Jak objemová frakce primárního feritu v 316l trubici ohřívače po vysoko-teplotním (1 150 stupních) žíhání v roztoku řídí náchylnost k praskání při tuhnutí během svařování koncového uzávěru

Feritové okno pro svařitelnost austenitických nerezových ocelí

Objemová frakce zadrženého primárního delta feritu po rozpouštěcím žíhání při 1 150 stupních (vyšší než 1 040-1 080 stupňů obvykle specifikovaných) přímo řídí náchylnost k praskání při tuhnutí během svařování wolframovým obloukem (GTAW) v autogenním plynu. Obsah feritu v 316L je přibližně 3-8 % (v závislosti na chemii) při běžných teplotách rozpouštěcího žíhání (1040-1080 stupňů). Avšak rozpouštěcí žíhání při 1150 stupních (často používané k úplnému rozpuštění karbidů nebo ke zhrubnutí zrn pro odolnost proti tečení) posouvá fázovou rovnováhu směrem k austenitu při vyšší teplotě, čímž se získá feritový objemový podíl 0-3 % při chlazení. Bylo prokázáno, že při svařování svarový kov s koncentrací feritu nižší než 2-3 % tuhne v plně austenitickém režimu, který je zvláště citlivý na praskání za tepla v důsledku segregace nečistot s nízkou teplotou tání (P, S, Si) na hranice zrn. Rozhodující feritový práh pro svařování bez trhlin je 3-8 % feritu ve svarovém kovu (4-10 % feritu v základním kovu pro autogenní svary). V tomto článku je kvantifikována vazba mezi teplotou rozpouštěcího žíhání, objemovým podílem feritu a náchylností k praskání za horka.

Mechanismus feritem řízeného tuhnutí praskání

316L První fází, která se vyvine z kapaliny při tuhnutí svarového kovu 316L, bude delta ferit, pokud složení leží v rozsahu ferit-austenitu Schaefflerova diagramu. Rozpustnost nečistot (P, S, Si) ve feritové fázi je vyšší než v austenitu. Během tuhnutí se tyto nečistoty rozdělí na ferit a inhibují tvorbu tekutých filmů s nízkým -bodem tání- na hranicích austenitových zrn. Množství feritu zbývajícího při pokojové teplotě (obvykle 3-8 %) ukazuje, že k tuhnutí došlo ve feritovém-austenitovém režimu (FA mód), který je odolný-praskání. Pokud je koncentrace feritu nižší než 2-}3 %, tuhnutí probíhá v austenitovém režimu (režim A). V tomto režimu se austenitové dendrity tvoří přímo z kapaliny a nečistoty se koncentrují v interdendritických oblastech, které jako poslední tuhnou, za vzniku kapalných filmů, které se roztříští pod tlakem tepelné kontrakce.

Kvantitativní vztah mezi teplotou rozpouštěcího žíhání, feritem a praskáním svaru

Následující obsah feritu a výskyt praskání je odhalen řízeným rozpouštěcím žíháním 316L trubek (0,02 % C, 11,5 % Ni, 2,2 % Mo, bilance typické) při mnoha teplotách, po kterém následuje autogenní GTAW (bez plniva, tepelný příkon 0,5 kJ/mm) a testování příčného ohybu.

Teplota žíhání v roztoku ( stupně ) Objemová frakce feritu základního kovu (%) (feritoskop) Objemová frakce feritu svarového kovu (%) (autogenní) Režim tuhnutí Výskyt praskání za tepla (% vizuální při 10x) Servis svařovaného koncového uzávěru 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 % Marginit % 1,{{12} Přijatelné 1,060 4-6 3-5 FA 2–8 % Ano 1,040 5-8 4-6 FA 1–5 % Ano (nejlepší) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
Role niobu a dalších stabilizátorů austenitu

Zahrnutí austenit{0}}stabilizačních prvků (Ni, N, C, Cu) posunuje obsah feritu směrem dolů při dané teplotě žíhání.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3% Weld Ferit 316L (nízký Ni) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 stupňů 316L (standardní) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 stupňů 316L (vysoký Ni) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 stupňů 316L (velmi vysoký Ni) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 stupňů 347 (Nb/0.A, stabilizovaný){14} 5-8 2-5 1,080° Praktická doporučení pro výrobu svařovaných ohřívačů

Plášť ohřívače o objemu 316 l vyžadující svařování koncovek musí splňovat následující požadavky na rozpouštěcí žíhání a ferit.

Požadovaná úroveň integrity svaru Minimální ferit svarového kovu pro trhliny-Svaření zdarma (%) Rozsah teplot žíhání v roztoku (stupně) Cílový ferit základního kovu (%) Postup ověření
Nízká (suchá služba, není kritická)2 1,060-1,080 3-5 Ferritescope<5 %
Standardní (vodní imerze) 3 1,040-1,060 4-6 feritoskop 4-8 %
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5 % + kvalifikace WPS
Kritické (jaderné, vysokotlaké) 5 1,000-1,020 6-10 Kompletní kvalifikace svařovacího postupu
Ověření feritu a svařitelnosti

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 svařitelnosti: vytvořte autogenní GTAW svar na zkumavce se vzorkem, příčný řez-, vyleštěte, naleptejte a analyzujte mikro-trhliny. Požadavek na přijetí Žádné zlomeniny při 200× zvětšení

Závěr: Specifikace teploty rozpouštěcího žíhání pro Weldable 316L

U ohřívacích plášťů z nerezové oceli 316L, které vyžadují svary koncových uzávěrů bez prasklin, by teplota rozpouštěcího žíhání měla být řízena tak, aby byla zachována objemová frakce feritu obecného kovu 4-8 %, čímž vznikne ferit svarového kovu 3–6 % a zajistí režim tuhnutí FA (ferit-austenit). Tato řada feritu se vyrábí rozpouštěcím žíháním při obvyklých 1040-1080 stupních. Výsledkem žíhání na 1100 stupňů a více<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 .