Prečo percentuálny podiel obsahu feritu v rúrke ohrievača 316 z nehrdzavejúcej ocele ovláda zvar Náchylnosť na praskanie za tepla počas zvárania s uzáverom koncového uzáveru

Úloha delta feritu pri prevencii praskania tuhnutia

V prípade elektrických vykurovacích rúrok 316 s plášťom z nehrdzavejúcej ocele vyžaduje operácia zvárania koncovky na uzavretie rúrky po vložení odporového drôtu a oxidu horečnatého metalurgický stav, ktorý je odolný voči praskaniu za tepla počas tuhnutia zvarového kúpeľa. Percento delta feritu v 316 základnom kove a zvarovom kove, typicky v rozsahu od 0 % (úplne austenitický) do 10 % (duplexná- štruktúra), je jediným najdôležitejším faktorom, ktorý riadi náchylnosť na vznik trhlín pri zváraní za tepla. Plne austenitický 316 (ferit < 2 %) tuhne s hrubými stĺpcovými zrnami, ktoré zachytávajú nečistoty s nízkou teplotou topenia (fosfor, síra, kremík) na hraniciach zŕn, kde vytvárajú tekuté filmy, ktoré praskajú pri namáhaní tepelnou kontrakciou. Zvarový kov obsahujúci 3- 8 % delta feritu sa tuhne v duplexnom režime (ferit-austenit), aby sa vytvorila jemná mučivá sieť hraníc zŕn, ktorá rozdeľuje nečistoty a prispôsobuje sa kontrakčným deformáciám bez porušenia. Tento dokument hodnotí koreláciu medzi obsahom feritu, integritou tesnenia koncového uzáveru a rýchlosťou praskania zvaru a poskytuje špecifikačné limity pre aplikácie zvárania ohrievačom.

Mechanizmus prevencie trhlín-indukovaných feritom

Keď zvarový kov z nehrdzavejúcej ocele 316 stuhne, prvá fáza, ktorá sa vytvorí z kvapaliny, je delta ferit (kubický -v strede so stredom) namiesto austenitu (kubický s povrchom -v strede), pretože ferit má vyššiu teplotu tuhnutia. Pri ochladzovaní sa väčšia časť feritu mení na austenit reakciou v tuhom stave, hoci pri teplote okolia je prítomné malé množstvo feritu (zvyčajne 3-10 %). Tento zadržaný ferit má dve funkcie pri prevencii zlomenín. Po prvé, ferit má podstatne vyššiu rozpustnosť pre nečistoty, ako je fosfor a síra (až 10-krát viac ako austenit). Tieto nečistoty sa nekoncentrujú na hraniciach austenitových zŕn, ale sú koncentrované vo feritovej fáze, čím sa odstraňujú tekuté filmy, ktoré spôsobujú praskanie pri tuhnutí. Po druhé, feritové{11}}rozhranie austenitu má kľukatejšiu štruktúru ako hranica austenitových{24}}austenitových zŕn, čo bráni šíreniu trhlín. V prípade základného kovu 316 je obsah feritu funkciou zloženia zliatiny, najmä ekvivalentov chrómu a niklu, ako sa odhaduje zo Schaefflerových alebo DeLongových diagramov. Zloženie s približne 20 ekvivalentmi chrómu (Cr + Mo + 1.5×Si) a približne 12 ekvivalentmi niklu (Ni + 30×C + 0.5×Mn) poskytuje obsah feritu 4-8 %, čo je vhodné na zvárateľnosť. Ak je ekvivalent niklu vzhľadom na chróm príliš vysoký, zvary stuhnú ako úplne austenitické (ferit pod 2 %) a sú veľmi náchylné na praskanie.

Kvantifikovaný vzťah medzi mierou praskania zvaru a obsahom feritu

Kontrolované štúdie zvárania na hadičkách 316 pre uzávery koncových uzáverov ohrievača (autogénny GTAW, žiadny plniaci kov, tepelný príkon 0,5-1,0 kJ/mm) naznačujú jasnú inverznú súvislosť medzi obsahom feritu a výskytom zlomenín. Rúry s feritovým zložením pod 2 % (úplne austenitické) majú rýchlosť praskania za tepla viac ako 30 % – približne jeden zvar z troch odhalí zjavné trhliny pri 10-násobnom zväčšení. Pre ferit medzi 2-3 %, praskanie klesá na 10-15 %. Množstvo prasklín sa zníži na 2 – 5 % pri množstve feritu 3 – 5 %. 5-8 % je praskanie pre ferit pod 1 %. Ferit nad 8 % stále spôsobuje malé praskanie, ale zvarový kov sa stáva magnetickým a môže vykazovať slabú odolnosť proti korózii v určitých podmienkach v dôsledku selektívneho napadnutia feritovej fázy. Uskutočniteľným cieľom pre zváranie koncového uzáveru ohrievača je 4-8% feritu vo zvarovom kove. To často vyžaduje základný kov s 3-6 % feritu, pretože riedenie základného kovu do zvarového kúpeľa (autogénne zváranie) má za následok o niečo menej feritu zvarového kovu ako feritu základného kovu. Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje prepojenie medzi obsahom feritu základného kovu, obsahom feritu zvarového kovu a výskytom trhlín za tepla a odporúčanými aplikáciami.

Obsah feritu základného kovu (%) Obsah feritu zvarového kovu (%) (autogénny GTAW) Výskyt praskania za tepla (%, viditeľné pri 10x) Integrita tesnenia koncového uzáveru Odporúča sa pre servis ohrievača<1 <1 >40Veľmi zlé (vysoká miera úniku) Nevhodné pre žiadnu službu
1-2 1-2 20-35 Slabé (časté úniky) Len pre suché,-netlakové aplikácie
2-3 2-3 10-15 Okrajová (vyžaduje sa 100 % kontrola)Voda, nízky tlak, bez chloridov
3-4 2.5-3.5 5-10 Všeobecné priemyselné použitie pri miernom tlaku Prijateľné s kontrolou penetrácie farbiva
4-6 3-5 2-5 Dobré (nízka miera úniku) Väčšina ohrevu vody 6-8 5-7<1 Excellent (extremely high reliability) Pressurised systems, chlorides, thermal cycling
8-12 7-10 <1 Excellent (although ferrite may be subject to selective corrosion) Acceptable but ferrite attack in acids to be watched 
Meranie obsahu feritu v 316 rúrach a zvaroch

For buyers specifying 316 sheathed heaters, three methods confirm ferrite content in the base metal and weld metal. The first one is the magnetic induction measurement via ferritescope. Ferrite is ferromagnetic, austenite is not magnetic. A calibrated ferritescope provides direct ferrite percentage readings on the tube surface and across welds. For base metal, values under 2% indicate totally austenitic material with bad weldability. The second method is microstructure examination after etching with modified Murakami's reagent (potassium ferrocyanide + potassium hydroxide), which stains ferrite dark blue or brown while leaving austenite unaffected. The ferrite fraction is estimated by point count or image analysis according to ASTM E562. The third way is to use chemical analysis to determine the chromium and nickel equivalents and then use the DeLong diagram to forecast the amount of ferrite. For 316 a typical ferrite range is 3-7 %, but some heats (particularly high nickel heats, >13 % Ni) môže byť pod 2 %. Pri kritických zvarových aplikáciách by kupujúci mali vyžadovať certifikáciu obsahu feritu na certifikáte frézy pre každé teplo potrubia.

Vplyv prídavného kovu na obsah zvarového feritu

V prípadoch, keď sú koncové uzávery ohrievača zvárané prídavným kovom (zriedkavé pre plášte ohrievačov s malým priemerom, ale bežné pre väčšie prírubové zostavy), zloženie prídavného kovu môže kontrolovať obsah feritu vo zvarovom kove nezávisle od základného kovu. Náchylnosť k lomu môže byť korigovaná vytvorením zvaru s 5-10 % feritu s použitím prídavného kovu 308L (vyšší pomer chrómu- ku niklu) pre nízky ferit (menej ako 3 %) 316 základného kovu. So základným kovom 316L má prídavný kov 316L bežne za následok 4-8 ​​% feritu. Takýto materiál by sa nemal používať na zvárané uzávery ohrievača. Základný kov úplne austenitický (napr. . 310 nehrdzavejúca oceľ alebo niektoré vysoké teploty niklu 316) nemôže používať žiadny prídavný kov, aby sa predišlo riziku úplného prasknutia. Dostupnosť rúrok s overeným 4-8 % obsahom feritu základného kovu eliminuje požiadavku na prídavný kov a zabezpečuje konzistentnosť zvaru pre výrobcov ohrievačov.

Príznaky praskania za tepla vo zvaroch koncového uzáveru ohrievača

Vnútorný prášok oxidu horečnatého môže dočasne utesniť menšie medzery v zlomenom koncovom zvare ohrievačov v prevádzke, takže nemusí okamžite unikať. Tri znaky poľa však naznačujú praskanie zvaru. Prvým je postupné znižovanie elektrického izolačného odporu s časom, keď vlhkosť preniká cez mikrotrhliny a zmáča MgO. Druhým je viditeľná škvrna alebo výsledok korózie v blízkosti oblasti zvaru, keď sa ohrievač vyradí z používania. Tretím je syčivý zvuk pri kúrení (pri plynových-ohrievačoch) alebo občasné vypnutie zemnej ochrany. Pre nové ohrievače je jednoduchým testom zabezpečenia kvality natlakovanie zabudovaného (ale ešte nie MgO naplneného) plášťa héliom na 0,5 MPa a meranie miery úniku pomocou hmotnostného spektrometra. Dobrý zvar bude mať rýchlosť úniku menej ako 1x10 -7 mbar-l/s. Pre kupujúcich požiadavka, aby všetky zvary koncového uzáveru prešli 100 % kontrolou prieniku farbiva podľa ASME sekcie V, s akceptačnými kritériami bez lineárnych indikácií, poskytuje praktické overenie kvality.

Záver: Špecifikácia obsahu feritu pre spoľahlivé zvary koncových uzáverov

Obsah delta feritu v rúrke z nehrdzavejúcej ocele 316 priamo kontroluje praskanie za tepla počas zvárania uzáveru koncovky. S menej ako 3 % feritu v základnom kove tuhne zvarový kov s úplne austenitickou štruktúrou, ktorá zachytáva nečistoty na hraniciach zŕn a praská rýchlosťou presahujúcou 10-15 %. Zvarový kov s 3-7 % feritu možno dosiahnuť použitím 4-8 % feritu základného kovu, čo vedie k zníženiu praskania na<2-5% and durable end cap seals for pressurised and corrosive use. Engineers specifying 316 sheathed heaters for any application requiring hermetic sealing, including water immersion, pressurised systems or corrosive environments, must require certification of ferrite content (minimum 4% by ferritescope) on the tubing mill certificate or specify that the manufacturer tests each heat before use. This paper outlines the basis for correlating ferrite % with measured rates of weld cracking so that purchasers may pick 316 sheath tubing that provides crack-free end cap welds, so avoiding the insidious failure mode of weld microcracking.