Kako volumski delež primarnega ferita v cevnem plašču grelnika 316L po žarjenju z raztopino pri visoki-temperaturi (1150 stopinj) nadzoruje dovzetnost za razpoke zaradi strjevanja med varjenjem končne kapice

Feritno okno za varljivost avstenitnih nerjavnih jekel

Volumenski delež zadržanega primarnega delta ferita po žarjenju v raztopini pri 1.150 stopinjah (več kot tipično določenih 1.040-1.080 stopinjah) neposredno vpliva na dovzetnost za razpoke zaradi strjevanja med avtogenim plinsko volframovim obločnim varjenjem (GTAW) električnih grelnih cevi, oplaščenih iz nerjavečega jekla 316L, ki zahtevajo zapiranje končnega pokrova varjenje. Vsebnost ferita v 316L je približno 3-8 % (odvisno od kemije) pri običajnih temperaturah žarjenja v raztopini (1040-1080 stopinj). Vendar pa žarjenje v raztopini pri 1150 stopinjah (ki se pogosto uporablja za popolno raztapljanje karbidov ali za grobost zrn zaradi odpornosti proti lezenju) premakne fazno ravnovesje proti avstenitu pri višji temperaturi, kar daje volumski delež ferita 0-3 % pri ohlajanju. Pokazalo se je, da se med varjenjem zvar s koncentracijo ferita manj kot 2-3% strdi v popolnoma avstenitnem načinu, ki je še posebej občutljiv na vroče razpoke zaradi segregacije nečistoč z nizkim tališčem (P, S, Si) na meje zrn. Ključni feritni prag za varjenje brez razpok je 3-8 % ferita v zvaru (4-10 % ferita v osnovni kovini za avtogene zvare). V tem prispevku je kvantificirana povezava med temperaturo žarjenja v raztopini, volumskim deležem ferita in občutljivostjo za vroče razpoke zvara.

Mehanizem feritno nadzorovanega strjevanja

316L Prva faza, ki se razvije iz tekočine pri strjevanju zvarne kovine 316L, bo delta ferit, če je sestava v območju ferit-avstenita Schaefflerjevega diagrama. Topnost primesi (P, S, Si) v feritni fazi je večja kot v avstenitni. Med strjevanjem se te nečistoče razdelijo na ferit in zavirajo nastajanje tekočih filmov z-nizkim tališčem-na mejah avstenitnih zrn. Količina ferita, ki ostane pri sobni temperaturi (običajno 3-8 %), kaže, da je strjevanje potekalo v ferit-avstenitnem načinu (FA način), ki je-odporen na razpoke. Če je koncentracija ferita manjša od 2-3%, strjevanje poteka v avstenitnem načinu (način A). V tem načinu se avstenitni dendriti tvorijo naravnost iz tekočine, nečistoče pa se koncentrirajo v meddendritičnih območjih, ki se zadnja strdijo, in tvorijo tekoče filme, ki se razbijejo pod napetostjo toplotnega krčenja.

Kvantificirano razmerje med temperaturo žarjenja raztopine, feritom in razpokanjem zvara

Naslednja vsebnost ferita in pojavnost razpok se razkrije z nadzorovanim žarjenjem v raztopini cevi iz 316L (0,02 %C, 11,5 % Ni, 2,2 % Mo, tipično ravnotežje) pri številnih temperaturah, ki mu sledita avtogeni GTAW (brez polnila, vhodna toplota 0,5 kJ/mm) in testiranje prečnega upogiba.

Temperatura žarjenja raztopine (stopinja) Volumski delež ferita iz navadne kovine (%) (feritoskop) Volumenski delež ferita zvara (%) (avtogeno) Incidenca vročih razpok v načinu strjevanja (% vizualno pri 10x) Storitev varjene končne kapice 1400<0.1 <0.1 A (austenitic) >80% št. 1,150 0-1 0-1 A (avstenit) 50-80% št. 1,120 1-2 0.5-1.5 A (avstenit) 30-60% št. 1,100 2-3 1-2 AF (avstenit-ferit) 15-30% Obrobno 1,080 3-5 2-4 FA (ferit-avstenit) 5-15% Sprejemljivo 1,060 4-6 3-5 FA 2-8% Da 1,040 5-8 4-6 FA 1-5% Da (najboljše) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
Vloga niobija in drugih avstenitnih stabilizatorjev

Vključitev elementov za stabilizacijo- avstenita (Ni, N, C, Cu) premakne vsebnost ferita navzdol pri dani temperaturi žarjenja.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3 % varjeni ferit 316L (nizek Ni) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 stopinj 316L (standard) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 stopinj 316L (visok Ni) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 stopinj 316L (zelo visok Ni) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 stopinj 347 (Nb-stabilizirano) 9,0-10,0 N/A 5-8 2-5 1,080 stopinj praktična priporočila za proizvodnjo varjenih grelnikov

Grelni plašči 316L, ki potrebujejo varjenje končnih pokrovčkov, morajo izpolnjevati naslednje zahteve glede žarjenja v raztopini in ferita.

Želena stopnja integritete zvara Minimalni kovinski ferit za zvar za-varjenje brez razpok (%) Temperaturno območje žarjenja raztopine (stopinja) Feritni cilj iz osnovne kovine (%) Postopek preverjanja
Nizka (suha uporaba, ni kritično)2 1,060-1,080 3-5 Feritoskop<5 %
Standard (potopitev v vodo) 3 1,040-1,060 4-6 Feritoskop 4-8 %
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5 % + kvalifikacija WPS
Kritično (jedrska energija, visok tlak) 5 1,000-1,020 6-10 Popolna kvalifikacija varilnega postopka
Preverjanje ferita in varljivosti

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 je preizkus varivosti: izdelajte avtogeni GTAW zvar na vzorčni cevi, prečni-prerez, poliranje, jedkanje in analizo mikro-razpok. Zahteva glede sprejemljivosti Brez zlomov pri 200-kratni povečavi

Zaključek: Specifikacija temperature žarjenja v raztopini za varljiv 316L

Za grelne ovoje iz nerjavečega jekla 316L, ki zahtevajo zvare končne kapice brez -razpok, je treba temperaturo žarjenja v raztopini vzdrževati tako, da se vzdržuje volumski delež ferita iz navadne kovine 4-8 %, s čimer se proizvede ferit zvara 3-6 % in zagotovi način strjevanja FA (ferit-avstenit). Ta vrsta ferita se proizvaja z žarjenjem v raztopini pri običajnih 1040-1080 stopinjah. Rezultat je žarjenje pri 1100 stopinjah in več<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 .