Ferriti-luku duplex- ja austeniittisten ruostumattomien terästen hitsausnaidoissa: Mittaus ja säätö

Ferriti-luku (FN) kuvaa, kuinka paljon ferritiä ruostumatonta terästä sisältävä hitsausliitos sisältää, ja hitsaajat säätävät sitä, koska se vaikuttaa hitsausliitoksen suorituskykyyn. Duplex- ja superduplex-hitsausliitoksissa tavoiteltava ferritipitoisuus on yleensä noin 30–70 FN, mikä vastaa tasapainoista kahden faasin rakennetta, kun taas austeniittisissa hitsausliitoksissa pyritään yleensä pienempään, mutta nollasta poikkeavaan ferritipitoisuuteen noin 3–10 FN estääkseen kuumakäräyksen. FN-mittaukset tehdään useimmiten kalibroidulla ferritiskoopilla, ja FN voidaan ennustaa WRC-1992 -kaavion avulla. FN on käytännöllinen säätöparametri, joka yhdistää hitsausmenetelmän korroosionkestävyyteen ja sitkeyteen.

Mitä ferriti-luku edustaa
Ferriti-indeksi on standardoitu magneettinen indeksi, ei suora tilavuusprosentti. Se kehitettiin, koska varhaiset "ferritin prosenttimäisen" mittaustulokset vaihtelivat laajasti eri laboratorioissa, joten teollisuus otti käyttöön toistettavan asteikon, joka perustuu magneettiseen vastukseen ja joka voidaan jäljittää toissijaisiin standardeihin. Alhaisilla arvoilla ferriti-indeksi (FN) ja ferritin tilavuusprosentti ovat lähellä toisiaan, mutta ne eroavat toisistaan, kun ferritin määrä kasvaa; tästä syystä duplex-terästen määrittelyissä hyväksyntä ilmoitetaan joko ferriti-indeksinä tai muunnettuina prosentteina määritellyllä menetelmällä. Luku on tärkeä, koska ferriti ja austeniiti käyttäytyvät eri tavoin: ferriti antaa lujuutta ja vastustuskykyä kloridien aiheuttamalle jännityskorroosiolle, kun taas austeniitti antaa sitkeyttä ja muovautuvuutta. Hitsaus, joka kovettuu väärän tasapainoisena, uhraa yhden ominaisuuden saadakseen toisen.

Miksi austeniittiset ja duplex-hitsaukset eroavat toisistaan
Austeniittisissa laaduissa, kuten 304L ja 316L, perusmetalli on käytännössä täysin austeniittista, mutta hitsausmetalli on tarkoituksellisesti muotoiltu niin, että se kovettuu sisältäen muutaman prosentin delta-ferritiä. Tämä pieni ferritiosuus katkaisee jatkuvat austeniittiset raerajat ja liuottaa epäpuhtauksia, kuten rikkiä ja fosforia, estäen kovettumisen aikaisen halkeilun. Liian vähän ferritiä, alle noin 3 FN, lisää halkeiluriskiä; liian paljon ferritiä, yli noin 10–12 FN, voi heikentää sitkeyttä ja käytön aikana edistää haurastumista. Duplex-laatujen tapauksessa toiminta on päinvastainen: perusmetalli on jo tasapainoinen seos, ja tavoitteena on saavuttaa sama tasapaino hitsauksessa. Ylimääräinen ferriti duplex-hitsauksessa – mikä syntyy, kun hitsaus jäähtyy liian nopeasti austeniitin uudelleenmuodostumisen estämiseksi – heikentää sitkeyttä ja korroosionkestävyyttä, kun taas ylimääräinen austeniitti alentaa lujuutta ja voi paikallisesti heikentää pienten reikien muodostumisen vastustusta.

FN:n ennustaminen WRC-1992 -kaavion avulla
WRC-1992 -kaavio on nykyaikainen työkalu hitsausferritin ennustamiseen koostumuksen perusteella. Se piirtää kromiekvivalentin, joka summaa ferritiin muodostavat alkuaineet, vastaan nikkeli-ekvivalentin, joka summaa austeniittiin muodostavat alkuaineet, ja lukee siitä odotetun FN-arvon. Kromiekvivalentti on Cr + Mo + 0,7 × Nb ja nikkeli-ekvivalentti on Ni + 35 × C + 20 × N + 0,25 × Cu. Typen suuri kerroin osoittaa, miksi typen lisäykset siirtävät hitsausta kohti austeniittia ja miksi typpeä käytetään tarkoituksellisesti duplex-täyteaineissa ja suojauskaasussa. Vertailemalla perusaineen, täyteaineen ja niiden sekoitussuhdetta ennustettuun FN-arvoon hitsausteknikko voi valita kulutusaineet ja sekoitussuhteen siten, että tuloksena saadaan arvo kohdealueen sisällä ennen kuin yhtäkään testinäytettä leikataan.

Taulukko: Tyypilliset ferriittitavoitteet

Ferritin mittaaminen käytännössä
Ferritiittimittari on työkalu, jota käytetään laajasti tuotantotiloissa. Se luo hitsauskohtaan magneettikentän ja mittaa sen vastetta, joka on suoraan verrannollinen ferriittipitoisuuteen; kalibroinnin jälkeen sertifioituja standardeja vasten saadaan suora FN-lukema sekunnin sisällä. Mittaus on ei-tuhottavaa, laite on kantava ja erinomaisesti soveltuva tuotantotarkastuksiin sekä juuritasolle että pinnatasolle. Riita-asioiden tai tutkimusten yhteydessä metallografisen pistelaskun avulla etsetyn poikkileikkauksen perusteella saadaan tilavuusprosentti, ja molemmat menetelmät kuuluvat tunnettujen standardien piiriin. Suorita useita mittauksia hitsauksen ja lämpövaikutusalueen yli eikä vain yhdessä pisteessä, koska sekoittuminen ja jäähdytys vaihtelevat liitoksen pituudelta ja leveydeltä. Muista myös, että ferritiittimittari mittaa ainoastaan sen pinnan aluetta, johon se koskettaa, joten hiominen, kylmämuokkaus ja pinnan saastuminen voivat vääristää tuloksia, ja pienihalkaisijaisen kaarevan putken mittaukset saattavat vaatia geometriakorjauksen. Hyvin varustetussa laboratoriossa ferriittimittaukset yhdistetään iskukokeisiin ja korroosiotesteihin, jotta voidaan varmistaa, että hyvä lukema todellakin kääntyy hyväksi mekaaniseksi ja korroosionkestävyysominaisuudeksi.

Ferritin säätäminen menetelmän avulla
Kahdella prosessin säätövipulla hallitaan ferriitin määrää: lämmöntulo ja typen määrä. Lämmöntulo ohjaa jäähtymisnopeutta, ja jäähtymisnopeus määrittää, kuinka paljon austeniittia voi muodostua ensin jähmettyneestä ferriitistä. Duplex-hitsauksessa liian vähän lämmöntuloa aiheuttaa nopean jäähdytyksen, joka jäädyttää liikaa ferriittiä ja estää austeniitin muodostumisen, mikä heikentää sitkeyttä; liian suuri lämmöntulo hidastaa jäähdytystä niin paljon, että intermetalliset faasit voivat muodostua. Hallittu lämmöntulon alue – usein välillä, jonka yläraja on noin 150 astetta Celsius – pitää rakenteen tasapainossa. Typpeä käytetään kemiallisena säätövipuna: muutaman prosentin typen lisääminen argon-suojakaasuun ja yli-seostetun, nikkeliä ja typpeä rikkaan täyteaineen valinta edistävät austeniitin uudelleenmuodostumista ja parantavat hitsin korroosionkestävyyttä. Autogeeninen hitsaus vaatii erityistä varovaisuutta, koska hitsi, joka tehdään ilman täyteainetta ja ilman typpeä kaasussa, perustuu kokonaan pohjametallin koostumukseen ja siirtyy kohti liiallista ferriittisuutta – siksi duplex-juurihitsaukset tehdään lähes aina typpipitoisella takakäyttökaasulla. Virheellisessä tapauksessa seuraukset ovat konkreettisia. Ferriittiä runsas duplex-hitsi osoittaa alhaisen Charpy-sitkeyden ja voi halkeilla kloridijännityksen alaisena; ferriittiä vähäinen hitsi menettää lujuutensa ja pinnoituskorrosion kestävyytensä; ja austeniittinen hitsi, jossa ferriittiä on liian vähän, voi halkeilla jähmettymisvaiheessa. Määritä FN-alue, ennusta se WRC-1992 -menetelmällä, säädä lämmöntuloa ja typen määrää sekä tarkista tulokset ferriteskopilla – tällöin hitsin laatu muuttuu hallitun, dokumentoidun tuloksen sijaan toiveeksi.

Usein kysytyt kysymykset
K: Mikä ferritiluku tulisi olla 2205-kaksirakenteiselle hitsausliitokselle?
V: Tasapainoinen 2205-hitsausliitos pyrkii yleensä noin 30–60 FN:n alueelle; liiallinen ferriittisuus heikentää sitkeyttä ja korroosionkestävyyttä, kun taas liian vähän ferriittiä alentaa lujuutta.
K: Kuinka ferritilukua mitataan valmiissa hitsausliitoksissa?
V: Yleisimmin kalibroidulla ferritskoopilla, joka antaa FN-lukeman ei-tuhoavasti muutamassa sekunnissa; metallurgista pistelaskentaa käytetään riita-asioiden ratkaisemiseen, ja se antaa tilavuusprosentin.

Kaksirakenteisille ja austeniittisille putkille, jotka on hitsattu ja testattu ohjattujen ferrititavoitteiden mukaisesti, ota yhteyttä Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd.:n:hen. Puh. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/