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預(yù)熱溫度對(duì)12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼焊接冷裂紋敏感性的影響

時(shí)間:2019-06-13    作者:無(wú)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(chǔ)上,通過(guò)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(qiáng)度可達(dá)180MPa,是超超臨界汽輪機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)的首選國(guó)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(guò)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(bào)道。西安交大研究人員采用插銷試驗(yàn)方法,對(duì)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(duì)象,其化學(xué)成分見(jiàn)表1。
表1  12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?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(yàn)結(jié)果表明:
(1)12Cr10Co3W2Mo耐熱鋼冷裂敏感性強(qiáng),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(shí)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(shí),臨界斷裂應(yīng)力隨預(yù)熱溫度的升高呈線性增加趨勢(shì),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(wú)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(shì),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。