Ferrietnummer in duplex- en austenitische roestvrijstalen lasnaden: meting en regeling

Het ferrietgetal, of FN, geeft aan hoeveel ferriet een lasverbinding van roestvast staal bevat; lassers regelen dit omdat het de prestaties van de las bepaalt. Voor duplex- en superduplex-lasverbindingen ligt het doelgebied voor ferrietgehalte meestal tussen 30 en 70 FN, wat overeenkomt met een evenwichtige tweefasenstructuur, terwijl austenitische lasverbindingen meestal streven naar een klein maar niet-nul ferrietgehalte van ongeveer 3 tot 10 FN om heet scheuren te voorkomen. Het FN wordt het vaakst gemeten met een geijkte ferrietmeter en voorspeld met behulp van het WRC-1992-diagram; het is een praktische regelparameter die de lasprocedure koppelt aan corrosieweerstand en taaiheid.

Wat het ferrietgetal vertegenwoordigt
Het ferrietgetal is een gestandaardiseerde magnetische index, geen direct percentage per volume. Het ontstond doordat vroege metingen van ‘percentage ferriet’ sterk varieerden tussen laboratoria; de industrie heeft daarom een reproduceerbare schaal overgenomen die is gebaseerd op magnetische respons en traceerbaar is naar secundaire standaarden. Bij lage waarden liggen het ferrietgetal (FN) en het volumeprocent ferriet dicht bij elkaar, maar ze wijken steeds meer van elkaar af naarmate het ferrietgehalte toeneemt. Daarom geven duplexspecificaties de acceptatiecriteria op in FN of in een omgerekend percentage volgens een gedefinieerde methode. Het getal is belangrijk omdat ferriet en austeniet zich anders gedragen: ferriet verleent sterkte en weerstand tegen chloride-geïnduceerde spanningscorrosie, terwijl austeniet taaiheid en rekbaarheid biedt. Een lasnaad die uithardt met een onjuiste balans geeft één eigenschap op om de andere te verkrijgen.

Waarom austenitische en duplexlasnaden verschillen
Bij austenitische kwaliteiten zoals 304L en 316L is het basismetaal in wezen volledig austenitisch, maar het lasmetaal wordt bewust zo samengesteld dat het met een paar procent delta-ferrriet stolt. Dat kleine ferrrietgehalte onderbreekt continue austeniet-korrelgrenzen en lost onzuiverheden zoals zwavel en fosfor op, waardoor warm scheuren tijdens stolling wordt voorkomen. Te weinig ferrriet, onder ongeveer 3 FN, verhoogt het risico op scheuren; te veel ferrriet, boven ongeveer 10 tot 12 FN, kan de slagvastheid verlagen en na gebruik embrittlement bevorderen. Bij duplexkwaliteiten geldt het omgekeerde: het basismetaal is reeds een evenwichtige mengsel, en het doel is om dat evenwicht in de lasnaad te reproduceren. Te veel ferrriet in een duplexlas, wat optreedt wanneer de las te snel afkoelt om austeniet opnieuw te vormen, vermindert de slagvastheid en corrosieweerstand, terwijl te veel austeniet de sterkte verlaagt en lokaal de weerstand tegen putcorrosie kan verminderen.

Voorspellen van FN met het WRC-1992-diagram
Het WRC-1992-diagram is de moderne methode om de ferrietgehalte in lasnaden te voorspellen op basis van de chemische samenstelling. Het toont een chroom-equivalent, dat de ferrietvormende elementen optelt, tegenover een nikkel-equivalent, dat de austenietvormende elementen optelt, en geeft daaruit de verwachte FN-waarde af. Het chroom-equivalent wordt berekend als Cr + Mo + 0,7 × Nb, en het nikkel-equivalent als Ni + 35 × C + 20 × N + 0,25 × Cu. De hoge coëfficiënt voor stikstof laat zien waarom stikstoftoevoegingen een lasnaad naar austeniet doen verschuiven, en waarom ze bewust worden toegepast in duplex-lasdraden en beschermgas. Door de voorspelde FN-waarden van het basismateriaal, de lasdraad en hun verdundingsgraad met elkaar te vergelijken, kan een lasingenieur consumptiematerialen en verdundingsgraden kiezen die binnen het gewenste bereik vallen, nog voordat de eerste proeflas wordt gemaakt.

Tabel: Typische ferrietdoelwaarden

Ferriet meten in de praktijk
De ferrietmeter is het werkpaard op de productieterrein. Hij legt een magnetisch veld aan op de lasnaad en meet de reactie, die evenredig is met het ferrietgehalte, waardoor binnen seconden een directe FN-waarde wordt verkregen zodra hij is gekalibreerd tegen gecertificeerde normen. De methode is niet-destructief, draagbaar en zeer geschikt voor productiecontroles op zowel wortel- als deklaagpassen. Voor arbitrage of onderzoek geeft metallografisch puntentellen op een geëtst dwarsdoorsnede een volumeprocent, en beide methoden zijn opgenomen in erkende normen. Neem meerdere metingen over de lasnaad en de warmtebeïnvloede zone in plaats van slechts één enkel punt, omdat verdunning en afkoeling variëren langs en dwars op de verbinding. Houd er ook rekening mee dat een ferrietmeter uitsluitend het oppervlakgebied meet waarop hij in contact komt, dus slijpen, koud vervormen en oppervlakteverontreiniging kunnen het resultaat vertekenen, en metingen op gebogen buizen met kleine diameter vereisen mogelijk een correctie voor geometrie. In een volledig uitgeruste laboratorium wordt ferrietmeting gecombineerd met slagproeven en corrosieproeven om te bevestigen dat een goede FN-waarde daadwerkelijk overeenkomt met aanvaardbare mechanische en corrosie-eigenschappen.

Ferrietregeling via procedure
Twee proceshefbomen domineren de ferrietregeling: warmte-invoer en stikstof. De warmte-invoer bepaalt de afkoelsnelheid, en de afkoelsnelheid bepaalt hoeveel austeniet zich kan hervormen uit de ferriet die als eerste uitscheidt. Bij duplexlassen leidt te weinig warmte-invoer tot een snelle koeling die te veel ferriet ‘bevriest’ en austeniet tekort doet komen, wat de taaiheid vermindert; te veel warmte-invoer vertraagt de afkoeling zodanig dat intermetallische fasen kunnen ontstaan. Een gecontroleerd bereik, vaak met een temperatuurgrens tussen de laslagen van ca. 150 graden Celsius, houdt de microstructuur in evenwicht. Stikstof is de chemische hefboom: het toevoegen van enkele procenten stikstof aan het argonbeschermgas en het kiezen van een overgelegeerde, nikkel- en stikstofrijke lasdraad bevordert de hervorming van austeniet en verhoogt de corrosieweerstand van de lasnaad. Het autogene geval vereist extra voorzichtigheid, omdat een las zonder lasdraad en zonder stikstof in het gas volledig afhankelijk is van de chemie van het basismetaal en neigt naar een te hoog ferrietgehalte; daarom worden duplex-wortellassen bijna altijd uitgevoerd met een stikstofhoudend achterzijdgas. Een fout heeft concrete gevolgen. Een ferrietrijke duplexlas toont lage Charpy-taaiheid en kan scheuren onder chloride-geïnduceerde spanning; een ferrietarme las verliest sterkte en weerstand tegen putcorrosie; en een austenitische las met te weinig ferriet kan tijdens het stollen scheuren. Specificeer een FN-bereik, voorspel dit met WRC-1992, regel warmte-invoer en stikstof, en controleer met een ferritescoop — dan wordt laskwaliteit een gecontroleerd, gedocumenteerd resultaat in plaats van een wens.

Veelgestelde Vragen
V: Welk ferrietnummer moet een 2205-dubbelwandige lasverbinding hebben?
A: Een evenwichtige 2205-lasverbinding heeft doorgaans een doelbereik van ongeveer 30 tot 60 FN; te veel ferriet vermindert de taaiheid en corrosiebestendigheid, terwijl te weinig ferriet de sterkte verlaagt.
V: Hoe wordt het ferrietnummer op afgewerkte lasverbindingen gemeten?
A: Meestal met een gekalibreerde ferritescoop, die het FN-non-destructief in seconden meet; metallografische punttelling wordt gebruikt voor arbitrage en geeft een volumeprocent aan.

Voor dubbelwandige en austenitische buizen die zijn gelast en getest volgens gestuurde ferrietdoelen, neem contact op met Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/