عدد الفريت في لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ الديوبلكسي والأوستنيتي: القياس والتحكم

يُعبِّر رقم الفريت، أو FN، عن كمية الفريت الموجودة في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ، ويتحكم فيه اللحامِيون لأنَّه يؤثِّر في أداء اللحام. أما بالنسبة إلى لحامات الديوبلكس والسوبر ديوبلكس، فإنَّ محتوى الفريت المستهدف يتراوح عمومًا بين ٣٠ و٧٠ FN، بما يتوافق مع تركيب ثنائي الطور متوازن؛ بينما تسعى لحامات الأوستنيتي عادةً إلى محتوى فريت صغيرٍ لكنَّه غير صفري، قدره تقريبًا من ٣ إلى ١٠ FN، لمنع التشقق الساخن. ويُقاس رقم الفريت غالبًا باستخدام جهاز قياس الفريت المعاير، ويُتنبَّأ به باستخدام مخطط WRC-1992، وهو معلَّمة تحكُّم عملية تربط إجراء اللحام بمقاومة التآكل والمرونة.

ما الذي يمثله رقم الفريت
عدد الفريت هو مؤشر مغناطيسي قياسي، وليس نسبة حجمية مباشرة. وقد ظهر هذا المفهوم لأن القياسات الأولية لنسبة «الفريت المئوية» كانت تتفاوت بشكل كبير بين المختبرات المختلفة، لذا اعتمدت الصناعة مقياساً قابلاً للتكرار مُعرَّفٌ بالاستجابة المغناطيسية ومرتبط بمعايير ثانوية قابلة للتتبع. وفي المستويات المنخفضة، يقترب عدد الفريت من النسبة الحجمية للفريت، لكنهما يتباعدان كلما زاد محتوى الفريت، ولذلك تنص مواصفات الفولاذ المزدوج على القبول إما بعدد فريت أو بعد تحويله إلى نسبة مئوية باستخدام طريقة مُعرَّفة بدقة. ويكتسب هذا العدد أهميته لأن الفريت والأوستنيت يتصرفان بشكل مختلف: فالفرّيت يمنح المتانة ومقاومة التآكل الإجهادي الناتج عن الكلوريدات، بينما يمنح الأوستنيت المقاومة للصدمات والليونة. أما اللحام الذي يتصلب بنسبة غير متوازنة من هذين المكونين، فيفقد إحدى هاتين الخاصيتين مقابل اكتساب الأخرى.

لماذا يختلف لحام الأوستنيت عن لحام المزدوج
في الدرجات الأوستنيتية مثل 304L و316L، يكون المعدن الأساسي في الأساس أوستنيتيًّا بالكامل، لكن معدن اللحام يُصاغ عمدًا ليتصلب مع نسبة قليلة (بضعة في المئة) من الفريت الدلتا. وتلك النسبة الصغيرة من الفريت تُفكِّك الحدود الحبيبية الأوستنيتية المتواصلة وتذيب الشوائب مثل الكبريت والفوسفور، ما يمنع التشقق الساخن أثناء التصلُّب. أما إذا كانت نسبة الفريت قليلة جدًّا (أقل من نحو ٣ وحدات فريت)، فإن خطر التشقق يزداد؛ أما إذا زادت كثيرًا (أكثر من ١٠–١٢ وحدة فريت تقريبًا)، فقد تنخفض المقاومة للصدم، كما قد تؤدي بعد الاستخدام الطويل إلى هشاشة المعدن. أما الدرجات الثنائية (الدوبلكس) فتعمل بطريقة عكسية: إذ يكون المعدن الأساسي بالفعل مزيجًا متوازنًا من الأوستنيت والفريت، والهدف هو إعادة إنتاج هذا التوازن في منطقة اللحام. ويؤدي وجود فريت زائد في لحام دوبلكس — الذي يحدث عندما يبرد اللحام بسرعة كبيرة جدًّا بحيث لا يتكون الأوستنيت مجددًا — إلى انخفاض المقاومة للصدم وانخفاض مقاومة التآكل، بينما يؤدي وجود أوستنيت زائد إلى انخفاض القوة وقد يقلل محليًّا من مقاومة التآكل النقري.

التنبؤ بعدد الفريت باستخدام مخطط WRC-1992
مخطط دبليو آر سي-١٩٩٢ هو الأداة الحديثة للتنبؤ بمحتوى الفريت في اللحام استنادًا إلى التركيب الكيميائي. ويُظهر هذا المخطط ما يُسمى «المعادل الكرومي»، الذي يجمع العناصر المُشكِّلة للفريت، مقابل «المعادل النيكلي»، الذي يجمع العناصر المُشكِّلة للأوستينيت، ثم يُستخلص منه رقم فريت متوقع (FN). ويساوي المعادل الكرومي: كر + مو + ٠٫٧ × نب، أما المعادل النيكلي فيساوي: ني + ٣٥ × ك + ٢٠ × ن + ٠٫٢٥ × نح. ويدل المعامل الكبير المُطبَّق على النيتروجين على سبب اتجاه إضافته إلى تكوين الأوستينيت في اللحام، ولذلك تُستخدم هذه الإضافات عمداً في أسلاك اللحام ذات البنية الثنائية (ديوبلكس) وفي غازات التغطية. وبمقارنة رقم الفريت المتوقع للمعدن الأساسي، وسلك اللحام، ومدى التداخل بينهما، يستطيع مهندس اللحام اختيار المواد الاستهلاكية ومعدل التداخل بحيث يقع الناتج داخل النطاق المستهدف قبل إجراء أي اختبار عملي.

الجدول: أهداف نموذجية لمحتوى الفريت

قياس الفريت في الممارسة العملية
الفيت سكوب هو الجهاز الرئيسي في خط الإنتاج. فهو يطبق مجالًا مغناطيسيًّا على اللحام ويقيس الاستجابة التي تتناسب مع محتوى الفيريت، مما يعطي قراءة مباشرة لرقم الفيريت (FN) خلال ثوانٍ بعد معايرته وفق المعايير المعتمدة. وهو غير مدمر، وقابل للحمل، ومناسب جدًّا للفحوصات الإنتاجية على اللحامات السطحية والعلوية. وللتحكيم أو الأبحاث، يُستخدم العد النقطي المعدني على مقطع مصقول للحصول على نسبة الحجم، وكلا الطريقتين مغطاة بمعايير معترف بها. خذ عدة قراءات عبر منطقة اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة بدلًا من نقطة واحدة، لأن التخفيف والتبريد يختلفان على طول وعرض المفصل. وتذكّر أيضًا أن الفيت سكوب يقيس فقط المنطقة السطحية التي يلامسها، لذا فإن الصقل والعمل البارد والتلوث السطحي قد يؤثرون في النتيجة، وقد تتطلب القراءات على الأنابيب الصغيرة المنحنية تصحيحًا هندسيًّا. في المختبر المجهز، يُقترن قياس الفيريت باختبار الصدم واختبار التآكل لتأكيد أن القيمة الجيدة تترجم فعليًّا إلى أداء ميكانيكي ومقاوم للتأكل مقبول.

التحكم في الفريت من خلال الإجراء
يَسُودُ مِنْصَفَانِ فِي التَّحَكُّمِ فِي الْفِرَايْتِ: مَدْخُولُ الْحَرَارَةِ وَالْأَزُوتُ. فَمَدْخُولُ الْحَرَارَةِ يُحَدِّدُ مَعْدَلَ التَّبَرُّدِ، وَمَعْدَلُ التَّبَرُّدِ بِدَوْرِهِ يُحَدِّدُ كَمِّيَّةِ الْأُسْتِنَايْتِ الَّتِي يُمْكِنُ أَنْ تَتَكَوَّنَ مَرَّةً أُخْرَى مِنَ الْفِرَايْتِ الَّذِي يَتَجَمَّدُ أَوَّلًا. فَفِي لَحْمِ الدُّوبْلِكْسِ، إِذَا كَانَ مَدْخُولُ الْحَرَارَةِ قَلِيلًا جِدًّا، يَنْتُجُ تَبَرُّدٌ سَرِيعٌ يُثَبِّتُ كَثِيرًا جِدًّا مِنَ الْفِرَايْتِ وَيَحْرِمُ الْأُسْتِنَايْتِ مِنَ الْكَمِّيَّةِ الْكَافِيَةِ، مَا يُضَعِّفُ الْمَقَاوَمَةَ لِلصَّدْمِ؛ وَإِذَا كَانَ مَدْخُولُ الْحَرَارَةِ كَثِيرًا جِدًّا، يَتَأَخَّرُ التَّبَرُّدُ إِلَى حَدٍّ يُمَكِّنُ الطَّوْرَاتِ الْبَيْنِيِّةَ الْمَعْدِنِيَّةَ مِنَ التَّشَكُّلِ. وَيُحَافَظُ عَلَى تَوَازُنِ الْهَيْكَلِ بِالْوُصُولِ إِلَى مَدَى مُحْكَمٍ، وَكَثِيرًا مَا يَكُونُ ذَلِكَ بِوَضْعِ سَقْفٍ لِدَرَجَةِ الْحَرَارَةِ بَيْنَ الْمَرَّاتِ الْمُتَتَالِيَةِ لِلْحَرَارَةِ قَرِيبًا مِنْ ١٥٠ دَرْجَةً مِئَوِيَّةً. أَمَّا الْأَزُوتُ فَهُوَ الْمِنْصَفُ الْكِيمْيَائِيُّ: فَإِضَافَةُ بَعْضِ النِّسَبِ الْمِئَوِيَّةِ مِنَ الْأَزُوتِ إِلَى غَازِ الْأَرْغُونِ الْوَاقِيِّ، وَاخْتِيَارُ سِلَاحٍ لَحْمِيٍّ مُغْنِيٍّ بِالنِّيكِلِ وَالْأَزُوتِ، يُشَجِّعَانِ تَكَوُّنَ الْأُسْتِنَايْتِ مَرَّةً أُخْرَى وَيَرْفَعَانِ مَقَاوَمَةَ اللَّحْمِ لِلتَّآكُلِ. وَيَسْتَحِقُّ الْحَالُ الذَّاتِيُّ (الْأُتُوجِينِي) اِهْتِمَامًا خَاصًّا، لِأَنَّ اللَّحْمَ الْمُنْفَرِدَ الَّذِي يُنَفَّذُ بِدُونِ سِلَاحٍ لَحْمِيٍّ وَبِدُونِ أَزُوتٍ فِي الْغَازِ يَعْتَمِدُ كُلِّيًّا عَلَى تَرْكِيبِ الْمَادَّةِ الْأَصْلِيَّةِ، وَيَنْحَرِفُ نَحْوَ فَائِضٍ مِنَ الْفِرَايْتِ، وَلِذَلِكَ تُنَفَّذُ مَرَّاتُ الْجَذْرِ فِي لَحْمِ الدُّوبْلِكْسِ عَادَةً بِغَازٍ وَاقٍ يَحْتَوِي عَلَى الْأَزُوتِ. وَإِذَا أُخْطِئَ فِي هَذَا، فَالنَّتَائِجُ مَحْسُوسَةٌ بِالْفِعْلِ. فَاللَّحْمُ الدُّوبْلِكْسِيُّ الْغَنِيُّ بِالْفِرَايْتِ يُظْهِرُ مَقَاوَمَةً ضَعِيفَةً لِلصَّدْمِ حَسَبَ اخْتِبَارِ شَارْبِي، وَقَدْ يَتَشَقَّقُ تَحْتَ إِجْهَادِ الْكَلُورَايْدِ؛ وَاللَّحْمُ الْفَقِيرُ بِالْفِرَايْتِ يَفْقِدُ الْمَتَانَةَ وَالْمَقَاوَمَةَ لِلتَّقَشُّرِ؛ وَاللَّحْمُ الْأُسْتِنَايْتِيُّ الَّذِي يَفْتَقِرُ إِلَى الْفِرَايْتِ يَتَشَقَّقُ أَثْنَاءَ التَّجَمُّدِ. لِذَلِكَ، يَجِبُ تَحْدِيدُ نِطَاقٍ مُعَيَّنٍ لِعَدَدِ الْفِرَايْتِ (FN)، وَالتَّنَبُّؤُ بِهِ بِاسْتِخْدَامِ مُعَادَلَةِ WRC-1992، وَالْتَّحَكُّمُ فِي مَدْخُولِ الْحَرَارَةِ وَالْأَزُوتِ، وَالتَّأَكُّدُ مِنْهُ بِوَاسِطَةِ جِهَازِ قِيَاسِ الْفِرَايْتِ (Ferritescope)، لِيَكُونَ جَوْدَةُ اللَّحْمِ نَتِيجَةً مُحْكَمَةً وَمُسَجَّلَةً، وَلَيْسَ أَمْرًا يُرْجَى فَقَطْ.

الأسئلة الشائعة
س: ما هو رقم الفريت الذي يجب أن يحتويه لحام الصلب المزدوج ٢٢٠٥؟
ج: يستهدف لحام الصلب المزدوج ٢٢٠٥ المتوازن عادةً نطاقاً يتراوح بين ٣٠ و٦٠ وحدة فريت؛ إذ يؤدي ارتفاع محتوى الفريت إلى انخفاض المقاومة الصدمية والمقاومة للتآكل، بينما يؤدي انخفاضه إلى ضعف القوة.
س: كيف يُقاس رقم الفريت على اللحامات الجاهزة؟
ج: يُقاس عادةً باستخدام جهاز قياس الفريت المعاير، الذي يعطي القراءة بوحدات الفريت دون إلحاق أي ضرر بالعينة خلال ثوانٍ؛ أما العد النقطي المجهرى فيُستخدم للبتّ في الخلافات، ويقدّم النتيجة كنسبة حجمية.

لأنابيب الصلب المزدوج والأوستنيتي الملحومة والمختبرة وفق أهداف تحكّم دقيقة في محتوى الفريت، يُرجى التواصل مع شركة تشيجيانغ ونكيانغ للفولاذ المقاوم للصدأ المحدودة. الهاتف: +٨٦ ٥٧٧ ٨٩٢٢ ٢٥٩٥ \/ https://www.chinawqsteel.com/