预热温度对12Cr10Co3W2Mo耐热钢焊接冷裂纹敏感性的影响
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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12Cr10Co3W2Mo钢是一种新型铁素体耐热钢，是在T23、F11、F12、T/P91、T/P92等前几代铁素体耐热钢的基础上，通过优化C、Nb、V等元素，添加0.03%的N元素，用W代替部分Mo元素，并添加高达3%的Co元素，使得其高温蠕变性能得到了大幅提高，预期600℃、105h条件下的蠕变断裂强度可达180MPa，是超超临界汽轮机喷嘴结构的首选国产化材料之一。汽轮机喷嘴结构特殊，焊接坡口深且窄，焊接量大且刚性固定。由于焊接过程中不均匀的加热和冷却，使得焊缝及其附近金属产生非均匀的膨胀和收缩，进而引起焊接残余应力和各类焊接变形，易于诱发裂纹。
研究表明，铁素体耐热钢冷裂敏感性较大，多数需要焊前预热，12Cr10Co3W2Mo耐热钢作为新型材料，目前尚未有关于其焊接性研究的报道。西安交大研究人员采用插销试验方法，对12Cr10Co3W2Mo钢在不同预热温度下临界断裂应力进行了研究，探讨了冷裂敏感性变化的原因，试图为其在工程应用中预热温度的选择提供一定的参考和理论依据。
选用12Cr10Co3W2Mo耐热钢为研究对象，其化学成分见表1。
表1 12Cr10Co3W2Mo耐热钢化学成分（质量分数，%）
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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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试验结果表明：
（1）12Cr10Co3W2Mo耐热钢冷裂敏感性强，提高预热温度可以明显提高临界断裂应力，焊前预热320℃时可有效防止冷裂纹的产生。
（2）当采用焊条手工电弧焊接方法时，临界断裂应力随预热温度的升高呈线性增加趋势，其拟合公式为σcr=177.5+1.38To。
（3）在各预热温度下，12Cr10Co3W2Mo耐热钢焊接接头粗晶区组织形貌无明显变化，均为板条马氏体组织。随着预热温度的升高，粗晶区硬度呈小幅下降趋势，而临界断裂应力增幅远大于热影响区最高硬度降幅。
（4）在各预热温度下，插销试样断口起裂区形貌均为解理+准解理氢致开裂特征，随着预热温度提高，氢致开裂的断口特征逐步消失。