ISO/TR 22824:2003

Welding consumables — Predicted and measured FN in specifications — A position statement of the experts of IIW Commission IX

ISO/TR 22824:2003 provides guidance, based on the experience of experts, for setting appropriate requirements, in specifications and other standards and contract documents, on ferrite content of nominally austenitic or duplex ferritic-austenitic stainless steel weld metals.

Produits consommables de soudage — Valeurs prévues et valeurs mesurées de l'Indice de Ferrite (FN) dans les spécifications — Position des experts de la Commission IX de l'IIW

L'ISO/TR 22824 :2003 fournit les lignes directrices, fondées sur l'expérience d'experts, pour la définition d'exigences adéquates dans les spécifications et autres normes et documents contractuels en matière de teneur en ferrite dans le métal fondu d'aciers nominalement austénitiques et duplex ferritiques-austénitiques.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 02-Dec-2003
• ICS: 25.160.10 - Welding processes
• Technical Committee: IIW - International Institute of Welding
• Drafting Committee: IIW - International Institute of Welding
• Parallel Committee: ISO/TC 44/SC 3 - Welding consumables
• Current Stage: 9092 - International Standard to be revised
• Completion Date: 16-Sep-2021

Standards Content (Sample)

TECHNICAL ISO/TR
REPORT 22824
First edition
2003-12-01

Welding consumables — Predicted and
measured FN in specifications — A
position statement of the experts of IIW
Commission IX
Produits consommables de soudage — Valeurs prévues et valeurs
mesurées de l'Indice de Ferrite (FN) dans les spécifications — Position
des experts de la Commission IX de l'IIW




Reference number
ISO/TR 22824:2003(E)
©
ISO 2003

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ISO/TR 22824:2003(E)
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Published in Switzerland

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ISO/TR 22824:2003(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Background. 1
3 Reproducibility of FN measurement. 1
4 Reproducibility of FN calculation. 2
5 Comparison between FN calculation and FN measurement. 2
6 Location of ferrite measurement. 3
7 Effect of postweld heat treatment (PWHT). 3
8 Variables introduced during welding. 4
9 Conclusions . 4
Bibliography . 5

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ISO/TR 22824:2003(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that
which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a
simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely
informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no
longer valid or useful.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TR 22824 was prepared in collaboration with the International Institute of Welding, which has been
approved by the ISO Council as an international standardizing body in the field of welding.
iv © ISO 2003 – All rights reserved

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ISO/TR 22824:2003(E)
Introduction
This Technical Report was prepared by the International Institute of Welding, Commission IX, through its
Subcommission IX-H, Welding of Stainless Steels and Nickel Base Alloys, on behalf of ISO/TC 44/SC 3. It
constitutes the considered judgement of the experts on measurement and calculation of ferrite in nominally
austenitic and duplex ferritic-austenitic stainless steel weld metals.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 22824:2003(E)

Welding consumables — Predicted and measured FN in
specifications — A position statement of the experts of IIW
Commission IX
1 Scope
This Technical Report provides guidance, based on the experience of experts, for setting appropriate
requirements, in specifications and other standards and contract documents, on ferrite content of nominally
austenitic or duplex ferritic-austenitic stainless steel weld metals.
2 Background
A small amount of ferrite in a nominally austenitic stainless steel weld metal is well established as a means for
eliminating the tendency to hot cracking. An upper limit on ferrite may be necessary to avoid embrittlement in
high temperature applications. Duplex stainless steel welds generally require both a minimum and a maximum
[1]
ferrite content for optimum properties. Lefebvre has detailed these and other reasons for specifying ferrite
requirements in stainless steel welds, along with appropriate ferrite ranges for various needs. A measurement
[2] [3]
system, defined in the ISO 8249 and AWS A4.2 , has been agreed internationally for determining Ferrite
Numbers in weld metals. A number of constitution diagrams for stainless steel weld metals have been
developed over the years, which propose the calculation of the ferrite content of a weld based upon its
chemical composition. Probably the best known are the Schaeffler, DeLong, WRC-1988 and WRC-1992
diagrams. Most constitution diagrams are applicable to weld deposits made by arc welding under normal
cooling conditions.
Problems arise when a purchaser specifies ferrite with both measured and calculated requirements. Firstly,
there are disagreements between measured and calculated ferrite content; secondly, ferrite for a given
welding filler metal is not a constant — it can vary with location in the weldment and with variations in welding
procedure.
3 Reproducibility of FN measurement
IIW Commission II has conducted various round robin tests of ferrite measurement, where the participants
have used instruments calibrated in accordance with ISO 8249. These round robin tests have established the
interlaboratory reproducibility of measurement (95 % confidence interval) as ± 10 % of the interlaboratory
[4]
mean value or less when calibration is done with primary standards and a Magne-Gage instrument , and as
[5]
± 14 %, or less, when calibration is done with secondary standards and a shop or field instrument . This
means that if the interlaboratory mean value for the ferrite content of a given weld is 4,0 FN, 95 % of
laboratories making measurements will measure within the range of 3,6 FN to 4,4 FN with primary calibration,
and within the range of 3,4 FN to 4,6 FN with secondary calibration. Likewise, if the interlaboratory mean
value for a given weld is 10,0 FN, 95 % of laboratories making measurements will measure within the range of
9,0 FN to 11,0 FN with primary calibration, and within the range of 8,6 FN to 11,4 FN with secondary
calibration. Further, if the given weld metal were a duplex stainless steel with an interlaboratory mean of
50 FN, then 95 % of laboratories making measurements with primary calibration would measure within the
range of 45 FN to 55 FN, and within the range of 43 FN to 57 FN with secondary calibration. It should be
noted that most laboratories and shops prefer to use instruments calibrated with secondary standards
because the measurement is much quicker and simpler to make.
© ISO 2003 – All rights reserved 1

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ISO/TR 22824:2003(E)
4 Reproducibility of FN calculation
Reproducibility of FN calculation depends primarily upon reproducibility of chemical analyses. Consider just
three elements — chromium, nickel and nitrogen. The most popular method of chromium and nickel analysis
[6]
in stainless steels is by optical emission spectrophotometry (OES), as given in ASTM E 1086-94 . The most
popular method of nitrogen analysis is by the inert gas fusion thermal conductivity method as given in
[7]
ASTM E 1019-00 . These standards include the measure of reproducibility as the 95 % confidence limit for
differences between measurements made by two laboratories. The differences are, of course, level-
dependent. At the level of a Type 316 (19 12 3) stainless steel, the differences were 0,46 % Cr (average
17,48 % Cr), 0,73 % Ni (average 12,54 % Ni), and 0,007 % N (average 0,096 % N). It is a simple ma
...

RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 22824
Première édition
2003-12-01


Produits consommables de soudage —
Valeurs prévues et valeurs mesurées de
l'Indice de Ferrite (FN) dans les
spécifications — Position des experts de
la Commission IX de l'IIW
Welding consumables — Predicted and measured FN in
specifications — A position statement of the experts of IIW
Commission IX




Numéro de référence
ISO/TR 22824:2003(F)
©
ISO 2003

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ISO/TR 22824:2003(F)
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Publié en Suisse

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ISO/TR 22824:2003(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . iv
1 Domaine d'application. 1
2 Contexte. 1
3 Reproductibilité du mesurage de l’Indice de Ferrite (FN). 1
4 Reproductibilité du calcul de l’Indice de Ferrite (FN).2
5 Comparaison entre les Indices de Ferrite (FN) calculés et les Indices de Ferrite (FN)
mesurés. 2
6 Emplacement de mesurage de la ferrite. 4
7 Influence du traitement thermique après soudage (TTAS). 4
8 Variables introduites en cours de soudage . 4
9 Conclusions. 5
Bibliographie . 6

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ISO/TR 22824:2003(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
Exceptionnellement, lorsqu'un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l'état
de la technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier un Rapport
technique. Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas nécessairement
être révisés avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO/TR 22824 a été élaboré en collaboration avec l'Institut international de la soudure, qui a été agréé
comme organisme de normalisation international dans le domaine du soudage par le Conseil de l'ISO.
iv © ISO 2003 — Tous droits réservés

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ISO/TR 22824:2003(F)
Introduction
Le présent Rapport technique a été préparé par la Commission IX de l'International Institute of Welding, par
l'intermédiaire de la Sous-Commission IX-H, Soudage des aciers inoxydables et des bases nickel, au nom de
l'ISO/TC 44/SC 3. Il représente l'opinion circonstanciée des experts quant au mesurage et au calcul de la
ferrite dans le métal fondu d'aciers nominalement austénitiques et duplex ferritiques-austénitiques.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 22824:2003(F)

Produits consommables de soudage — Valeurs prévues et
valeurs mesurées de l'Indice de Ferrite (FN) dans les
spécifications — Position des experts de la Commission IX de
l'IIW
1 Domaine d'application
Le présent Rapport technique fournit les lignes directrices, fondées sur l'expérience d'experts, pour la
définition d'exigences adéquates dans les spécifications et autres normes et documents contractuels en
matière de teneur en ferrite dans le métal fondu d'aciers nominalement austénitiques et duplex ferritiques-
austénitiques.
2 Contexte
L'avantage que représente une faible teneur en ferrite dans le métal fondu en acier nominalement inoxydable
austénitique pour réduire la tendance à la fissuration à chaud est tout à fait reconnu. Une limite supérieure de
la teneur en ferrite peut être nécessaire pour éviter la fragilisation lors de l'exposition à des hautes
températures. Les soudures d'aciers duplex exigent généralement à la fois des valeurs minimale et maximale
[1]
de teneur en ferrite pour obtenir des propriétés optimales. Lefebvre a fourni des détails sur ces valeurs et a
également indiqué d'autres aspects à considérer pour spécifier les exigences sur la teneur en ferrite dans les
soudures sur acier inoxydable ainsi que les plages de teneur en ferrite relatives à diverses applications. Un
[2] [3]
système de mesurage, défini dans l’ISO 8249 et l’AWS A4.2 , a été admis de manière internationale pour
la détermination de l’Indice de Ferrite (FN) dans le métal fondu. Un certain nombre de diagrammes de
constitution relatifs au métal fondu d’aciers inoxydables ont été mis au point au fil des ans et ils offrent la
possibilité de calculer la teneur en ferrite d’une soudure en fonction de sa composition chimique. Les
diagrammes de Schaeffler, DeLong, WRC-1988, et WRC-1992 sont probablement les plus connus. La plupart
des diagrammes de constitution sont applicables au métal déposé en soudage à l’arc avec des conditions de
refroidissement normales.
Les problèmes prennent naissance lorsqu’un client spécifie la teneur en ferrite avec des exigences à la fois
sur les valeurs calculées et les valeurs mesurées. Tout d’abord, il y a des contradictions entre les teneurs en
ferrite mesurée et calculée. De plus, pour un métal d’apport donné, la teneur en ferrite n’est pas constante et
elle peut varier d’un point à un autre de la soudure ainsi qu’en fonction des variations du mode opératoire de
soudage.
3 Reproductibilité du mesurage de l’Indice de Ferrite (FN)
La Commission II de l’IIW a mené plusieurs études interlaboratoires sur le mesurage de la ferrite au cours
desquelles les participants ont utilisé des instruments étalonnés selon l’ISO 8249. Ces essais ont permis
d’établir que la reproductibilité interlaboratoires du mesurage (avec un intervalle de confiance de 95 %) était
de ± 10 % de la valeur moyenne interlaboratoires, voire plus faible dans le cas où l’étalonnage est pratiqué à
[4]
l’aide d’étalons primaires et d’un matériel «Magne-Gage» , et de ± 14 % ou moins lorsque l’étalonnage est
[5]
pratiqué à l’aide d’étalons secondaires et d’un matériel de mesurage d’atelier ou chantier . Cela signifie que,
si la valeur moyenne interlaboratoires de la teneur en ferrite d’une soudure donnée est égale à 4,0 FN, 95 %
des laboratoires procédant aux mesurages obtiendront des résultats dans l’intervalle 3,6 FN à 4,4 FN dans le
cas d’un étalonnage primaire et dans l’intervalle 3,4 FN à 4,6 FN dans le cas d’un étalonnage secondaire. De
la même manière, si la valeur moyenne interlaboratoires pour une soudure donnée est égale à 10,0 FN, 95 %
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ISO/TR 22824:2003(F)
des laboratoires procédant aux mesurages obtiendront des résultats dans l’intervalle 9,0 FN à 11,0 FN dans
le cas d’un étalonnage primaire et dans l’intervalle 8,6 FN à 11,4 FN dans le cas d’un étalonnage secondaire.
Également, dans le cas où le métal fondu serait constitué d’acier inoxydable duplex et présenterait une
moyenne interlaboratoires de 50 FN, 95 % des laboratoires procédant aux mesurages obtiendront des
résultats dans l’intervalle 45 FN à 55 FN dans le cas d’un étalonnage primaire et dans l’intervalle 43 FN à
57 FN dans le cas d’un étalonnage secondaire. Il convient de noter que la plupart des laboratoires et des
ateliers préfèrent utiliser des matériels étalonnés avec des étalons secondaires parce que le mesurage est
plus rapide et plus simple.
4 Reproductibilité du calcul de l’Indice de Ferrite (FN)
La reproductibilité du calcul de l’Indice de Ferrite (FN) dépend essentiellement de la reproductibilité de
l’analyse chimique. Considérons seulement trois éléments, le chrome, le nickel et l’azote. La méthode
d’analyse du nickel et du chrome la plus couramment utilisée dans le cas des aciers inoxydables est la
[6]
spectrophotométrie d’émission optique (EOS), comme indiqué dans l’ASTM E 1086-94 . La méthode la plus
répandue d’analyse de l’azote est la conductivité thermique de fusion sous gaz inerte indiquée dans
[7]
l’ASTM E 1019-00 . Ces normes intègrent le mesurage de la reproductibilité comme étant l’intervalle de
confiance à 95 % pour les écarts entre les mesurages effectués par deux laboratoires. Les écarts sont
naturellement fonction du niveau de valeur. Au niveau correspondant à un acier inoxydable de
type 316 (19 12 3), les écarts étaient de 0,46 % Cr (moyenne égale à 17,48 % Cr), 0,73 % Ni (moyenne égale
à 12,54 % Ni) et de 0,007 % N (moyenne égale à 0,096 % N). Il est simple de calculer l’effet de ces écarts sur
les Indices de Ferrite (FN) obtenus à l’aide du diagramme WRC-1992. Ce calcul peut être effectué en prenant
la valeur extrême pour chacun des éléments ou en prenant les valeurs extrêmes de tous les éléments. Cette
méthode est appliquée dans le Tableau 1, à titre d’exemple. La même analyse est ensuite appliquée au métal
fondu de type 2209 (22 9 3L), correspondant à un Indice de Ferrite de 50 FN mesuré par le Laboratoire A et il
figure également dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Ince
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