W jaki sposób udział objętościowy pierwotnego ferrytu w rurach osłonowych grzejnika 316L po wyżarzaniu w wysokiej-temperaturze (1150 stopni) kontroluje podatność na pękanie podczas krzepnięcia podczas spawania zaślepek

Okno ferrytowe do spawania austenitycznych stali nierdzewnych

Udział objętościowy pierwotnego ferrytu delta zachowanego po wyżarzaniu rozpuszczającym w temperaturze 1150 stopni (wyższej niż typowo określane 1040-1080 stopni) bezpośrednio reguluje podatność na pękanie podczas krzepnięcia podczas autogenicznego spawania łukowego w gazie wolframowym (GTAW) elektrycznych rur grzejnych w osłonie ze stali nierdzewnej 316L wymagających spawania zaślepek końcowych. Zawartość ferrytu w 316L wynosi około 3-8% (w zależności od składu chemicznego) w typowych temperaturach wyżarzania rozpuszczającego (1040-1080 stopni). Jednakże wyżarzanie rozpuszczające w temperaturze 1150 stopni (często stosowane do całkowitego rozpuszczenia węglików lub do zgrubienia ziaren w celu uzyskania odporności na pełzanie) przesuwa równowagę fazową w stronę austenitu w wyższej temperaturze, dając udział objętościowy ferrytu 0-3% po ochłodzeniu. Wykazano, że podczas spawania metal spoiny o stężeniu ferrytu mniejszym niż 2-3% krzepnie w trybie w pełni austenitycznym, który jest szczególnie wrażliwy na pękanie na gorąco w wyniku segregacji zanieczyszczeń o niskiej temperaturze topnienia (P, S, Si) do granic ziaren. Kluczowym progiem ferrytu zapewniającym spawanie bez pęknięć jest zawartość ferrytu w stopiwie wynosząca 3–8% (w przypadku spoin autogenicznych 4–10% ferrytu w metalu podstawowym). W artykule określono ilościowo związek pomiędzy temperaturą wyżarzania rozpuszczającego, udziałem objętościowym ferrytu i podatnością spoiny na pękanie na gorąco.

Mechanizm kontrolowanego pękania krzepnięcia ferrytu

316L Pierwszą fazą powstającą z cieczy podczas krzepnięcia metalu spoiny 316L będzie ferryt delta, jeśli skład mieści się w zakresie ferrytu-austenitu na diagramie Schaefflera. Rozpuszczalność zanieczyszczeń (P, S, Si) w fazie ferrytycznej jest większa niż w austenicie. Podczas krzepnięcia te zanieczyszczenia rozdzielają się na ferryt i hamują wytwarzanie warstewek cieczy o niskiej-topliwości-na granicach ziaren austenitu. Ilość ferrytu pozostałego w temperaturze pokojowej (zwykle 3-8%) wskazuje, że krzepnięcie miało miejsce w trybie-austenitu ferrytu (tryb FA), który jest-odporny na pęknięcia. Jeśli stężenie ferrytu jest mniejsze niż 2{15}}3%, krzepnięcie przebiega w trybie austenitycznym (tryb A). W tym trybie dendryty austenitu powstają bezpośrednio z cieczy, a zanieczyszczenia skupiają się w ostatnich, które zestalają się, międzydendrytycznych obszarach, tworząc warstewki cieczy, które rozpadają się pod wpływem skurczu termicznego.

Ilościowy związek między temperaturą wyżarzania rozpuszczającego, ferrytem i pękaniem spoiny

Następującą zawartość ferrytu i częstość pękania ustala się poprzez kontrolowane wyżarzanie przesycające rur 316L (0,02%C, 11,5% Ni, 2,2% Mo, typowa równowaga) w wielu temperaturach, a następnie autogeniczne GTAW (bez wypełniacza, dopływ ciepła 0,5 kJ/mm) i badanie zginania poprzecznego.

Temperatura wyżarzania rozpuszczającego (stopnie) Udział objętościowy ferrytu metalu nieszlachetnego (%) (ferrytoskop) Udział objętościowy ferrytu metalu spoiny (%) (autogeniczny) Tryb krzepnięcia Częstość występowania pęknięć na gorąco (% wizualnie przy 10x) Usługa przyspawanych zaślepek końcowych 1,400<0.1 <0.1 A (austenitic) >80% No 1,150 0-1 0-1 A (austenit) 50-80% No 1,120 1-2 0.5-1.5 A (austenit) 30-60% No 1,100 2-3 1-2 AF (austenit-ferryt) 15-30% Margines 1,080 3-5 2-4 FA (ferryt-austenit) 5-15% Dopuszczalne 1,060 4-6 3-5 FA 2-8% Tak 1,040 5-8 4-6 FA 1-5% Tak (najlepiej) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
Rola niobu i innych stabilizatorów austenitu

Dodatek elementów-stabilizujących austenit (Ni, N, C, Cu) powoduje wypieranie zawartości ferrytu w dół w danej temperaturze wyżarzania.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3% spoiny ferrytowy 316L (niski Ni) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 stopni 316L (standard) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 stopni 316L (wysoki Ni) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 stopni 316L (bardzo wysoki Ni) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 stopni 347 (Nb-stabilizowany) 9,0-10,0 nie dotyczy 5-8 2-5 1, Praktyczne zalecenia 080 stopni dotyczące produkcji grzejników spawanych

Płaszcze grzejnika 316L wymagające przyspawania zaślepek końcowych powinny spełniać następujące wymagania dotyczące wyżarzania roztworowego i ferrytu.

Pożądany poziom integralności spoiny Minimalny ferryt metalu spoiny pod kątem pęknięć-Swobodne spawanie (%) Zakres temperatur wyżarzania w roztworze (stopnie) Docelowy ferryt metalu nieszlachetnego (%) Procedura weryfikacji
Niski (sucho, niekrytycznie)2 1,060-1,080 3-5 Ferrytoskop<5 %
Standard (zanurzenie w wodzie) 3 1,040-1,060 4-6 Ferrytoskop 4-8%
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5% + kwalifikacja WPS
Krytyczne (jądrowe, wysokie ciśnienie) 5 1,000-1,020 6-10 Pełna kwalifikacja do procedury spawania
Weryfikacja ferrytu i spawalności

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 to test spawalności: wykonaj autogeniczną spoinę GTAW na rurce próbnej,-przekrój poprzeczny, wypoleruj, wytrawiaj i analizuj pod kątem mikro-pęknięć. Wymóg akceptacji Brak pęknięć przy powiększeniu 200×

Wniosek: Specyfikacja temperatury wyżarzania rozpuszczającego dla spawalnego 316L

W przypadku osłon grzejników ze stali nierdzewnej 316L, które wymagają-spoin końcówek wolnych od pęknięć, temperaturę wyżarzania należy tak kontrolować, aby utrzymać udział objętościowy ferrytu metalu nieszlachetnego na poziomie 4-8%, wytwarzając ferryt metalu spoiny na poziomie 3–6% i zapewniając tryb krzepnięcia FA (ferryt-austenit). Ten zakres ferrytu jest wytwarzany przez wyżarzanie rozpuszczające w zwykłej temperaturze 1040-1080 stopni. Wyżarzanie w temperaturze 1100 stopni i wyższej skutkuje<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 .