Sachverhalt: A. M._, geboren 1970, meldete sich nach einem Unfall vom 17. Mai 2009 im Oktober 2009 bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Die IV-Stelle des Kantons Zürich zog die Akten der Unfallversicherung bei und veranlasste weitere Abklärungen. Gestützt auf das polydisziplinäre Gutachten des medizinischen Zentrums X._ vom 26. Oktober 2010 lehnte die IV-Stelle am 9. März 2011 einen Anspruch auf eine Invalidenrente ab. B. Das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich wies die dagegen erhobene Beschwerde mit Entscheid vom 31. Juli 2012 ab. C. M._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen mit dem Antrag, es sei ihm unter Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheids eine ganze Rente zuzusprechen; eventualiter sei die Sache unter Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheids an die IV-Stelle zur weiteren Abklärung und neuen Verfügung zurückzuweisen. Zudem ersucht er um unentgeltliche Rechtspflege.