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    304不銹鋼沒有磁性,這是為何呢?

    作者:www.fireeye100.com 點擊: 日期:2020-07-25 08:49
    一般常見鋼是鐵素體、珠光體鋼,而304則是奧氏體鋼。鐵素體、珠光體和馬氏體組織在常溫下為鐵磁性,在磁場中表現出很強的磁化作用,而奧氏體鋼是一種在磁場作用下基本不產生磁感應的低磁鋼鐵材料,在磁場中磁化作用很弱,即產生所謂的無磁現象,并地稱之為無磁鋼(或低磁鋼)。
     
    話說,無磁鋼可不是簡單做家具廚具的不銹鋼!它大到做航母、潛艇,小到一顆精密、針狀的醫療器械、無磁毛細不銹鋼管......
     

     

     

    接下來我們就好好聊聊我們的無磁鋼。

     

     

     

    無磁鋼分類

     

    按鋼種成分劃分,無磁鋼可以分為高Ni鋼、高Mn鋼、高Cr-Ni鋼、高Cr-Mn-N鋼等。

     

    按使用性能劃分,無磁鋼又可分為奧氏體無磁不銹鋼和無磁結構鋼。前者為保證奧氏體穩定性,必須加入足夠量的Ni和Mn,同時為保證不銹性能,鋼中Cr的質量分數至少應大于13%。

     

    而無磁結構鋼多采用Fe-Mn系無磁鋼,主要利用較高的Mn、C含量在室溫即獲得奧氏體組織,主要包括Fe-Mn、Fe-Mn-Cr和Fe-Mn-Al系無磁結構鋼。

     

     
    無磁鋼用途

     

    無磁鋼用途十分廣泛,涉及電力、軌道交通、建筑以及國防軍工等諸多領域。

     

    電力行業用發電機護環的設計應力較高,采用高強無磁鋼可以減少轉子端部的漏磁;大型核聚變裝置,超導發電、輸電和儲能設備的結構材料需要大量無磁鋼;磁懸浮列車的導向機構要求鋼材滿足無磁性能。

     

    電機護環:

     

    建筑行業中避磁掩體采用無磁鋼可以免受磁場影響,電力傳導網絡設備和大型飛機防護掩體等均使用無磁鋼。我國電動自行車的保有量已超1.2億,其電機中也大量使用無磁鋼。


     

    此外,石油鉆鋌、無磁模具和軸承等亦需要無磁鋼鐵材料。在國防軍工領域,無磁鋼被用于制造掃雷艇的船體和無磁發動機、隱蔽潛艇的結構材料等。采用無磁鋼對軍用船艦隱身能起到非常好的效果,例如俄羅斯臺風級核潛艇非耐壓殼就采用了高強度無磁鋼,該級潛艇直到現在仍在服役。

     
    日本無磁不銹鋼的發展

     

    隨著電子信息產業在日本的高速發展,傳統無磁不銹鋼(如AISI304)的強度和磁導率已經難以滿足使用要求,日本各鋼鐵公司也投入大量精力開發和研制新型無磁不銹鋼以適應不同需求,并申請了大量相關專利。
     

    日本川崎鋼鐵公司針對無磁不銹鋼的研究結果表明,19Cr-13Ni-1.0Mn-0.07C是無磁不銹鋼的最佳組成,進而開發出R305S無磁不銹鋼。與SUS316相比,該鋼具有相近的耐點蝕性,奧氏體加工穩定性極高,即使進行60%的劇烈冷加工,也能保持充分的無磁性,并且耐磨性、焊接性良好,焊接部位不生成δ鐵素體,適用于制造電工、電子零件或磁記錄裝置等零部件。

     

    新日本鋼鐵公司開發的YUS130高強度無磁不銹鋼,其化學成分為:20Cr-5Ni-10Mn-0.3N,厚度0.6mm冷軋薄板的抗拉強度為853MPa,屈服強度為498MPa,延伸率為42.5%。冷變形高達90%的0.4mm厚冷軋薄板,無馬氏體生成,磁導率保持在1.01以下。
     

    日本金屬工業公司研制了深沖用無磁不銹鋼NTKD-8,其主要化學成分為18Cr-12.5Ni-3.5Cu,該鋼具有穩定的奧氏體組織,加工過程中不易發生馬氏體相變,故加工硬化指數只有0.35,退火態硬度為HV128,經過70%冷加工,硬度為HV340,極限深沖系數達到2.1。

     

    日本開發的10Cr-5Ni-8Mn-1.6V無磁不銹鋼,經過固溶和時效處理后,析出VC型和M7C3型一次碳化物以及V4C3和M23C6型二次碳化物。當析出物粒徑為5nm~10nm時,硬度最高。隨著時效時間的延長,析出棒狀或立方狀M23C6碳化物,尺寸達到200nm~300nm,造成鋼的二次軟化。
     

    開發的高強度無磁不銹鋼QSM5,基本化學成分為6Mn-6Ni-18Cr-Cu-N,固溶處理后沒有鐵素體生成,經過40%冷變形,抗拉強度達到1300MPa,磁導率μ<1.01,可作為高強度無磁緊固件用鋼。

     
    我國無磁不銹鋼的發展

     

    上世紀70年代末,中國也開始對無磁不銹鋼進行研究和開發,但品種相對較少。北京鋼鐵學院金屬物理教研組蘇世漳等在參照美國西屋電器公司kronlarc-55無磁不銹鋼成分和性能的基礎上,研制開發了用于極低溫度(20K)的氫泡室制造的Cr-Ni-Mo系無磁不銹鋼,在-196℃和-269℃進行拉伸變形后,仍為韌性斷裂,磁導率μ<1.005。
     

    成都無縫鋼管廠為滿足海軍建設需要,開發了906奧氏體高強度不銹鋼管,屈服強度大于400MPa,晶間腐蝕、磁導率和壓扁實驗均可滿足使用要求,從而能夠取代原牌號2Cr18Ni11Ti無磁不銹鋼。

     

    李長才等研究了不同化學成分和形變熱處理工藝對Cr16Ni14無磁不銹鋼磁性能和力學性能的影響,指出要獲得良好性能,不僅應當選擇恰當的鎳當量和鉻當量配比,還必須嚴格控制帶鋼生產過程中影響磁性的工藝因素,固溶處理有助于使磁導率恢復到較低水平。

     

    吳崇源和簡忠賢研制了液氦溫度下使用的超低溫無磁不銹鋼Cr13Ni9Mn9N,發現該鋼在液氦溫度下不發生馬氏體相變,并且具有高強度、高韌性和低的磁導率,是優于國內外廣泛采用的21-6-9和310S的新型無磁不銹鋼,可用作低溫超導結構材料。
     

    呂清法等開發了“高C低N型”和“高N低C型”新型3J8無磁高強度不銹鋼,其冷變形態的抗拉強度可達2170MPa~2350MPa,經回火后,抗拉強度達到2500MPa~2700MPa,表現出良好的冷拉塑性和優良的無磁不銹性,適用于制造手表發條以及各種精密儀表中的彈簧等。
    朱長春等開展了耐海水無磁不銹鋼的研究,實驗鋼(ONMS)的化學成份為Mn:3%~10%,Cr:18%~26%,Ni:12%~20%,Mo:3%~7%,N≥0.2%,結果表明,該鋼具有良好的力學性能、無磁性能、耐點腐蝕和耐海水腐蝕性能。
     

    李靜媛等研究了節鎳無磁不銹鋼Cr18Ni6Mn3N的熱軋及固溶后的力學性能和耐蝕性能,分析了其固溶和時效析出后的組織演變規律、冷變形過程中形變誘發馬氏體相變及其磁性能。結果表明,冷軋壓下率18.3%時尚未發現形變誘發馬氏體組織,隨著變形量增大,馬氏體含量增多,磁導率上升,但與相同條件下的AISI304不銹鋼相比,冷軋板固溶后相對磁導率可降至1.002,因此可用于低成本無磁不銹鋼領域。
     

    鄒章雄等研究了熱處理工藝以及N元素含量對無磁鉆鋌用Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼再結晶過程析出行為和力學性能的影響,當N含量從0.62wt.%提高至0.78wt.%后,對鋼的強化作用明顯。
     

    上述無磁不銹鋼的強化手段主要通過冷變形來獲得。對于不能通過冷變形而獲得高強度、高硬度的無磁不銹零件,可以通過彌散強化的時效熱處理工藝來得到。隨著科學技術的不斷進步,在許多重要的領域,例如核工業、化工工業、石油工業、航天航空領域的許多零件,一些特殊領域,例如高溫高壓水、硝酸、硫酸等使用的無磁、不銹耐磨材料及耐蝕軸承合金等,各國都進行了大量的研究。

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