Cum controlează fracția de volum a feritei primare din tubul de înveliș al încălzitorului de 316 L după recoacerea cu soluție la temperatură înaltă (1.150 de grade) controlează susceptibilitatea la fisurare la solidificare în timpul sudării capacului de capăt

Fereastra de ferită pentru sudarea oțelurilor inoxidabile austenitice

Fracția de volum a ferită delta primară reținută după recoacere cu soluție la 1.150 de grade (mai mare decât 1.040-1.080 de grade specificate în mod obișnuit) guvernează în mod direct susceptibilitatea la fisurarea solidificării în timpul sudării cu arc de tungsten cu gaz autogen (GTAW) a tuburilor de încălzire electrice 316L. Conținutul de ferită în 316L este de aproximativ 3-8% (în funcție de chimie) la temperaturi comune de recoacere a soluției (1.040-1.080 grade ). Cu toate acestea, recoacere cu soluție la 1150 de grade (deseori folosită pentru a dizolva complet carburile sau pentru a îngroșa boabele pentru rezistența la fluaj) mută echilibrul de fază către austenită la temperatură mai ridicată, dând o fracție de volum de ferită de 0-3% la răcire. S-a demonstrat că în timpul sudării, metalul de sudură cu o concentrație de ferită mai mică de 2-3% se solidifică într-un mod complet austenitic, care este deosebit de sensibil la fisurarea la cald datorită segregării impurităților cu punct de topire scăzut (P, S, Si) la limitele granulelor. Pragul crucial de ferită pentru sudarea fără fisuri este 3-8% ferită în metalul de sudură (4-10% ferită în metalul de bază pentru sudurile autogene). În această lucrare este cuantificată legătura dintre temperatura de recoacere a soluției, fracția de volum de ferită și susceptibilitatea la fisurarea la cald la sudare.

Mecanismul de fisurare prin solidificare controlată cu ferită

316L Prima fază care se dezvoltă din lichidul la solidificarea metalului de sudură 316L va fi ferita delta dacă compoziția se află în intervalul de ferită-austenită din diagrama Schaeffler. Solubilitatea impurităților (P, S, Si) în faza de ferită este mai mare decât cea în austenită. În timpul solidificării, aceste impurități se împart în ferită și inhibă producerea de pelicule lichide cu punct de topire scăzut-- la limitele granulelor de austenită. Cantitatea de ferită rămasă la temperatura camerei (de obicei 3-8%) indică faptul că solidificarea a avut loc în modul ferită-austenită (mod FA), care este rezistent-la fisurilor. Dacă concentrația de ferită este mai mică de 2-3%, solidificarea are loc în modul austenită (modul A). În acest mod, dendritele austenite se formează direct din lichid, iar impuritățile sunt concentrate în regiunile interdendritice care se solidifică ultimele formând pelicule lichide care se sparg sub presiunea contracției termice.

Relația cuantificată între temperatura de recoacere a soluției, ferită și fisurarea sudurii

Următorul conținut de ferită și incidența fisurării sunt evidențiate prin recoacere cu soluție controlată a tubului de 316L (0,02%C, 11,5% Ni, 2,2% Mo, echilibru tipic) la multe temperaturi urmate de GTAW autogen (fără umplutură, intrare de căldură 0,5 kJ/mm) și testarea îndoirii transversale.

Temperatura de recoacere a soluției (grade) Fracție de volum de ferită a metalului de bază (%) (feritoscop) Fracție de volum de ferită a metalului de sudură (%) (autogen) Modul de solidificare Incidența fisurilor la cald (% vizual la 10x) Serviciu capac de capăt sudat 1.400<0.1 <0.1 A (austenitic) >80% nr. 1,150 0-1 0-1 A (austenitic) 50-80% nr. 1,120 1-2 0.5-1.5 A (austenitic) 30-60% nr. 1,{100 2-3 1-2 AF (austenită-ferită) 15-30% Marginal 1, {{12}-5% FA acceptabil pentru ferit 1,060 4-6 3-5 FA 2-8% Da 1,040 5-8 4-6 FA 1-5% Da (cel mai bun) 1,020 6-10 5-8 FA<2%Yes (but sigma risk) 980 8-12 7-10 FA <2% Yes (but carbide risk)
Rolul niobiului și al altor stabilizatori de austenită

Includerea elementelor de stabilizare-austenitei (Ni, N, C, Cu) deplasează conținutul de ferită în jos la o temperatură dată de recoacere.

Alloy Ni (wt%) N (wt%) Ferrite @ 1,040 °C (%) Ferrite @ 1,100 °C (%)Recommended Max Annealing Temp for >3% Ferită de sudură 316L (Ni scăzut) 10.0-10.5 0.04-0.06 6-10 3-5 1,100 grade 316L (standard) 10.5-11.0 0.06-0.08 5-8 2-4 1,080 grade 316L (Ni ridicat) 11.0-11.5 0.08-0.10 4-6 1-3 1,060 grade 316L (Ni foarte ridicat) 11.5-12.0 0.10-0.12 3-5 0-2 1,040 grade 347 (Nb){0}-stabilizat (Nb) N/A 5-8 2-5 1, Recomandări practice de 080 de grade pentru fabricarea încălzitoarelor sudate

Teaca de încălzire 316L care necesită sudare a capacului de capăt trebuie să respecte următoarele cerințe de recoacere a soluției și ferită.

Nivelul de integritate dorit de sudare Ferită metalică de sudare minimă pentru fisuri-Sudare liberă (%) Interval de temperatură de recoacere a soluției (grade) Metal de bază Ferită țintă (%) Procedura de verificare
Scăzut (serviciu uscat, nu critic)2 1,060-1,080 3-5 Ferritescope<5 %
Standard (imersie în apă) 3 1,040-1,060 4-6 Ferritescop 4-8%
High (pressurised, corrosive) 4 1,020-1,040 5-8 Ferritescope >5% + calificare WPS
Critică (nucleară, presiune înaltă) 5 1,000-1,020 6-10 Calificare completă a procedurii de sudură
Verificarea feritei și sudabilității

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%). Al doilea este un test de sudabilitate: produceți o sudură GTAW autogenă pe un tub de probă, secțiune transversală, lustruiți, gravați și analizați pentru micro-fisuri. Cerință de acceptare Fără fracturi la mărire de 200×

Concluzie: Specificația temperaturii de recoacere a soluției pentru 316L sudabil

Pentru învelișurile de încălzire din oțel inoxidabil 316L care necesită suduri cu capac fără fisuri-, temperatura de recoacere a soluției ar trebui gestionată pentru a menține o fracție de volum de ferită de metal de bază de 4-8%, producând ferită metalică de sudare de 3-6% și asigurând modul de solidificare FA (ferită-austenită). Această gamă de ferită este produsă prin recoacere în soluție la o temperatură obișnuită de 1.040-1.080 de grade. Recoacerea la 1.100 de grade și peste are ca rezultat<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 .