Ο Αριθμός Φερρίτη στις Συγκολλήσεις Διπλής και Αυστηνιτικής Ανοξείδωτης Χάλυβα: Μέτρηση και Έλεγχος

Ο αριθμός φερρίτη (FN) ποσοτικοποιεί την ποσότητα φερρίτη που περιέχει μια συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα, και οι συγκολλητές τον ελέγχουν επειδή καθορίζει την απόδοση της συγκόλλησης. Για συγκολλήσεις διπλής φάσης (duplex) και υπερδιπλής φάσης (super duplex), η επιθυμητή περιεκτικότητα σε φερρίτη είναι συνήθως περίπου 30 έως 70 FN, προκειμένου να επιτευχθεί μια ισορροπημένη διφασική δομή, ενώ για συγκολλήσεις αυστηνιτικού χάλυβα στοχεύεται συνήθως σε μια μικρή, αλλά μη μηδενική, περιεκτικότητα φερρίτη περίπου 3 έως 10 FN για να αποτραπεί η θερμή ρωγμάτωση. Ο FN μετράται συνήθως με ένα βαθμονομημένο φερριτόσκοπο και προβλέπεται με το διάγραμμα WRC-1992· είναι ένας πρακτικός παράμετρος ελέγχου που συνδέει τη διαδικασία συγκόλλησης με την αντοχή στη διάβρωση και την ταυτότητα.

Τι αντιπροσωπεύει ο αριθμός φερρίτη
Ο αριθμός φερρίτη είναι ένας τυποποιημένος μαγνητικός δείκτης, όχι μια άμεση ποσοστιαία κατ’ όγκον τιμή. Προέκυψε επειδή οι πρώιμες μετρήσεις του «ποσοστού φερρίτη» παρουσίαζαν μεγάλες διαφορές μεταξύ εργαστηρίων, γι’ αυτό και η βιομηχανία υιοθέτησε μια αναπαραγώγιμη κλίμακα που ορίζεται από τη μαγνητική απόκριση και είναι ελέγξιμη σε δευτερεύοντα πρότυπα. Σε χαμηλά επίπεδα, ο αριθμός φερρίτη (FN) και το ποσοστό φερρίτη κατ’ όγκον είναι παρόμοια, αλλά αποκλίνουν καθώς αυξάνεται ο φερρίτης· γι’ αυτόν τον λόγο, οι προδιαγραφές διπλής δομής καθορίζουν την αποδοχή είτε σε FN είτε σε μετατραπείσα ποσοστιαία τιμή με καθορισμένη μέθοδο. Ο αριθμός έχει σημασία επειδή ο φερρίτης και ο αυστηνίτης συμπεριφέρονται διαφορετικά: ο φερρίτης παρέχει αντοχή και αντίσταση σε διάβρωση λόγω τάσης από χλωριόντα, ενώ ο αυστηνίτης παρέχει ταλαιπωρία και ελαστικότητα. Μια συγκόλληση που στερεοποιείται με λανθασμένη αναλογία θυσιάζει μία ιδιότητα για να αποκτήσει την άλλη.

Γιατί διαφέρουν οι αυστηνιτικές και οι διπλής δομής συγκολλήσεις
Σε αυστηνιτικούς βαθμούς όπως οι 304L και 316L, το βασικό μέταλλο είναι ουσιαστικά πλήρως αυστηνιτικό, αλλά το μέταλλο συγκόλλησης διαμορφώνεται επίτηδες ώστε να στερεοποιηθεί με λίγα τοις εκατό δέλτα-φερρίτη. Αυτό το μικρό ποσοστό φερρίτη διασπά τα συνεχή όρια κόκκων αυστηνίτη και διαλύει προσμίξεις όπως θείο και φώσφορος, αποτρέποντας έτσι τον θερμό ρηγματισμό κατά τη στερεοποίηση. Πολύ μικρή ποσότητα φερρίτη, κάτω των περίπου 3 FN, ενέχει κίνδυνο ρηγματισμού· πολύ μεγάλη ποσότητα, πάνω από περίπου 10–12 FN, μπορεί να μειώσει την ταυτόχρονη αντοχή και, μετά από χρήση, να προκαλέσει εμβριθύνση. Οι διπλοί βαθμοί λειτουργούν αντίθετα: το βασικό μέταλλο είναι ήδη μια ισορροπημένη μίγμα, και ο στόχος είναι να αναπαραχθεί αυτή η ισορροπία στη συγκόλληση. Υπερβολική ποσότητα φερρίτη σε μια διπλή συγκόλληση —που συμβαίνει όταν η συγκόλληση ψύχεται υπερβολικά γρήγορα για να ανασχηματιστεί ο αυστηνίτης— επιδεινώνει την ταυτόχρονη αντοχή και την αντίσταση στη διάβρωση, ενώ υπερβολική ποσότητα αυστηνίτη μειώνει την αντοχή και μπορεί τοπικά να μειώσει την αντίσταση στην πιτινγκ.

Πρόβλεψη του FN με το Διάγραμμα WRC-1992
Το διάγραμμα WRC-1992 είναι το σύγχρονο εργαλείο για την πρόβλεψη της συγκολλητικής φερρίτης από τη σύνθεση. Απεικονίζει ένα ισοδύναμο χρωμίου, το οποίο αθροίζει τα στοιχεία που σχηματίζουν φερρίτη, έναντι ενός ισοδύναμου νικελίου, το οποίο αθροίζει τα στοιχεία που σχηματίζουν αυστηνίτη, και διαβάζει την αναμενόμενη τιμή FN. Το ισοδύναμο χρωμίου είναι Cr + Mo + 0.7 × Nb, και το ισοδύναμο νικελίου είναι Ni + 35 × C + 20 × N + 0.25 × Cu. Ο μεγάλος συντελεστής του αζώτου δείχνει γιατί η προσθήκη αζώτου ωθεί μια συγκόλληση προς την αυστηνίτη και γιατί χρησιμοποιείται εσκεμμένα σε γεμίσματα διπλής φάσης και σε προστατευτικά αέρια. Συγκρίνοντας την προβλεπόμενη τιμή FN ενός βασικού μετάλλου, ενός γεμίσματος και της αναμείξεώς τους, ένας μηχανικός συγκόλλησης μπορεί να επιλέξει καταναλωσίμων και βαθμό αναμείξεως που θα τοποθετήσουν την τελική συγκόλληση εντός του επιθυμητού εύρους, πριν ακόμη κόψει ένα δοκίμιο δοκιμής.

Πίνακας: Τυπικά Στόχοι Φερρίτη

Μέτρηση του φερρίτη στην πράξη
Το φερριτόσκοπο είναι το βασικό όργανο στην παραγωγική γραμμή. Εφαρμόζει μαγνητικό πεδίο στη συγκόλληση και μετρά την ανταπόκριση, η οποία κλιμακώνεται με το περιεχόμενο φερρίτη, παρέχοντας άμεση ένδειξη FN σε δευτερόλεπτα, αφού έχει βαθμονομηθεί με επισήμως πιστοποιημένα πρότυπα. Είναι μη καταστροφικό, φορητό και ιδανικό για ελέγχους παραγωγής τόσο στις ρίζες όσο και στις επιφανειακές στρώσεις. Για διαιτητικούς σκοπούς ή έρευνα, η μεταλλογραφική μέθοδος μετρήσεων σημείων σε επεξεργασμένη διατομή δίνει ποσοστό όγκου· και οι δύο μέθοδοι καλύπτονται από αναγνωρισμένα πρότυπα. Πραγματοποιήστε πολλαπλές μετρήσεις σε όλο το μήκος της συγκόλλησης και της ζώνης επηρεασμένης από τη θερμότητα, αντί να περιοριστείτε σε μία μόνο θέση, διότι η αραίωση και η ψύξη διαφέρουν κατά μήκος και εγκάρσια της σύνδεσης. Θυμηθείτε επίσης ότι το φερριτόσκοπο μετρά μόνο την επιφανειακή περιοχή που ακουμπά, επομένως η λείανση, η ψυχρή πλαστική παραμόρφωση και η επιφανειακή μόλυνση μπορούν να προκαλέσουν σφάλμα στη μέτρηση, ενώ οι μετρήσεις σε καμπύλους σωλήνες μικρής διαμέτρου ενδέχεται να απαιτούν διόρθωση λόγω γεωμετρίας. Σε ένα εξοπλισμένο εργαστήριο, η μέτρηση του φερρίτη συνδυάζεται με δοκιμές κρούσης και δοκιμές διάβρωσης, προκειμένου να επιβεβαιωθεί ότι μια ικανοποιητική τιμή φερρίτη μεταφράζεται πραγματικά σε αποδεκτή μηχανική και αντοχή στη διάβρωση.

Έλεγχος της φερρίτης μέσω διαδικασίας
Δύο διαδικαστικοί μοχλοί επικρατούν στον έλεγχο της φερρίτης: η θερμική είσοδος και το άζωτο. Η θερμική είσοδος διέπει το ρυθμό ψύξης, και ο ρυθμός ψύξης διέπει το πόση αυστηνίτη μπορεί να ανασχηματιστεί από τη φερρίτη που στερεοποιείται πρώτη. Στη συγκόλληση διπλής φάσης, υπερβολικά μικρή θερμική είσοδος παράγει γρήγορη ψύξη που «παγώνει» υπερβολική φερρίτη και στερεί την αυστηνίτη, μειώνοντας την ταυτόχρονη αντοχή· υπερβολικά μεγάλη θερμική είσοδος επιβραδύνει τόσο πολύ την ψύξη, ώστε να επιτρέπεται η δημιουργία διμεταλλικών φάσεων. Μια ελεγχόμενη περιοχή —συχνά με ανώτατο όριο θερμοκρασίας μεταξύ διαδοχικών περασμάτων κοντά στους 150 βαθμούς Κελσίου— διατηρεί τη δομή ισορροπημένη. Το άζωτο είναι ο χημικός μοχλός: η προσθήκη ενός ποσοστού λίγων τοις εκατό αζώτου στο αργόνιο προστατευτικού αερίου και η επιλογή ενός υπερσυγκολλητικού υλικού πλούσιου σε νικέλιο και άζωτο προωθεί την ανασχηματισμό της αυστηνίτης και αυξάνει την αντοχή στη διάβρωση της συγκόλλησης. Η αυτόγενη περίπτωση απαιτεί επιπλέον προσοχή, διότι μια συγκόλληση χωρίς συγκολλητικό υλικό και χωρίς άζωτο στο αέριο βασίζεται αποκλειστικά στη χημική σύνθεση του βασικού μετάλλου και τείνει προς υπερβολική φερρίτη· γι’ αυτό το λόγο, τα ριζικά περάσματα διπλής φάσης γίνονται σχεδόν πάντα με προστατευτικό αέριο που περιέχει άζωτο. Αν γίνει λάθος, οι συνέπειες είναι σαφείς. Μια συγκόλληση διπλής φάσης πλούσια σε φερρίτη εμφανίζει χαμηλή αντοχή σε Charpy και μπορεί να ραγίσει υπό τάση χλωριούχων ενώσεων· μια συγκόλληση φτωχή σε φερρίτη χάνει αντοχή και αντίσταση σε πιτινγκ· και μια αυστηνιτική συγκόλληση με υπερβολικά λίγη φερρίτη μπορεί να ραγίσει κατά τη στερεοποίηση. Καθορίστε ένα παράθυρο FN, προβλέψτε το με τη μέθοδο WRC-1992, ελέγξτε τη θερμική είσοδο και το άζωτο, και επαληθεύστε με φερριτόσκοπο· έτσι η ποιότητα της συγκόλλησης γίνεται αποτέλεσμα ελεγχόμενο και τεκμηριωμένο, όχι απλώς ελπίδα.

Συχνές Ερωτήσεις
Ε: Ποιος αριθμός φερρίτη πρέπει να έχει μια συγκόλληση διπλής φάσης 2205;
Α: Μια ισορροπημένη συγκόλληση 2205 στοχεύει συνήθως σε περίπου 30 έως 60 FN· υπερβολική φερρίτη μειώνει την ταμπερατούρα και την αντοχή στη διάβρωση, ενώ υπερβολικά λίγη μειώνει την αντοχή.
Ε: Πώς μετράται ο αριθμός φερρίτη σε τελικές συγκολλήσεις;
Α: Κυρίως με ένα βαθμονομημένο φερριτόσκοπιο, το οποίο μετράει τον FN μη καταστροφικά σε δευτερόλεπτα· η μεταλλογραφική μέθοδος μετρήσεων σημείων χρησιμοποιείται για διαιτησία και δίνει ποσοστό όγκου.

Για διπλής φάσης και αυστηνιτικούς αγωγούς που συγκολλήθηκαν και δοκιμάστηκαν με ελεγχόμενους στόχους φερρίτη, επικοινωνήστε με την Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Τηλ. +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/