Tại sao cần kiểm tra Ferit (Ferrite) mối hàn thép không gỉ?

Tác giả: Thanh Sơn, bản quyền thuộc về baoduongcokhi.com

Ferit (Ferrite) là một pha của thép không gỉ được hình thành trong quá trình hàn. Sự hiện diện của Ferit trong mối hàn thép không gỉ có thể gây ra các vấn đề liên quan đến tính chất cơ học và độ bền của mối hàn, do đó kiểm tra Ferit là cần thiết để đảm bảo chất lượng của mối hàn.

Cụ thể, mối hàn có nồng độ Ferit quá cao có thể dẫn đến các vấn đề như sự cứng và giòn của mối hàn, dễ gãy hoặc nứt, không đáp ứng được các yêu cầu về độ bền và tính chất cơ học. Ngoài ra, sự hiện diện của Ferit cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của mối hàn và làm giảm tính thẩm thấu của mối hàn.

Do đó, kiểm tra Ferit trong mối hàn thép không gỉ là một phần quan trọng của quá trình kiểm tra chất lượng mối hàn để đảm bảo tính bền và hiệu quả của mối hàn. Các loại thép không gỉ thường bao gồm Austenit (như loại 304 và 316), Ferritic (như loại 430) và Duplex (như loại 2205).

Các loại thép khác như thép cacbon thường không yêu cầu kiểm tra Ferit. 

Kiểm tra ferit là gì? 

Kiểm tra ferit là một phương pháp chính xác, rất nhanh chóng và rẻ tiền để xác định tỷ lệ phần trăm ferit trong thép không gỉ Austenit và thép không gỉ duplex.  

Các kỹ thuật viên thử nghiệm vật liệu sẽ thực hiện loại thử nghiệm này để đảm bảo rằng  thép không gỉ được sử dụng trong hoặc cho các quá trình khác nhau, có độ cứng thích hợp, chống ăn mòn và không bị nứt.  

Ferit trong mối hàn thép Austenit ngăn ngừa sự nứt vỡ trong quá trình đông đặc lại (xảy ra khi nguồn cung cấp kim loại mối hàn lỏng không đủ để lấp đầy các khoảng trống giữa kim loại mối hàn đông đặc do biến dạng co ngót làm nứt ra). Tuy nhiên, do ảnh hưởng có hại đến khả năng chống ăn mòn, nên giữ ferit ở mức thấp nhất có thể, phù hợp với việc ngăn ngừa nứt nói trên, tối đa là 10% là phổ biến.

Thử nghiệm ferit được thực hiện chủ yếu đối với thép không gỉ Duplex (DSS), trong đó phần của các pha ferit và austenit trong thép phải được duy trì theo tỷ lệ nhất định để có được đặc tính mong muốn. Trong nhiều trường hợp, việc chế tạo các chi tiết DSS liên quan đến hoạt động hàn, điều này có thể dẫn đến những thay đổi cấu trúc vi mô trong kim loại cơ bản và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Tiếp xúc với nhiệt độ từ 600°C đến 1000°C có thể phá vỡ sự cân bằng của các phần pha và cũng có thể xảy ra sự kết tủa của các pha có hại. Tác hại nhất trong số các pha có hại này là pha σ (liên kim loại giàu Fe-Cr) có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn của thép.

Kiểm tra Ferit

Các loại thép không gỉ khác nhau yêu cầu tỷ lệ ferit khác nhau, tùy thuộc vào công việc mà chúng cần thực hiện. Thử nghiệm Ferrite được sử dụng trong một loạt các ngành công nghiệp khác nhau. Chúng bao gồm hóa chất, khai thác mỏ, sản xuất, dầu khí, giấy và sản xuất điện.  

Thử nghiệm ferit xác minh xem quá trình xử lý nhiệt được áp dụng cho vật liệu đã đạt đến mức cân bằng hiệu suất cần thiết hay chưa.  

Nó cũng cho thấy liệu có bất kỳ giai đoạn thứ ba nào gây hại trong vật liệu, mà sau này có thể ngăn cản hoạt động của thép không gỉ. Nó cũng sẽ làm nổi bật bất kỳ khiếm khuyết nào về độ bền của mối hàn. 

Ferrite ảnh hưởng như thế nào? 

Thép không gỉ có hai dạng, Austenit và duplex, có cấu trúc vi mô khác nhau.

 Trong thép không gỉ Austenit, hàm lượng ferit sẽ ảnh hưởng đến những điều sau: 

1.      Nó chống ăn mòn như thế nào 

2.      Tính chất cơ học của nó 

3.      Nó có thể hàn được như thế nào 

Ngược lại, trong thép không gỉ duplex, hàm lượng ferit sẽ chỉ ảnh hưởng đến 

1.      Nó chống ăn mòn như thế nào 

2.      Tính chất cơ học của nó 

Có hàm lượng ferit phù hợp trong loại thép không gỉ đang được gia công sẽ cung cấp sự cân bằng chính xác giữa: 

-         Độ cứng

-         Khả năng chống ăn mòn

-         Độ dẻo

-         Liệu nó có bị nứt hay không 

Kiểm tra Ferrite làm gì?  

Thử nghiệm ferit được sử dụng để đánh giá hàm lượng của ferit trong thép không gỉ trong các bộ phận của máy móc như mối hàn hoặc trong các lớp phủ (Cladding) và phòng thí nghiệm. Nó cũng được sử dụng để xác định tỷ lệ phần trăm hàm lượng ferit của đường ống thép không gỉ duplex, trong bình chịu áp lực, bể chứa, vật đúc và cả trong bất kỳ thành phần cơ khí nào.  

Kiểm tra Ferrite có thể giúp ngăn ngừa các hư hỏng tiềm ẩn và nguy cơ tăng chi phí bảo trì do ăn mòn hoặc nứt vỡ các bộ phận hoặc hỏng hóc cơ khí.  

Kiểm soát hàm lượng Ferrit tại mối hàn tấm vật liệu Duplex 25.22.2

Làm thế nào để xác định phần trăm Ferrite chính xác là gì?  

Tỷ lệ ferit cần thiết phụ thuộc vào loại thép không gỉ đang được gia công.  

Các vật liệu không gỉ sê-ri 300 cơ bản như 304 / L và 316 / L có cấu trúc vi mô Austenit và không có từ tính. Có nghĩa là, trong điều kiện ủ chúng về cơ bản không có ferit, là chất có từ tính. Các sản phẩm đúc của những hợp kim này thường có một số ferit. Những hợp kim này cũng tạo thành một số ferit khi chúng được gia công nguội hoặc làm cứng. Trong cả hai trường hợp, các sản phẩm sẽ có xu hướng từ tính. Ferit có thể gây bất lợi cho khả năng chống ăn mòn trong một số môi trường. Cũng có những ứng dụng mà các đặc tính từ tính ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.

Thành phần hợp kim là yếu tố kiểm soát hàm lượng ferit của hợp kim đúc. Carbon, nitơ, niken và mangan là các chất đúc từ Austenit. Việc tăng hàm lượng của chúng sẽ có nghĩa là khả năng hình thành ferit sẽ giảm đi rất nhiều. Đun nóng sẽ làm tan nhiều ferit được giữ lại. Tuy nhiên, các sản phẩm đúc được tạo ra để chứa lượng ferit tăng lên và việc nung nóng sẽ không biến nó hoàn toàn thành Austenit.  

Hàm lượng  Ferit  của thép không gỉ Austenit là gì?  

Một tỷ lệ phần trăm lý tưởng sẽ nằm trong vùng từ 4-8%. Tỷ lệ phần trăm này có hiệu quả trong việc giúp kiểm soát và ngăn chặn các vấn đề như vết nứt tế vi của kim loại hàn khi nó nguội đi.  

Hàm lượng  Ferrite  của  thép không gỉ duplex là gì? 

Tỷ lệ phần trăm lý tưởng cho thép không gỉ duplex là 35-65%, với 55% được coi là tối ưu. Điều này sẽ đảm bảo chống ăn mòn và cung cấp độ bền cần thiết.   

Kiểm tra Ferrite chính xác như thế nào?  

Kiểm tra hàm lượng ferrite là đáng tin cậy, rất nhanh chóng và bạn sẽ nhận được kết quả ngay lập tức.

Độ thấm của vật liệu được phân tích cho biết phần trăm hàm lượng ferit. 

Đây là PP kiểm tra không phá hủy. Bề mặt được kiểm tra cần phải sạch và nhẵn.  

KIỂM TRA FERIT CÓ THỂ ĐƯỢC SỬ DỤNG CHO:

-Kiểm tra các mối hàn, rèn, đúc, vật liệu rèn và lớp phủ mối hàn.

-Xác định mức ferit trong các mối hàn, ống và lớp phủ bằng thép không gỉ cả ở hiện trường và phòng thí nghiệm.

-Đánh giá phần trăm ferit cho ống thép không gỉ duplex, bồn chứa (tank), vật đúc, các bộ phận cơ khí.

-Kiểm tra thép xây dựng có lớp phủ hàn bằng thép hợp kim crom Austenit, chẳng hạn như thép được sử dụng trong nồi hơi, bồn áp lực, v.v.

-Đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của API 582, API 938C, NACE MR0175, NACE MR0103.

-Kiểm tra vật liệu mối hàn bao gồm mối hàn giáp mí (butt weld), mối hàn loại A-D, lớp phủ mối hàn thép không gỉ trên bề mặt kim loại màu ”.

Dùng biểu đồ DeLong dự đoán hàm lượng ferit

Hàm lượng ferit của hợp kim đúc có thể được kiểm soát thông qua thành phần hợp kim. Cacbon, nitơ, niken và mangan là những chất đồng phân austenit mạnh và việc tăng hàm lượng của chúng trong hợp kim sẽ làm giảm xu hướng hình thành ferit. Có một số phương pháp khác nhau để dự đoán hàm lượng ferit nhưng một trong những phương pháp phổ biến hơn là biểu đồ DeLong. Ferit làm giảm xu hướng nứt khi hóa rắn của thép trong quá trình làm nguội. Cho nên không có gì lạ khi vật đúc 304 (CF8) thường chứa 8-20% ferit. Thành phần phôi đúc của thép không gỉ 304 rèn cũng có 1 -6% ferit, vì điều này làm giảm nguy cơ nứt trong quá trình rèn hoặc làm việc nóng.

Quá trình ủ sẽ hòa tan hầu hết các ferit được giữ lại do quá trình hóa rắn/đông đặc. Bởi vì các sản phẩm đúc được cân bằng để có lượng ferit cao hơn, quá trình ủ sẽ không chuyển tất cả ferit thành Austenit. Tuy nhiên, trong một sản phẩm rèn đã ủ, sẽ còn lại rất ít hoặc không có ferit.

Biểu đồ DeLong (FN - Ferrite Number) cho kim loại hàn là thép không gỉ

Biểu đồ DeLong cũng là một dự đoán về lượng ferit có thể có trong kim loại mối hàn (weld deposit) được tạo ra từ sản phẩm rèn. Vẽ đồ thị thành phần của sản phẩm dạng tấm hoặc thanh rèn sẽ cho biết lượng ferit có thể có nếu vật liệu được nấu chảy lại (tức là hàn), nhưng nó không phải là chỉ số hợp lệ về hàm lượng ferit trong sản phẩm được ủ. Hàm lượng ferit trong sản phẩm thực tế có thể được xác định thông qua kiểm tra kim loại học ở phòng lab hoặc bằng cách sử dụng các dụng cụ nhạy cảm từ tính trong môi trường phòng thí nghiệm (độ thấm từ tính). Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, việc sử dụng nam châm được hiệu chuẩn so sánh có thể thiết lập hàm lượng ferit gần đúng trong khoảng ½-1%.

 

Related Posts by Categories