Hoe controleert de volumefractie van primair ferriet in 316L verwarmingsmantelbuizen na gloeien met een hoge -temperatuur (1150 graden) de gevoeligheid voor scheurvorming door stolling tijdens het lassen van eindkappen

Het ferrietvenster voor lasbaarheid van austenitisch roestvast staal

De volumefractie van het achtergebleven primaire delta-ferriet na oplossingsgloeien bij 1150 graden (hoger dan de doorgaans gespecificeerde 1040-1080 graden) bepaalt direct de gevoeligheid voor stollingsscheuren tijdens autogeen gas-wolfraambooglassen (GTAW) van 316L roestvrijstalen omhulde elektrische verwarmingsbuizen waarvoor lassen met eindkapsluiting nodig is. Het ferrietgehalte in 316L is ongeveer 3-8% (afhankelijk van de chemie) bij gebruikelijke gloeitemperaturen (1040-1080 graden). Door oplossingsgloeien bij 1150 graden (vaak gebruikt om carbiden volledig op te lossen of om korrels grof te maken voor kruipweerstand) wordt de fasebalans echter naar austeniet verplaatst bij de hogere temperatuur, wat bij afkoeling een ferrietvolumefractie van 0-3% oplevert. Er werd aangetoond dat tijdens het lassen lasmetaal met een ferrietconcentratie van minder dan 2-3% stolt in een volledig austenitische modus, die vooral gevoelig is voor heetscheuren als gevolg van segregatie van onzuiverheden met een laag smeltpunt (P, S, Si) aan de korrelgrenzen. De cruciale ferrietdrempel voor scheurvrij lassen is 3-8% ferriet in het lasmetaal (4-10% ferriet in het basismetaal voor autogene lassen). In dit artikel wordt het verband tussen de gloeitemperatuur van de oplossing, de ferrietvolumefractie en de gevoeligheid voor warmscheuren bij lassen gekwantificeerd.

Mechanisme van ferrietgecontroleerd stollingskraken

316L De eerste fase die zich ontwikkelt vanuit de vloeistof bij het stollen van 316L-lasmetaal zal deltaferriet zijn als de samenstelling binnen het ferriet-austenietbereik van het Schaeffler-diagram ligt. De oplosbaarheid van onzuiverheden (P, S, Si) in de ferrietfase is hoger dan die in het austeniet. Tijdens het stollen verdelen deze onzuiverheden zich in het ferriet en remmen ze de productie van vloeistoffilms met een laag-smeltpunt- aan de grenzen van de austenietkorrels. De hoeveelheid ferriet die achterblijft bij kamertemperatuur (meestal 3-8%) geeft aan dat stolling plaatsvond in de ferriet-austenietmodus (FA-modus), die barst-bestendig is. Als de ferrietconcentratie minder dan 2-3% bedraagt, verloopt het stollen in de austenietmodus (A-modus). In deze modus worden austenietdendrieten rechtstreeks uit de vloeistof gevormd en worden onzuiverheden geconcentreerd in de interdendritische gebieden die als laatste stollen, waardoor vloeistoffilms worden gevormd die uiteenspatten onder de spanning van thermische contractie.

Gekwantificeerde relatie tussen oplossingsgloeitemperatuur, ferriet en lasscheuren

Het volgende ferrietgehalte en de volgende incidentie van scheurvorming worden onthuld door het gecontroleerd oplossingsgloeien van 316L-buizen (0,02% C, 11,5% Ni, 2,2% Mo, typisch voor de balans) bij vele temperaturen, gevolgd door autogeen GTAW (geen vulmiddel, warmte-inbreng 0,5 kJ/mm) en dwarsbuigtesten.

Oplossing Gloeitemperatuur ( graden ) Volumefractie van basismetaalferriet (%) (ferrietscoop) Volumefractie van lasmetaalferriet (%) (autogeen) Stollingsmodus Heetscheurincidentie (% zichtbaar bij 10x) Onderhoud gelaste eindkap 1.400<0.1 <0.1 A (austenitic) >80% Nee 1,150 0-1 0-1 A (austenitisch) 50-80% Nee 1,120 1-2 0.5-1.5 A (austenitisch) 30-60% Nee 1,100 2-3 1-2 AF (austeniet-ferriet) 15-30% Marginaal 1,080 3-5 2-4 FA (ferriet-austeniet) 5-15% Acceptabel 1,060 4-6 3-5 FA 2-8% Ja 1,040 5-8 4-6 FA 1-5% Ja (beste) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
De rol van niobium en andere austenietstabilisatoren

De opname van austeniet-stabiliserende elementen (Ni, N, C, Cu) verplaatst het ferrietgehalte naar beneden bij een gegeven gloeitemperatuur.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3% lasferriet 316L (laag Ni) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 graden 316L (standaard) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 graden 316L (hoog Ni) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 graden 316L (zeer hoge Ni) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 graden 347 (Nb-gestabiliseerd) 9,0-10,0 N.v.t. 5-8 2-5 1,080 graden praktische aanbevelingen voor de productie van gelaste verwarmingselementen

316L-verwarmingsmantels waarvoor eindkaplassen nodig is, moeten voldoen aan de volgende vereisten voor oplossingsgloeien en ferriet.

Gewenst lasintegriteitsniveau Minimaal lasmetaalferriet voor scheur-Vrij lassen (%) Oplossing gloeitemperatuurbereik (graden) Basismetaalferrietdoel (%) Verificatieprocedure
Laag (droog gebruik, niet kritisch)2 1,060-1,080 3-5 Ferrietscoop<5 %
Standaard (onderdompeling in water) 3 1,040-1,060 4-6 Ferrietscoop 4-8%
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5% + WPS-kwalificatie
Kritiek (nucleair, hoge druk) 5 1,000-1,020 6-10 Volledige kwalificatie van de lasprocedure
Ferriet- en lasbaarheidsverificatie

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%). De tweede is een lasbaarheidstest: maak een autogene GTAW-las op een monsterbuis, dwars-doorsnede, polijst, ets en analyseer op micro-scheurtjes. Acceptatievereiste Geen breuken bij een vergroting van 200×

Conclusie: Specificatie van de oplossingsgloeiende temperatuur voor lasbaar 316L

Voor 316L roestvrijstalen verwarmingsmantels die scheur- eindkaplassen vereisen, moet de gloeitemperatuur van de oplossing zo worden beheerd dat een volumefractie van basismetaalferriet van 4-8% wordt gehandhaafd, waarbij lasmetaalferriet van 3-6% wordt geproduceerd en de FA (ferriet-austeniet)-stollingsmodus wordt gegarandeerd. Dit bereik van ferriet wordt geproduceerd door oplossingsgloeien bij de gebruikelijke 1.040-1.080 graden. Uitgloeien bij 1.100 graden en hoger resulteert in<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 .