Ako objemová frakcia primárneho feritu v 316-litrovom plášti ohrievača po vysoko-teplotnom (1 150 stupňoch) žíhaní v roztoku riadi náchylnosť na praskanie tuhnutia počas zvárania koncového uzáveru

Feritové okno pre zvárateľnosť austenitických nehrdzavejúcich ocelí

Objemová frakcia zadržaného primárneho delta feritu po rozpúšťacom žíhaní pri 1 150 stupňoch (vyššom ako 1 040-1 080 stupňoch typicky špecifikovaných) priamo riadi náchylnosť na praskanie pri tuhnutí počas zvárania autogénnym plynom volfrámovým oblúkom (GTAW). Obsah feritu v 316L je približne 3-8% (v závislosti od chémie) pri bežných teplotách rozpúšťacieho žíhania (1040-1080 stupňov). Avšak rozpúšťacie žíhanie pri 1150 stupňoch (často používané na úplné rozpustenie karbidov alebo na zhrubnutie zŕn kvôli odolnosti proti tečeniu) posúva fázovú rovnováhu smerom k austenitu pri vyššej teplote, pričom pri ochladzovaní poskytuje feritový objemový podiel 0-3 %. Ukázalo sa, že pri zváraní zvarový kov s koncentráciou feritu menej ako 2-3 % tuhne v plne austenitickom režime, ktorý je obzvlášť citlivý na praskanie za tepla v dôsledku segregácie nečistôt s nízkou teplotou topenia (P, S, Si) na hranice zŕn. Rozhodujúci feritový prah pre zváranie bez trhlín je 3-8% feritu vo zvarovom kove (4-10% feritu v základnom kove pre autogénne zvary). V tomto príspevku je kvantifikovaná súvislosť medzi teplotou rozpúšťacieho žíhania, objemovým podielom feritu a náchylnosťou na praskanie za horúca pri zváraní.

Mechanizmus praskania tuhnutia riadeného feritom

316L Prvou fázou, ktorá sa vyvinie z kvapaliny pri stuhnutí zvarového kovu 316L, bude delta ferit, ak zloženie leží v rozsahu ferit-austenitu Schaefflerovho diagramu. Rozpustnosť nečistôt (P, S, Si) vo feritovej fáze je vyššia ako v austenite. Počas tuhnutia sa tieto nečistoty rozdeľujú na ferit a inhibujú tvorbu tekutých filmov s nízkym -bodom topenia- na hraniciach austenitových zŕn. Množstvo feritu zostávajúceho pri izbovej teplote (zvyčajne 3-8 %) naznačuje, že tuhnutie prebehlo vo feritovom-austenitickom režime (FA mód), ktorý je odolný-prasknutiu. Ak je koncentrácia feritu nižšia ako 2-}3%, tuhnutie prebieha v austenitickom režime (režim A). V tomto režime sa austenitové dendrity tvoria priamo z kvapaliny a nečistoty sa koncentrujú v medzidendritických oblastiach, ktoré ako posledné tuhnú, vytvárajúce tekuté filmy, ktoré sa rozbijú pod tlakom tepelnej kontrakcie.

Kvantifikovaný vzťah medzi teplotou žíhania v roztoku, feritom a praskaním zvaru

Nasledujúci obsah feritu a výskyt prasklín sa odhalí kontrolovaným rozpúšťacím žíhaním 316L trubíc (0,02 % C, 11,5 % Ni, 2,2 % Mo, vyváženie typické) pri mnohých teplotách, po ktorom nasleduje autogénny GTAW (bez plniva, tepelný príkon 0,5 kJ/mm) a testovanie priečneho ohybu.

Teplota žíhania v roztoku ( stupeň ) Objemová frakcia feritu základného kovu (%) (feritoskop) Objemová frakcia feritu zvarového kovu (%) (autogénna) Režim tuhnutia Výskyt praskania za tepla (% vizuálne pri 10x) Služba zváraného koncového uzáveru 1 400<0.1 <0.1 A (austenitic) >80 % č. 1,150 0-1 0-1 A (austenitický) 50-80 % č. 1,120 1-2 0.5-1.5 A (austenitický) 30-60 % č. 1,100 2-3 1-2 AF (austenit-ferit) 15-30 % okrajový % 1,{{12} Prijateľné 1,060 4-6 3-5 FA 2-8 % Áno 1,040 5-8 4-6 FA 1-5 % Áno (najlepšie) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
Úloha nióbu a iných stabilizátorov austenitu

Zahrnutie austenit{0}}stabilizačných prvkov (Ni, N, C, Cu) posúva obsah feritu smerom nadol pri danej teplote žíhania.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3% Weld Ferit 316L (nízke Ni) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 stupňov 316L (štandardné) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 stupňov 316L (vysoké Ni) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 stupňov 316L (veľmi vysoké Ni) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 stupňov 347 (Nb/0.A. stabilizované){14} 5-8 2-5 1,080 stupňové praktické odporúčania pre výrobu zváraných ohrievačov

Plášte ohrievačov s objemom 316 l, ktoré vyžadujú zváranie koncových uzáverov, musia spĺňať nasledujúce požiadavky na žíhanie v roztoku a ferit.

Požadovaná úroveň integrity zvaru Minimálna úroveň feritu zvarového kovu pre trhliny-Voľné zváranie (%) Rozsah teplôt žíhania v roztoku ( stupne ) Cieľový ferit základného kovu (%) Postup overenia
Nízka (suchá prevádzka, nie je kritická)2 1,060-1,080 3-5 Feritescope<5 %
Štandardný (vodná imerzia) 3 1,040-1,060 4-6 feritoskop 4-8 %
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5% + kvalifikácia WPS
Kritické (jadrové, vysokotlakové) 5 1 000-1,020 6-10 Úplná kvalifikácia postupu zvárania
Verifikácia feritu a zvariteľnosti

Buyers that need weldable 316L sheath tubing can verify this in two ways. The first is ferritescope measurement on the base metal in the as-received condition. GTAW standard: >4% ferrite in base metal (weld metal ferrite >3 %). Druhým je test zvariteľnosti: vytvorte autogénny GTAW zvar na skúmavke so vzorkou, priečny{2}}rez, vyleštite, leptajte a analyzujte na mikro-trhliny. Požiadavka na prijatie Žiadne praskliny pri 200-násobnom zväčšení

Záver: Špecifikácia teploty rozpúšťacieho žíhania pre Weldable 316L

V prípade plášťov ohrievačov z nehrdzavejúcej ocele 316L, ktoré si vyžadujú zvary bez prasklín{1}}, by sa teplota rozpúšťacieho žíhania mala riadiť tak, aby sa udržal objemový podiel feritu základného kovu 4-8 %, čím sa vytvorí ferit zvarového kovu 3 – 6 % a zabezpečí sa režim tuhnutia FA (ferit-austenit). Tento rad feritu sa vyrába rozpúšťacím žíhaním pri zvyčajných 1 040 až 1 080 stupňoch. Výsledkom žíhania pri 1100 stupňoch a viac je<2-3% ferrite, resulting in full austenitic solidification. Hot cracking rates are 30-60%. The fabrication of the welded heater is carried out with 316L sheaths having annealed tubing and an allowable solution annealing temperature of 1080°C with a minimum base metal ferrite of 4% (by ferritescope). For alloys with higher nickel contents (Ni > 11.5%), a lower annealing temperature (≤1,040°C) may be necessary to retain sufficient ferrite. The framework given here allows the purchasers to set the tube annealing parameters to assure reliable end cap welding by correlating solution annealing temperature with ferrite volume fraction and weld hot cracking susceptibility .