預熱溫度對12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼焊接冷裂紋敏感性的影響
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
瀏覽：0
12Cr10Co3W2Mo鋼是一種新型鐵素體耐熱鋼，是在T23、F11、F12、T/P91、T/P92等前幾代鐵素體耐熱鋼的基礎上，通過優化C、Nb、V等元素，添加0.03%的N元素，用W代替部分Mo元素，并添加高達3%的Co元素，使得其高溫蠕變性能得到了大幅提高，預期600℃、105h條件下的蠕變斷裂強度可達180MPa，是超超臨界汽輪機噴嘴結構的首選國產化材料之一。汽輪機噴嘴結構特殊，焊接坡口深且窄，焊接量大且剛性固定。由于焊接過程中不均勻的加熱和冷卻，使得焊縫及其附近金屬產生非均勻的膨脹和收縮，進而引起焊接殘余應力和各類焊接變形，易于誘發裂紋。
研究表明，鐵素體耐熱鋼冷裂敏感性較大，多數需要焊前預熱，12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼作為新型材料，目前尚未有關于其焊接性研究的報道。西安交大研究人員采用插銷試驗方法，對12Cr10Co3W2Mo鋼在不同預熱溫度下臨界斷裂應力進行了研究，探討了冷裂敏感性變化的原因，試圖為其在工程應用中預熱溫度的選擇提供一定的參考和理論依據。
選用12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼為研究對象，其化學成分見表1。
表1 12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼化學成分（質量分數，%）
|
C
|
Mn
|
P
|
S
|
Si
|
Cr
|
Co
|
Fe
|
|
0.11
|
0.079
|
0.0074
|
0.017
|
0.085
|
9.82
|
3.06
|
余量
|
|
W
|
V
|
Mo
|
Ni
|
Nb
|
N
|
B
|
|
|
1.72
|
0.20
|
0.71
|
0.36
|
0.079
|
0.029
|
0.074
|
|
試驗結果表明：
（1）12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼冷裂敏感性強，提高預熱溫度可以明顯提高臨界斷裂應力，焊前預熱320℃時可有效防止冷裂紋的產生。
（2）當采用焊條手工電弧焊接方法時，臨界斷裂應力隨預熱溫度的升高呈線性增加趨勢，其擬合公式為σcr=177.5+1.38To。
（3）在各預熱溫度下，12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼焊接接頭粗晶區組織形貌無明顯變化，均為板條馬氏體組織。隨著預熱溫度的升高，粗晶區硬度呈小幅下降趨勢，而臨界斷裂應力增幅遠大于熱影響區最高硬度降幅。
（4）在各預熱溫度下，插銷試樣斷口起裂區形貌均為解理+準解理氫致開裂特征，隨著預熱溫度提高，氫致開裂的斷口特征逐步消失。