Kuinka primääriferriitin tilavuusosuus 316 litran lämmittimen vaippaletkussa korkean lämpötilan (1 150 astetta) liuoksen hehkutuksen jälkeen säätelee jähmettymishalkeiluherkkyyttä päätykappaleen hitsauksen aikana

Ferriitti-ikkuna austeniittisten ruostumattomien terästen hitsattamiseen

Säilytetyn primaarisen deltaferriitin tilavuusosuus liuoshehkutuksen jälkeen 1 150 asteessa (korkeampi kuin tyypillisesti määritetty 1 040 -1 080 astetta) säätelee suoraan 316 l:n pinnoitetun ruostumattoman teräksen hitsattavan päätyteräksen uudelleenlämmitysputken herkkyyttä jähmettymishalkeilulle autogeenisen kaasuvolframikaarihitsauksen (GTAW) aikana. Ferriittipitoisuus 316 litrassa on noin 3-8 % (riippuen kemiasta) tavallisissa liuoshehkutuslämpötiloissa (1040-1080 astetta). Kuitenkin liuoshehkutus 1150 asteessa (käytetään usein karbidien täydelliseen liuottamiseen tai rakeiden karkeuttamiseen virumisenkestävyyden vuoksi) siirtää faasitasapainoa kohti austeniittia korkeammassa lämpötilassa, jolloin ferriitin tilavuusosuus on 0-3 % jäähtyessään. Osoitettiin, että hitsauksen aikana hitsausmetalli, jonka ferriittipitoisuus on alle 2-3 %, jähmettyy täysin austeniittisessa tilassa, mikä on erityisen herkkä kuumahalkeilulle johtuen matalan sulamispisteen epäpuhtauksien (P, S, Si) erottumisesta raerajoihin. Ratkaiseva ferriittikynnys halkeamattomassa hitsauksessa on 3-8 % ferriittiä hitsimetallissa (4-10 % ferriittiä perusmetallissa autogeenisissä hitseissä). Tässä artikkelissa kvantifioidaan yhteys liuoshehkutuslämpötilan, ferriitin tilavuusosuuden ja hitsin kuumahalkeiluherkkyyden välillä.

Ferriittiohjatun jähmettymishalkeilun mekanismi

316L Ensimmäinen vaihe, joka kehittyy nesteestä 316L:n hitsimetallin jähmettyessä, on delta-ferriittiä, jos koostumus on Schaeffler-kaavion ferriitti-austeniittialueen sisällä. Epäpuhtauksien (P, S, Si) liukoisuus ferriittifaasissa on korkeampi kuin austeniitissa. Kiinteytymisen aikana nämä epäpuhtaudet jakautuvat ferriitiksi ja estävät matalan-sulamispisteen-nestekalvojen muodostumisen austeniitin raerajoilla. Huoneenlämpötilassa jäljellä olevan ferriitin määrä (yleensä 3-8 %) osoittaa, että jähmettyminen tapahtui ferriitti-austeniittitilassa (FA-moodi), joka on halkeilua{14}}kestävä. Jos ferriittipitoisuus on alle 2-3%, jähmettyminen etenee austeniittitilassa (A-moodi). Tässä tilassa austeniittidendriittejä muodostuu suoraan nesteestä ja epäpuhtaudet keskittyvät viimeksi kiinteytyville interdendriittisille alueille muodostaen nestemäisiä kalvoja, jotka hajoavat lämpökutistumisen rasituksessa.

Määrällinen suhde liuoksen hehkutuslämpötilan, ferriitin ja hitsin halkeilun välillä

Seuraava ferriittipitoisuus ja halkeilun esiintyvyys paljastetaan 316 litran letkun kontrolloidulla liuoshehkutuksella (0,02 % C, 11,5 % Ni, 2,2 % Mo, tasapaino tyypillinen) useissa lämpötiloissa, jota seuraa autogeeninen GTAW (ei täyteainetta, lämmönsyöttö 0,5 kJ/mm) ja poikittaistaivutustesti.

Liuoksen hehkutuslämpötila ( aste ) Perusmetalliferriitin tilavuusosuus (%) (ferriittiskooppi) hitsimetalliferriitin tilavuusosuus (%) (autogeeninen) Kiinteytystila Kuumasäröilyn esiintyvyys (% visuaalinen 10x) Hitsatun päätykappaleen huolto 1 400<0.1 <0.1 A (austenitic) >80 % No 1,150 0-1 0-1 A (austeniittista) 50-80 % No 1,120 1-2 0.5-1.5 A (austeniittista) 30-60 % No 1,100 2-3 1-2 AF (austeniitti-ferriittiä) 15-30 % marginaalia 1,080 3-5 2-4 Austeniittia-5 % osteniittia-5 % 1,060 4-6 3-5 FA 2-8 % Kyllä 1,040 5-8 4-6 FA 1-5 % Kyllä (paras) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
Niobiumin ja muiden austeniittistabilisaattoreiden rooli

Austeniitti{0}}stabiloivien elementtien (Ni, N, C, Cu) sisällyttäminen syrjäyttää ferriittipitoisuuden alaspäin tietyssä hehkutuslämpötilassa.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3 % hitsausferriittiä 316L (matala Ni) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 astetta 316L (vakio) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 astetta 316L (korkea Ni) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 astetta 316L (erittäin korkea Ni) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 astetta N 347} (Nb/{104) 5-8 2-5 1,080 asteen käytännön suosituksia hitsattujen lämmittimien valmistukseen

316L lämmittimen vaipat, jotka tarvitsevat päätykansihitsauksen, on täytettävä seuraavat liuoshehkutus- ja ferriittivaatimukset.

Haluttu hitsin eheystaso Vähimmäishitsauksen metalliferriitti halkeamia varten-Vapaa hitsaus (%) Liuoksen hehkutuslämpötila-alue (aste) Perusmetalliferriittitavoite (%) Varmistusmenettely
Matala (kuivapalvelu, ei kriittinen)2 1,060-1,080 3-5 Ferriittiskooppi<5 %
Vakio (veteen upotettu) 3 1,040-1,060 4-6 Ferriittiskooppi 4-8 %
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5% + WPS-kelpoisuus
Kriittinen (ydin, korkea paine) 5 1,000-1,020 6-10 Täysi hitsausprosessin pätevyys
Ferriitin ja hitsattavuuden tarkastus

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 %). Toinen on hitsattavuustesti: tee näyteputkeen autogeeninen GTAW-sauma, poikkileikkaus, kiillota, etsaa ja analysoi mikro-halkeamien varalta. Hyväksymisvaatimus Ei murtumia 200-kertaisella suurennuksella

Johtopäätös: Liuoksen hehkutuslämpötilan määrittely hitsattavalle 316L:lle

Jos 316 litran ruostumattomasta teräksestä valmistetut lämmittimen vaipat edellyttävät halkeamia-vapaita päätykappaleita, liuoshehkutuslämpötilaa tulisi hallita niin, että perusmetalliferriitin tilavuusosuus on 4-8 %, jolloin saadaan 3-6 % hitsimetalliferriittiä ja varmistetaan FA (ferriitti-austeniitti) -kiinteytystila. Tämän alueen ferriittiä tuotetaan liuoshehkutuksella tavanomaisessa 1040-1080 asteessa. Hehkutus 1 100 asteessa ja sitä korkeammalla johtaa<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 .