鍋爐壓力容器安全講座（16）-鍋爐壓力容器的脆性破裂

第頁鍋爐壓力容器安全講座（16）鍋爐壓力容器的脆性破裂一、鋼材的脆性和脆化

鍋爐壓力容器常用的制造材料是低碳鋼和低合金鋼，這些材料一般都具有較好的綜合性能，不但有一定的強度，也有一定的塑性和韌性。鍋爐壓力容器的脆性破裂事故，在國內外均屢見不鮮。特別是高壓大型鍋爐壓力容器，脆性破裂更為常見。

產生脆性破裂的一個基本原因是，鋼材在特定條件下會產生脆性或脆化。脆性是特定外部條件導致的鋼材韌性降低，一旦外部條件消失，鋼材的韌性一般可以恢復；脆化是在一定條件下鋼材發(fā)生組織變化造成的永久性韌性降低。鋼材常見的脆性和脆化有：

冷脆性指在0℃左右的低溫下鋼材韌性的顯然降低。相應的低溫界限叫鋼材的“韌脆轉變溫度〞。低碳鋼及低合金鋼均有冷脆性，并常導致冷脆破裂。

藍脆性指在2℃～3℃時鋼材的韌性降低，并常體現為應變時效。后者是指鋼材經冷加工塑性變形后，在室溫下長期放置或在中溫〔對碳鋼為2℃～3℃〕下短期放置，其韌性顯然下降的現象，常見于低碳鋼。

堿脆也叫苛性脆化，指在高濃度堿性介質和應力的共同作用下，鋼材顯然變脆并導致破裂的現象，常發(fā)生在鍋爐鍋筒及接觸堿性介質的容器上。

氫脆指鋼材接觸氫或含氫介質而導致韌性顯然降低的現象。

黑脆即石墨化，指鋼材長期承受高溫，其滲碳體分解析出石墨，使鋼材韌性顯然下降的現象。多發(fā)生在長期承受高溫的低碳鋼、鉬鋼部件上。

二、脆性破裂的基本特征

1.容器沒有顯然的殘余變形，有些脆裂成塊的容器，將碎塊拼組起來基本上還是原容器的形狀，其周長與原周長相差無幾，壁厚也沒有減薄。

2.脆性破裂的斷平齊且與主應力方向垂直，呈閃爍金屬光澤的結晶狀，斷上常有人字形放射花紋，其尖端指向裂源—缺陷部位或形狀突變部位。

3.由于容器脆性破裂時材料韌性較差，破裂的過程是裂痕迅速擴大的過程，破裂速度極快，容器常裂成碎塊，且常有碎片飛出。脆性破裂的后果常比延性破裂嚴重。

4.名義應力是指承壓后容器器壁中大面積上的平均應力，脆性破裂時名義應力往往低于鋼材的屈服點，因而這類破裂常在正常操作壓力或水壓試驗壓力下發(fā)生，更難于防范。

5.由于常用的鍋爐壓力容器鋼材多有冷脆傾向，所以脆性破裂常在較低的溫度下發(fā)生，包括較低的水壓試驗溫度和較低的使用溫度。

6.破裂常發(fā)生于高強度鋼制造的容器及厚壁容器，這些容器材料的韌性較低，且承壓后器壁中的應力狀態(tài)復雜。

三、脆性破裂的預防

由于脆性破裂常在未超壓的狀況下突然發(fā)生，所以防范的難度要大于防范延性破裂。通常必須要對容器的制定、制造、安裝、使用、修理、改造等環(huán)節(jié)進行全過程安全監(jiān)控。

裂痕是造成脆性破裂的主要因素，而應力集中是產生裂痕的重要原因。許多鋼結構破壞事故都是在應力集中處先產生裂痕，然后裂痕逐步擴大，到一定程度后快速擴大而破裂的。承壓部件結構形狀不連續(xù)，焊縫及開孔布置不當，焊接結構制定及工藝不合理等，均可能造成應力集中，必須用切實可靠的制定、工藝措施避免或減小應力集中。

合理選材，保證材料在使用條件下具有較好的韌性。在低溫下使用的容器，其材料應按規(guī)定進行低溫沖擊試驗并合格。既要防止焊接、熱處理不當造成材料韌性降低，也要防止惡劣的使用條件造成材料韌性降低。

有的容器雖然工作載荷造成的名義應力不大，但結構中存在較大的殘余應力，殘余應力與載荷應力疊加，使得結構中的實際應力水平達到裂痕失穩(wěn)擴大必須要的應力值，造成結構破裂。焊接殘余應力是焊制容器最主要的殘余應力，必須通過熱處理等方式消除焊接殘余應力。此外也應注意因冷加工