Číslo feritu v zváraných spojoch dvojfázových a austenitických nehrdzavejúcich ocelí: meranie a regulácia

Číslo feritu (FN) kvantifikuje množstvo feritu v zváranom spoji z nehrdzavejúcej oceli; zvárači ho regulujú, pretože ovplyvňuje výkon zváraného spoja. V prípade dvojfázových a superdvojfázových zváraných spojov sa zvyčajne uprednostňuje obsah feritu v rozsahu približne 30 až 70 FN, čo zodpovedá vyváženej dvojfázovej štruktúre, zatiaľ čo pri austenitických zváraných spojoch sa zvyčajne usiluje o malý, avšak nenulový obsah feritu približne 3 až 10 FN, aby sa zabránilo horúcej trhlinovosti. Číslo feritu sa najčastejšie meria kalibrovaným feritometrom a predpovedá sa pomocou diagramu WRC-1992; FN je praktickým regulačným parametrom, ktorý spája postup zvárania s odolnosťou voči korózii a húževnatosťou.

Čo číslo feritu predstavuje
Číslo feritu je štandardizovaný magnetický index, nie priamy objemový percentuálny podiel. Vzniklo preto, lebo výsledky raných meraní „percenta feritu“ sa v rôznych laboratóriách veľmi líšili, a preto priemysel prijal reprodukovateľnú stupnicu definovanú magnetickou odpoveďou a kalibrovanú na sekundárne štandardy. Pri nízkych hodnotách sa číslo feritu (FN) a objemové percento feritu približne zhodujú, avšak s rastúcim obsahom feritu sa od seba odchyľujú, čo je dôvod, prečo špecifikácie dvojfázových zliatin uvádzajú prípustné hodnoty buď v číslach feritu, alebo v prepočítanom percentu s presne definovanou metódou. Toto číslo je dôležité, pretože ferit a austenit sa správajú odlišne: ferit poskytuje pevnosť a odolnosť voči napäťovému koróznemu trhaniu v prostredí chloridov, zatiaľ čo austenit zabezpečuje húževnatosť a kujnosť. Zváraný spoj, ktorý sa tuhne s nesprávnym pomerom týchto fáz, obetuje jednu vlastnosť, aby získal druhú.

Prečo sa zvary z austenitických a dvojfázových zliatin líšia
U austenitických značiek, ako sú 304L a 316L, je základný kov v podstate úplne austenitický, avšak zvárací kov je úmyselne formulovaný tak, aby sa po zatuhnutí obsahoval niekoľko percent delta-ferritu. Táto malá ferritová zložka prerušuje spojité hranice austenitických zŕn a rozpúšťa nečistoty, ako sú sír a fosfor, čím sa predchádza horúcej trhlinovej tvorbe pri zatuhnutí. Príliš malé množstvo ferritu – pod približne 3 FN – ohrozuje vznikom trhlín; príliš veľké množstvo – nad približne 10 až 12 FN – môže znížiť húževnatosť a po prevádzkovej expozícii spôsobiť krehkosť. U duplexných značiek je situácia opačná: základný kov už obsahuje vyváženú zmes fáz a cieľom je túto rovnováhu presne preniesť do zvaru. Nadmerný obsah ferritu v duplexnom zvare – čo nastáva, keď sa zvar ochladí príliš rýchlo na to, aby sa znovu vytvoril austenit – zhoršuje húževnatosť aj odolnosť voči korózii, zatiaľ čo nadmerný obsah austenitu zníži pevnosť a miestne môže oslabiť odolnosť voči bodovému koroziu.

Predpovedanie FN pomocou diagramu WRC-1992
Diagram WRC-1992 je súčasný nástroj na predpovedanie obsahu feritu vo zváranom spoji na základe jeho zloženia. Zobrazuje ekvivalent chrómu, ktorý sumarizuje prvky tvoriace ferit, v porovnaní s ekvivalentom niklu, ktorý sumarizuje prvky tvoriace austenit, a z neho sa odčíta očakávaná hodnota FN. Ekvivalent chrómu sa vypočíta ako Cr + Mo + 0,7 × Nb a ekvivalent niklu ako Ni + 35 × C + 20 × N + 0,25 × Cu. Veľký koeficient pri dusíku ukazuje, prečo prídavok dusíka posúva zváraný spoj smerom k austenitu a prečo sa dusík úmyselne používa v naplnových materiáloch a ochranných plynoch pre dvojfázové zliatiny. Porovnaním predpovedanej hodnoty FN základného materiálu, naplnového materiálu a ich riedenia môže zvárací technik vybrať vhodné spotrebné materiály a stupeň riedenia tak, aby výsledná hodnota FN spadla do požadovanej rozsahovej hodnoty ešte pred vyhotovením prvého skúšobného vzorky.

Tabuľka: Typické cieľové hodnoty feritu

Meranie feritu v praxi
Ferritometer je pracovný kôň na výrobnej ploche. Používa magnetické pole na zváranú šev a meria odpoveď, ktorá sa mení podľa obsahu ferritu, čím poskytuje priamy výsledok vo forme čísla ferritu (FN) za niekoľko sekúnd po kalibrácii podľa certifikovaných noriem. Je to neškodné, prenosné zariadenie, vhodné na kontrolu výroby pri koreňovom aj krycieho zváraní. Pre rozhodovanie v sporných prípadoch alebo výskum sa používa metalografické bodové počítanie na etchovanom priereze, ktoré udáva objemové percento ferritu. Obe metódy sú uvedené v uznaných normách. Vykonajte viacero meraní po celej dĺžke zváraného švu a v oblasti tepelne ovplyvnenej zóny namiesto jediného miestneho merania, pretože riedenie a ochladzovanie sa menia pozdĺž aj cez spoj. Nezabudnite tiež, že ferritometer meria len povrchovú oblasť, ktorej sa dotýka, takže broušenie, studené tvárnenie a kontaminácia povrchu môžu výsledok skresliť; pri meraní na zakrivených rúrach malého priemeru môže byť potrebná korekcia geometrie. V vybavenej laboratóriu sa meranie obsahu ferritu kombinuje s nárazovými skúškami a skúškami odolnosti voči korózii, aby sa potvrdilo, že dobrá hodnota ferritu skutočne zodpovedá požadovanej mechanickej pevnosti a odolnosti voči korózii.

Ovládanie feritu prostredníctvom postupu
Dva procesné páky dominujú kontrolu feritu: tepelný príkon a dusík. Tepelný príkon určuje rýchlosť chladenia a rýchlosť chladenia určuje, koľko austenitu sa môže znovu vytvoriť z feritu, ktorý sa najprv zatvrdil. Pri zváraní duplexných zliatin príliš nízky tepelný príkon spôsobuje rýchle ochladenie, ktoré „zmrazí“ príliš veľa feritu a nedostatočne podporí vznik austenitu, čím sa zníži húževnatosť; príliš vysoký tepelný príkon spomalí chladenie tak veľmi, že sa môžu vytvoriť intermetalické fázy. Ovládaný rozsah, často s hornou hranicou teploty medzizvarových vrstiev približne 150 °C, udržiava štruktúru vyváženú. Dusík je chemická páka: pridaním niekoľkých percent dusíka do argónovej ochrannej atmosféry a použitím prebytočne zliatinovanej, niklom a dusíkom bohatej zváracieho materiálu sa podporuje znovu-vznik austenitu a zvyšuje odolnosť zvaru voči korózii. Samozváranie (autogénne zváranie) si vyžaduje zvýšenú opatrnost, pretože zvar bez prídavného materiálu a bez dusíka v ochrannom plyne sa úplne spolieha na zloženie základného materiálu a má tendenciu vzniku nadbytku feritu – preto sa koreňové zvary duplexných zliatin takmer vždy vykonávajú s ochranným plynom obsahujúcim dusík. Ak sa to spraví nesprávne, dôsledky sú reálne. Zvar duplexnej zliatiny s nadbytkom feritu vykazuje nízku húževnatosť podľa Charpyho testu a môže prasknúť pod vplyvom chloridového napätia; zvar s nedostatkom feritu stráca pevnosť a odolnosť proti bodkovému korozií; a austenitický zvar s príliš malým množstvom feritu môže prasknúť počas tuhnutia. Určte okno FN, predpovedajte ho pomocou WRC-1992, ovládajte tepelný príkon a obsah dusíka a overte ho feritometrom – potom sa kvalita zvaru stane ovládaným, zdokumentovaným výsledkom namiesto len nádeje.

Často kladené otázky
Q: Aké číslo feritu by mal mať zváraný spoj z ocele 2205 s dvojfázovou štruktúrou?
A: Vyvážený zváraný spoj z ocele 2205 zvyčajne má cieľové číslo feritu približne 30 až 60 FN; príliš veľa feritu zníži húževnatosť a odolnosť voči korózii, zatiaľ čo príliš malé množstvo zníži pevnosť.
Q: Ako sa meria číslo feritu na hotových zváraných spojoch?
A: Najčastejšie sa používa kalibrovaný feritometer, ktorý nezničivo meria číslo feritu (FN) za niekoľko sekúnd; metalografické bodové počítanie sa používa pre rozhodovanie v sporných prípadoch a udáva objemové percento.

Pre potrubie z dvojfázovej a austenitickej ocele, ktoré bolo zvárané a skúšané s presne stanovenými cieľovými hodnotami feritu, kontaktujte spoločnosť Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/