预热温度对12Cr10Co3W2Mo耐热钢焊接冷裂纹敏感性的影响
2018-09-26

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，%）
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
 
 
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。