Numărul de ferită în sudurile din oțel inoxidabil duplex și austenitic: măsurare și control

Numărul de ferită, sau FN, cuantifică cantitatea de ferită conținută într-o sudură din oțel inoxidabil; sudorii îl controlează deoarece acesta determină performanța sudurii. Pentru sudurile duplex și super-duplex, conținutul țintă de ferită este, în general, de aproximativ 30–70 FN, corespunzând unei structuri echilibrate cu două faze, în timp ce pentru sudurile austenitice se urmărește, de obicei, un conținut mic, dar nenul, de ferită, de aproximativ 3–10 FN, pentru a preveni fisurarea la cald. FN este măsurat cel mai frecvent cu un feritoscop calibrat și este prevăzut cu diagrama WRC-1992; acesta reprezintă un parametru practic de control care leagă procedeul de sudare de rezistența la coroziune și de tenacitate.

Ce reprezintă numărul de ferită
Numărul de ferită este un indice magnetic standardizat, nu un procentaj direct de volum. A apărut deoarece măsurătorile inițiale ale «procentului de ferită» variau foarte mult între laboratoare, astfel încât industria a adoptat o scară reproductibilă definită de răspunsul magnetic și traseabilă la standarde secundare. La niveluri scăzute, FN și procentul de volum de ferită sunt apropiate, dar se despart pe măsură ce ferita crește, motiv pentru care specificațiile duplex stabilesc acceptarea în FN sau într-un procentaj convertit, cu o metodă definită. Numărul este important deoarece ferita și austenita au comportamente diferite: ferita conferă rezistență și rezistență la coroziunea sub tensiune cauzată de cloruri, iar austenita conferă tenacitate și ductilitate. O sudură care se solidifică cu un echilibru incorect sacrifică o proprietate pentru a obține cealaltă.

De ce se deosebesc sudurile austenitice de cele duplex
La calitățile austenitice, cum ar fi 304L și 316L, metalul de bază este esențialmente complet austenitic, dar metalul sudat este intenționat formulat pentru a se solidifica cu câteva procente de ferită delta. Această fracțiune mică de ferită rupe limitele continue ale grăunților austenitici și dizolvă impuritățile, cum ar fi sulful și fosforul, prevenind fisurarea la cald în timpul solidificării. Prea puțină ferită, sub aproximativ 3 FN, ridică riscul de fisurare; prea multă ferită, peste aproximativ 10–12 FN, poate reduce tenacitatea și, după expunerea în exploatare, poate favoriza fragilizarea. Calitățile duplex funcționează invers: metalul de bază este deja un amestec echilibrat, iar obiectivul este reproducerea acestui echilibru în cordoanele de sudură. Excesul de ferită într-o sudură duplex — care apare atunci când sudura se răcește prea rapid pentru ca austenita să se reformeze — degradează tenacitatea și rezistența la coroziune, în timp ce excesul de austenită reduce rezistența mecanică și poate diminua local rezistența la pitting.

Estimarea FN cu ajutorul diagramei WRC-1992
Diagrama WRC-1992 este un instrument modern pentru previzionarea feritei sudate în funcție de compoziție. Aceasta trasează un echivalent de crom, care adună elementele care formează ferita, în raport cu un echivalent de nichel, care adună elementele care formează austenita, și indică valoarea așteptată a FN. Echivalentul de crom este Cr + Mo + 0.7 × Nb, iar echivalentul de nichel este Ni + 35 × C + 20 × N + 0.25 × Cu. Coeficientul mare aplicat azotului evidențiază de ce adăugarea de azot deplasează sudura către austenită și de ce acesta este utilizat intenționat în materialele de umplere și gazele de protecție pentru oțeluri duplex. Prin compararea FN prevăzut al metalului de bază, al materialului de umplere și al diluției lor, un inginer sudor poate alege materialele consumabile și gradul de diluție astfel încât valoarea FN rezultată să se încadreze în intervalul țintă, înainte de a executa chiar un singur eșantion de test.

Tabel: Valori tipice țintă pentru ferită

Măsurarea feritei în practică
Ferritoscopul este instrumentul de bază pe linia de producție. Acesta aplică un câmp magnetic sudurii și măsoară răspunsul, care variază în funcție de conținutul de ferită, oferind o citire directă FN în câteva secunde, după calibrarea sa față de standarde certificate. Metoda este nedistructivă, portabilă și foarte potrivită pentru verificări în producție, atât pe trecerea de rădăcină, cât și pe cea de acoperire. Pentru arbitraj sau cercetare, numărarea punctuală metalografică pe o secțiune transversală gravată furnizează un procent volumetric, iar ambele metode sunt reglementate de standarde recunoscute. Efectuați mai multe citiri pe întreaga lungime a sudurii și pe zona influențată termic, nu doar într-un singur punct, deoarece diluția și răcirea variază de-a lungul și perpendicular pe îmbinare. Rețineți, de asemenea, că ferritoscopul măsoară doar regiunea de suprafață cu care este în contact, astfel încât rectificarea, deformarea la rece și contaminarea suprafeței pot distorsiona rezultatul, iar citirile efectuate pe țevi curbe de diametru mic pot necesita o corecție geometrică. Într-un laborator echipat, măsurarea feritei este asociată cu încercări de impact și încercări de coroziune pentru a confirma faptul că o valoare bună se traduce, de fapt, într-o performanță mecanică și anticorozivă acceptabilă.

Controlul feritei prin procedură
Două levieri de proces domină controlul feritei: aportul de căldură și azotul. Aportul de căldură reglează viteza de răcire, iar viteza de răcire determină câtă austenită poate re-forma din ferita care se solidifică prima. În sudarea duplex, un aport insuficient de căldură produce o răcire bruscă care „îngheață” prea multă ferită și limitează formarea austenitei, afectând tenacitatea; un aport excesiv de căldură încetinește atât de mult răcirea, încât pot apărea faze intermetalice. O gamă controlată, adesea cu o temperatură maximă între treceri de aproximativ 150 de grade Celsius, menține structura echilibrată. Azotul este levierul chimic: adăugarea unui procent mic de azot în gazul de protecție cu argon și utilizarea unui material de adaos supraliat cu nichel și bogat în azot favorizează re-formarea austenitei și măresc rezistența la coroziune în cordoanele de sudură. Cazul autogen merită o atenție suplimentară, deoarece un cordoan realizat fără material de adaos și fără azot în gaz depinde în totalitate de compoziția metalului de bază și tinde spre un exces de ferită — motiv pentru care trecerile de rădăcină duplex sunt aproape întotdeauna executate cu un gaz de spate care conține azot. Eroarea are consecințe clare. Un cordoan duplex bogat în ferită prezintă o tenacitate Charpy scăzută și poate fisura sub stres clorurat; un cordoan sărac în ferită pierde rezistență mecanică și rezistență la pitting; iar un cordoan austenitic cu prea puțină ferită poate fisura în timpul solidificării. Specificați o fereastră FN, previzionați-o cu WRC-1992, controlați aportul de căldură și conținutul de azot, iar verificarea cu feritoscop asigură o calitate a sudurii care devine un rezultat controlat și documentat, nu o simplă presupunere.

Întrebări frecvente
Î: Ce număr de ferită ar trebui să aibă o sudură duplex 2205?
R: O sudură 2205 echilibrată vizează în mod obișnuit un număr de ferită (FN) de aproximativ 30–60; prea multă ferită reduce tenacitatea și rezistența la coroziune, în timp ce prea puțină scade rezistența mecanică.
Î: Cum se măsoară numărul de ferită pe sudurile finalizate?
R: Cel mai frecvent, cu un feritoscop calibrat, care afișează FN în mod neinvasiv în câteva secunde; metoda metalografică de numărare punctuală este utilizată în cazuri de arbitraj și furnizează un procent volumetric.

Pentru țevi duplex și austenitice sudate și testate conform unor ținte controlate de ferită, contactați Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/