預熱溫度對12Cr10Co3W2Mo耐磨板焊接冷裂紋敏感性的影響

  12Cr10Co3W2Mo鋼是一種新型鐵素體耐磨板,是在T23、F11、F12、T/P91、T/P92等前幾代鐵素體耐磨板的基礎上,通過優化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,易于誘發裂紋。

  研究表明,鐵素體耐磨板冷裂敏感性較大,多數需要焊前預熱,12Cr10Co3W2Mo耐磨板作為新型材料,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。

  試驗結果表明

  (1)12Cr10Co3W2Mo耐磨板冷裂敏感性強,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耐磨板焊接接頭粗晶區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最高硬度降幅。
  (4)在各預熱溫度下,插銷試樣斷口起裂區形貌均為解理+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。