用于某制氨廠的厚壁壓力容器，設(shè)計(jì)承受壓力為35MPa,預(yù)計(jì)最高試驗(yàn)壓力為47.9MPa,而工作壓力增加至34.47MPa發(fā)生失效。該容器簡圖如圖6-5所示，長度18.2m,外徑2.0m,重183.5t,由10節(jié)圓筒及3個鍛件構(gòu)成。其中圓筒由厚度149.2mm的Cr-Ni-Mo-V鋼板卷制并焊接而成，三個鍛件中的兩個作為容器兩端的封頭，另一個作為連接容器一端封頭的凸緣。

  該容器失效造成大范圍的破壞，一個封頭鍛件及相鄰的三個圓筒殼體已經(jīng)損壞，四個很大的碎片從容器爆出，最大一塊重2.3噸,穿透車間墻壁拋至46m之外，損傷慘重。

  容器制造過程：容器的圓筒形殼體各部分均為熱成形件，鋼板軋向與容器軸向垂直，鋼材供貨狀態(tài)為正火＋回火；鍛件經(jīng)退火、正火并在654℃回火，以保證所要求的力學(xué)性能。圓筒殼體縱向焊縫為電渣焊縫，焊縫經(jīng)表面打磨加工。使之與圓筒曲率相吻合。各段圓筒焊后經(jīng)900~950℃加熱，保溫時間4h,空冷后進(jìn)焊縫檢驗(yàn)。沿周向焊接時，先預(yù)熱至200℃,采用埋弧焊工藝，每一局部裝配均經(jīng)620~660℃加熱，保溫6h以消除殘余應(yīng)力。

  三個局部裝配件最后焊接。在制造的各個階段，對各條焊縫均作X射線探傷、聲波探傷和磁粉探傷等檢驗(yàn)。

  斷口檢驗(yàn)表明，斷裂呈脆性斷裂特征，凸緣鍛件上有兩個斷裂源。其中一個斷裂源位于容器外表面下14.3m處，尺寸約9.5mm,該處位于周向焊縫凸緣一側(cè)的熱影響區(qū)。另一個斷裂源位于外表面以下11.1mm處，也位于周向焊縫凸緣一側(cè)的熱影響區(qū)。熱影響區(qū)上的這兩個斷裂源均呈平坦無特征的小刻面。

  金相檢驗(yàn)表明，裂紋源區(qū)為貝氏體和奧氏體的混合組織，維氏硬度（9.8N載荷）為426~420HV,裂紋源外的熱影響區(qū)組織為粗大的鋸齒狀貝氏體，維氏硬度為316~363HV,表明斷裂處的硬度比相鄰區(qū)域高。

  檢查焊縫截面組織，發(fā)現(xiàn)凸緣鍛件具有明顯的帶狀組織，而殼體板材沒有。帶與帶之間的組織由鐵素體和珠光體構(gòu)成，維氏硬度（98N載荷）為180~200HV,帶內(nèi)組織為上貝氏體，維氏硬度為251~265HV.切取該區(qū)域試樣使之在950℃奧氏體化，并在10%NaOH溶液中淬火，以得到全部馬氏體組織，然后橫貫試樣帶狀組織測定各點(diǎn)的維氏硬度（9.8N載荷），結(jié)果帶的一側(cè)平均硬度為507HV,帶內(nèi)為549HV,另一側(cè)為488HV,對帶狀組織作成分掃描發(fā)現(xiàn)內(nèi)外有差異，如表6-1所示。成分差異表明，偏析帶內(nèi)具有較高淬透性，因此具有較大的開裂敏感性，特別是周向焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的帶狀組織。

  上述分析中，凸緣鍛件內(nèi)存在硬化區(qū)的事實(shí)表明，容器可能未按規(guī)定的溫度進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。為證明這一點(diǎn)，在熱影響區(qū)切取一組試樣，加熱到不同溫度后回火，測定維氏硬度發(fā)現(xiàn)，加熱溫度達(dá)550℃時，仍未偏離失效硬度范圍，直到600℃或更高溫度時，硬度才開始明顯下降。因此工件很可能未按規(guī)定溫度進(jìn)行消除應(yīng)力處理。對焊縫試樣進(jìn)行卻貝V形缺口沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明，焊縫金屬在未重新回火的狀態(tài)下沖擊功很低，在650℃重新回火6h后，室溫沖擊功有了明顯提高。這一試驗(yàn)也證明該容器去應(yīng)力處理時的加熱溫度低于規(guī)定溫度。

  由上述分析得出結(jié)論，該壓力容器斷裂起源于連接凸緣與第一節(jié)殼體的周向焊接熱影響區(qū)內(nèi)的橫向裂紋；凸緣鍛件中存在的合金元素偏析帶引起局部硬化，尤以熱影響區(qū)的偏析帶最為嚴(yán)重，從而成為促進(jìn)裂紋產(chǎn)生的因素。容器去應(yīng)力處理工藝不當(dāng)，使焊縫近縫區(qū)保留了較高的殘余應(yīng)力和局部硬化區(qū)，從而降低了材料的缺口韌性。