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加氢反应器堆焊层铁素体含量及其测定吕锋杰张权良摘要：加氢反应器作为炼油过程中的核心反应设备，其运行工况相当苛刻，全面检验中其铁素体含量的检测是一个重要环节。
本文讨论了控制堆焊层中铁素体含量的意义，在对目前的铁素体测量方法对比分析基础上，采用了磁导率铁素体仪对某加氢反应器堆焊层的铁素体含量进行测定，结合本次检验，本文对MP30铁素体测定仪的检测要求和操作要领进行了归纳，为铁素体仪的应用推广提供帮助。
关键词：铁素体、加氢反应器、检测0前言武汉石化重整加氢车间有一台加氢精制反应器，2008年停产检修期间，本所负责对其进行全面检验，加氢反应器作为加氢重整装置中的核心设备，无论从生产或是从安全考虑都居于极其重要的地位，加上其容积大、壁厚大、结构复杂、制造要求高，又在苛刻的条件下长期运行，因此，其在用检验是责任重大的工作。
按照标准要求，堆焊层中铁素体含量应控制在3％——10%，它们的存在对堆焊层钢的强韧性、抗氢致开裂、耐腐蚀性能及焊接性等产生一定的影响，所以需要对其含量进行精确测定。
1 加氢反应器主要参数尺寸规格：φ=3000mm（内径）、L=22791mm（容器高）、105.5mm（筒体壁厚）、66.5（球型封头壁厚）；几何容积：113m3；制造单位：中国第一重型机械厂；投用日期：2002年10月；压力：设计压力9.5MPa、操作压力9.0MPa；温度：设计温度435℃、操作温度420℃；工作介质：柴油、氢气和硫化氢；主体材质：基材为2.25Cr-1Mo（厚度为99mm）、过渡层为E-309L、堆焊层为E-347（堆焊层厚度不小于3mm）；2 铁素体含量超标的危害在重整加氢工艺中，使用的反应器为了抗高温高压条件下氢的腐蚀，所以一般使用2.25Cr-1Mo制造。
由于介质中含有硫化氢，而Cr－Mo钢不耐硫化氢的腐蚀，所以，在加氢反应器的内壁还需要堆焊耐腐蚀的不锈钢。
该加氢精制反应器内壁采用E-347单层带机堆焊（堆焊层厚度不小于3mm），堆焊层金相组织因为均匀的奥氏体和铁素体（δ相）双相组织，一般铁素体含量应控制在3%～10％。
测定双相不锈钢焊缝铁素体含量的方法一、引言在不锈钢焊接领域，铁素体含量的测定是非常重要的，因为它能够直接影响焊缝的性能和耐腐蚀能力。
铁素体是不锈钢中的一种组织结构，对于焊接性能和力学性能具有重要影响。
本文将介绍几种常见的测定双相不锈钢焊缝铁素体含量的方法，并对其优劣进行评估。
二、金相显微镜法金相显微镜法是一种常用的测定铁素体含量的方法。
它通过观察样品的金相组织结构，利用显微镜对铁素体和奥氏体进行标记和计数。
该方法需要对样品进行金相腐蚀、切割和抛光等预处理工艺，并利用金相显微镜进行观察和分析。
根据铁素体和奥氏体的数量和面积比例，计算出铁素体含量。
这种方法准确度较高，但对操作人员要求较高，不适合大规模应用。
三、X射线衍射法X射线衍射法是通过测定不锈钢焊缝样品中的晶体衍射图样，进行铁素体含量测定的一种常用方法。
该方法需要将焊缝样品粉末化处理，然后进行X射线衍射分析。
由于铁素体和奥氏体具有不同的晶体结构，它们会产生不同的衍射峰。
通过测量和分析衍射峰的位置和强度，可以计算出铁素体的含量。
这种方法准确度较高，但设备成本较高，需要专门的实验条件和操作技术。
四、电磁能谱法电磁能谱法是一种利用电磁波与物质相互作用的方法，用于测定物质中的成分和含量。
在测定双相不锈钢焊缝铁素体含量时，可以利用电磁能谱仪对焊缝样品进行分析。
该方法基于不同物质对电磁波的吸收、散射和发射特性，通过测量电磁辐射的能谱分布，可以得到铁素体和奥氏体的含量信息。
相比于前两种方法，电磁能谱法操作简单，分析速度快，适合大规模应用，但准确度相对较低。
五、综合评估综合以上几种方法的优缺点，对于测定双相不锈钢焊缝铁素体含量，可以根据具体需求选择合适的方法。
金相显微镜法准确度高，但操作较为繁琐；X射线衍射法准确度高，但设备成本高；电磁能谱法操作简单，但准确度较低。
可以根据实际情况选择适合的方法进行测定，并在相应的实验条件下进行操作。
六、观点和理解从实际应用角度来看，目前常用的方法主要是金相显微镜法和X射线衍射法。
奥氏体不锈钢金属中铁素体数的测量摘要：一、引言二、奥氏体不锈钢金属中铁素体的特点三、测量奥氏体不锈钢金属中铁素体数的常用方法1.金相法2.光谱法3.X射线衍射法四、各种测量方法的优缺点分析五、测量结果的影响因素六、总结正文：奥氏体不锈钢金属是现代工业中应用广泛的一种材料，其中铁素体的含量对其性能起着关键作用。
因此，准确测量奥氏体不锈钢金属中的铁素体数具有重要意义。
本文将介绍奥氏体不锈钢金属中铁素体数的测量方法及相关内容。
奥氏体不锈钢金属中的铁素体，具有较高的晶格常数和较小的晶粒尺寸，能够显著提高金属的强度和硬度。
同时，铁素体还会对不锈钢的耐蚀性、耐磨性等性能产生影响。
因此，在生产和研究中，需要对奥氏体不锈钢金属中的铁素体数进行精确测量。
目前，常用的测量奥氏体不锈钢金属中铁素体数的方法主要包括金相法、光谱法和X射线衍射法。
金相法是通过光学显微镜观察奥氏体不锈钢金属的组织形态，从而估计铁素体的数量。
这种方法具有操作简便、成本低廉的优点，但测量结果受到观察者经验和主观判断的影响较大，精度较低。
光谱法是利用光谱仪分析奥氏体不锈钢金属中的化学成分，从而计算出铁素体的数量。
这种方法具有较高的准确性，但需要对样品进行破坏性取样，且对仪器的要求较高，成本较高。
X射线衍射法是通过测量奥氏体不锈钢金属的衍射峰高度，推算出铁素体的含量。
这种方法具有较高的精度，且对样品无破坏性，但仪器设备较为复杂，成本较高。
各种测量方法的优缺点不同，需要根据实际应用场景和需求进行选择。
同时，测量结果会受到样品制备、仪器精度等因素的影响，因此在实际操作过程中需要注意控制这些影响因素。
总之，准确测量奥氏体不锈钢金属中的铁素体数对于掌握材料性能和优化生产工艺具有重要意义。
试验与研究奥氏体不锈钢焊管焊缝铁素体含量及其测定何德孚1,曹志樑2,周志江3,蔡新强2,徐阿敏2(1.久立焊管研究所,上海200233;2.久立不锈钢管有限公司,浙江湖州313012;3.久立集团股份有限公司,浙江湖州313012)摘 要:奥氏体不锈钢焊缝通常含有少量铁素体,它对奥氏体不锈钢焊管的强韧性、耐腐蚀性、焊接性都可能有优化或劣化影响,简要评述了这些影响及铁素体含量的测定方法。
关键词:奥氏体不锈钢焊管;焊缝;铁素体含量;磁测法;金相法;化学分析-图谱法中图分类号:TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-3938(2007)05-0030-060 前 言浙江久立不锈钢管有限公司销售给江苏常熟某日资企业一批奥氏体不锈钢焊管,客户对其中一根钢管材质提出了质疑,依据是他们可以用磁铁吸住这根钢管,因此认为其材质不是奥氏体不锈 钢 而是 铁 。
虽经销售员多方解释说明,该客户仍坚持要委托第三方做仲裁检验。
后经上海材料研究所检测中心证明,这根钢管不仅材质,而且晶间腐蚀试验均符合订货合同所依据的GB /T 12771 2000标准的规定。
这种现象反映出来的问题实质是奥氏体不锈钢及其焊缝金属中铁素体的含量和铁素体含量测定方法以及对不锈钢可能产生的有害影响,这个问题国外在1960~1980年曾经讨论过。
我国目前正处于不锈钢及不锈钢焊管生产及工业应用的快速发展时期,2005年不锈钢年产量已达316 104,t 仅次于日本,2006年有可能会超过日本而成为全球不锈钢第一生产大国。
正确认识这些问题对广大用户及不锈钢管制造商都十分有意义。
笔者对上述问题进行分析,以供广大业内人士讨论和参考。
1 奥氏体不锈钢焊管焊缝铁素体含量稍高是常见现象常温下奥氏体(面心立方晶格)不锈钢是无磁性的,而铁素体(体心立方晶格)不锈钢是有磁性的,因此人们常用磁铁能否吸引来区分它们。
但是这种简单的方法有时可能会造成误判,原因是:(1)奥氏体是奥氏体不锈钢冶炼、轧制后期的相变产物,其前期即不锈钢熔炼到铸锭冷却结晶的过程中会出现铁素体及铁素体相变为奥氏体的过程,由于种种原因,奥氏体不锈钢会包含少量铁素体且分布不均匀。
奥氏体及双相不锈钢铁素体含量测定方法探讨康继【摘要】全面介绍了检测奥氏体及双相不锈钢中铁素体含量的三种常用方法:化学分析-图谱法,金相法及磁性法.应根据检测对象选择合适的检测方法.【期刊名称】《大型铸锻件》【年(卷),期】2010(000)005【总页数】3页(P42-44)【关键词】铁素体含量;测定;方法;奥氏体不锈钢;双相不锈钢【作者】康继【作者单位】中国一重黑龙江铸锻钢制造有限公司,黑龙江161042【正文语种】中文【中图分类】TG142.71奥氏体和双相不锈钢中的铁素体含量对其力学性能、耐腐蚀性和加工性能有很大影响，正确测定其铁素体含量就成为至关重要的问题[1]。
实际中常用的奥氏体及双相不锈钢铁素体测定方法有三种：化学分析-图谱法，金相法和磁性法。
1 化学分析-图谱法为了说明某些元素对奥氏体及双相不锈钢中铁素体形成的作用，许多学者进行了大量研究工作，提出了铬当量(Creq)和镍当量(Nieq)的概念和经验计算公式。
其中最著名的是用于描述金属焊缝组织与铬镍当量关系的Schaeffer图与Delong图。
严格来说，用这两个图并不能精确地判定变形奥氏体及双相不锈钢中铁素体形成量，但对于定性估计这类钢中铁素体形成的可能性及相对数量还是有一定的指导意义。
Hammond对于变形奥氏体不锈钢就提出了预测铁素体含量的图。
实际也表明，当采用Schaeffer公式计算铬当量，而用Delong公式计算镍当量时，则可变形Cr-Ni双相不锈钢中铁素体含量的计算与实际含量能较好地吻合[2]。
使用化学分析-图谱法，只要测出奥氏体及双相不锈钢的化学成分就能很快判定铁素体含量。
生产实际中，如果使用便携式光谱分析仪，就能实现奥氏体及双相不锈钢产品铁素体含量的现场无损快速判断，该法目前较为实用[3]。
而这些图谱用于半定量地预测不锈钢中铁素体含量也是比较有效的。
大量的试验和调查表明，由于热工艺因素、成分化学分析误差以及组织图本身的误差与局限性等综合因素的影响，将会在计算值与实测值之间造成较大的偏差。
不锈钢核级焊缝铁素体含量测定方法差异摘要：本文从不锈钢焊缝铁素体含量要求出发，阐述了铁素体含量测定的三种常用方法，对三种方法的差异进行分析，得出三种方法的逻辑关系，对铁素体含量测定方法的选择起指导作用。
关键词：不锈钢、铁素体、方法、差异0前言压力容器的不锈钢焊接技术方面的焊接裂纹，焊接接头的耐腐蚀性能，焊接和熔敷金属的脆化问题是影响产品使用性能和寿命的关键，对装载不同介质的不锈钢容器的焊缝规定要求控制不同的铁素体含量，来保证压力容器产品的品质，所以，在核电站建造过程的不锈钢焊接生产工作中，大多都需要方便而准确地控制和测量焊缝和熔敷金属的铁素体含量。
目前普遍使用的方法有金相法、磁性法、Delong图法。
据奥氏体不锈钢焊接理论：当焊缝组织中有3～8%δ铁素体时，奥氏体和δ铁素体的双相组织具有较高的抗热裂纹的能力，因为δ铁素体对S、P、Si等元素有较高的溶解度，能有效地降低凝固时残液的杂质含量，最终提高抗裂性能。
另外，焊接材料中铁素体为4～12%的焊接材料有利于增加焊缝的抗晶间腐蚀性能，因为δ铁素体分布在奥氏体晶粒的晶界，有阻隔晶界通道并延伸总通道长度的作用，对减少晶间腐蚀是有效的。
18-8型核级奥氏体不锈钢的供货状态为固溶状态，其母材的铁素体含量实测值约为0.3%Fe左右，设计技术要求焊丝的铁素体含量为5～12%Fe，目的是提高焊缝熔敷金属铁素体含量，即提高焊缝的抗晶间腐蚀性能。
1铁素体试样选取母材：Z2CN18.10和焊材，OKTigrodN316LOK63.25N的焊接件；焊接采用不锈钢对接焊工艺，抽取6个样品的数据，并获每个样品采用Delong图法、磁性法和金相法进行铁素体测定。
2铁素体含量测定方法在不锈钢核级焊缝铁素体含量测定的控制和管理中发现，目前核电站在建造过程中对不锈钢核级焊缝铁素体含量测定方法为Delong图法或磁性法，较少使用金相法。
2.1DELONG图法DELONG图法是依据RCCMS2500.3DELONG图-计算δ铁素体百分比含量。
一、概述奥氏体不锈钢是一种重要的不锈钢材料，其具有良好的耐腐蚀性和机械性能，被广泛应用于化工、航空航天、轮船制造等领域。
奥氏体不锈钢中铁素体的含量是影响其性能和应用的重要因素。
准确计算奥氏体不锈钢中的铁素体含量对于材料的质量控制和工程应用具有重要意义。
二、奥氏体不锈钢中铁素体含量计算的方法1. 磁通法磁通法是通过测量材料的磁通和磁场强度来计算铁素体含量的方法。
具体步骤如下：（1）将奥氏体不锈钢样品置于磁场中，测量其磁通；（2）根据磁通和磁场强度的关系，计算出样品中铁素体的含量。
2. 腐蚀法腐蚀法是通过将奥氏体不锈钢样品置于腐蚀液中，让铁素体被腐蚀掉，然后测量样品的重量差来计算铁素体含量的方法。
具体步骤如下：（1）将奥氏体不锈钢样品置于腐蚀液中，让铁素体被腐蚀掉；（2）取出样品，干燥并称重，计算出铁素体的含量。
3. 金相显微镜观察法利用金相显微镜观察样品的组织结构，区分奥氏体和铁素体，并计算其含量。
具体步骤如下：（1）制备奥氏体不锈钢样品的金相试样；（2）在金相显微镜下观察样品的组织结构，根据铁素体的面积比例计算其含量。
4. X射线衍射法X射线衍射法是通过测量奥氏体不锈钢样品的X射线衍射图，计算出铁素体的含量。
具体步骤如下：（1）制备奥氏体不锈钢样品的X射线衍射试样；（2）通过X射线衍射仪测量样品的衍射图谱，计算出铁素体和奥氏体的相对含量。
三、各种方法的优缺点1. 磁通法的优点是简单易行，但对样品的形状和尺寸要求较高，且只适用于含铁素体量不大的样品。
2. 腐蚀法的优点是适用范围广，但易受腐蚀液成分和温度的影响，且操作过程中需注意安全。
3. 金相显微镜观察法的优点是直观，但需要经验丰富的操作人员来进行观察和分析。
4. X射线衍射法的优点是精确度高，但设备成本较高。
四、结论奥氏体不锈钢中铁素体含量的准确计算对于材料的质量控制和工程应用具有重要意义。
不同的计算方法各有优缺点，可以根据具体的需求和条件进行选择。
届蕊生产应用铁素体含量测试方法及通用性刘肖！，张维"，王理！，党莹！，魏光强！，吴昉赞"（1.中国核动力研究设计院，反应堆燃料及材料重点实验室，成都#10213#2.中核核电运行管理有限公司，浙江海盐314300）摘要：磁测法是铁素体含量测试最有效、精确度最高的方法。
但由于制造和标定的原理不同,磁测法测试仪器往往不能通用。
为了对焊缝质量进行有效评价,研究通过多层堆焊的方法制备二级标样,分别采用磁测法、图谱法和金相法对试样的铁素体含量进行了检测和分析，并以制备的二级标样为载体获得了国产和进口2种铁素体测试仪的校核曲线。
试验结果表明，磁测法与金相法的检测结果接近，图谱法的相对误差较大，以二级标样作为中间载体获得的校核曲线可以不同仪器测试结果的评价。
关键词：铁素体含量；磁测法；堆焊；二级标样中图分类号：TG4060前言体不有的强度、的耐腐蚀和抗辐照损伤等，用于堆本体及-焊接作为的连接方式，是备制造、的和。
由于体不焊缝，产理性的焊接和焊缝晶间腐蚀，工往往通过在焊缝中定数量的铁素体，使其为奥氏体含少量铁素体的双相，有效.焊接的产生，并能高焊缝的抗晶间腐蚀能力。
体不焊缝中的铁素体体积分数为3%~5%，铁素体能和硫，析，的产生。
铁素体含量的，强度高，但过12%以后，在高作为！相，焊缝的，由于铁素体与体体的、度、等方面的差异，过多的铁素体相相’产，料的安全性和使用寿命［1-4］o 因此，有必要对不焊缝中的铁素体含量进行精确的测量，这对控制焊缝质量、制定设计要求及解决实际问题具有非常的意义。
目前，测定铁素体含量的方法有金相法、图谱法和磁测法。
这几种方法的精确度和适用范围各不相同，测试结果也存在较大差异。
在这些方法中，磁测法的精度最高，操作最简单、快捷，应用最。
但由收稿日期：2020-09-02doi:10.12073/j.hj.20200902001于铁素体测试仪的原理有磁导率和磁吸引力之分，校准标样的制备方法也有以美国为代表的堆焊法和俄罗斯的离心冷铸法。
奥氏体不锈钢铸件中铁素体含量测定1 范围本标准规定了奥氏体不锈钢铸件中铁素体含量测定方法中的金相法、磁性法、化学成分法和试验报告。
本标准适用于Cr-Ni奥氏体不锈钢铸件中铁素体含量的测定；双相不锈钢铸件中铁素体含量的测定参照执行。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 1954 铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法（GB/T 1954-2008，ISO 8249:2000，MOD）GB/T 5678 铸造合金光谱分析取样方法GB/T 13298 金属显微组织检验方法GB/T 13305 不锈钢中α-相面积含量金相测定法GB/T 15749 定量金相测定方法GB/T 20066 钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法（GB/T 20066-2006，ISO 14284：1996，IDT）3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
铁素体 ferrite碳溶解在α-Fe或δ-Fe中形成的具有体心立方结构的间隙固溶体。
铁素体含量 ferrite percentage以体积百分比表示的铁素体的含量。
阈值分割 threshold division根据临界值把图像转换为只有两种颜色的二值图像。
体视学 stereology由二维截面或投影面上的图像特征参数复原（或推证）三维空间图像形貌的学科。
4 金相法总则根据GB/T 15749，体视学互换公式表示为式（1）。
V V=A A=L L=P P (1)式中：V V——待测物相体积分数，%；A A——待测物相面积分数，%；L L——待测物相线分数，%；（4.3.4.2中有说明）P P——待测物相点分数，%。
（4.3.4.1中有说明）经研磨、抛光和浸蚀后的试样应能完整、真实、清晰地显示出铁素体的轮廓，不应有浸蚀不足或过度现象。
关于奥氏体不锈钢中铁素体含量说明摘要：介绍了奥氏体不锈钢中铁素体的作用和测量方法，分析了奥氏体不锈钢中铁素体形成机理，重点阐述了采用不锈钢组织图和合金元素铬当量与镍当量控制奥氏体不锈钢中铁素体含量的计算方法。
1 概述奥氏体不锈钢具有较好的耐蚀性、耐热性、耐低温性及良好的易成形性和优异的可焊接性，是不锈钢系列材料中重要的一类，其产量约占不锈钢总产量的70%。
不锈钢阀门主体材料几乎全部采用奥氏体不锈钢，而阀门行业对奥氏体不锈钢的认识水平，还仅涉及其化学成分和力学性能方面。
随着科技进步，在核电站、核反应堆工程用核安全级阀门、国防军工用特种阀门以及大型化工装置中“SHA 级”管道重要阀门，都相继对奥氏体不锈钢焊接母材和焊缝中的铁素体含量进行了规定。
因此，必须掌握奥氏体不锈钢中铁素体含量的测量和计算方法。
2 奥氏体不锈钢中铁素体的作用分析奥氏体不锈钢中铁素体的作用是十分重要的技术基础，只有通过深入的研究，充分的了解和掌握铁素体的正面（有利）和负面（不利）的作用，才能正确的加以利用或控制。
奥氏体不锈钢中铁素体的作用，对阀门来讲，最重要的方面是对焊接性能的影响，其次是对材料耐腐蚀性能、力学性能和加工性能的影响。
2.1 含量不锈钢阀门的承压件（阀体、阀盖和阀瓣）大部分材料采用ASTM A351 中的 C F类不锈钢铸件和ASTM A182 中的F304 和F316 类不锈钢锻件，其属于18-8 型和18-12 型（其数值表示Cr 和Ni 的大致含量）奥氏体不锈钢。
不锈钢按晶体结构分为奥氏体、铁素体和马氏体。
奥氏体具有面心立方晶体结构，无磁性。
铁素体具有体心立方晶体结构，有磁性。
应当指出，冶金产品称谓的奥氏体不锈钢，并不表明它的组织结构必须是100% 的奥氏体。
在不锈钢阀门和零件验收时，常可见到用磁铁来吸引被检测物体，若出现有弱磁性就以此认为产品存在质量问题，其实这是对奥氏体不锈钢的一种误解，这种做法往往容易造成错误判断。
试验与研究奥氏体不锈钢焊管焊缝铁素体含量及其测定何德孚1,曹志樑2,周志江3,蔡新强2,徐阿敏2(1.久立焊管研究所,上海200233;2.久立不锈钢管有限公司,浙江湖州313012;3.久立集团股份有限公司,浙江湖州313012)摘 要:奥氏体不锈钢焊缝通常含有少量铁素体,它对奥氏体不锈钢焊管的强韧性、耐腐蚀性、焊接性都可能有优化或劣化影响,简要评述了这些影响及铁素体含量的测定方法。
关键词:奥氏体不锈钢焊管;焊缝;铁素体含量;磁测法;金相法;化学分析-图谱法中图分类号:TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-3938(2007)05-0030-060 前 言浙江久立不锈钢管有限公司销售给江苏常熟某日资企业一批奥氏体不锈钢焊管,客户对其中一根钢管材质提出了质疑,依据是他们可以用磁铁吸住这根钢管,因此认为其材质不是奥氏体不锈 钢 而是 铁 。
虽经销售员多方解释说明,该客户仍坚持要委托第三方做仲裁检验。
后经上海材料研究所检测中心证明,这根钢管不仅材质,而且晶间腐蚀试验均符合订货合同所依据的GB /T 12771 2000标准的规定。
这种现象反映出来的问题实质是奥氏体不锈钢及其焊缝金属中铁素体的含量和铁素体含量测定方法以及对不锈钢可能产生的有害影响,这个问题国外在1960~1980年曾经讨论过。
我国目前正处于不锈钢及不锈钢焊管生产及工业应用的快速发展时期,2005年不锈钢年产量已达316 104,t 仅次于日本,2006年有可能会超过日本而成为全球不锈钢第一生产大国。
正确认识这些问题对广大用户及不锈钢管制造商都十分有意义。
笔者对上述问题进行分析,以供广大业内人士讨论和参考。
1 奥氏体不锈钢焊管焊缝铁素体含量稍高是常见现象常温下奥氏体(面心立方晶格)不锈钢是无磁性的,而铁素体(体心立方晶格)不锈钢是有磁性的,因此人们常用磁铁能否吸引来区分它们。
但是这种简单的方法有时可能会造成误判,原因是:(1)奥氏体是奥氏体不锈钢冶炼、轧制后期的相变产物,其前期即不锈钢熔炼到铸锭冷却结晶的过程中会出现铁素体及铁素体相变为奥氏体的过程,由于种种原因,奥氏体不锈钢会包含少量铁素体且分布不均匀。
但轧制的奥氏体不锈钢薄板,其铁素体含量可以控制在2%以下[1]。
(2)现代技术制造的稀土钴永磁铁,其磁场的能量密度可高达250~440kJ/m 3,比传统的Fe -C r-Co 永磁铁高5~8倍[2]。
这种强磁铁就可能对含有少量铁素体的奥氏体不锈钢产生吸引力,甚至吸住奥氏体不锈钢。
(3)奥氏体不锈钢焊管焊缝区特定的冷却结晶条件是:熔池体积很小,焊缝金属的晶体是在熔池底部及边缘沿着母材半熔化区残留的晶体外延生长,结晶速度起初很慢,但在焊缝中心区很快,焊缝金属冷却结晶是在不平衡热力学条件下快速形成的。
因此,造成焊缝金属的化学成分因凝固过程中的偏析而很不均匀,从而导致奥氏体不锈钢焊缝区铁素体含量可能较高且很不均匀,普通304不锈钢焊缝铁素体含量可达到5%~7%。
美国机械工程学会(AS ME )1980年对1034根不锈钢焊管产品所做的调查研究发现,其中只有0.2%30 焊管 第30卷第5期 2007年9月的焊缝铁素体含量小于3%,近60%的焊缝铁素体含量大于8%~10%(见表1)[3]。
表1 美国对常用奥氏体不锈钢焊管产品焊缝铁素体含量的调查测定的焊缝铁素体数FN焊缝数目/条所占比例/%<3 3~9 10 11 12 >122418129212180930.243.412.520.517.49.0注:①焊缝焊接方法:GTAW占61%,S M AW占20%, S AW占17%,GMAW+FCAW占2%;②表中所列产品焊缝工艺评判的FN值为3~10。
(4)不锈钢管铁素体含量取决于其化学成分,特别是N i的含量或N i当量(N ieq=N i+35C +20N+0.25Cu)或N i当量与C r当量(C req=C r +M o+0.7Nb)之比。
由于目前世界N i价飞涨,钢厂在冶炼奥氏体不锈钢时总是把N i含量控制在标准值的最低限,这就可能造成奥氏体不锈钢管铁素体含量略为偏高。
N i含量较高的奥氏体不锈钢,例如我国的OCr25N i20(相当于美国的310)是可以得到全奥氏体焊缝组织的,只是其价格太高。
此外,增加N 含量也是降低奥氏体钢及焊缝铁素体含量的有效途径,我们已在文献[4]中给出了专门讨论。
3 铁素体含量对不锈钢管的影响自从奥氏体不锈钢焊管投入工业应用以来,焊缝的铁素体含量始终是一个备受关注的深层次问题。
这是因为它们的存在的确会对奥氏体不锈钢的强韧性、耐腐蚀性及焊接性等产生一定的影响。
这些问题有的已经弄清,有一些则有待进一步探索。
以下是笔者的看法:(1)铁素体的强度较高,而塑性及韧性较差,它的存在自然会对奥氏体强韧性有影响,但在一般应用中只要铁素体含量不太高,例如10%左右,这种影响是可以允许的。
特殊情况可以通过附加焊缝金属拉伸试验、常温或低温冲击试验来加以测定。
(2)铁素体对奥氏体不锈钢耐腐蚀性的影响是一个十分复杂,难以简单说清的问题。
由于不锈钢应用中的腐蚀主要是晶间腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀及应力腐蚀开裂等局部腐蚀。
其中晶间腐蚀在焊管中主要是由焊缝热影响区敏化造成Cr耗尽引起的,缝隙腐蚀在焊管中主要是跟未焊透等焊接缺陷有关,只有孔蚀和应力腐蚀开裂与铁素体含量有一定关系,详述如下。
①早期研究曾经简单地认为焊缝中的铁素体对孔蚀起促进作用,因此是有害的[5-6]。
有些试验结果也证明了这一点。
但随后的研究指出,退火或未经退火的焊缝金属的孔蚀始发点都发生在由于微观偏析造成的树枝晶中心的C r,M o耗尽区(见表2),这种C r,M o在树枝晶芯杆上的空芯效果在以奥氏体为初始凝固相的焊缝金属中更为明显,这就说明铁素体的存在对不锈钢的影响不大[7]。
还有研究者指出S的偏析才是在铁素体/奥氏体界面上发生孔蚀的更重要因素[8],这使得304L自熔(GTA W)焊缝以铁素体为初始凝固模式中的铁素体/奥氏体界面成为孔蚀的最敏感位置。
此外还发现介质条件(HC,l HNO3、酸性Fe C l3溶液浓度或p H值)、焊接方法及热输入(影响偏析程度)都可能对上述孔蚀敏感位置产生影响[9-10]。
表2 焊缝金属微观偏析的电子探针分析实例[7]试样316LC r M o317LCr M o28Y3C r M o母材16.32.818.43.215.9 5.0焊态焊缝金属树枝晶芯14.31.814.22.014.7 3.1树枝晶间相20.15.7124.06.618.09.8 900 1h时效处理焊缝金属树枝晶芯14.82.417.62.314.1 2.8树枝晶间相21.710.525.29.318.914.1②铁素体含量对奥氏体不锈钢焊缝金属抗应力腐蚀的影响同样是复杂的,它不仅取决于化学成分、介质环境及试验技术,还取决于铁素体含量、形态分布及凝固模式。
有的观点认为铁素体能改善奥氏体不锈钢焊缝抗应力腐蚀性能,因此焊缝比母材及热影响区的抗应力腐蚀性能更好[11],但也有持相反观点的[12],认为铁素体的阳极溶解是304钢在H C l+N a C l溶液中应力腐蚀开裂敏感的原因。
文献[13]则认为铁素体含量增加时,铁素体形态从不连续蠕虫状变为连续蠕虫状或网络状时,焊缝抗应力腐蚀性降低。
焊后热处理能使铁素体相变并球状化,但只有足够高的31第30卷第5期 何德孚等:奥氏体不锈钢焊管焊缝铁素体含量及其测定退火温度加上足够长时间,例如10~100h 才能完全相变而使其抗应力腐蚀性能明显提高,铁素体含量越高,完全相变的时间就越长,这在实际生产中是难以做到的,即使这样长时间高温退火以后铁素体含量较高的奥氏体不锈钢焊缝的抗应力腐蚀性能也不理想。
因此焊后短时间的高温退火只能使碳化物相及 相分解,使C 、C r 等重新固溶进入奥氏体,不能完全使铁素体相变为奥氏体。
(3)铁素体含量对奥氏体不锈钢焊缝的焊接性,特别是焊缝在焊接过程中的抗凝固裂缝性能有积极的影响,在焊管生产过程中为了保持较高的焊接速度,使焊缝中含有3%~5%铁素体是有益的,我们已在文献[14]中详细讨论过。
4 铁素体含量的测定方法鉴于铁素体可使奥氏体不锈钢焊缝性能劣化,或又可产生有益的影响,因此测定它的含量就成为人们关注的焦点。
表3为奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测定及仪器的概况,包括磁测法、金相法、化学分析图谱法及波谱法四类。
下面仅对应用广泛的前三类进行评述[15-16]。
4.1 磁测法磁测方法是研究得最多的方法(表3中编号101~127),按检测量(指标)它又分为磁饱和、磁导率及磁吸力三类,人们曾经期望用无损检测方法能直接判断与铁素体相关的焊缝性能,但至今仍难实现。
原因是:(1)所有磁测方法都只能测定与铁素体含量相关的某一磁性物理量,美国人把它称为无量纲的铁素体数(F N ),而不能直接获得其真值或体积分数FP 。
虽然研究表明铁素体含量较低时,例如FN <8时,FN FP ;但当FN >8时,FN >FP 且呈非线性。
(2)磁测法每次检测的采样体积相对都较大,且不同仪器采样体积不一致,这对铁素体含量、形态、分布很不均匀的奥氏体不锈钢焊缝来说,会造成测定结果的重现性和精确度都很差。
不同国家的实验室,甚至不同操作人员的测定结果很难相互比较,为此,美国焊接学会颁布了一项表3 检测奥氏体不锈钢焊缝金属中铁素体含量的方法及仪器概貌[15-16]检测指标仪 器检测原理概述测量范围F P /%校 验试样形状编号磁饱和强度饱和磁化仪Sat ura ti on m agnetiza ti on 在饱和磁场强度下样品总磁化强度用该仪器测定为4 Is ,铁素体含量为(4 Is /4 If)100%,式中4 If 为铁素体单独的磁化强度0~100不需要(但在日本采用定量金相法初步确定铁素体含量的焊缝金属标样进行校验)圆柱形 101(在微弱或中等交变磁场中的)磁导率磁导仪(铁素体仪)P er m asc ope F erri tsc ope 仪器的线圈在高频条件测定取决于放在软铁芯两个顶尖之间的样品铁素体含量的感抗1~701~30仪器生产商无核验数据,De l ong 推荐用按NBS 标准校验过的磁规测定过的焊缝金属足够尺寸的平试件111FVD -2铁磁仪F erri tector仪器二次电路的高频电流取决于探头线圈底下样品的铁素体含量<20用经饱和磁化仪定量金相法测定铁素体含量的焊缝金属标样 不重要 112铁素体探测仪Ferrit o m e t er 类似于F VD -20~25用具有任意标定铁素体值的非磁性镀层厚度标样或向上也许不重要113铁素体含量仪F errit econt en-tm eter 1.053类似于F VD -20~50若R > 1.5mm 不重要114F T S-2铁素体仪f errit o m e t er 差动变压器中的50H Z 二次电流取决于测量线圈内所置试样的铁素体含量<20用经饱和磁化仪定量金相法测定铁素体含量的焊缝金属标样 圆柱形 115铁素体仪f errit o m e t er 类似于F VD -2,但以50H Z AC 代替高频用经定量金相测定铁素体含量的F e Cu 压实件扁圆柱 116膜厚测定仪El co m e t er 仪器软磁针偏转角取决于两个磁极靴下面所置样品的铁素体含量4~29用具有任意标定铁素体含量的非磁性镀层厚度标样扁圆柱,可为足够尺寸任意平试件117磁导率磁测仪M agnetoscope用仪器的二个探针测量取决永磁体下所置样品铁素体含量的永磁体轴的垂直方向磁场分量0~20用饱和磁化或定量金相法测定具有铁素体含量的焊缝金属标样的粉末压铸件足够尺寸的任意平试件118铁磁计F errit ppruf er DE W 从仪器样品表面除去探头的永磁体时磁通变化取决于样品的铁素体含量0~50用冷轧薄金属带或用饱和磁化测定铁素体含量的焊缝标样同上119铁素体仪F M -1Ferrit o m e t er通过焊管纵缝相对于待测焊缝表面3mm 以上探头运动磁导率自动非接触测量及记录铁素体含量0.5~10直接用经F VD -2铁素体仪或 相仪FA -1测定铁素体含量的焊管焊缝任何足够尺寸的平或圆试件11032 焊 管2007年9月续表3检测指标仪 器检测原理概述测量范围F P/%校 验试样形状编号磁吸力铁素体指示仪F erri te I ndi cator用测定仪器的永磁体是否被未知的焊缝金属样品或已知铁素体含量的内附件吸住,籍助于改换内附件可识别待测样品的铁素体含量1.5~15任意足够尺寸平试件121改进型铁素体仪M odifi ed F errit eInd i cator同上,但已知铁素体含量的内置式可更换附件只有一个纯F e,检测时它的距离连续减少直到永磁体比测试样品吸附件铁素体含量相当于在一个校验图中对应的距离值1~70用F e A l(Fe Mn)树脂压结件任意足够尺寸平试件122菲力浦平衡仪用平衡仪吸引样品的脉冲力为以mA测定的电磁体激磁点,铁素体含量相当于校验图上可找到的mA值0~20用F e烧结件任意足够尺寸平试件123 相仪A l pha-phase-m eter F A-1仪器使永磁体从检测样品表面脱开所需以mA测定的静态力,铁素体含量相当于校验图上对应的mA读数05~50用经饱和磁化及定量金相测定铁素体含量的焊缝金属标样任意足够尺寸的平试样124磁平衡仪M agnetic ba l anceVOF仪器使永磁体从检测样品表面脱开所需以mA测定的静态力,铁素体含量相当于校验图上对应的mA读数0~30用F e-Cu压实件任意足够尺寸的平试样125磁性规(仪)M agne gage磁扭转平衡仪使永磁体从焊缝金属表面脱开所需直接读出的刻度盘静态力读数,铁素体含量相当于校验图上对应刻度盘读数0~100①用Fe-Cu压实件,②用F e压实件,③用经定量金相法测定铁素体含量的焊缝金属标样,④用非磁性镀层厚度标样,⑤用①~④组合法任意足够尺寸的平试样126检测仪I nspec t or磁平衡仪直接以F N值测出使永磁体从待测样品脱开所需的静态力用按AWS A4.2-74焊缝金属二次标样任意足够尺寸的平试样127波谱波谱仪Spec t ro m e t er在M ossba uer波谱仪测得铁素体及奥氏体的波谱所对应区域推算出铁素体含量3任意平整表面试样201铁素体所占面积比点计数法Po i nt Count i n g含焊缝金相试验经抛光浸蚀后放大到100~1000倍在网格下对铁素体区域进行有序计数1~99按样品铁素体大致数值及精度要求选择足够视场(检测点)及网格尺度、放大倍数301线性截取法L i nearIntercept analysi s同上,铁素体含量等于铁素体粒子截取的线数1~99 同上 同上 302自动图象分析同上,放大1350~2000倍,在屏幕上由电脑作自动点计数或截取法分析1~99 同上 同上 303标样对比Co m-parison w it h A tl as同上,把1000倍未知焊缝与已知铁素体含量的参考标样图集作对比1~20 同上 304化学成分Scha eff er图谱按Creq=Cr+M o+1.5Si+0.5NbN i eq=N i+30C+0.5M n查S氏图谱0~100 不重要 401 De l ong图谱按Creq=Cr+M o+1.5Si+0.5NbN i eq=N i+30(C+N)+0.5Mn查D氏图谱0~14 不重要 402 WRC-92图谱按Creq=Cr+M o+0.7Nb,N i eq=N i+30C+20N+0.25Cu查WRC-92图谱0~60 不重要 403标准(AW S A4.2M/A4.2)对美、英、德制造的三种磁测仪器的校验程序做出了严格规定[17]。
