Número de Ferrita em Soldas de Aço Inoxidável Duplex e Austenítico: Medição e Controle

O número de ferrita, ou FN, quantifica a quantidade de ferrita presente em uma solda de aço inoxidável, e os soldadores o controlam porque ele influencia o desempenho da solda. Para soldas duplex e superduplex, o teor-alvo de ferrita é geralmente de cerca de 30 a 70 FN, correspondendo a uma estrutura bifásica equilibrada, enquanto, nas soldas austeníticas, busca-se normalmente um teor pequeno, porém não nulo, de ferrita — aproximadamente de 3 a 10 FN — para evitar fissuração quente. O FN é medido mais frequentemente com um ferritoscópio calibrado e previsto com o diagrama WRC-1992; trata-se de um parâmetro prático de controle que relaciona o procedimento de soldagem à resistência à corrosão e à tenacidade.

O que o Número de Ferrita Representa
O número de ferrita é um índice magnético padronizado, não uma porcentagem direta em volume. Ele surgiu porque as primeiras medições de "porcentagem de ferrita" variavam amplamente entre laboratórios; assim, a indústria adotou uma escala reproduzível definida pela resposta magnética e rastreável a padrões secundários. Em níveis baixos, o número de ferrita (FN) e a porcentagem em volume de ferrita são próximos, mas divergem à medida que a quantidade de ferrita aumenta — razão pela qual as especificações de aços duplex indicam a aceitação em FN ou em uma porcentagem convertida, com um método definido. O valor é relevante porque a ferrita e a austenita apresentam comportamentos distintos: a ferrita confere resistência mecânica e resistência à corrosão sob tensão por cloretos, enquanto a austenita proporciona tenacidade e ductilidade. Uma solda que solidifica com um equilíbrio inadequado sacrifica uma dessas propriedades para obter a outra.

Por que as Soldas Austeníticas e Duplex Diferem
Nas ligas austeníticas, como as 304L e 316L, o metal base é essencialmente totalmente austenítico, mas o metal de solda é intencionalmente formulado para solidificar com alguns poucos por cento de ferrita delta. Essa pequena fração de ferrita interrompe os contornos contínuos dos grãos de austenita e dissolve impurezas como enxofre e fósforo, prevenindo trincas quentes de solidificação. Pouca ferrita — abaixo de cerca de 3 FN — aumenta o risco de trincamento; excesso de ferrita — acima de aproximadamente 10 a 12 FN — pode reduzir a tenacidade e, após exposição em serviço, promover a fragilização. Nas ligas duplex, o mecanismo é inverso: o metal base já é uma mistura equilibrada, e o objetivo é reproduzir esse equilíbrio na solda. Excesso de ferrita numa solda duplex — que ocorre quando a solda esfria muito rapidamente para que a austenita se reforme — degrada a tenacidade e a resistência à corrosão, enquanto excesso de austenita reduz a resistência mecânica e pode diminuir localmente a resistência à corrosão por pites.

Previsão do FN com o Diagrama WRC-1992
O diagrama WRC-1992 é a ferramenta moderna para prever a ferrita soldada com base na composição. Ele representa graficamente um equivalente de crómio, que soma os elementos formadores de ferrita, contra um equivalente de níquel, que soma os elementos formadores de austenita, e permite ler o valor esperado de FN. O equivalente de crómio é Cr + Mo + 0,7 × Nb, e o equivalente de níquel é Ni + 35 × C + 20 × N + 0,25 × Cu. O elevado coeficiente atribuído ao azoto explica por que as adições de azoto deslocam a soldadura para a austenita e por que são usadas intencionalmente em arames de enchimento e gases de proteção duplex. Ao comparar o FN previsto de um metal-base, de um material de enchimento e da sua diluição, um engenheiro de soldadura pode selecionar consumíveis e níveis de diluição que garantam um valor final dentro da faixa-alvo, antes mesmo de executar qualquer ensaio prático.

Tabela: Valores típicos de FN-alvo

Medição da ferrita na prática
O ferritoscópio é o equipamento mais utilizado na oficina. Ele aplica um campo magnético à solda e mede a resposta, que varia proporcionalmente ao teor de ferrita, fornecendo uma leitura direta de FN em segundos, assim que calibrado contra padrões certificados. Trata-se de um método não destrutivo, portátil e muito adequado para inspeções em linha, tanto em passes de raiz quanto em passes de revestimento. Para fins de arbitragem ou pesquisa, a contagem pontual metalográfica em uma seção transversal atacada fornece uma porcentagem em volume; ambos os métodos são abrangidos por normas reconhecidas. Realize múltiplas leituras ao longo da solda e da zona afetada pelo calor, em vez de uma única leitura em um ponto isolado, pois a diluição e o resfriamento variam ao longo e através da junta. Lembre-se também de que o ferritoscópio mede apenas a região superficial com a qual entra em contato; portanto, operações como esmerilhamento, trabalho a frio e contaminação superficial podem distorcer o resultado, e leituras em tubos de pequeno diâmetro curvos podem exigir uma correção geométrica. Em um laboratório bem equipado, a medição de ferrita é combinada com ensaios de impacto e ensaios de corrosão para confirmar se um valor satisfatório realmente se traduz em desempenho mecânico e resistência à corrosão aceitáveis.

Controle de Ferrita por Procedimento
Duas alavancas de processo dominam o controle da ferrita: a entrada de calor e o nitrogênio. A entrada de calor regula a taxa de resfriamento, e esta, por sua vez, determina quanto austenita pode se re-formar a partir da ferrita que solidifica primeiro. Na soldagem duplex, uma entrada de calor insuficiente produz um resfriamento rápido que congela excesso de ferrita e priva a austenita, prejudicando a tenacidade; já uma entrada de calor excessiva reduz tanto a taxa de resfriamento que fases intermetálicas podem se formar. Uma faixa controlada — frequentemente com um limite superior de temperatura entre passes próximo a 150 graus Celsius — mantém a estrutura equilibrada. O nitrogênio é a alavanca química: adicionar alguns por cento de nitrogênio ao gás de proteção à base de argônio e escolher um consumível superligado, rico em níquel e nitrogênio, promove a re-formação da austenita e eleva a resistência à corrosão na solda. O caso autógeno exige atenção especial, pois uma solda realizada sem consumível e sem nitrogênio no gás depende inteiramente da composição química do metal-base e tende a apresentar excesso de ferrita; é por isso que os passes de raiz duplex são quase sempre executados com um gás de respaldo contendo nitrogênio. Um erro tem consequências concretas. Uma solda duplex rica em ferrita apresenta baixa tenacidade Charpy e pode trincar sob tensão causada por cloretos; uma solda pobre em ferrita perde resistência mecânica e resistência à corrosão por picoteamento; e uma solda austenítica com pouca ferrita pode trincar durante a solidificação. Especifique uma janela de FN, preveja-a com a norma WRC-1992, controle rigorosamente a entrada de calor e o nitrogênio, e verifique o resultado com um ferritoscópio: assim, a qualidade da solda torna-se um resultado controlado e documentado, e não mera suposição.

Perguntas Frequentes
P: Qual número de ferrita uma solda duplex 2205 deve apresentar?
R: Uma solda 2205 equilibrada normalmente visa aproximadamente 30 a 60 FN; excesso de ferrita reduz a tenacidade e a resistência à corrosão, enquanto quantidade insuficiente diminui a resistência mecânica.
P: Como o número de ferrita é medido em soldas acabadas?
R: Mais comumente com um ferritoscópio calibrado, que fornece leitura não destrutiva do FN em segundos; a contagem pontual metalográfica é utilizada para fins de arbitragem e fornece uma porcentagem volumétrica.

Para tubos duplex e austeníticos soldados e testados conforme metas controladas de ferrita, entre em contato com a Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/