Yüksek-Sıcaklıkta (1.150 derece) Çözelti Tavlamasından Sonra 316L Isıtıcı Kılıf Borusundaki Birincil Ferritin Hacim Kesri, Uç Kapağı Kaynağı Sırasında Katılaşma Çatlama Duyarlılığını Nasıl Kontrol Ediyor?

Östenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynaklanabilirliği için Ferrit Penceresi

1.150 derecede (tipik olarak belirtilen 1.040-1.080 dereceden daha yüksek) çözelti tavlamasından sonra tutulan birincil delta ferritin hacim oranı, uç kapağı kapatma kaynağı gerektiren 316L paslanmaz çelik kılıflı elektrikli ısıtma borularının otojen gaz tungsten ark kaynağı (GTAW) sırasında katılaşma çatlamasına duyarlılığını doğrudan yönetir. 316L'deki ferrit içeriği, ortak çözelti tavlama sıcaklıklarında (1.040-1.080 derece) yaklaşık %3-8'dir (kimyaya bağlı olarak). Bununla birlikte, 1150 derecede çözelti tavlaması (çoğunlukla karbürleri tamamen çözmek veya sürünme direnci için taneleri kabalaştırmak için kullanılır), faz dengesini daha yüksek sıcaklıkta ostenite doğru hareket ettirerek soğutma sırasında %0-3'lük bir ferrit hacim oranı verir. Kaynak sırasında, ferrit konsantrasyonu %2-3'ün altında olan kaynak metalinin, düşük erime noktalı safsızlıkların (P, S, Si) tane sınırlarında ayrılması nedeniyle özellikle sıcak çatlamaya karşı hassas olan tam ostenitik modda katılaştığı gösterilmiştir. Çatlaksız kaynak için kritik ferrit eşiği, kaynak metalinde %3-8 ferrittir (otojen kaynaklar için ana metalde %4-10 ferrit). Bu yazıda çözelti tavlama sıcaklığı, ferrit hacim oranı ve kaynakta sıcak çatlamaya duyarlılık arasındaki bağlantı ölçülmektedir.

Ferrit Kontrollü Katılaşma Çatlama Mekanizması

316L 316L kaynak metalinin katılaşması üzerine sıvıdan gelişen ilk faz, bileşimin Schaeffler diyagramının ferrit-östenit aralığı içinde yer alması durumunda delta ferrit olacaktır. Ferrit fazındaki yabancı maddelerin (P, S, Si) çözünürlüğü ostenittekinden daha yüksektir. Katılaşma sırasında bu yabancı maddeler ferrite ayrılır ve ostenit tanecik sınırlarında düşük-erime-noktalı sıvı filmlerin üretimini engeller. Oda sıcaklığında kalan ferrit miktarı (genellikle %3-%8), katılaşmanın çatlamaya- dirençli olan ferrit-östenit modunda (FA modu) gerçekleştiğini gösterir. Ferrit konsantrasyonu %2-3'ten azsa, katılaştırma ostenit modunda (A modu) ilerler. Bu modda, östenit dendritleri doğrudan sıvıdan oluşturulur ve yabancı maddeler, termal büzülme stresi altında parçalanan sıvı filmler oluşturarak en son katılaşan interdendritik bölgelerde yoğunlaşır.

Çözelti Tavlama Sıcaklığı, Ferrit ve Kaynakta Çatlama Arasındaki Kantitatif İlişki

Aşağıdaki ferrit içeriği ve çatlama oranı, 316L boruların (%0,02C, %11,5 Ni, %2,2 Mo, denge tipik) birçok sıcaklıkta kontrollü çözelti tavlaması ve ardından otojen GTAW (dolgu maddesi yok, ısı girişi 0,5 kJ/mm) ve enine bükme testiyle ortaya çıkar.

Çözelti Tavlama Sıcaklığı (derece) Baz Metal Ferrit Hacim Oranı (%) (ferritoskop) Kaynak Metali Ferrit Hacim Oranı (%) (otojen) Katılaşma Modu Sıcak Çatlama İnsidansı (% 10x'te görsel) Kaynaklı Uç Kapağı Servisi 1.400<0.1 <0.1 A (austenitic) >%80 Hayır 1,150 0-1 0-1 A (östenitik) 50-%80 Hayır 1,120 1-2 0.5-1.5 A (östenitik) 30-60% Hayır 1,100 2-3 1-2 AF (östenit-ferrit) %15-30 Kenar 1,080 3-5 2-4 FA (ferrit-östenit) %5-15 Kabul edilebilir 1,060 4-6 3-5 FA %2-8 Evet 1,040 5-8 4-6 FA %1-5 Evet (en iyi) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
Niyobyum ve Diğer Östenit Stabilizatörlerinin Rolü

Östenit-stabilize edici elemanların (Ni, N, C, Cu) dahil edilmesi ferrit içeriğini belirli bir tavlama sıcaklığında aşağıya doğru değiştirir.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >%3 Kaynaklı Ferrit 316L (düşük Ni) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 derece 316L (standart) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 derece 316L (yüksek Ni) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 derece 316L (çok yüksek Ni) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 derece 347 (Nb-stabilize) 9,0-10,0 Yok 5-8 2-5 1,080 derece Kaynaklı Isıtıcı İmalatı İçin Pratik Öneriler

Uç kapak kaynağı gerektiren 316L ısıtıcı kılıfları, aşağıdaki çözelti tavlaması ve ferrit gereksinimlerine uygun olacaktır.

İstenilen Kaynak Bütünlük Düzeyi Çatlak-Serbest Kaynak için Minimum Kaynak Metali Ferriti (%) Çözelti Tavlama Sıcaklık Aralığı (derece) Baz Metal Ferrit Hedefi (%) Doğrulama Prosedürü
Düşük (kuru servis, kritik değil)2 1,060-1,080 3-5 Ferritescope<5 %
Standart (suya daldırma) 3 1,040-1,060 4-6 Ferritescope %4-8
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >%5 + WPS yeterliliği
Kritik (nükleer, yüksek basınç) 5 1,000-1,020 6-10 Tam kaynak prosedürü kalifikasyonu
Ferrit ve Kaynaklanabilirlik Doğrulaması

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). İkincisi, kaynaklanabilirlik testidir: numune tüpü üzerinde otojen bir GTAW kaynağı üretin, kesiti-parlatın, aşındırın ve mikro-çatlakları analiz edin. Kabul şartı 200x büyütmede kırık yok

Sonuç: Kaynaklanabilir 316L için Çözelti Tavlama Sıcaklığının Belirlenmesi

Çatlaksız uç kapak kaynakları gerektiren 316L paslanmaz çelik ısıtıcı kılıflar için, çözelti tavlama sıcaklığı, %4-8'lik bir baz metal ferrit hacim fraksiyonunu koruyacak, %3-6'lık kaynak metali ferrit üretecek ve FA (ferrit-östenit) katılaşma modunu sağlayacak şekilde yönetilmelidir. Bu ferrit aralığı, olağan 1.040-1.080 derecede çözelti tavlaması ile üretilir. 1.100 derece ve üzeri tavlama sonuçları<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 .