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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(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(chǎn)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(chǎn)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(shù)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(jù)。
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(zhì)量分數(shù),%)
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(chǎn)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。