铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量的三种方法之比较

liaoyongping

一．简述：
        在石油化工方面所使用的压力容器及容器配件，多是不锈钢焊接或不锈钢复层、堆焊制成。这样焊接裂纹，耐腐蚀性和熔敷金属的脆化性就影响着产品使用性能和寿命。
0 ?  c9 I1 ?9 B( L7 y+ H+ r! s3 ~通常情况下，装载不同介质的不锈钢容器的焊接要求控制不同的铁素体含量。如从焊接性的来说，一般要求铁素体大于5%，从抗腐蚀性能来说，一般介质中铁素体含量在8%为适宜，另外从机械性能的角度来说，特别在高温下工作的焊缝，以小于5％为宜，否则将产生不锈钢内部组织的脆化，致使产品的出现焊缝开裂等问题。
由此可见，在不锈钢焊接生产和科研中，均需准确地控制和测量焊缝或熔敷金属的铁素体含量，以保证产品的合格。现有的测量方法有三种形式，即金相、仪器和查图法。
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) ^; @1 ?; C( M+ d- T: b8 `二．测量铁素体的三种方法及比较：
1．金相测量法：
) ^; @# u( z) u( k' ]  n5 c+ E    金相测量法是将焊接部位通过取样，磨制、抛光、腐蚀后在显微镜下进行观察。根据GB/T1954-2008的规定，焊缝金属必须是从产品所带供检验用的试板至少取6个金相试样，取样的尺寸、部位见图1
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- j  o5 s- x. i. W) j7 F试样观测面按常规金相进行研磨和抛光，机械抛光要求不存在金属表面紊乱层的光洁镜面为合格，电解抛光则以得到无任何磨痕和不破坏铁素体的完整性为准。抛光完成后，用化学法或电解侵蚀法来显示其铁素体，最后在显微镜下进行测量
测量的方法有2种：割线法和图谱比较法见图2。一般以割线测量法为准，图谱比较法属半定量分析，只能给出铁素体含量的大概范围。
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" a! x& [' ]7 Z6 f: I3 X$ [* z金相法可通过显微镜直观地观察到铁素体的分布，其含量。但在制样方面要求严格，尤其是在试样的抛制过程，要花费很长的时间，反复操作，才可以达到良好的观测效果，在试样的电解、侵蚀过程要把握好时间，温度和电流的影响，否则观测效果不好。
2.磁性测量法（仪器测量）：
      磁性测量法是指仪器测量，磁性测量法在GB/T1954-2008中的解释为以磁吸引力或导磁率原理的铁素体测量仪器进行测量，仪器一般可以称之为铁素体测量仪。
现以我们用“F-1型铁素体测量仪”（哈尔滨焊接所）为例，该仪器是通过  高导磁材料的探头直接与试验样品接触通过磁吸引力来测得铁素体的含量。见图3

1 K* u% v& S+ M* h图3
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0 Q5 n) {  F, i( d) l仪器的表盘分为2种，红色刻度的代表铁素体数，而黑色刻度则表示铁素体的百分含量。
在仪器的右下方，有标准块，用来调整仪器的准确度。
3 {! U2 a! q+ P5 k但该仪器的探头是关键性灵敏部件，在使用接触试件的过程中应避免给予过大的压力，否则会造成探头变形，使之测试数据不准确。
仪器预热时间长，工作前需要提前准备。
另一方面仪器使所自带的标准测量块需定期进行校验。仪器还需要定期充电。
3.schaeffler图计算法
    schaeffler图称舍夫勒组织图(Scha- effler‘5 Diagram)是 表征不锈钢焊缝金属的化学组成(不计氮元素)与相 组织的定量关系图。是舍夫 勒(schaeffler)根据不锈钢 手工电弧焊的焊缝组织实 测统计绘成的组织图(1949 年)。利用此图，可依据熔数 金属的化学组成推算出焊缝金属的相组织及铁素体量。
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# {8 u1 S+ ]$ `组织图中，纵坐标用Nieq(镍当量)表示，镍当量是 反映不锈钢焊缝金属组织奥氏体化程度的指标。其量 值是根据焊缝金属组织中包含的奥氏体元素(如镍， 碳，锰等)，按其奥氏体化作用的强烈程度折算成相当 于若干个镍之总和;横坐标用Creq(铬当量)来表示，铬 当量是反映焊缝金属组织的铁素体化程度的指标，其 量值是根据参与焊缝组织中的铁素体化元素(如铬， 铝，硅，铌等)，按其铁素体化作用的强烈程度，折算成 相当于若干个铬之总和。

- x6 z( v( H6 i* J一般操作过程是将产品的焊缝进行取样后，进行主要的化学分析成分分析，然后按照以下二个公式分别计算出镍当量和铬当量。
      Ni当量＝Ni%+C30%+Mn0.5%
( c4 e; q+ [6 t7 X1 B" L; P            Cr当量＝Cr%+Mo%＋Si1.5%＋Nb0.5%
最后根据镍当量和铬当量的值在saeffler图中查出铁素体的含量。
该测量方法适用于无金相试验和仪器测量的情况，化学元素分析好掌握，相对计算不复杂，缺点是从图表中查到铁素体含量的数据相对来说有些误差。在对于多台产品，多焊缝，用此法来测量时，取样任务量较大，分析时间长，繁琐。

) P& X. S. {( ?! p) {现在本人有个小程序，方便计算，克服手工计算的繁琐。见图4

图4

软件下载：见附件

三．结论   
- H9 v  L! @$ M$ L从以上三种测量方法可以看出，每个方法都有各自的特点，可以相辅相成，在具体的实际应用中，为了达到测量的最佳效果和准确的数据，可以采用二者相互搭配。比如金相测量和仪器测量、schaeffler图计算法和仪器测量等等，如有的设计工艺条件上规定，先用仪器测量法进行试件的测量，若发现规定的铁素体含量超出或者其他原因则可以用schaeffler来进行校正。总之，在铁素体含量的分析上，要根据工艺设计所提出的要求规定，样品及数量的实际情况，对其三种测量方法进行选择，做到准确、快速、高效的分析，以此来确保产品的质量。

ajhtiger

现在对于制造厂，由于没有那么充足的技术力量和设备，经常无法进行独立分析，如果委托科研机构进行，又经常跟实际工况结合不上，采用什么方式可以让制造厂很容易的进行铁素体分析。