Hvordan styrer volumenfraktionen af ​​primær ferrit i 316L varmekapperør efter høj-temperatur (1.150 grader) opløsningsudglødning styrer størkningsfølsomheden for revnedannelse under endehættesvejsning

Ferritvinduet til svejsbarhed af austenitiske rustfrie stål

Volumenfraktionen af ​​tilbageholdt primær delta-ferrit efter opløsningsudglødning ved 1.150 grader (højere end de 1.040-1.080 grader, der typisk er specificeret) styrer direkte følsomheden over for størkningsrevner under autogen gaswolframbuesvejsning (GTAW) af 316L, krævede 316L varmebelagte svejsningsrør i rustfrit stål. Ferritindholdet i 316L er ca. 3-8 % (afhængigt af kemi) ved almindelige opløsningsudglødningstemperaturer (1.040-1.080 grader). Opløsningsudglødning ved 1150 grader (ofte brugt til fuldstændig at opløse karbider eller for at gøre korn for krybemodstand) flytter fasebalancen mod austenit ved den højere temperatur, hvilket giver en ferritvolumenfraktion på 0-3 % ved afkøling. Det blev vist, at under svejsning størkner svejsemetal med en ferritkoncentration på mindre end 2-3 % i en fuldt austenitisk tilstand, hvilket er særligt følsomt over for varmerevner på grund af adskillelse af lavsmeltende urenheder (P, S, Si) til korngrænser. Den afgørende ferrittærskel for revnefri svejsning er 3-8% ferrit i svejsemetallet (4-10% ferrit i basismetallet for autogene svejsninger). I denne artikel kvantificeres sammenhængen mellem opløsningsudglødningstemperatur, ferritvolumenfraktion og følsomhed over for varm revnedannelse.

Mekanisme for ferritkontrolleret størkningsrevnedannelse

316L Den første fase, der udvikles fra væsken ved størkning af 316L svejsemetal, vil være deltaferrit, hvis sammensætningen ligger inden for ferrit-austenitområdet i Schaeffler-diagrammet. Opløseligheden af ​​urenheder (P, S, Si) i ferritfasen er højere end i austenitten. Under størkning fordeles disse urenheder til ferriten og hæmmer produktionen af ​​flydende film med lavt-smeltepunkt- ved austenitkorngrænserne. Mængden af ​​ferrit, der er tilbage ved stuetemperatur (normalt 3-8%) indikerer, at størkning fandt sted i ferrit-austenit-tilstanden (FA-tilstand), som er modstandsdygtig over for revner{{14}. Hvis ferritkoncentrationen er mindre end 2-3 %, fortsætter størkning i austenittilstanden (A-tilstand). I denne tilstand dannes austenit-dendritter direkte fra væsken, og urenheder koncentreres i de interdendritiske områder, der sidst størkner, og danner flydende film, som splintres under belastningen af ​​termisk kontraktion.

Kvantificeret forhold mellem opløsningsudglødningstemperatur, ferrit og svejserevner

Følgende ferritindhold og revneforekomst afsløres ved kontrolleret opløsningsudglødning af 316L-rør (0,02%C, 11,5% Ni, 2,2% Mo, balance typisk) ved mange temperaturer efterfulgt af autogen GTAW (ingen fyldstof, varmetilførsel 0,5 kJ/mm) og tværgående bøjningstest.

Løsning Udglødningstemperatur ( grad ) Basismetal ferritvolumenfraktion (%) (ferritescope) Svejsemetalferritvolumenfraktion (%) (autogen) Størkningstilstand Varmrevneforekomst (% visuelt ved 10x) Svejset endedæksel Service 1.400<0.1 <0.1 A (austenitic) >80% No 1,150 0-1 0-1 A (austenitisk) 50-80% No 1,120 1-2 0.5-1.5 A (austenitisk) 30-60% No 1,100 2-3 1-2 AF (austenit-ferrit) 15-30% Marginal 1,{{12} 1,060 4-6 3-5 FA 2-8 % Ja 1,040 5-8 4-6 FA 1-5 % Ja (bedst) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
Rollen af ​​niobium og andre austenitstabilisatorer

Inklusionen af ​​austenit-stabiliserende elementer (Ni, N, C, Cu) forskyder ferritindholdet nedad ved en given udglødningstemperatur.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3 % svejsningsferrit 316L (lavt Ni) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 grader 316L (standard) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 grader 316L (højt Ni) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 grader 316L (meget højt Ni) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 grader 347 (Nb.-{0.49}}stabiliseret{1.047 (Nb.{1.0) 5-8 2-5 1.080 graders praktiske anbefalinger til fremstilling af svejset varmelegeme

316L varmekapper, der kræver endehættesvejsning, skal overholde følgende krav til opløsningsudglødning og ferrit.

Ønsket svejseintegritetsniveau Minimum svejsemetalferrit til revne-Fri svejsning (%) Løsning Udglødningstemperaturområde (grad) Basismetalferritmål (%) Verifikationsprocedure
Lav (tør service, ikke kritisk)2 1,060-1,080 3-5 Ferritescope<5 %
Standard (vandnedsænkning) 3 1,040-1,060 4-6 Ferritescope 4-8 %
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5% + WPS-kvalifikation
Kritisk (nuklear, højtryk) 5 1.000-1,020 6-10 Fuld svejseprocedurekvalifikation
Ferrit og svejsbarhed verifikation

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 %). Den anden er en svejsbarhedstest: Fremstil en autogen GTAW-svejsning på et prøverør, tværsnit, poler, æts og analyser for mikro-revner. Acceptkrav Ingen brud ved 200× forstørrelse

Konklusion: Specifikation af opløsningsudglødningstemperatur for Weldable 316L

For 316L varmekapper af rustfrit stål, der kræver svejsninger uden revne-, bør opløsningsudglødningstemperaturen styres til at opretholde en volumenfraktion af basismetalferrit på 4-8 %, hvilket producerer svejsemetalferrit på 3-6 % og sikrer FA (ferrit-austenit) størkningstilstand. Denne serie af ferrit fremstilles ved opløsningsudglødning ved den sædvanlige 1.040-1.080 grader. Udglødning ved 1.100 grader og derover resulterer i<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 .