Ferrittall i dupleks- og austenittiske rustfrie stålsveiser: Måling og kontroll

Ferrittallet (FN) angir mengden ferritt i en sveiseskav i rustfritt stål, og sveivere justerer det fordi det påvirker sveisekvaliteten. For dupleks- og superdupleks-sveiser er målferrittinnholdet vanligvis ca. 30–70 FN, som tilsvarer en balansert tofasestruktur, mens austenittiske sveiser vanligvis har som mål et lite, men ikke-null ferrittinnhold på ca. 3–10 FN for å unngå varmrevner. FN måles vanligvis med en kalibrert ferritskope og predikeres ved hjelp av WRC-1992-diagrammet; det er en praktisk kontrollparameter som knytter sveiprosedyren til korrosjonsbestandighet og toughhet.

Hva ferrittallet representerer
Ferrittall er en standardisert magnetisk indeks, ikke en direkte volumprosent. Den ble innført fordi tidlige målinger av «prosent ferritt» varierte mye mellom laboratorier, så bransjen vedtok en gjentakbar skala definert ut fra magnetisk respons og sporet til sekundære standarder. Ved lave nivåer ligger FN og volumprosent ferritt nær hverandre, men de skiller seg mer fra hverandre når ferrittinnholdet øker, noe som er grunnen til at duplex-spesifikasjoner angir akseptkriterier enten i FN eller i en konvertert prosent med en definert metode. Tallet er viktig fordi ferritt og austenitt oppfører seg annerledes: ferritt gir styrke og motstand mot kloridindusert spenningskorrosjon, mens austenitt gir slagverdi og duktilitet. En sveiseskjøt som stivner med feil balanse bytter bort én egenskap for å få den andre.

Hvorfor austenittiske og duplex-sveiseskjøter er ulike
I austenittiske kvaliteter som 304L og 316L er grunnmetallet i prinsippet fullstendig austenittisk, men sveisemetallet formuleres bevisst slik at det stivner med noen prosent delta-ferritt. Den lille ferrittfraksjonen bryter opp kontinuerlige austenittkornbegrensninger og løser opp urenheter som svovel og fosfor, noe som forhindrer varmkrakkdannelse ved stivning. For lite ferritt – under ca. 3 FN – øker risikoen for krakkdannelse; for mye ferritt – over ca. 10–12 FN – kan redusere slagseigheten og, etter bruk, fremme sprøhet. Duplexkvaliteter fungerer motsatt: grunnmetallet er allerede en balansert blanding, og målet er å gjenskape denne balansen i sveisen. Overskudd av ferritt i en duplexsveise – som skjer når sveisen avkjøles for raskt til at austenitt kan danne seg på nytt – reduserer slagseighet og korrosjonsmotstand, mens overskudd av austenitt reduserer fastheten og kan lokalt svekke motstanden mot sprekking.

Å forutsi FN ved hjelp av WRC-1992-diagrammet
WRC-1992-diagrammet er et moderne verktøy for å forutsi svetsferritt fra sammensetning. Det avbilder et kromekvivalent, som summerer ferrittdannende elementer, mot et nikkelekvivalent, som summerer austenitdannende elementer, og gir et forventet FN. Kromekvivalenten er Cr + Mo + 0,7 × Nb, og nikkelekvivalenten er Ni + 35 × C + 20 × N + 0,25 × Cu. Den store koeffisienten for nitrogen viser hvorfor tilsetninger av nitrogen skyver en sveiseskjøt mot austenitt, og hvorfor de bevisst brukes i duplex-tilleggsstoff og beskyttelsesgass. Ved å sammenligne det forutsagte FN for grunnmetall, tilleggsstoff og deres fortynning kan en sveiseingeniør velge forbruksgoder og fortynning som gir et resultat innenfor målfeltet før én eneste prøveplate skjæres.

Tabell: Vanlige ferrittmål

Måling av ferritt i praksis
Ferriteskopet er arbeidshesten på verkstedgulvet. Det påfører en magnetisk feltstyrke på sveisen og måler responsen, som skalerer med ferrittinnholdet, og gir en direkte FN-verdi på sekunder etter at det er kalibrert mot sertifiserte standarder. Det er ikke-destruktivt, bærbart og godt egnet for produksjonskontroller av både rot- og dekksvets. For tvistløsning eller forskning gir metallurgisk punkttelling på et etsede tverrsnitt en volumprosent, og begge metodene er omfattet av anerkjente standarder. Ta flere målinger over hele sveisen og den varmepåvirkede sonen i stedet for kun én enkelt posisjon, fordi utblanding og avkjøling varierer langs og på tvers av forbindelsen. Husk også at et ferriteskop bare måler den overflateområdet det berører, så sliping, kald deformasjon og overflateforurensning kan påvirke resultatet, og målinger på buede rør med liten diameter krever muligens en geometrikorreksjon. I et utstyrt laboratorium kombineres ferrittmåling med slagstyrketester og korrosjonstester for å bekrefte at en god ferrittverdi faktisk gir akseptabel mekanisk og korrosjonsbestandighet.

Styring av ferritt gjennom fremgangsmåte
To prosesshåndtak dominerer ferrittkontrollen: varmetilførsel og nitrogen. Varmetilførselen styrer avkjølingshastigheten, og avkjølingshastigheten styrer hvor mye austenitt som kan danne seg på nytt fra den ferritten som stivner først. Ved dupleks-sveising gir for liten varmetilførsel en rask avkjøling som «fryser» inn for mye ferritt og begrenser austenittdannelsen, noe som svekker slagsegheten; for stor varmetilførsel senker avkjølingshastigheten så mye at intermetalliske faser kan dannes. Et kontrollert område – ofte med en maksimal mellompass-temperatur nær 150 grader Celsius – holder strukturen i balanse. Nitrogen er det kjemiske håndtaket: å tilsette noen prosent nitrogen til argonbeskyttelsesgassen og velge en overlegeret, nikkel- og nitrogenrik tilleggsverkstoff fremmer austenittdannelsen på nytt og øker korrosjonsbestandigheten i sveisen. Den autogene situasjonen krever ekstra forsiktighet, fordi en sveise uten tilleggsverkstoff og uten nitrogen i gassen bygger utelukkende på grunnmaterialets kjemiske sammensetning og tenderer mot for mye ferritt – derfor utføres dupleks-sveiserootpasser nesten alltid med en nitrogenholdig bakgass. Feil gir konkrete konsekvenser. En ferrittdominert dupleks-sveise viser lav Charpy-slagseghet og kan sprække under kloridspenningskorrosjon; en ferrittfattig sveise mister styrke og motstand mot spikorrosjon; og en austenittisk sveise med for lite ferritt kan sprække under stivning. Angi et FN-intervall, forutsi det ved hjelp av WRC-1992, kontroller varmetilførselen og nitrogeninnholdet, og bekreft resultatet med en ferritskope – da blir sveisekvaliteten en kontrollert, dokumentert utførelse i stedet for en håp.

Ofte stilte spørsmål
Spørsmål: Hva ferrittall skal en 2205-duplex-sveiseskjøt ha?
Svar: En balansert 2205-sveiseskjøt har vanligvis et mål på ca. 30–60 FN; for mye ferritt reduserer seighet og korrosjonsmotstand, mens for lite reduserer styrken.
Spørsmål: Hvordan måles ferrittallet på ferdige sveiseskjøter?
Svar: Vanligvis med en kalibrert ferritskope, som leser av FN ikke-destruktivt på få sekunder; metallurgisk punkttelling brukes ved tvistløsning og gir en volumprosent.

For duplex- og austenittiske rør som er sveid og testet etter kontrollerte ferrittmål, ta kontakt med Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tlf. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/