Число на ферита в дуплексните и аустенитните неръждаеми стоманени заварки: измерване и контрол

Феритното число (FN) количествено определя количеството ферит в заварката от неръждаема стомана и заварчиците го контролират, тъй като то определя производителността на заварката. При дуплексни и супердуплексни заварки целевото съдържание на ферит обикновено е около 30–70 FN, което съответства на балансирана двуфазна структура, докато при аустенитни заварки обикновено се цели в малко, но ненулево съдържание на ферит – приблизително 3–10 FN – за предотвратяване на горещи пукнатини. FN се измерва най-често с калибриран феритоскоп и се прогнозира с диаграмата WRC-1992; това е практически параметър за контрол, който свързва технологичния процес на заваряване с корозионната устойчивост и ударната вязкост.

Какво представлява феритното число
Числото на ферита е стандартизиран магнитен индекс, а не директен обемен процент. То възникнало, защото ранните измервания на «процент ферит» се различавали значително между лабораториите, поради което индустрията приела възпроизводима скала, дефинирана чрез магнитен отклик и проследима към вторични стандарти. При ниски нива FN и обемният процент ферит са близки, но се разминават при увеличаване на ферита, което е причината спецификациите за дуплексни сплави да посочват приемливостта или в FN, или в преобразуван процент с дефиниран метод. Числото има значение, защото феритът и аустенитът се държат по различен начин: феритът осигурява якост и устойчивост към корозия под напрежение от хлориди, докато аустенитът осигурява ударна вязкост и пластичност. Заварката, която се затвърдява с неправилно съотношение, жертва едно от тези свойства, за да получи другото.

Защо заварките от аустенитни и дуплексни сплави се различават
При аустенитните марки, като 304L и 316L, основният метал е практически напълно аустенитен, но наплавеният метал се формулира нарочно така, че да се стопи с няколко процента делта-ферит. Тази малка феритна част разрушава непрекъснатите аустенитни зърнени граници и разтваря примеси като сера и фосфор, предотвратявайки топлинното пукане при ствърдяване. Твърде малко ферит — под около 3 FN — води до риск от пукане; твърде много ферит — над приблизително 10–12 FN — може да намали ударната вязкост и след експлоатация да предизвика охрупване. Дуплексните марки действат по обратния начин: основният метал вече е балансирана смес, а целта е да се възпроизведе този баланс в наплавения шев. Излишъкът ферит в дуплексен шев — който възниква, когато шевът се охлажда твърде бързо, за да се образува отново аустенит — намалява ударната вязкост и корозионната устойчивост, докато излишъкът аустенит намалява якостта и може локално да намали устойчивостта към точковата корозия.

Прогнозиране на FN с диаграмата WRC-1992
Диаграмата WRC-1992 е съвременен инструмент за прогнозиране на феритността на заварките въз основа на химичния състав. Тя нанася хромовия еквивалент — който представлява сбор от феритообразуващите елементи — срещу никеловия еквивалент — който представлява сбор от аустенитообразуващите елементи — и по този начин позволява определяне на очакваната феритна числена стойност (FN). Хромовият еквивалент се изчислява като Cr + Mo + 0.7 × Nb, а никеловият еквивалент — като Ni + 35 × C + 20 × N + 0.25 × Cu. Голямата тежест, приписана на азота, обяснява защо добавките на азот изместват заварката към аустенитната област и защо те се използват целенасочено в дуплексни присадни материали и защитни газове. Чрез сравняване на прогнозираната FN стойност за основния метал, присадния материал и техния разтвор, сваръчният инженер може да избере подходящи консумативи и степен на разтворяване, които гарантират попадане в целевия диапазон още преди изработването на първия пробен образец.

Таблица: Типични цели за феритност

Измерване на ферита в практиката
Феритоскопът е основният инструмент на производствената площадка. Той прилага магнитно поле към заварката и измерва отговора, който е пропорционален на съдържанието на ферит, като дава директно показание в единици FN за секунди след калибриране спрямо сертифицирани стандарти. Методът е недеструктивен, преносим и добре подходящ за производствени проверки както на кореновите, така и на завършващите проходи. За арбитражни или изследователски цели количественият металографски анализ чрез точково броене вравнена напречна секция дава обемен процент. И двата метода са регламентирани от признати стандарти. Извършете множество измервания по цялата дължина на заварката и в зоната, засегната от топлината, а не само на отделна точка, тъй като разреждането и охлаждането се променят както по дължина, така и напречно на съединението. Имайте предвид също, че феритоскопът измерва само повърхностния слой, с който е в контакт; затова шлифоването, студената пластична деформация и повърхностното замърсяване могат да изкривят резултата, а измерванията върху извити тръби с малък диаметър може да изискват корекция за геометрия. В добре оборудвана лаборатория измерването на ферит се комбинира с ударни изпитания и изпитания за корозия, за да се потвърди, че добре измерената стойност действително съответства на приемливи механични и корозионни характеристики.

Контролиране на ферита чрез процедура
Две технологични параметъра доминират при контрола на феритната фаза: топлинният вход и азотът. Топлинният вход определя скоростта на охлаждане, а скоростта на охлаждане – количеството аустенит, който може да се възстанови от ферита, образувал се първо при затвърдяването. При заварката на дуплексни сплави недостатъчният топлинен вход води до бързо гасене, което „замразява“ прекомерно количество ферит и ограничава образуването на аустенит, намалявайки ударната вязкост; прекомерният топлинен вход забавя охлаждането толкова много, че могат да се образуват интерметални фази. Поддържането на контролиран диапазон – често с горна граница на температурата между проходите около 150 градуса Целзий – осигурява балансирана микроструктура. Азотът е химичният параметър: добавянето на няколко процента азот към аргоновата защитна атмосфера и използването на надалегиран присаден материал, богат на никел и азот, насърчава възстановяването на аустенит и повишава корозионната устойчивост на заварния шев. Автогенната заварка изисква особено внимание, тъй като заварката без присаден материал и без азот в защитната атмосфера разчита изцяло на химичния състав на основния материал и има тенденция към образуване на излишък от ферит; поради това кореновите проходи при дуплексни сплави почти винаги се изпълняват с азотсъдържащ подаващ газ. Грешката има конкретни последици. Заварка с излишък от ферит показва ниска ударна вязкост по Шарпи и може да се напука под въздействие на хлориди; заварка с недостиг на ферит губи якост и устойчивост срещу точково корозионно разрушаване; аустенитна заварка с твърде малко ферит може да се напука по време на затвърдяване. Определете желания диапазон на феритното число (FN), прогнозирайте го с помощта на диаграмата WRC-1992, контролирайте топлинния вход и съдържанието на азот и потвърдете резултата с феритоскоп – така качеството на заварката става контролиран и документиран резултат, а не просто надежда.

Често задавани въпроси
В: Какъв брой ферит трябва да има заварката от дуплексна стомана 2205?
О: Балансираната заварка от дуплексна стомана 2205 обикновено цели приблизително 30–60 FN; прекалено много ферит намалява ударната вязкост и корозионната устойчивост, докато недостатъчно количество намалява якостта.
В: Как се измерва броят ферит в готовите заварки?
О: Най-често чрез калибриран феритоскоп, който измерва FN неразрушително за секунди; металографското точково броене се използва за арбитраж и дава обемния процент.

За дуплексни и аустенитни тръби, заварени и изпитани според контролирани цели за ферит, свържете се с Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Тел. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/