چگونه کسر حجمی فریت اولیه در لوله غلاف بخاری 316 لیتری پس از بازپخت محلول در دمای بالا (1,150 درجه) حساسیت ترک خوردگی انجماد را در طول جوشکاری درپوش انتهایی کنترل می کند

پنجره فریت برای جوش پذیری فولادهای زنگ نزن آستنیتی

کسر حجمی فریت دلتا اولیه باقی‌مانده پس از بازپخت محلول در 1150 درجه (بالاتر از 1040-1080 درجه که معمولاً مشخص می‌شود) مستقیماً حساسیت به ترک خوردگی انجماد را در طول جوشکاری قوس تنگستن گاز خودزا (GTAW) در لوله‌های فولادی بدون استنباط 316 کنترل می‌کند. جوش بستن محتوای فریت در 316L تقریباً 3{18}}8٪ (بسته به شیمی) در دماهای معمول بازپخت محلول (1040-1080 درجه) است. با این حال، بازپخت محلول در 1150 درجه (اغلب برای حل کردن کامل کاربیدها یا برای درشت کردن دانه‌ها برای مقاومت در برابر خزش استفاده می‌شود) تعادل فاز را به سمت آستنیت در دمای بالاتر حرکت می‌دهد و کسر حجمی فریت 0-3٪ در هنگام خنک‌سازی ایجاد می‌کند. نشان داده شد که در حین جوشکاری، فلز جوش با غلظت فریت کمتر از 2-3٪ در حالت کاملا آستنیتی جامد می شود، که به ویژه به ترک خوردگی داغ به دلیل تفکیک ناخالصی های با نقطه ذوب پایین (P، S، Si) به مرزهای دانه حساس است. آستانه فریت مهم برای جوشکاری بدون ترک 8-3 درصد فریت در فلز جوش (4 تا 10 درصد فریت در فلز پایه برای جوش های خودزا) است. در این مقاله ارتباط بین دمای بازپخت محلول، کسر حجمی فریت و حساسیت به ترک داغ جوش کمی بررسی می‌شود.

مکانیسم ترک انجماد کنترل شده با فریت

316L اولین فازی که از مایع در انجماد فلز جوش 316L ایجاد می شود، اگر ترکیب در محدوده فریت-آستنیت نمودار شفلر باشد، فریت دلتا خواهد بود. حلالیت ناخالصی ها (P، S، Si) در فاز فریت بیشتر از آستنیت است. در طول انجماد، این ناخالصی ها به فریت تقسیم می شوند و از تولید لایه های مایع با نقطه ذوب پایین در مرزهای دانه آستنیت جلوگیری می کنند. مقدار فریت باقی مانده در دمای اتاق (معمولاً 3-8%) نشان می‌دهد که انجماد در حالت فریت{10}}آستنیت (حالت FA)، که در برابر ترک- مقاوم است، رخ داده است. اگر غلظت فریت کمتر از 2-3% باشد، انجماد در حالت آستنیت (حالت A) انجام می‌شود. در این حالت، دندریت‌های آستنیتی مستقیماً از مایع تشکیل می‌شوند و ناخالصی‌ها در نواحی بین دندریتی که در آخر جامد می‌شوند متمرکز می‌شوند و لایه‌های مایعی را تشکیل می‌دهند که تحت تنش انقباض حرارتی خرد می‌شوند.

رابطه کمی بین دمای بازپخت محلول، فریت و ترک خوردگی جوش

محتوای فریت زیر و بروز ترک با بازپخت محلول کنترل شده لوله 316 لیتری (0.02% C، 11.5% Ni، 2.2% Mo، تعادل معمولی) در دماهای مختلف و به دنبال آن GTAW خودزا (بدون پرکننده، ورودی حرارت 0.5 کیلوژول بر میلی‌متر) و آزمایش خمش عرضی آشکار می‌شود.

دمای بازپخت محلول (درجه) کسر حجمی فریت فلز پایه (%) (فریتسکوپی) کسر حجمی فریت فلز جوش (%) (خودزا) حالت انجماد بروز ترک داغ (% بصری در 10x) سرویس کلاهک انتهایی جوش داده شده 1400<0.1 <0.1 A (austenitic) >80% No 1,150 0-1 0-1 A (آستنیت) 50-80% No 1,120 1-2 0.5-1.5 A (آستنیتی) 30-60% No 1,100 2-3 1-2 AF (آستنیت-فریت) 15-30% حاشیه 1,{12}- Marginal 1,{12} قابل قبول 1،060 4-6 3-5 FA 2-8% بله 1،040 5-8 4-6 FA 1-5% بله (بهترین) 1،020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
نقش نیوبیم و سایر تثبیت کننده های آستنیت

گنجاندن عناصر تثبیت کننده آستنیت (Ni, N, C, Cu) باعث می‌شود محتوای فریت به سمت پایین در دمای بازپخت مشخص شود.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3% فریت جوش 316 لیتر (نیکل کم) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1، 100 درجه 316 لیتر (استاندارد) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1، 080 درجه 316 لیتر (نیکل زیاد) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1، 060 درجه 316 لیتر (نیکل بسیار زیاد) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1}، 040 درجه 314-90} (Nb. 5-8 2-5 1، توصیه های عملی 080 درجه برای تولید بخاری جوش داده شده

غلاف بخاری 316 لیتری که نیاز به جوشکاری کلاهک انتهایی دارند باید با الزامات آنیل کردن محلول و فریت زیر مطابقت داشته باشند.

سطح یکپارچگی جوش مورد نظر حداقل فریت فلز جوش برای ترک-جوشکاری رایگان (%) محلول بازپخت محدوده دمایی (درجه) هدف فریت فلز پایه (%) روش تأیید
کم (سرویس خشک، نه بحرانی)2 1,060-1،080 3-5 فریتسکوپی<5 %
استاندارد (غوطه وری در آب) 3 1,040-1,060 4-6 فریتسکوپی 4-8%
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5% + صلاحیت WPS
بحرانی (هسته ای، فشار بالا) 5 1,000-1،020 6-10 شرایط جوش کامل
تایید فریت و جوش پذیری

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 درصد. دومی یک آزمایش جوش‌پذیری است: یک جوش GTAW خودزا بر روی یک لوله نمونه، مقطع-برش، پولیش، اچ و تجزیه و تحلیل برای ترک-ریز. شرایط پذیرش بدون شکستگی در بزرگنمایی 200×

نتیجه گیری: مشخصات دمای آنیل محلول برای 316 لیتر قابل جوش

برای غلاف‌های گرمکن فولادی ضد زنگ 316 لیتری که نیاز به جوش‌های بدون ترک دارند-، دمای بازپخت محلول باید طوری مدیریت شود که کسر حجمی فریت فلز پایه 4-8٪ باشد و فریت فلز جوش 3-6٪ تولید شود و از FA (حالت انجماد فریت-آستنیت) اطمینان حاصل شود. این محدوده از فریت با بازپخت محلول در 1040-1080 درجه معمول تولید می شود. بازپخت در 1100 درجه و بالاتر نتیجه می دهد<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 .