Número de ferrita nas soldaduras de aceiro inoxidábel dúplex e austenítico: Medida e control

O número de ferrita, ou NF, cuantifica a cantidade de ferrita que contén unha soldadura de aceiro inoxidable, e os soldadores controlano porque determina o rendemento da soldadura. Nas soldaduras dúplex e dúplex superiores, o contido obxectivo de ferrita é xeralmente de aproximadamente 30 a 70 NF, o que corresponde a unha estrutura equilibrada de dúas fases, mentres que nas soldaduras austeníticas normalmente se busca un pequeno pero non nulo contido de ferrita de arredor de 3 a 10 NF para evitar a fisuración en quente. O NF mídese máis frecuentemente cun ferritoscopio calibrado e predícese co diagrama WRC-1992; é un parámetro práctico de control que relaciona o procedemento de soldadura coa resistencia á corrosión e coa tenacidade.

Que representa o número de ferrita
O número de ferrita é un índice magnético normalizado, non un porcentaxe directo en volume. Xurdiu porque as primeiras medicións do «porcentaxe de ferrita» variaban moito entre laboratorios, polo que a industria adoptou unha escala reproducible definida pola resposta magnética e rastrexable a patróns secundarios. A niveis baixos, o número de ferrita (FN) e o porcentaxe en volume de ferrita son semellantes, pero divérgense cando a ferrita aumenta, razón pola cal as especificacións de aceros dúplex indican a aceptación en FN ou nun porcentaxe convertido mediante un método definido. O número é importante porque a ferrita e a austenita teñen comportamentos distintos: a ferrita proporciona resistencia e resistencia á corrosión por tensión en presenza de cloretos, mentres que a austenita ofrece tenacidade e ductilidade. Unha soldadura que se solidifica cun equilibrio incorrecto sacrifica unha destas propiedades para obter a outra.

Por que as soldaduras austeníticas e dúplex son diferentes
Nas calidades austeníticas, como o 304L e o 316L, o metal base é esencialmente totalmente austenítico, pero o metal de soldadura formúlase deliberadamente para solidificar cun pequeno porcentaxe (uns poucos por cento) de ferrita delta. Esa pequena fracción de ferrita interrompe os límites de grão austeníticos continuos e disolve impurezas como o xofre e o fósforo, evitando así as fisuras quentes de solidificación. Unha cantidade insuficiente de ferrita, por debaixo de uns 3 FN, aumenta o risco de fisuración; un exceso, por encima de aproximadamente 10 a 12 FN, pode reducir a tenacidade e, tras a exposición en servizo, favorecer a embritización. As calidades dúplex funcionan ao revés: o metal base xa é unha mestura equilibrada, e o obxectivo é reproducir ese equilibrio na soldadura. Un exceso de ferrita nunha soldadura dúplex —que ocorre cando a soldadura se arrefria demasiado rápido para que se reforme a austenita— deteriora a tenacidade e a resistencia á corrosión, mentres que un exceso de austenita reduce a resistencia mecánica e pode diminuír localmente a resistencia á picadura.

Predición do FN co diagrama WRC-1992
O diagrama WRC-1992 é a ferramenta moderna para prever a ferrita soldada a partir da composición. Representa graficamente un equivalente de cromo, que suma os elementos formadores de ferrita, fronte a un equivalente de níquel, que suma os elementos formadores de austenita, e obtén un FN esperado. O equivalente de cromo é Cr + Mo + 0,7 × Nb, e o equivalente de níquel é Ni + 35 × C + 20 × N + 0,25 × Cu. O elevado coeficiente do nitróxeno mostra por que as súas adicións desvían unha soldadura cara á austenita, e por que se empregan intencionadamente nos arames de soldadura dúplex e nos gases de protección. Ao comparar o FN previsto dun metal base, dun arame de soldadura e da súa dilución, un enxeñeiro de soldadura pode escoller os consumibles e o grao de dilución que permitan obter un valor dentro da faixa obxectivo antes de cortar nin sequera unha proba.

Táboa: Obxectivos típicos de ferrita

Medición da ferrita na práctica
O ferritoscopio é o traballador habitual na fábrica. Aplica un campo magnético á soldadura e mide a resposta, que varía proporcionalmente co contido de ferrita, proporcionando unha lectura directa de FN en segundos unha vez calibrado con respecto a estándares certificados. É non destructivo, portátil e moi adecuado para comprobacións de produción tanto nas pasadas de raíz como nas de remate. Para fins de arbitraxe ou investigación, a contaxe puntual metalográfica nunha sección transversal gravada dá un porcentaxe en volume, e ambos os métodos están cobertos por estándares recoñecidos. Realice múltiples lecturas ao longo da soldadura e da zona afectada polo calor, en lugar dunha única localización, pois a dilución e o arrefriamento varían ao longo e a través da unión. Lembre tamén que o ferritoscopio só mide a rexión superficial coa que entra en contacto, polo que o esmerilado, o traballo en frío e a contaminación superficial poden sesgar o resultado, e as lecturas realizadas en tubos de pequeno diámetro curvos poden precisar unha corrección xeométrica. Nun laboratorio ben equipado, a medición de ferrita combínase coas probas de impacto e de corrosión para confirmar que un bo valor se traduce realmente nun rendemento mecánico e anticorrosivo aceptable.

Controlando a ferrita mediante o procedemento
Dous levas de proceso dominan o control da ferrita: a entrada de calor e o nitróxeno. A entrada de calor rexula a velocidade de arrefriamento, e esta velocidade determina cantas cantidades de austenita poden re-formarse a partir da ferrita que solidifica primeiro. Na soldadura dúplex, unha entrada de calor demasiado baixa produce un arrefriamento rápido que congela un exceso de ferrita e priva á austenita, reducindo a tenacidade; unha entrada de calor excesiva fai que o arrefriamento sexa tan lento que poden formarse fases intermetálicas. Un intervalo controlado, normalmente con un límite superior de temperatura entre pasadas próximo aos 150 graos Celsius, mantén a estrutura equilibrada. O nitróxeno é a alavanca química: engadir uns poucos porcentos de nitróxeno ao gas protector de arxón e escoller un material de aportación sobrealoiado, rico en níquel e nitróxeno, promove a re-formación de austenita e mellora a resistencia á corrosión na soldadura. O caso autóxeno require precaución adicional, pois unha soldadura realizada sen material de aportación nin nitróxeno no gas depende totalmente da composición química do metal base e tende cara a un exceso de ferrita; por iso, as pasadas iniciais dúplex realízanse case sempre cun gas protector que conteña nitróxeno. Se se comete un erro, as consecuencias son palpables. Unha soldadura dúplex rica en ferrita presenta baixa tenacidade Charpy e pode fissurarse baixo tensións cloruradas; unha soldadura pobre en ferrita perde resistencia mecánica e resistencia á picadura; e unha soldadura austenítica cunha cantidade insuficiente de ferrita pode fissurarse durante a solidificación. Especifique un intervalo de FN, predíxao co diagrama WRC-1992, controle a entrada de calor e o nitróxeno, e verifíqueo cun ferritoscópio: deste xeito, a calidade da soldadura convértese nun resultado controlado e documentado, non nunha mera esperanza.

Preguntas frecuentes
P: Que número de ferrita debe ter unha soldadura dúplex 2205?
R: Unha soldadura dúplex 2205 equilibrada normalmente ten como obxectivo un FN de aproximadamente 30 a 60; demasiada ferrita reduce a tenacidade e a resistencia á corrosión, mentres que moi pouca ferrita reduce a resistencia.
P: Como se mide o número de ferrita nas soldaduras rematadas?
R: O máis habitual é facelo cun ferritoscopio calibrado, que le o FN de forma non destructiva en segundos; a contaxe metalográfica por puntos úsase para resolución de diferenzas e dá un porcentaxe en volume.

Para tubos dúplex e austeníticos soldados e probados con obxectivos de ferrita controlados, póñase en contacto con Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/