊縫(feng)凸緣一(yi)側的熱影(ying)響區(qu)。另(ling)一(yi)個斷(duan)裂(lie)(lie)源位(wei)(wei)于(yu)外表(biao)面(mian)(mian)以下11.1mm處(chu)，也位(wei)(wei)于(yu)周向焊縫(feng)凸緣一(yi)側的熱影(ying)響區(qu)。熱影(ying)響區(qu)上(shang)(shang)的這兩個斷(duan)裂(lie)(lie)源均呈(cheng)平坦無特(te)征的小刻面(mian)(mian)。
金(jin)相(xiang)檢驗表明，裂紋源區(qu)為(wei)貝(bei)(bei)氏(shi)(shi)體和奧(ao)氏(shi)(shi)體的混合組(zu)織，維氏(shi)(shi)硬(ying)度（9.8N載荷(he)）為(wei)426~420HV,裂紋源外(wai)的熱影響區(qu)組(zu)織為(wei)粗大的鋸齒狀貝(bei)(bei)氏(shi)(shi)體，維氏(shi)(shi)硬(ying)度為(wei)316~363HV,表明斷裂處的硬(ying)度比相(xiang)鄰區(qu)域高(gao)。
檢查(cha)焊縫截面組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，發(fa)(fa)現凸緣(yuan)鍛件具有明顯的(de)(de)帶(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，而殼體(ti)板材(cai)沒有。帶(dai)與帶(dai)之(zhi)間的(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)由(you)鐵素體(ti)和珠光體(ti)構成，維(wei)氏(shi)硬度(du)（98N載荷）為180~200HV,帶(dai)內(nei)(nei)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)為上貝氏(shi)體(ti)，維(wei)氏(shi)硬度(du)為251~265HV.切取該(gai)區域(yu)試(shi)(shi)樣使之(zhi)在950℃奧氏(shi)體(ti)化，并在10%NaOH溶液中淬(cui)火(huo)，以得到(dao)全部馬氏(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，然后橫貫試(shi)(shi)樣帶(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)測定各點的(de)(de)維(wei)氏(shi)硬度(du)（9.8N載荷），結果帶(dai)的(de)(de)一側(ce)平均硬度(du)為507HV,帶(dai)內(nei)(nei)為549HV,另(ling)一側(ce)為488HV,對帶(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)作成分(fen)(fen)掃(sao)描發(fa)(fa)現內(nei)(nei)外有差異(yi)(yi)，如(ru)表(biao)6-1所示。成分(fen)(fen)差異(yi)(yi)表(biao)明，偏析(xi)帶(dai)內(nei)(nei)具有較(jiao)高淬(cui)透性，因(yin)此具有較(jiao)大的(de)(de)開(kai)裂敏感(gan)性，特別(bie)是周(zhou)向焊縫熱影(ying)響區內(nei)(nei)的(de)(de)帶(dai)狀(zhuang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)。
上(shang)述(shu)分(fen)析(xi)中，凸緣(yuan)鍛件內存在(zai)(zai)(zai)(zai)硬(ying)(ying)化區的(de)(de)事實(shi)表(biao)明，容器可能(neng)(neng)未按(an)規(gui)定的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)進(jin)(jin)行消除應力(li)熱(re)處理(li)。為證明這(zhe)一(yi)點，在(zai)(zai)(zai)(zai)熱(re)影響區切取(qu)一(yi)組試樣(yang)，加(jia)熱(re)到不同溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)后回火(huo)，測定維氏硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)發現，加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)達550℃時(shi)，仍未偏離失效(xiao)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)范圍，直到600℃或更高(gao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)時(shi)，硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)才開始(shi)明顯下降(jiang)。因此工件很可能(neng)(neng)未按(an)規(gui)定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)進(jin)(jin)行消除應力(li)處理(li)。對焊縫試樣(yang)進(jin)(jin)行卻(que)貝V形(xing)缺口沖(chong)擊(ji)試驗(yan)，結(jie)果表(biao)明，焊縫金屬在(zai)(zai)(zai)(zai)未重新(xin)回火(huo)的(de)(de)狀態下沖(chong)擊(ji)功(gong)很低(di)，在(zai)(zai)(zai)(zai)650℃重新(xin)回火(huo)6h后，室溫(wen)(wen)沖(chong)擊(ji)功(gong)有了明顯提高(gao)。這(zhe)一(yi)試驗(yan)也證明該(gai)容器去應力(li)處理(li)時(shi)的(de)(de)加(jia)熱(re)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)于規(gui)定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。
由上述分(fen)析得出結論，該壓力(li)容(rong)器斷裂起源于連接凸緣與第一節(jie)殼(ke)體的周(zhou)向焊接熱(re)影響區(qu)內的橫(heng)向裂紋；凸緣鍛件中存在的合金元(yuan)素偏析帶引(yin)起局部硬化，尤以熱(re)影響區(qu)的偏析帶最為嚴重，從(cong)而成為促進裂紋產生的因素。容(rong)器去應(ying)(ying)力(li)處理工藝不(bu)當，使焊縫近(jin)縫區(qu)保留(liu)了較高(gao)的殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)和局部硬化區(qu)，從(cong)而降低了材料的缺口韌性。
