Ferrietgetal versus ferrietpercentage

De ferrietgetalschaal is een willekeurige schaal. Zij is gedefinieerd in termen van magnetische aantrekking tot niet-magnetische deklaagstandaarden. Vroeger werd wel aangenomen dat lage ferrietgetalwaarden ongeveer overeenkwamen met het ferrietpercentage. Aangezien er geen overeenstemming bestond tussen de talrijke laboratoria aangaande de waarde van het ware ferrietpercentage van lasmetaal, is het mogelijke verband tussen ferrietgetal en ferrietpercentage onderwerp van onderzoek.

P. Vandenvoorde

Ferrietgetal van 100% ferriet

Bij dit soort onderzoek wordt uitgegaan van staal, dat volledig uit ferriet bestaat. Hiervoor wordt doorgaans gebruikgemaakt van superferritische roestvaststaaltypen. Van elk van deze staaltypen wordt het ferrietgetal bepaald. Hierbij bleek dat een ferrietgetal van 100% ferriet sterk afhangt van het ijzergehalte van het gegeven monster. De meetresultaten zijn weergegeven in tabel 1 en op afbeelding 1. Uit deze resultaten kan worden geconcludeerd dat er geen eenvoudig verband bestaat tussen ferrietgetal en ferrietpercentage; het verband hangt af van de samenstelling van de ferriet.

Lyman [1] en anderen hebben aangetoond dat de samenstelling van het ferriet in roestvast lasmetaal aanzienlijk verschilt van de nominale samenstelling van de legering. Het ferriet is, in vergelijking met de nominale samenstelling van het lasmetaal, verrijkt met chroom en andere ferrietstabiliserende elementen, terwijl het is verarmd aan nikkel en andere austenietstabiliserende elementen. Het ijzergehalte van het ferriet blijkt daarentegen nagenoeg hetzelfde te zijn als dat van het lasmetaal In eerste benadering kan dus worden aangenomen dat het ferrietgetal van 100% ferriet, met dezelfde samenstelling als het ferriet in een gegeven lasmetaal, gelijk moet zijn aan het ferrietgetal van een legering die voor 10% uit ferriet bestaat en met hetzelfde ijzergehalte als het nominale ijzergehalte van het lasmetaaL Deze aanneming levert een basis op voor het normaliseren van het ferrietgetal van een monster ten opzichte van het ferrietgetal van 100% ferriet met eenzelfde ijzergehalte, om een geschat ferrietpercentage te verkrijgen [2].

Afbeelding 1 Ferrietgetal van 100% ferritisch roestvast staal [2].


Afbeelding 2 Genormaliseerd ferrietgetal versus ferrietpercentage, vastgesteld volgens ASTM E625 voor CPB en CFBM gietstukken {2}.

Ferrietgetal en ferrietpercentage van gietlegeringen

De reden dat er geen overeenstemming bestaat tussen de diverse laboratoria aangaande het ferrietpercentage van lasmetaal, is gelegen in de fijne, onregelmatige structuur en het ongelijkmatig aanetsen van het ferriet. Dit is echter niet het geval voor gietlegeringen, waarin het ferriet veel grover is en veel regelmatiger van vorm dan in lasmetaaL De Steel Founders Society produceerde een reeks van 15 CF8- en CF8M-gietstukken waarvan het ferrietpercentage werd bepaald aan de hand van de metallografische puntentelmethode zoals beschreven  n ASTM E562 [3]. Het ferrietgetal van elk monster werd bepaald met een armbalans met een Nr 3-magneet uit een MagneCage. Dit ferrietgetal werd vervolgens genormaliseerd, waarvoor gebruik werd gemaakt van het gietstuk en de gegevens van afbeelding 1 [2]. Deze resultaten, samen met het ferrietpercentage
zoals bepaald door de Steel Founders Society, zijn verzameld in tabel 2. Hieruit valt af te leiden dat normalisatie neerkomt op delen van het fe rrietgetal door een factor 1,5 voor de CF8-gietstukken en een factor 1,4 voor de CF8M-gietstukken. De genormaliseerde ferrietgetallen zijn op afbeelding 2 uitgezet tegen het ferrietpercentage. De getalsovereenkomst tussen genormaliseerd ferrietgetal en ferrietpercentage van deze gietstukken is opmerkelijk. De regressielijn, die ook op afbeelding 2 is te zien, geeft een welhaast 1: 1-relatie tussen het metallografische ferrietpercentage (FP) en het genormaliseerd ferrietgetal (FN) volgens

FN = 0,97FP
met een correlatiecoëfficiënt R = 0,987.

Het is verleidelij k om normalisatie te zien als middel om ferrietgetallen om te rekenen naar ferrietpercentages, maar er is geen enkele garantie dat dit verband, dat wel geldt voor gietwerk, ook zal blijven bestaan voor lasmetaal.


Tabel 1 Ferrietgetal van 100% ferritisch roestvast staal [2].


Tabel 2 Genormaliseerd ferrietgetal versus ferrietpercentage, vastgesteld volgens ASTM E625 voor CFB- en CFBM-gietstukken [2].

Diverse relaties tussen FN en FP

Shinizaki en medewerkers [4] hebben een verband gelegd tussen metallografisch ferrietpercentage (FP) en ferrietgetallen (FN) voor roestvast duplex lasmetaal, voor FN-waarden van meer dan 25 oplopend tot bijna 150, volgens de betrekking

FN = 1,67FP- 10

Liljas en Qvarfort [36] kwamen voor lasmetaal2205 met FN-waarden lopend van 41 tot 110 tot een iets andere betrekking, namelijk

FN = 1,69FP- 7,6

Beide betrekkingen, hoewel consistent ten opzichte van elkaar, geven toch problemen op fysische gronden, omdat FN = 0 geen FP = 0 oplevert. Een andere benadering om ferrietgetal met ferrietpercentage in verband te brengen verloopt via magnetische verzadigingsmetingen, zoals zijn uitgevoerd door Merinov en medewerkers [ 6, 7]. Deze methode betrekt ook de samenstelling van het ferriet in de beschouwingen. Zij concludeerden dat voor 19Cr-9Ni lasmetaal de volgende betrekking gold:

FN = 1,7FP

Vanuit een fysisch standpunt bezien is de betrekking van Merinov en medewerkers een redelijke, omdat voor FN = 0 ook FP = 0.
Er bestaat nog een andere benadering voor het relateren van ferrietgetal en ferrietpercentage, waarbij de austeniet selectief elektrochemisch wordt opgelost en het resterende ferriet wordt gewogen en vervolgens wordt omgerekend tot volumepercentage. Gillen medewerkers [8] deden dit voor 316-lasmetaal. Door de resultaten te middelen kwamen zij tot de betrekking

FN = 1,45FP

Hoewel de diverse verbanden het eens zijn over het feit dat de FN-waarde een te hoge FP-waarde oplevert, is er nog geen overeenstemming over de mate waarin deze FPwaarde te hoog is. Deze materie is nog onderwerp van diepgaand verder onderzoek.

Literatuur

1. C.E. Lyman. Welding Journal59(7) 1979, p 189-s- 194-s.
2. D.J. Kotecki. Welding Joumal 61(11) 1982, p 352-s - 361-s.
3. ASTM E562. Test methode for determining volume fraction by systematic manual point count. Annual Book of ASTM Standards, Vol. 3.01, American Society for Testing and Materials, Conshohocken, Pa.
4. L. Shinozaki, L. Ke, T.H. North. Welding Joumal 71(11) 1992, p 387-s- 396-s.
5. M. Liljas, R. Qvarfort. Duplex Stainless Steel '86. Nederlands Instituut voor Lastechniek, p 244- 255.
6. P. Merinov, E. Entin, B. Beketov, A. Runov. The development of the calibration method for instruments to measure the delta-ferrite content of Cr-Ni steel of various composition. IIW Document II-C-595-79, 1979, International Institute of Welding.
7. P. Merinov, E. Entin, B. Beketov, A. Runov. NDT International11(1) 1978, p 9- 14.
8. T.P.S. Gill, R.K. Dayal, J.B. Gnanamoorthy. Welding Joumal 59(12) 1979, p 375-s- 378-s.