Ferito skaičius dvigubo ir austenitinio nerūdijančiojo plieno suvirinimuose: matavimas ir valdymas

Ferito skaičius (FN) nurodo, kiek ferito turi nerūdijančiojo plieno suvirinimas, o suvirintojai jį kontroliuoja, nes jis lemia suvirinimo našumą. Dvifaziuose ir superdvifaziuose suvirinimuose tikslinis ferito kiekis paprastai yra apie 30–70 FN, kad būtų pasiektas subalansuotas dviejų fazių struktūros santykis, tuo tarpu austenitinėse suvirinimuose dažniausiai siekiama nedidelio, bet ne nulinio ferito kiekio – apytiksliai 3–10 FN – norint išvengti karštojo įtrūkimo. FN dažniausiai matuojamas kalibruotu feritometru ir prognozuojamas naudojant WRC-1992 diagramą; tai praktinis valdymo parametras, kuris susieja suvirinimo procedūrą su korozijos atsparumu ir kietumu.

Ką reiškia ferito skaičius
Ferito skaičius yra standartinis magnetinis indeksas, o ne tiesioginis tūrio procentas. Jis atsirado todėl, kad ankstyvosios „ferito procento“ matavimų rezultatai labai skyrėsi tarp įvairių laboratorijų, todėl pramonė priėmė atkuriamą skalę, apibrėžtą pagal magnetinį atsaką ir susiejamą su antriniais standartais. Žemose koncentracijose ferito skaičius (FN) ir ferito tūrio procentas yra panašūs, tačiau jie skyla didėjant ferito kiekiui, todėl dvifazės (duplex) specifikacijos nurodo priėmimo ribas arba FN, arba konvertuotu procentu, kuris apskaičiuojamas naudojant nustatytą metodą. Skaičius svarbus, nes feritas ir austenitas elgiasi skirtingai: feritas suteikia stiprumo ir atsparumo chloridų sukeltai įtempimo korozijai, o austenitas – kietumo ir plastšumo. Virinant netinkamą fazinę pusiausvyrą, viena savybė prarandama siekiant kitos.

Kodėl austenitiniai ir dvifaziai (duplex) suvirinimai skiriasi
Austenitinėse rūšyse, pvz., 304L ir 316L, pagrindinė medžiaga yra esminiu būdu visiškai austenitinė, tačiau suvirintinė medžiaga specialiai paruošiama taip, kad ji kietėtų su kelių procentų delta ferito kiekiu. Šis nedidelis ferito kiekis pertraukia nuolatinius austenito grūdelių ribų tinklus ir ištirpina priemaišas, tokias kaip sierą ir fosforą, taip užkertant kelią kietėjimo karštosios plyšio susidarymui. Per mažas ferito kiekis – mažesnis nei apytiksliai 3 FN – padidina plyšių riziką; per didelis – virš maždaug 10–12 FN – gali sumažinti smūgio tamprumą ir, tarnavimo metu veikiant aplinkos sąlygoms, skatinti embritėjimą. Dvifazėse rūšyse vyrauja priešinga situacija: pagrindinė medžiaga jau yra subalansuota mišrinė, o tikslas – šį subalansuotumą atkurti suvirinimo srityje. Per daug ferito dvifazėje suvirinimo srityje – kas įvyksta tada, kai suvirinimo šaltinis per greitai atvėsta, kad austenitas galėtų vėl susidaryti – prastina smūgio tamprumą ir korozijos atsparumą, tuo tarpu per daug austenito sumažina stiprumą ir gali vietomis sumažinti duobuotės korozijos atsparumą.

FN numatymas naudojant WRC-1992 diagramą
WRC-1992 diagrama yra šiuolaikinis įrankis, skirtas numatyti suvirintojo ferito kiekį pagal sudėtį. Ji atvaizduoja chromo ekvivalentą, kuris apima visus feritą formuojančius elementus, prieš nikio ekvivalentą, kuris apima visus austenitą formuojančius elementus, ir leidžia nustatyti tikėtiną FN reikšmę. Chromo ekvivalentas apskaičiuojamas kaip Cr + Mo + 0,7 × Nb, o nikio ekvivalentas – kaip Ni + 35 × C + 20 × N + 0,25 × Cu. Didelis azoto koeficientas rodo, kodėl azoto pridėjimai stumia suvirintąją jungtį į austenitinę sritį ir kodėl jie sąmoningai naudojami dvigubo (duplex) pildomųjų medžiagų bei apsauginių dujų sudėtyje. Palyginus bazinės medžiagos, pildomosios medžiagos ir jų maišymosi laipsnio prognozuojamą FN reikšmę, suvirinimo inžinierius gali pasirinkti pildomąsias medžiagas ir maišymosi laipsnį taip, kad rezultatas patenktų į tikslinę ribų juostą dar prieš išpjaunant vieną bandymo mėginį.

Lentelė: Tipiški ferito tikslai

Ferito matavimas praktikoje
Feritaskopas yra pagrindinis įrankis gamybos patalpoje. Jis taiko magnetinį lauką suvirintai siūlei ir matuoja reakciją, kuri yra proporcinga ferito kiekiui, todėl po kalibravimo su sertifikuotais etalonais per kelias sekundes gaunamas tiesioginis FN rodmenys. Šis metodas yra neardomasis, nešiojamasis ir puikiai tinka gamybos kontrolėms tiek šakniniuose, tiek viršutiniuose suvirinimo sluoksniuose. Arbitražui arba tyrimams metalografinis taškų skaičiavimas iš etchinio skersinio pjūvio duoda tūrinį procentinį kiekį; abu metodai reglamentuojami pripažintų standartų. Vietoje vieno taško matavimo atlikite kelis matavimus visoje suvirintos siūlės ir šilumos paveiktojo ploto srityje, nes lydinio maišymasis ir aušinimas keičiasi palei jungties ilgį bei plotį. Taip pat prisiminkite, kad feritaskopas matuoja tik tą paviršiaus sritį, kurios liečia, todėl šlifavimas, šaltasis deformavimas ir paviršiaus užterštumas gali iškreipti rezultatus, o mažo skersmens vamzdžių kreivumo matavimams gali prireikti geometrinės korekcijos. Įrengtame laboratorijoje ferito kiekio nustatymas paprastai derinamas su smūginiais bandymais ir korozijos bandymais, kad būtų patvirtinta, jog tinkamas ferito kiekis iš tikrųjų užtikrina leistinus mechaninius ir korozijos atsparumo rodiklius.

Ferito valdymas per procedūrą
Dvi technologinės valdymo svirtys dominuoja ferito kontrolę: šilumos įvedimas ir azotas. Šilumos įvedimas nulemia aušinimo greitį, o aušinimo greitis nulemia, kiek austenito gali susidaryti iš ferito, kuris pirmiausia kristalizuojasi. Dvipusėje suvirinimo technologijoje per mažas šilumos įvedimas sukelia staigų aušinimą, dėl kurio per daug ferito „užšąla“, o austenito susidaro nepakankamai – tai pablogina smūginį stiprį; per didelis šilumos įvedimas taip sulėtina aušinimą, kad gali susidaryti tarpmetalės fazės. Kontroliuojamas šilumos įvedimo diapazonas, dažnai su tarpinės temperatūros viršutine riba apie 150 laipsnių Celsijaus, užtikrina pusiausvyrą struktūroje. Azotas yra cheminis reguliavimo elementas: keletas procentų azoto pridedama prie argono apsauginės dujos, o perdaug aliuminizuotas, nikelio ir azoto turintis papildomas medžiagų mišinys skatina austenito atsinaujinimą ir padidina suvirinimo korozijos atsparumą. Autogeniniam suvirinimui reikia ypatingos atsargumo, nes suvirinimas be papildomos medžiagos ir be azoto apsauginėje dujoje remiasi tik pagrindinės medžiagos cheminėmis savybėmis ir linksta į perteklinį feritą – todėl dvipusių suvirinimų pradiniai sluoksniai beveik visada atliekami naudojant azotą turinčią paramos dują. Klaida čia turi aiškių pasekmių. Per daug ferito turintis dvipusis suvirinimas pasižymi žemu Charpy smūginio stiprio rodikliu ir gali įtrūkti veikiant chlorido sąlygomis; per mažai ferito turintis suvirinimas praranda stiprį ir atsparumą įgilėjimui; o per daug austenito turintis suvirinimas su nepakankamu ferito kiekiu gali įtrūkti kietėjimo metu. Nurodykite ferito skaičiaus (FN) leistiną intervalą, prognozuokite jį pagal WRC-1992 metodiką, kontroliuokite šilumos įvedimą ir azoto kiekį bei patikrinkite feritometru – tada suvirinimo kokybė taps kontroliuojamu, dokumentuojamu rezultatu, o ne tik tikimybe.

Dažniausiai užduodami klausimai
K: Koks ferito skaičius turi būti 2205 dvigubojo struktūros suvirinimo siūlėje?
A: Subalansuotos 2205 suvirinimo siūlės dažniausiai siekiama apie 30–60 FN; per daug ferito sumažina smūgio stiprumą ir korozijos atsparumą, o per mažai – stiprumą.
K: Kaip matuojamas ferito skaičius baigtuose suvirinimuose?
A: Dažniausiai naudojant kalibruotą feritaskopą, kuris neardomai per kelias sekundes nuskaito FN reikšmę; metalografinis taškų skaičiavimas naudojamas galutiniam sprendimui ir duoda tūrinį procentinį kiekį.

Dvigubojo struktūros ir austenitinio vamzdžio suvirinimui bei bandymams, atliekamiems kontroliuojant ferito kiekį, susisiekite su „Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd.“ Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/