某石化厂乙烯裂解炉蒸汽过热段集合管凸缘在检修时发现靠近焊缝部位存在大量裂纹,严重影响了整个系统的继续生产,为此立项对凸缘进行失效分析,作者通过理化检验与有限元分析的方法分析设备失效的主要原因,提出针对性的预防措施。样品的宏观观察表明,裂纹及断口的形貌符合奥氏体不锈钢发生应力腐蚀断裂的基本特征。裂纹两侧无明细的塑性变形特征,内外表面均有裂纹扩展源;一条主干穿透性裂纹起源于凸缘外表面,但裂纹较大部分从内向外沿壁厚方向扩展。断口微观形貌呈河流状花样,且在断口表面有腐蚀产物覆盖,能观察到腐蚀坑及二次裂纹。断口表面的能谱分析以及保温棉中氯离子含量检测结果表明,存在Cl-离子,在高温蒸汽环境下形成了含氯离子的应力腐蚀环境。焊缝、焊接热影响区及母材金相显示焊缝附近的区域发现有很多微观裂纹和带状铁素体,而远离焊缝的母材,未发现微观裂纹;在焊接热影响区上还有大量的晶间碳化物析出;样品的硬度检测试验结果表明,焊缝附近材料有一定的脆化,材料的耐腐蚀性能下降。此外,通过残余应力测定,发现设备虽然在焊后经过局部退火热处理,但焊缝及其附近仍然存在较高水平的残余应力,为设备发生应力腐蚀开裂提供了应力基础。同时,利用ANSYS优先于分析软件对凸缘进行了结构应力分析,在结构、边界简化的基础上,获得了该构件在稳态运行的应力分布以及典型部位焊接残余应力。分析结果显示:正常工作条件下,构件的结构应力水平较低,凸缘小端内外表面的熔合线附近,焊接残余应力水平较高,产生了应力集中现象。焊接残余应力为导致凸缘失效的主要应力因素,内压引起的结构应力为次要应力因素。综合分析表明:本次凸缘失效属于奥氏体不锈钢304H在含氯离子的高温高压蒸汽环境下发生的应力腐蚀开裂。