Ферритная фаза в аустенитных сталях на что влияет

Обновлено: 06.05.2024

При измерении содержания ферритной фазы в сварном шве плакирующего слоя на показания прибора может оказывать влияние магнитный слой основания биметалла. Поэтому содержание ферритной фазы следует определять прибором, предназначенным для поверхностного, а не объемного измерения содержания магнитной фазы в изделии. Например, ферритометром ФА-1, но его можно применять только в том случае, когда толщина плакирующего слоя превышает 1 5 мм. [47]

С увеличением содержания ферритной фазы выше определенной нормы резко снижается пластичность сталей при механической обработке, образуются трещины и другие нарушения сплошности. При повышенном содержании ферритной фазы в сварных соединениях резко уменьшается их прочность. Для определения содержания ферритной фазы в ряде случаев могут быть использованы приборы, действие которых основано на измерении магнитной проницаемости. Показания ферритометров в существенной мере зависят от магнитных характеристик материала контролируемого объекта, поэтому для градуировки необходимо применять специальные рабочие образцы ( эталоны) с известным содержанием ферритной фазы. По принципам работы ферритометры близки к магнитным толщиномерам, хотя в их работе используются другие магнитные характеристики материала. Портативный магнитный ферритометр - толщиномер магнитный ФТМ-2 ( разработчик прибора - филиал ФНПЦ Прибор), изображенный на рисунке 3.4.9, предназначен для измерения толвганы покрытий и относительного содержания ферритной фазы ( а-фазы) в сварных швах. [49]

С увеличением содержания ферритной фазы выше определенной нормы резко стекается пластичность сталей при механической обработке, образуются трещины и другие нарушения сплошности. При повышенном содержании ферритной фазы в сварных соединениях резко уменьшается их прочность. Дня определения содержания ферритной фазы в ряде случаев могут быть использованы приборы, действие которых основано на измерении магнитной проницаемости. Показания ферритометров в существенной мере зависят от магнитных характеристик материала контролируемого объекта, поэтому для градуировки необходимо применять специальные рабочие образцы ( эталоны) с известным содержанием ферритной фазы. По принципам работы ферритометры близки к магнитным толщиномерам, хотя в их работе используются другие магнитные характеристики материала. Портативный магнитный ферритометр - толщиномер магнитный ФТМ-2 ( разработчик прибора - филиал ФНПЦ Прибор), изображенный на рисунке 3.4.9, предназначен для измерения толщины покрытий и относительного содержания ферритной фазы ( а-фазы) в сварных швах. [51]

Вследствие того, что ферритная фаза при высоких температурах обладает меньшей прочностью, при ковке и горячей прокатке следует уменьшать степень обжатия; двухфазные стали при обычных степенях деформации дают трещины и разваливаются. [52]

Установлено [518], что ферритная фаза в аустенито-ферритных сталях обогащена хромом, что также способствует меньшей степени обеднения пограничных слоев твердого раствора хромом при образовании карбидов хрома. [53]

В течение дальнейшего обезуглероживания ферритная фаза всегда остается непосредственно следующей за образующимся двухфазным слоем. Это длится до тех пор, пока толщина ферритного слоя не достигнет величины, при которой быстрое удаление углерода с помощью диффузии станет затруднительным. [54]

При непрерывном охлаждении количество ферритной фазы , как правило, не достигает равновесного значения. При TiAr происходит перлитное ( или другое) превращение оставшейся части аустенита. При этом образуется перлит с С0 8 %, так называемый квазиэвтектоид. Такой перлит характеризуется увеличенной долей ферритной составляющей. [56]

Ферритометрия применяется для контроля ферритной фазы , повышенное содержание которой снижает трещиностойкость сталей и особенно сварных соединений. Содержание этой фазы определяет магнитную проницаемость материала, поэтому для ее определения измеряют магнитное сопротивление. Измерительным элементом ферритометра является одно - или двухполюсный феррозондовый магнитный преобразователь, содержащий возбуждающую и измерительную катушки. Магнитный поток, создаваемый возбуждающей катушкой феррозонда, зависит от магнитного сопротивления участка объекта контроля, определяемого содержанием ферритной фазы. Поэтому ее величину оценивают по ЭДС, наведенной при этом в измерительной катушке. Градуировка ферритометров производится по эталонным образцам с известным содержанием ферритной фазы. [57]

Необходимость контроля и содержание ферритной фазы в наплавленном металле определяется техническим проектом. Содержание феррит-ной фазы измеряют альфа-фазометрами или металлографическим методом по ГОСТ 11878 - 66 на образцах, вырезанных из контрольных проб. [58]

Эти электроды благодаря получению ферритной фазы в сварном шве обеспечивают отсутствие трещин при сварке не только сталей типа 18 - 8, но и при сварке этих сталей с углеродистой сталью. Швы, сваренные этими электродами, обладают высокими механическими свойствами, высокой прочностью и пластичностью, хорошей стойкостью против общей и межкри-сталлитной коррозии е только непосредственно после сварки, но и после воздействия так называемых критических температур. [59]

Ферритная фаза в аустенитных сталях на что влияет

Совокупность выполненных в нашей стране и за рубежом теоретических исследований и практических разработок, направленных на эффективное использование в научных целях и в промышленных условиях магнитного метода контроля содержания ферритной фазы (СФФ) в хромоникелевых сталях аустенитного (АС) и аустенито-ферритного (А-ФС), образует самостоятельное направление в системе обеспечения качества изделий, которое получило название “магнитная ферритометрия” (МФ).
Назначение контроля СФФ. Структура хромоникелевых сталей, содержащих хром (8 — 25%), никель (8 — 15%), молибден ( <4%), а также в небольших количествах другие элементы, может быть как полностью аустенитной, так и содержать некоторое количество ферритной фазы, даже при условии, что содержание отдельных элементов находится в пределах марочного состава.
Контроль СФФ важно осуществлять при выполнении различных технологических операций, но более всего он актуален при сварке, в связи с чем вопросы методического и метрологического характера, а также проблемы его стандартизации в нашей стране и за рубежом в наибольшей степени проработаны именно применительно к сварке.
Хорошо известно, что присутствие ферритной фазы изменяет техно-логические и эксплуатационные свойства стали и изделий из нее. Например, в отсутствие ферритной фазы или при малых ее содержаниях обнаружена склонность металла сварного шва к образованию горячих трещин, а при более высоких СФФ наблюдается тенденция к снижению пластичности и ударной вязкости после выдержки при повышенных тем¬пературах (600 — 800 °С) и к снижению коррозионной стойкости в неко¬торых агрессивных средах. Присутствие ферритной фазы может ухудшать служебные свойства сталей в области криогенных температур, но благотворно влиять на них в условиях коррозии под напряжением. В последние годы обнаружен ранее не известный механизм охрупчивания основного металла и сварных швов хромоникелевых сталей при СФФ более 4 — 5% в процессе длительной выдержки даже при сравнительно низких температурах (300 — 350 °С) из-за возникновения в ферритной фазе другой чрезвычайно мелкой охрупчивающей G-фазы.
Особенность влияния ферритной фазы состоит в том, что сравнительно малые изменения ее содержания (в некоторых случаях в пределах нескольких процентов и даже долей процента) могут вызвать существенное изменение свойств стали. Требования к СФФ в известном смысле строже, чем к химическому составу стали. Так, по ГОСТ 2246 СФФ должно быть строго в пределах 2 — 6% в сварочной проволоке марок Св-08Х16Н8М2 и Св-08Х18Н8Г2Б и 3 — 8% в проволоке марки Св-04Х19Н11МЗ, но при этом допускается повышение содержания хрома сверх норм, предусмотренных данным стандартом, для достижения требуемого уровня СФФ. Соответственно строгие требования предъявляются и к методам контроля, поскольку небольшая неточность в измерениях СФФ может послужить причиной ошибочного заключения при оценке качества материалов. Соблюдением заданного СФФ может быть обеспе¬чен требуемый уровень технологических и эксплуатационных свойств сталей.
Регламентирование и контроль СФФ в хромоникелевых сталях аустенитного (АС) и аустенитно-ферритного (А-ФС) классов являются составной частью мер по обеспечению качества изделий во многих отраслях промышленности в нашей стране и за рубежом.
Для решения этих задач и предназначена МФ.

Ферритная фаза

В процессе остывания сталей они проходят этап (фазу) кристаллизации. Ферритная фаза определяет количество мелкодисперсионного дельта феррита. Например, в аустенитных марках типа Е308 или Е308L процент содержания этого элемента колеблется от трёх до десяти процентов.Это количество позволяет предотвратить появление трещин и не допустить так называемое «охрупчивание» металла при высоких температурах.

Строение и свойства

При повышении температуры аустенитные стали превращаются в жидкий раствор с определённым процентным отношением железа и углерода. Если температура раствора превышает линию так называемого ликвидуса (это около 1700 °C),образовавшийся расплав становится статически неустойчивым. Его состояние оценивают по двум составляющим:фазовой и структурной.

Для первой составляющей основным показателем является фаза состояния полученной смеси. Она определяет состояние металла по следующим показателям:

раствора углерода в железе;
количество различных образований (непосредственно феррит, в том числе высокотемпературный, аустенит, цементит).

Структурная составляющая часть образца определяется как гомогенная или квазигомогенная форма. Общая структура образовавшегося феррита составляет равноосные кристаллы. В трёхмерном пространстве решётка ферритной фазы представляет объёмно-центрированный куба. Эти кристаллы определяют твёрдость феррита и способность углерода в нём растворяться. Опыт показывает, что при температуре равной 727 градусов в феррите растворяется только 0,02% углерода.

Кроме этого к основным свойствам феррита относятся:

обладает сильными ферромагнитными свойствами (до температуры 770 °С — точка Кюри);
является теплопроводным элементом;
хорошим проводником электрического тока;
обладает повышенной пластичностью.

К основным недостаткам относятся невысокая прочность и недостаточная твёрдость. Последний показатель зависит от величины образованного зерна и находится в интервале от 65 до 130 НВ.

В зависимости от этапа проходящих превращений ферритная фаза находится в следующих состояниях:

как основа кристаллической решётки образовавшегося сплава;
второе или избыточное состояние (располагается по границам так называемых перлитных образований);
элемент феррито-графитного эвтектоида.

Каждое состояние требует точного определения и выявления возникающих преобразований. От них во многом зависят характеристики конечного продукта.Полное отсутствие ферритного образования или незначительное его содержание проявляется с образованием горячих трещин. Завышенное содержание этого показателя снижает пластичность, ударную вязкость и антикоррозийную стойкость.

Контроль ферритной фазы

Особенность влияния ферритной фазы на образец проявляется при небольших изменениях содержания этого показателя (несколько процентов). Могут существенным образом измениться конечные свойства изготовленной стали. Поэтому практически все образцы подвергаются проверке.

Этот процесс регламентируется ГОСТ Р 53686-2009. В нём приведен порядок, как должен осуществляться контроль содержания ферритной фазы.На основании этого стандарта должна проходить проверка, которая должна определить следующие показатели:

содержание ферритной фазы;
процент этого показателя;
ферритное число.

ГОСТ Р 53686-2009 Определение содержания ферритной фазы в металле сварного шва аустенитных и двухфазных феррито-аустенитных хромоникелевых коррозионностойких сталей

Определение содержания ферритной фазы указывает на её объёмную долю в сталях аустенитного или аустенитно-ферритного класса.

Особенно подробное испытание проводится для сталей в которых в дальнейшем будет применяться сварка. Полученный сварной шов проверяется на прочность и долговечность путём проверки ферритной фазы. Она не должна превышать шести процентов.Пониженный процент ферритной фазы ухудшает механические характеристики.

Для проведения контроля ферритной фазы используют специально отобранные образцы. Они проверяются на специальных приборах определяющих силу отрыва контрольного магнита от готового сварного соединения. На основе нескольких измерений с использованием калибровочной кривой рассчитывают ферритовое число.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Наличие ферритной фазы в аустенитной стали повышает ее коррозионную стойкость в азотной кислоте, но снижает в серной и фосфорной кислотах. Поэтому для серной и фосфорной кислот применяются стали с большим запасом аустенитности. Например, сталь ОХ23Н28М2Т предназначена для работы в средах высокой агрессивности: в растворах серной кислоты низких концентраций ( до 20 %) при повышенной температуре, в растворах фосфорной кислоты, содержащей фтористые соединения, и др. Сталь ОХ23Н28МЗДЗТ предназначена для работы в растворах серной кислоты любой концентрации, кремнефтористоводородной кислоты и других фтористых соединений. [1]

Наличие ферритной фазы оказывает незначительное влияние на коррозионную стойкость стали, если в этой фазе и в пограничных зонах не происходит структурных изменений. [2]

Однако при сварке различных стабильно-аусте-нитных коррозионно-стойких сталей, как правило, не допускается в швах наличие ферритной фазы . Для сварки аустенит-ных сталей, обладающих особо высокой жаропрочностью ( до 1000 С), применяют электроды, дающие наплавленный металл с аустенит-но-боридной или аустенитно-карбидной структурой, образующейся при высоком содержании в шве углерода, ниобия и титана или бора. Термообработка сварных соединений указанного типа проводится только при необходимости снятия остаточных сварочных напряжений. [3]

Результаты измерений показали, что состояние металла Б Б по механическим свойствам, размеру зерна и наличию ферритной фазы соответствует требованиям технических условий. [4]

Снижение действия силового фактора при сварке аустенитных сталей в жестких конструкциях ( соединениях) возможно путем: а) ограничения тока и диаметра электрода ( в особенности для глубокоаустенитных вталей); б) заполнения разделки валиками относительно небольшого сечения, что особенно важно при сварке глубокоаустенитных сталей ( при сварке электродами, обеспечивающими наличие ферритной фазы в металле шва, этот прием не имеет существенного значения); в) заделка кратеров при обрыве дуги, а иногда и их вырубка или вышлифовывание; г) применение надлежащих конструкций разделок кромок ( рис 6) при сварке жестких узлов. [6]

Чисто аустенитные стали хорошо поддаются горячей ковке, прокатке, холодному волочению. Наличие ферритной фазы затрудняет горячую обработку, так как включения феррита могут быть очагами возникновения трещин. [7]

Сталь типа 18 - 9 с аустенитной структурой-имеет значительно более высокую жаропрочность, чем стали со смешанной структурой. Наличие ферритной фазы в стали 18 - 9 отрицательно сказывается на длительной прочности. Переход от аустенито-ферритной структуры к чисто аустенитной сопровождается скачкообразным увеличением времени до разрушения. [8]

К такой группе тампонажных материалов следуем в первую очередь, отнести портландцеменгы и различные его модификации. Наличие ферритных фаз в составе тамлонажного камня интенсифицирует его разрушение за счет протекания реакций взаимодействия сероводорода с окисью железа. При этом обрввувтся сульфид ел-га, который также вызывает внутренние шшрлжешш я деструкцию камня. [9]

Они сочетают умеренную прочность с очень высокими пластическими свойствами и высокой ударной вязкостью. При наличии ферритной фазы , расположенной вдоль направления деформации, наблюдается анизотропность свойств. [10]

Св - О6Х19Н9Т необходимо специально подбирать такой состав проволоки, который гарантировал бы наличие ферритной фазы в швах в количестве от 2 до 5 %, или применять специальные проволоки марок ЭП377 ( Х16Н8М2) или ЭП366 ( Х17Н9) с заданным составом феррита. [11]

Однако при сварке различных стабильно-аустенитных коррозионно-стойких сталей, как правило, не допускается в швах наличия ферритной фазы . [12]

Длительная выдержка сталей этой группы при рабочих температурах 500 - 650 С ведет к их охрупчиванию из-за выделения избыточных фаз по границам зерен и образования сг-фазы - ин-терметаллида типа FeCr или аналогичных соединений металлов переходных групп. В однофазных аустенитных сталях ст-фаза может образовываться при концентрациях хрома выше 16 - 25 % в интервале температур 500 - 900 С. Наличие ферритной фазы в стали резко ускоряет процесс сигмаобразования, поэтому в наиболее жаропрочных гомогенных сталях ( ЭИ695Р, ЭП184, ЭП17) содержание хрома обычно снижают с соответствующим повышением никеля и дополнительным упрочнением твердого раствора за счет введения преимущественно вольфрама или молибдена. [13]

Охрупчивание зависит от соотношения аустенито - и ферритообразующих элементов, количества ферритной фазы и температур закалки. Наличие ферритной фазы ускоряет процесс охрупчивания по сравнению с чисто аустенитными сталями. На рис. 157 показано изменение твердости и ударной вязкости стали 23 - 12 после нагрева при 600 - 750 С, свидетельствующее о резком охрупчивании этой стали. [14]

Для нержавеющих сталей особую опасность представляют нежелательные изменения микроструктуры металла шва и околошовной зоны. Например: выпадение по границам зерен карбидов хрома приводит к межкристаллитной коррозии: наличие ферритной фазы свыше 7 % способствует появлению хрупкости в соединениях, работающих при температуре выше 350 С. Коррозионную стойкость конструкции снижают многократные нагревы металла, следы от искр и брызг металла на поверхности труб и листов, следы и кратеры от движения сварочной дуги по поверхности основного металла. [15]

В России аустенитно-ферритные стали применяют в основном в качестве заменителей хромоникелевых аустенитных сталей. В связи с этим для сварки сталей-заменителей используют аустенитные присадочные материалы. Зарубежные марки дуплексных сталей сваривают, как правило, с применением сварочных материалов с химическим составом, близким к основному металлу. [31]

Исследование слитка аустенитно-ферритной стали , полученного ЭШП, показало, что феррит в нем по всему сечению распределен практически равномерно. Такой характер распределения второй фазы в электрошлаковом слитке придает ему способность лучше переносить горячую механическую обработку. Повышение технологичности двухфазных аустенитных сталей имеет большое значение и для сварочной техники, позволяя сварщикам рассчитывать на более широкое применение сталей этого типа, отличающихся хорошей свариваемостью. [32]

При нагреве аустенитно-ферритных сталей до 760 - 800 С выравнивается концентрация Сг в твердом растворе и улучшается коррозионная стойкость. [34]

Ферритная составляющая в аустенитно-ферритной стали должна быть в пределах 3 - 5 % феррита. Для предупреждения межкристаллитной коррозии, кроме того, необходимо применять сварку на низких режимах ( на уменьшенных токах, малой погонной энергии и электродами диаметром не более 4 - 5 мм), особенно для многослойных швов. [35]

Одним из дефектов аустенитно-мартенситных и аустенитно-ферритных сталей является склонность их при сварке к перегреву и охрупчиванию зоны влияния. Это вызывается ростом зерна в связи с перегревом ферритпой фазы, образующейся вблизи зоны сплавления. Охрупчиванию способствует также превращение обогащенного углеродом аустенита ( при высокой температуре аустенит переобогащается углеродом) в мартенсит с охлаждением шва. Снижение аустенитной фазы ниже 20 % повышает склонность их к межкристаллитной коррозии. Для предупреждения этого дефекта стремятся снизить содержание углерода в швах. Иногда назначают полную термообработку для восстановления коррозионных свойств. [36]

В двухфазных нестабилизированных аустенитно-ферритных сталях типа 20 Cr-5 Ni появление склонности к коррозии зависит от соотношения фаз. Если преобладает ферритная фаза и создаются замкнутые цепочки а-зерен, то коррозия протекает со скоростями, характерными для феррита, а если преобладают аустенитные зерна, то со скоростями, характерными для аустенита. В связи с этим в двухфазных нестабилизированных сталях феррит способствует появлению склонности к коррозии после высокотемпературной обработки и уменьшает склонность к коррозии при температурах сенсибилизации, а аусте-нит действует противоположным образом. [37]

Тепловая хрупкость ряда аустенитных и особенно аустенитно-ферритных сталей проявляется как после температурных выдержек при 600 - 800 С ( в связи с образованием новых структурных фаз), так иногда и после выдержек при температурах около 500 С и замедленном охлаждении с этих температур. Особенностью теплового воздействия температур 600 - 800 С на аустенитные стали является то, что кроме снижения ударной вязкости при этом наблюдается также снижение относительных удлинения и сужения при испытаниях на растяжение и повышение прочностных свойств. [38]

При сварке ( с разделкой кромок) аустенитно-ферритной стали типа 18 - 8 электродной проволокой марки Св - 13Х25Н18 шов имеет чистоаустенитную структуру. [40]

Таким образом, воздействие кислорода на первичную структуру аустенитно-ферритных сталей связано, в первую очередь, с окислением ферритообразующих элементов и присутствием в металле швов определенного количества неметаллических оксидных включений. [42]

Механизм межкристаллитной коррозии и термические способы восстановления свойств аустенитно-ферритных сталей и аустенитных анологичны. [43]

К числу основных проблем, возникающих при сварке аустенитно-ферритных сталей , относятся пониженные пластичность, ударная вязкость и склонность к коррозии сварных соединений. [44]

В ряде работ было показано, что в аустенитно-ферритных сталях , находящихся в щелочных средах, преимущественному коррозионному разрушению подвергается ферритная структура. Отмеченное подтверждается результатами работы [9], в которой показано влияние погонной энергии на коррозионную стойкость сварных соединений стали типа 10X21Н5Т, выполненных дуговой сваркой под флюсом. С увеличением погонной энергии от 320 до 3700 кДж / м скорость коррозии сварных соединений при аустенитном варианте в 40 % - ном водном растворе едкого натра возрастает в 6 раз. Это объясняется, с одной стороны, увеличением содержания ферритной фазы в металле околошовного участка ЗТВ, склонной к растворению в коррозион-но-активной среде, а с другой - возрастанием тока коррозии в макросистеме аустенитный шов - аустенитно-ферритный основной металл из-за наличия разности потенциалов между ними. [45]

Читайте также: