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
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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(yōu)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(fā)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，%）
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C
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Mn
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P
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S
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Si
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Cr
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Co
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Fe
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0.11
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0.079
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0.0074
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0.017
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0.085
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9.82
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3.06
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余量
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W
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V
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Mo
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Ni
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Nb
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N
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B
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1.72
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0.20
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0.71
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0.36
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0.079
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0.029
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0.074
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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(qū)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(qū)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(qū)最高硬度降幅。
（4）在各預熱溫度下，插銷試樣斷口起裂區(qū)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。