3.5　钢瓶致爆原因分析
　　上面已经提及，钢瓶破裂有韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂、蠕变破裂等五种型式，虽然五种破裂型式都跟材料强度、工作介质、应力状态、缺陷尺寸、工作温度有关，但各种破裂型具有各自的破裂特征，这样，我们就可以通过钢瓶实际爆破特征与各种破裂型式的特征对照、分析，以及必要的定量计算，判断出钢瓶破裂主要属于何种破裂型式。
　　3.5.1　韧性破裂
　　韧性破裂是钢瓶在内部压力作用下，瓶壁上产生的应力达到材料的强度极限σb而发生破裂的一种破坏型式。韧性破裂具有的一般特征是：破裂钢瓶瓶壁有明显的塑性变形，断口与主应力方向成45^o角，且不平整，钢瓶爆破压力接近计算爆破压力。
　　A、B钢瓶实际爆破特征是：钢瓶瓶壁没有明显的塑性变形，破裂的起裂点断口与主应力方向垂直而平整；钢瓶实际爆破压力均只有25MPa，而钢瓶按实际强度极限计算的爆破压力(扣除缺陷深度后，按GB5099-85爆破公式计算)A瓶为60.23MPa，B瓶为69.19MPa，也就是说钢瓶的实际爆破压力远远小于计算爆破压力。
　　通过上述特征比较、分析，可以判定钢瓶致爆不属于韧性破裂。
　　3.5.2　蠕变破裂
　　蠕变破裂是钢瓶长期处在高温条件下，因应力的作用使材料发生蠕变而造成的破裂型式。由于钢瓶实际工作温度是环境温度即室温，因此，钢瓶的破裂型式肯定不屈于蠕变破裂。
　　3.5.3　脆性断裂
　　脆性断裂又叫低应力破坏。它的产生是由于钢瓶瓶壁上存在缺陷，在一定的温度和一定的条件下使缺陷得以扩展，最后导致钢瓶的破裂。脆性断裂的特征是：钢瓶瓶壁没有明显的变形口与主应力方向垂直、且平整；钢瓶破裂时的压力远远小于计算爆破压力。由于一般材料的低温脆性，破裂多数在温度较低的情况下发生。
　　除低温破裂这一特征外，A、B钢瓶的爆破特征具有脆性断裂的特征。那么钢瓶爆破是否属于脆性断裂呢?我们可以利用断裂力学的观点来分析讨论。
　　断裂力学承认材料或构件内部都存在缺陷(将它简化为裂纹)，而且脆性断裂总是由材料中宏观裂纹的扩展引起的。断裂力学认为，当带有宏观裂纹的材料或构件受到外力的作用时，裂纹尖端附近区域就产生应力应变集中效应。当此区域的应力应变高到-定程度，超过材料的负荷极限时，裂纹便开始迅速扩展，并造成整个材料或构件在低应力状态下发生脆性断裂。
　　对于裂纹尖端区域的应力应变究竟达到何种程度裂纹即失稳扩展，使构件发生脆性断裂，断裂力学的观点认为，对于高强钢，材料中的裂纹是否扩展，主要决定于材料的应力强度因子K₁和材料的断裂韧性K₁c。如果K₁＜K₁c，材料中的裂纹是稳定的，不会扩展：当K₁=K₁c时，材

料中的裂纹处于不稳定状态；而K₁＞K₁c时，裂纹将迅速扩展。为此，要判断A、B瓶是否属于脆性断裂，就应该分别将其K₁与K₁c作一比较。

　　应力强度因子K₁是描述带有裂纹的构件在外力作用下裂纹尖端附近应力应变化的强弱，是一个与负荷以及构件裂纹的几何形状和尺寸有关的力学量。具值按下式计算。
　　　　
　　式中M为鼓胀效应系数，对圆筒形钢瓶的轴向穿透裂纹M按下式计算

　　　　
　　σ为钢瓶在内压作用下的环向应力，MPa(取最大值):
　　a为表面裂纹换算成当量穿透裂纹的尺寸，m;
　　R为钢瓶简体中径之半，m;
　　t为钢瓶简体壁厚，m。
　　钢瓶表面缺陷尺寸及当量穿透裂纹尺寸换算见表3-6
　　

表3-6　　钢瓶表面缺陷尺寸及当量穿透裂纹换算



　　 钢瓶缺陷的应力强度因子计算见表3-7
　　

表3-7　　钢瓶缺陷的应力强度因子K₁