預(yù)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(chǔ)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(dá)3%的Co元素，使得其高溫蠕變性能得到了大幅提高，預(yù)期600℃、105h條件下的蠕變斷裂強度可達(dá)180MPa，是超超臨界汽輪機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)的首選國產(chǎn)化材料之一。汽輪機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)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(jìn)而引起焊接殘余應(yīng)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(yù)熱，12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼作為新型材料，目前尚未有關(guān)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(yù)熱溫度下臨界斷裂應(yīng)力進(jìn)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(yīng)用中預(yù)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(xué)成分見表1。
表1 12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
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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(jié)果表明：
（1）12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼冷裂敏感性強，提高預(yù)熱溫度可以明顯提高臨界斷裂應(yīng)力，焊前預(yù)熱320℃時可有效防止冷裂紋的產(chǎn)生。
（2）當(dāng)采用焊條手工電弧焊接方法時，臨界斷裂應(yīng)力隨預(yù)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(yù)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(yù)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(yīng)力增幅遠(yuǎn)大于熱影響區(qū)最高硬度降幅。
（4）在各預(yù)熱溫度下，插銷試樣斷口起裂區(qū)形貌均為解理+準(zhǔn)解理氫致開裂特征，隨著預(yù)熱溫度提高，氫致開裂的斷口特征逐步消失。