奥氏体不锈钢材料磁导率控制工艺.doc

奥氏体不锈钢材料磁导率控制工艺 56((东方电机))2011年第5期 奥氏体不锈钢材料磁导率控制工艺 蒲军周强 摘要我公司核电产品中所涉及的奥氏体不锈钢材料对磁导率有严格要求,而按国标采购 的该类钢材,因为化学成份或工艺的局部差异会导致材料磁导率的不同,另外在产品生产,转 运,加工,焊接过程中也会显着影响磁导率的高低,因此采用何种稳定有效的工艺措施来保证 产品磁导率合格就显得尤为关键. 关键词奥氏体不锈钢磁导率固溶 1引言 我公司核电产品中常用的不锈钢主要为奥氏 体型不锈钢和马氏体型不锈钢两种类型,奥氏体型 不锈钢中应用最多的牌号主要有0Crl8Ni9(304), ICr18Ni9Ti及核电专用的x2CrNil8,9钢板等,它 们属于耐热,耐蚀无磁不锈钢,应用于管路,阀体, 接头或其它零部件等.选用奥氏体无磁不锈钢具 有优良的抗腐蚀性,放气率低,无磁性,焊接性好, 其导电率及磁导率较低,能够在一270~C～900℃范 围内工作.并具有高的强度,塑性及韧性,考虑到 核电产品的特殊性,譬如在某些端部容易漏磁部位 对磁导率要求很严,以避免材料磁导率过高而导致 某些部位发热. 核电定子出线装配中的左,右管道冷弯成型后 在成型部位磁导率不合格,值为1.5,1.6(产品本 身最终要求≤1.3,原材料要求≤1.1),另外核电 水接头采用电子束焊接加工后,磁导率明显比焊接 前高许多,另外加工过程中,加工方法的不同,也会 引起磁导率的差异,通过奥氏体不锈钢多种材料类 型以及不同原材料状态的对比试验,从中选择最为 稳定合适的奥氏体不锈钢,再进行产品加工前预备 工艺措施和加工过程的工艺控制措施来保证磁导 率符合图纸要求. 2奥氏体不锈钢材料结构及组织对磁导率 影响 来稿时问:2011--08 2.1微观原理 固态金属都是晶体,但各种金属的晶体结构并 不完全相同,最常见的晶体结构有三种类型,即体 心立方结构,面心立方结构和密排六方结构,具有 面心立方结构的晶体不具有磁性,另由于面心立方 结构和密排六方结构的配位数与致密度都比体心 立方结构大,因此当一种金属由面心立方结构转变 为体心立方结构时,其体积必然增大,而奥氏体属 于面心立方结构,比容最小,钢从高温冷却过程中, 通常是由具有面心立方结构的奥氏体转变为其它 组织,体积必然膨胀,这种由微观结构的改变引起 宏观体积的变化相应改变了材料的物理,化学及力 学性能. 金属的磁性来源于电子自旋的结构,电子自旋 属于量子机械性能,既可以向上,也可以向下. 在铁磁性金属中,电子会按照同一方向进行旋转, 而反铁磁性金属材料中如在奥氏体不锈钢中一些 电子按照规则的模式进行,而相邻电子则朝着相反 方向或反平行自旋,对于三角形晶格中的电子来 说,由于每个三角形中的两个电子都必须按照相同 方向自旋,因此自旋结构已经不存在,显示无磁性 或弱磁性. 2.2组织状态 磁导率属于不锈钢材料的物理性能,磁导率高 低依不锈钢本身的结晶结构和组织而异,但是也会 受到诸如温度,加工因素和磁场强度等的影响,一 般情况下奥氏体型不锈钢的磁导率极小,因为奥氏 体组织是无磁性的,而铁素体组织和马氏体组织一 ((东方电机))2011年第5期57 般都是带有磁性的.因此奥氏体钢也被称为非磁 性材料,具有稳定奥氏体型组织的钢即使对其进行 大于80%的大变形量加工也不会带磁性,核电所用 X2CrNil8,9奥氏体不锈钢材料其平衡态时为奥氏 体+铁素体+碳化物复合相,而要获得均匀的单相 奥氏体组织,是须通过一定的热处理手段来获得. 2.3化学成分对磁导率的影响 获得稳定的奥氏体型组织是保证材料具有非 常低的磁导率的重要因素之一,因此通过化学成分 的调节,使材料获得稳定奥氏体组织显得很关键. 通过在钢中添加一些合金元素,可以改变铁的同素 异晶转变温度,从而改变Fe-Me二元相图的类型, 即通过添加某扩大Y孝日区(奥氏体)元素合金超过某 一 限量后,可以在室温得到稳定的丫相,其中,Ni, Co,Mn属于扩大区元素,金属中加入足够量的 Ni,可以使体心立方a相从相图上消失,并使得丫a 转变抑制到较低的温度,即Al和A3有所降低,故 而奥氏体不锈钢由1,区淬火到室温较易获得亚稳的 奥氏体组织(见图1).. 形成稳定的奥氏体组织以下几个元素起了非 时间rh) 图1添加Ni元素扩大丫相 常主要的作用: (1)C元素:碳作为不锈钢中的合金元素,是对 各类不锈钢组织和性能都有影响的重要元素,它能 强烈的稳定奥氏体,并提高材料的机械强度,缺点是 容易和铬形成一系列铬的碳化物,造成晶间腐蚀; (2)Ni,Cr元素:在钢中Ni元素含量高于8% 后,Cr含量可以在l8～27%的范围内获得单相奥 氏体,Ni和Cr元素配合使用,Ni元素还能有效降 低Ms点,使奥氏体能保持到低温一50