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胀量大（如气体）特别是液化气体容器的破裂，裂口也大，产生能量很大的化学爆炸，也可
能将容器撕裂成很多碎块。
（二）塑性破坏的原因
！容器内因充装介质过量，在环境温度骤增的情况下，介质体积急剧膨胀，例如液化
气瓶被曝晒，液体气化造成压力迅速上升，器壁产生塑性变形，最后造成破裂事故。
〃由于违犯操作规程，操作失误或安全装置（安全阀、压力表）不全或失灵，造成压力
失控而使压力骤升，最后容器发生过量的塑性变形而破裂。
#容器维修不良致使壁厚减薄，有些容器因为介质对器壁的腐蚀作用，或长期闲置不
用而未采取有效的防腐措施，以致器壁产生大面积腐蚀，壁厚严重减薄，结果容器在正常
的操作下发生破裂。
通常，容器的塑性破坏多发生于使用、维护和操作不当。
（三）塑性破坏事故的预防
要防止压力容器塑性破裂事故，最根本的措施是保证容器在任何情况下，器壁上的应
力（整个截面上的应力）都低于器壁材料的屈服极限。为此，必须做到：
！使用的压力容器应经过认真的设计，使容器具有足够的壁厚，以保证容器在规定的
工作压力下操作时，器壁上的应力在许用范围以内；
〃容器应按规定装设安全泄压装置，并保证其灵敏完好；
#认真执行压力容器操作规程，防止容器超压运行；
加强对在役容器的维护检查，采取有效措施防止腐蚀性介质及大气对容器的腐蚀。
检查中，若发现容器器壁被腐蚀以致厚度严重减薄，或运行中发现容器器壁发生显著的塑
第九章铁路锅炉压力容器安全管理—
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性变形时，应停止继续使用。
五、压力容器的脆性破裂
（一）脆性破裂的定义
这种破裂和脆性材料的破裂现象相似，称为脆性破裂，又因为它是在较低应力状态下
发生的，故又叫做低应力破坏。脆性断裂以前，没有明显的宏观塑性变形，因此，它是一种
极危险的断裂。脆性断裂的类型很多，例如高强度钢由于材料中原始断裂纹产生的低应
力脆断，结构钢在低温下的冷脆断裂；交变应力下的疲劳断裂；由于环境介质与拉伸应力
共同作用产生的应力腐蚀与氢脆断裂；由于晶界析出脆性相而产生的沿晶脆断等。
脆性断裂是一种突然破坏，故而危害性是很大的。例如第二次世界大战期间（！〃#
％
！〃#&年）美国建造了
#&〃#艘“自由”型和“胜利”型焊接运输船，投入使用后不久，许多船
舶发生了不同程度的损坏，其中不少船舶是空载停泊在码头发生的破坏，有的甚至整个船
体折断沉没。
（二）脆性破裂的特征
！脆性破坏的断口平齐而光亮，且与拉应力方向垂直，断口附近截面的收缩很小，断
面收缩率一般不超过
’（，断口上常伴有人字形或放射性条纹。
〃破坏在瞬间发生（速度可达
！）**＋
；
…），断裂的速度快，容器内的压力无法通过一个
裂口释放，因此脆性破坏的容器常裂成碎块，且常有碎片飞出。碎片如能找齐时，并拼接
复原（韧性破坏时则不可能）。
#中、低强度的脆断事故一般发生在较低温度（如
！*
％
！。/以下）。高强度钢没有明
显的温度效应。
脆性断裂总是从结构的应力集中处（如缺陷、尖角、截面突变等）开始形成裂源，当
裂纹达到临界尺寸后，便快速扩展，横穿整个截面，直至结构断裂。
％容器没有明显的伸长变形，容器的壁厚一般地没有减薄。
通常，容器的脆性破坏多属容器本身质量问题，如选材不当，制造缺陷较多等等，容器
脆断事故的灾害也较大。
（三）脆性破坏事故的预防
！减少或消除容器的缺陷。作为结构上的缺陷，除了几何形状不连续外，还包括各种
焊接缺陷。因此，要注意焊接设计、材料选择、焊接施工与检验等工序。主要是尽量减少
应力集中，联接处要求形成圆弧过渡，防止裂纹和咬边。此外，焊缝避免过高的堆高。
〃容器材料在使用条件下，应有较好的韧性。在实际结构中，不可避免地会存在一定
程度的缺陷。缺陷附近的应力应变增强，若材料的韧性不够，将导致容器的脆性断裂。此
外，使用过程中加载速度过大也会降低材料的断裂韧性。因此，考虑操作环境的影响，适
当地选材是十分重要的。
#消除容器焊接残余应力。容器通常由多块或多层钢板拼焊而成，在某些情况下，焊
接缝残余应力就会达到材料的屈服强度。因此，在设计和制造焊接容器时要求焊缝合理
布置，焊接时要采取适当的措施，焊后要根据情况确定热处理方案。
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铁路运输质量安全管理与事故处理实用手册
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六、压力容器的疲劳破裂
压力容器的疲劳破坏是在反复的加压和卸压过程中，壳体材料长期受交变载荷作用
后出现的破坏形式。疲劳破坏与静载荷下的断裂不同。静载荷下显示脆性或韧性材料，
疲劳断裂时都不产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的，因此具有很大的危险性，常常
造成严重的事故。据英国一个联合调查组的统计，在运行期间发生破坏事故的容器，有
！〃
#
％是由裂纹引起的，而在由裂纹引起的事故中，疲劳裂纹共占
&〃
#
！％。国外还有资
料估计，压力容器的运行中的破坏事故，’（％以上是由疲劳引起的。从上面的数据可见，
绝对不能忽视压力容器的疲劳破裂。因此，研究疲劳断裂的原因，寻找提高材料疲劳抗力
的途径，防止疲劳断裂事故的发生，对压力容器的安全运行，具有很大的实际意义。
（一）压力容器的低循环疲劳
压力容器通常是按静载荷来设计的，实际上容器是在载荷作用下工作。例如换热器
的震动，频繁的升压降压，周期性的温度变化等等，都将使容器中的应力随时间呈周期性
变化，加之金属和制造的缺陷和结构上的局部应力的存在，在交变应力下不断扩展，最后
导致疲劳破坏。
对压力容器而言，应力循环数很少有超过
）*（次的，通常只有几千次，故属低循环疲
劳范围。
（二）疲劳破坏的特性
！容器没有明显的塑性变形。压力容器的疲劳破裂也是先在局部应力较高处，产生
微细的裂纹，然后逐步扩展，当所剩断面的应力达到材料的断裂强度时，即发生断裂。所
以它也和脆性断裂一样，一般没有明显的塑性变形。即使其最后断裂区是塑性断裂，也不
会造成容器的整体塑性变形，即破裂后的容器直径不会有明显的增大。大部分壁厚也没
有显著的减薄。
〃破坏的断口存在两个区域。疲劳破坏断口的形貌与脆性破坏有明显的区别，疲劳
破坏断口一般都存在比较明显的两个区域，一个是疲劳裂纹产生及扩展区，另一个是最后
断裂区。在压力容器的断口中，裂纹产生及扩展区并不象一般受对称循环载荷的零件那
样光滑，因为它的最大应力和最小应力都是拉伸应力而没有压应力，断口不会受到反复的
挤压研磨，故其颜色亦和最后断裂区有所区别。大多数压力容器的应力变化周期较长，裂
纹扩展较为缓慢，所以有时仍能见到裂纹扩展的弧形纹路。如果断口上的疲劳线比较清
晰，还可以根据它找到疲劳裂纹的策源点。这个策源点和断口其他地方的形貌不同。策
源点往往产生在应力集中的地方，特别是在容器的接管处。
#容器常因开裂泄漏而失效。容器的疲劳破坏，一般不象脆性破坏那样常常产生碎
片，而只是裂开一个破口，使容器泄漏而失效。
破坏总是在容器经过反复的加压和卸压以后产生。容器的疲劳破坏是器壁在变化
应力的作用下，经过裂纹的产生和扩展后断裂的，所以它总是在容器经多次反复加压和卸
压后发生。疲劳裂纹从产生、扩展到断裂，发展都比较缓慢，疲劳破坏的过程比脆性破坏
慢得多。至于需要经过多少次的变化载荷，容器才会疲劳破裂，那就决定于它的局部应力
的大小以及原来是否存在缺陷和缺陷的严重程度。
（三）有关防止疲劳破坏的设计问题
容器的疲劳破坏，是由于变化的载荷以及局部应力过高引起的。为防止这类事故，除
第九章铁路锅炉压力容器安全管理—
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运行中尽量避免不必要的频繁加、卸压和悬殊的温度变动外，更重要的还在于设计容器
时，尽可能降低局部峰值应力，并使其不超过材料的持久极限值。对于绝大多数压力来
说，即使压力、温度波动比较频繁，其循环次数也不会超过
！〃#，所以要合理选用这些压力
容器的许用应力，就必须知道材料在循环次数为
！〃
％
！〃#时不发生疲劳破坏的最大应力
值，即所谓有限的持久极限。为防止压力容器发生疲劳破坏，有关方面作了不少试验研究
工作。
七、压力容器的腐蚀破裂
（一）腐蚀破裂简介
压力容器受腐蚀介质的作用，会产生腐蚀破裂，就金属材料的腐蚀类型而言，点蚀和
均匀腐蚀是次要的，晶体腐蚀最危险，但也较少见。对压力容器的腐蚀破裂，通常以应力
腐蚀为主。
（二）腐蚀破裂的类型
压力容器破裂最常见又最危险的是器壁体被应力腐蚀破坏，它的主要形式有：
！钢制容器的氢脆。在高温高压的还原性介质（特别是氢）的作用下，碳钢强度和塑
性严重降低，而其外表没有明显破坏的现象谓之“氢脆”。
〃锅炉及压力容器的碱脆。钢在热碱溶液和拉伸应力的共同作用下产生的荷性脆
化。压力容器发生碱脆的事故较少，而锅炉因它的用水处理后，一般含有过剩的碱，故常
常在它的承压部件发生碱脆破坏。
#一氧化碳等引起的应力腐蚀断裂。工业一氧化碳气体中含有二氧化碳和水分，由
于二氧化碳和水的作用，使铁发生快速阳极溶解，并形成向纵深方向扩展的裂纹。
硫化氢对钢制容器的应力腐蚀。当硫化氢在钢表面上生成的化合物薄膜破坏或产
生裂纹时，在外应力和内应力作用下，加上硫化氢的腐蚀作用，裂纹将逐渐扩展，最后导致
金属的断裂。
％氯离子引起的不锈钢的应力腐蚀。由于氯离子使不锈钢表面的钝化膜受到破坏，
在拉伸力作用下，钝化膜破坏的区域受腐蚀而产生裂纹，连续不断的化学腐蚀就可能导致
金属的断裂。
（三）腐蚀破坏的防止措施
！选择合适的抗腐蚀材料，这是基于介质对材料的腐蚀作用。
〃使容器与腐蚀介质隔离。常用的方法是在容器内壁涂上防腐层或加衬里。
#消除能引起应力腐蚀的原因。应力腐蚀破坏，是指在拉应力和腐蚀介质同时作用
下的“滞后破坏”，它是压力容器腐蚀裂纹的主因。显然，减小结构的局部应力，消除焊接
残余压力，适当降低粗糙度以及合理操作等等，都是减小和避免应力腐蚀的重要措施。
八、压力容器的蠕变破裂
（一）蠕变破裂的概念
材料长期在高温恒应力下工作，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的
现象称为蠕变。由于这种变形而最后导致材料的断裂，称为蠕变破裂。容器长期受高温
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铁路运输质量安全管理与事故处理实用手册
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影响，有明显的塑性变形，破口断面一般是塑性的。但高温下钢的石墨化，就会使钢的塑
性显著降低，断口形貌呈脆性断口，且因石墨存在，断口呈黑色（黑脆）。
（二）蠕变破裂的主要原因
一是容器选择不当；二是操作不当，运行中局部超温。
（三）蠕变破裂的预防措施
现代的压力容器，由于越来越多地采用中、高强度钢，在焊接制造中，较易产生原始裂
纹，在适当情况下原始裂纹会迅速扩展，从而发生破裂。
为了防止容器蠕变破裂的发生，在选材和结构设计时都要特别慎重考虑，特别要注意
高温容器材料的选择。容器制造时，要避免使用降低材料抗蠕变性能的方法。在使用容
器时，也应注意避免超高温及局部过热的现象。
九、容器破裂后引起的其它危害
（一）碎片的破坏作用
压�