Število ferita pri varjenih spojih dvojnih in avstenitnih nerjavnih jekel: meritve in nadzor

Število ferita (FN) kvantificira količino ferita v varilnem švu iz nerjavnega jekla; varilci ga nadzorujejo, ker določa delovanje šva. Pri dvojnem in superdvojnem varjenju je ciljna vsebina ferita običajno približno 30 do 70 FN, kar ustreza uravnoteženi dvofazni strukturi, medtem ko pri avsteničnem varjenju običajno ciljajo majhno, a neničelno vsebino ferita približno 3 do 10 FN, da preprečijo vroče razpoke. FN najpogosteje merijo z kalibriranim feritometrom in napovedujejo z diagramom WRC-1992; gre za praktičen nadzorni parameter, ki povezuje varilni postopek z odpornostjo proti koroziji in žilavostjo.

Kaj predstavlja število ferita
Številka ferita je standardiziran magnetni indeks, ne pa tudi neposreden volumski odstotek. Nastala je zato, ker so se zgodnji meritve »odstotka ferita« med različnimi laboratoriji močno razlikovale, zato je industrija sprejela reprodukcijo lestvice, določene na podlagi magnetnega odziva in sledljive sekundarnim standardom. Pri nizkih vrednostih se številka ferita (FN) in volumski odstotek ferita skoraj ujemata, pri višjih vrednostih pa se razhajata, zato dvojni specifikaciji navajajo sprejemljivost v FN ali v pretvorjenem odstotku z določeno metodo. Številka je pomembna, ker se ferit in avstenit obnašata različno: ferit zagotavlja trdnost in odpornost proti napetostni koroziji v prisotnosti kloridov, avstenit pa zagotavlja žilavost in raztegljivost. Varjeni spoj, ki se kristalizira z napačnim razmerjem obeh fazi, izgubi eno lastnost, da bi pridobil drugo.

Zakaj se varjeni spoji iz avstenitnih in dvojnih jekel razlikujejo
Pri avsteničnih razredih, kot sta 304L in 316L, je osnovni kovinski material v bistvu popolnoma avsteničen, vendar se varilni kovinski material namerno sestavi tako, da se pri trdnjenju oblikuje nekaj odstotkov delta ferita. Ta majhna feritna količina prekine neprekinjene meje avsteničnih zrn in raztopi primesi, kot sta žveplo in fosfor, s čimer se prepreči vroča trdilna razpoke. Premajhna količina ferita (pod približno 3 FN) ogroža nastanek razpok; prevelika količina (nad približno 10 do 12 FN) pa lahko zmanjša žilavost in po izpostavitvi obrabi povzroči embrittlement. Pri dvojnih razredih velja obratno: osnovni kovinski material je že uravnotežena mešanica, cilj pa je pri varjenju ponoviti to ravnovesje. Prevelika količina ferita pri dvojnem varilnem švu – kar se zgodi, kadar se varilni šiv ohladi prehitro za ponovno tvorbo avstenita – zmanjša žilavost in korozivno odpornost, medtem ko prevelika količina avstenita zmanjša trdnost in lahko lokalno zmanjša odpornost proti jamičastemu koroziji.

Napovedovanje FN z diagramom WRC-1992
Diagram WRC-1992 je sodobno orodje za napovedovanje feritne vsebine varilnega šiva na podlagi sestave. Na diagramu je narisana kromova ekvivalentna vrednost, ki predstavlja vsoto feritno tvorljivih elementov, nasproti nikljevi ekvivalentni vrednosti, ki predstavlja vsoto austenitno tvorljivih elementov, in iz tega se prebere pričakovana vrednost FN. Kromova ekvivalentna vrednost je Cr + Mo + 0,7 × Nb, nikljeva ekvivalentna vrednost pa Ni + 35 × C + 20 × N + 0,25 × Cu. Velik koeficient pri dušiku razkriva, zakaj dodatki dušika premaknejo varilni šiv proti austenitu ter zakaj jih namerno uporabljamo v dvojnem (duplex) polnilnem materialu in zaščitnem plinu. Z primerjavo napovedane vrednosti FN osnovnega materiala, polnilnega materiala in njune razredčitve lahko varilec izbere ustrezne porabne materiale in razredčitev tako, da končna vrednost FN leži znotraj ciljnega območja že pred izdelavo prve preskusne vzorčne ploščice.

Tabela: Tipični cilji feritne vsebine

Merjenje ferita v praksi
Feritometer je delovno konje na proizvodni liniji. Na varjeni šiv uporabi magnetno polje in izmeri odziv, ki se povečuje z vsebino ferita, kar omogoča neposredno odčitavo vrednosti FN v sekundah po kalibraciji proti certificiranim standardom. Metoda je nedestruktivna, prenosna in primerna za kontrolne preglede v proizvodnji tako pri korenskem kot tudi pri zaključnem šivu. Za arbitražne namene ali raziskave se volumenski delež določi s točkovnim štetjem na etirani prečni površini pod mikroskopom; obe metodi sta opisani v priznanih standardih. Vzemi več meritev po celotnem šivu in območju vpliva toplote namesto le ene same točke, saj se razredčitev in ohlajanje spreminjata vzdolž in prečno skozi spoj. Upoštevaj tudi, da feritometer meri le površinsko območje, ki ga dotakne, zato lahko brušenje, hladno obdelava in površinska onesnaženost rezultate izkrivijo, meritve na ukrivljenih ceveh majhnega premera pa morda zahtevajo popravek zaradi geometrije. V opremljeni laboratorijski nastavitvi se meritve ferita združijo z udarnimi preskusi in preskusi odpornosti proti koroziji, da se potrdi, ali dobra vrednost dejansko pomeni sprejemljivo mehansko in korozivno odpornost.

Kontrola ferita z postopkom
Dva procesna vzvoda prevladujeta pri nadzoru ferita: toplota, ki se vnese v spoj, in dušik. Vnesena toplota določa hitrost ohlajanja, ta pa določa, koliko austenita se lahko znova oblikuje iz ferita, ki se prvi strdne. Pri varjenju dvojnih jekel premalo vnesene toplote povzroči hitro ohlajanje, zaradi česar se „zamrzne“ preveč ferita in austenit ostane podhranjen, kar škoduje žilavosti; preveč vnesene toplote pa ohlajanje tako upočasni, da se lahko oblikujejo medkovinske faze. Nadzorovan razpon, pogosto z najvišjo temperaturo med prehodi okoli 150 stopinj Celzija, ohrani ravnovesje strukture. Dušik je kemijski vzvod: dodajanje nekaj odstotkov dušika v argonski zaščitni plin ter izbira prekomerno zlitinskega, niklja in dušika bogatega polnilnega materiala spodbuja ponovno oblikovanje austenita in poveča korozivno odpornost varjenega spoja. Avtogeni primer zahteva posebno pozornost, saj varjen spoj brez polnilnega materiala in brez dušika v plinu temelji izključno na sestavi osnovnega materiala in se nagnje k presežku ferita; zato se korenski prehodi pri dvojnih jeklih skoraj vedno izvedejo z zaščitnim plinom, ki vsebuje dušik. Če gre karkoli narobe, so posledice jasne in oprijemljive. Varjen spoj dvojnega jekla z visokim deležem ferita kaže nizko žilavost po Charpyjevem preskusu in se lahko razpoka pod napetostjo v prisotnosti kloridov; spoj z nizkim deležem ferita izgubi trdnost in odpornost proti lupinjenju; spoj z večinoma austenitno strukturo, a premalo ferita, pa se lahko razpoka med strjevanjem. Določite okno feritnega števila (FN), napovedujte ga z metodo WRC-1992, nadzorujte vneseno toploto in količino dušika ter preverjajte z feritometrom – tako postane kakovost varjenja nadzorovan in dokumentiran rezultat namesto le upanja.

Pogosta vprašanja
V: Kakšno število ferita naj ima varjeni spoj iz dvofazne jeklene zlitine 2205?
O: Urejen varjeni spoj iz dvofazne jeklene zlitine 2205 običajno cilja približno 30 do 60 FN; preveč ferita zmanjša žilavost in odpornost proti koroziji, premalo pa zmanjša trdnost.
V: Kako se meri število ferita na končanih varjenih spojih?
O: Najpogosteje z kalibriranim feritometrom, ki v nekaj sekundah brez uničevanja določi FN; za arbitražo se uporablja metalografsko štetje točk, ki daje prostorsko procentno vsebino.

Za dvofazne in avstenitne cevi, ki so bile zvarjene in preskusene glede na nadzorovano število ferita, stopite v stik s podjetjem Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/