Kako volumni udio primarnog ferita u 316L cijevi plašta grijača nakon žarenja u otopini na visokoj-temperaturi (1150 stupnjeva) kontrolira osjetljivost na pucanje skrućivanja tijekom zavarivanja čepova

Feritni prozor za zavarljivost austenitnih nehrđajućih čelika

Volumni udio zadržanog primarnog delta ferita nakon žarenja u otopini na 1150 stupnjeva (više od tipično specificiranih 1040-1080 stupnjeva) izravno upravlja osjetljivošću na pucanje skrućivanja tijekom autogenog plinskog volframovog elektrolučnog zavarivanja (GTAW) električnih grijaćih cijevi obloženih nehrđajućim čelikom 316L koje zahtijevaju zatvaranje čepa zavarivanje. Sadržaj ferita u 316L je približno 3-8% (ovisno o kemiji) na uobičajenim temperaturama žarenja u otopini (1040-1080 stupnjeva). Međutim, žarenje u otopini na 1150 stupnjeva (često se koristi za potpuno otapanje karbida ili za grublje zrna radi otpornosti na puzanje) pomiče faznu ravnotežu prema austenitu na višoj temperaturi, dajući volumni udio ferita od 0-3% pri hlađenju. Pokazalo se da se tijekom zavarivanja metal zavara s koncentracijom ferita manjom od 2-3% skrućuje u potpuno austenitnom modu, koji je posebno osjetljiv na vruće pukotine zbog segregacije nečistoća niskog tališta (P, S, Si) na granice zrna. Presudni feritni prag za zavarivanje bez pukotina je 3-8% ferita u metalu zavara (4-10% ferita u osnovnom metalu za autogene zavare). U ovom je radu kvantificirana veza između temperature žarenja u otopini, volumnog udjela ferita i osjetljivosti na vruće pukotine zavara.

Mehanizam feritnog kontroliranog skrućivanja

316L Prva faza koja će se razviti iz tekućine pri skrućivanju metala za zavarivanje 316L bit će delta ferit ako se sastav nalazi unutar raspona ferit-austenita Schaefflerovog dijagrama. Topljivost nečistoća (P, S, Si) u feritnoj fazi veća je od one u austenitu. Tijekom skrućivanja te se nečistoće dijele na ferit i inhibiraju proizvodnju tekućih filmova niske-tališta-na granicama austenitnih zrna. Količina ferita preostalog na sobnoj temperaturi (obično 3-8%) ukazuje da se skrućivanje dogodilo u ferit-austenitnom načinu (FA način), koji je-otporan na pukotine. Ako je koncentracija ferita manja od 2-3%, skrućivanje se odvija u austenitnom načinu (mod A). U ovom načinu, austenitni dendriti nastaju ravno iz tekućine, a nečistoće se koncentriraju u međudendritičnim regijama koje se posljednje skrućuju tvoreći tekuće filmove koji se razbijaju pod utjecajem toplinske kontrakcije.

Kvantificirani odnos između temperature žarenja u otopini, ferita i pukotina u zavaru

Sljedeći sadržaj ferita i učestalost pucanja otkriveni su kontroliranim žarenjem u otopini cijevi od 316L (0,02 %C, 11,5 % Ni, 2,2 % Mo, tipična ravnoteža) na mnogim temperaturama nakon čega slijedi autogeni GTAW (bez punila, unos topline 0,5 kJ/mm) i ispitivanje poprečnim savijanjem.

Temperatura žarenja otopine (stupnjevi) Volumni udio ferita osnovnog metala (%) (feritoskop) Volumni udio ferita metala šava (%) (autogeno) Učestalost vrućih pukotina u načinu skrućivanja (% vizualno pri 10x) Usluga zavarene završne kapice 1400<0.1 <0.1 A (austenitic) >80% Ne 1,150 0-1 0-1 A (austenit) 50-80% Ne 1,120 1-2 0.5-1.5 A (austenit) 30-60% Ne 1,100 2-3 1-2 AF (austenit-ferit) 15-30% Marginalno 1,080 3-5 2-4 FA (ferit-austenit) 5-15% Prihvatljivo 1,060 4-6 3-5 FA 2-8% Da 1,040 5-8 4-6 FA 1-5% Da (najbolje) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
Uloga niobija i drugih austenitnih stabilizatora

Uključivanje stabilizirajućih -elemenata za austenit (Ni, N, C, Cu) pomiče sadržaj ferita prema dolje pri određenoj temperaturi žarenja.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3% zavareni ferit 316L (niski Ni) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 stupnjeva 316L (standard) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 stupnjeva 316L (visoki Ni) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 stupnjeva 316L (vrlo visok Ni) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 stupnjeva 347 (Nb-stabiliziran) 9,0-10,0 N/A 5-8 2-5 1,080 stupnjeva Praktične preporuke za proizvodnju zavarenih grijača

316L grijaći omotači za koje je potrebno zavarivanje krajnjeg poklopca moraju biti u skladu sa sljedećim zahtjevima za žarenje otopinom i feritom.

Željena razina integriteta zavara Minimalni metalni ferit za zavarivanje-bez pukotina (%) Raspon temperature žarenja otopine (stupnjevi) Osnovni metalni ferit Cilj (%) Postupak provjere
Nisko (suho korištenje, nije kritično)2 1,060-1,080 3-5 Feritoskop<5 %
Standardno (uranjanje u vodu) 3 1,040-1,060 4-6 Feritoskop 4-8%
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5% + WPS kvalifikacija
Kritično (nuklearno, visoki tlak) 5 1,000-1,020 6-10 Potpuna kvalifikacija postupka zavarivanja
Provjera ferita i zavarljivosti

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%). Drugi je test zavarljivosti: napravite autogeni GTAW zavar na uzorku cijevi, poprečni-presjek, polirajte, nagrizajte i analizirajte mikro-pukotine. Zahtjevi za prihvaćanje Nema lomova pri povećanju od 200x

Zaključak: Specifikacija temperature žarenja otopine za zavarljivi 316L

Za plašteve grijača od nehrđajućeg čelika 316L koji zahtijevaju -zavare krajnje kapice bez pukotina, temperaturu žarenja u otopini treba upravljati tako da se održi volumni udio ferita osnovnog metala od 4-8%, čime se proizvodi ferit metala zavara od 3-6% i osigurava način skrućivanja FA (ferit-austenit). Ovaj raspon ferita proizvodi se žarenjem u otopini na uobičajenih 1040-1080 stupnjeva. Žarenje na 1100 stupnjeva i više rezultira<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 .