五金解讀：304不銹鋼產(chǎn)生磁性的原因及影響

 1 引言

       1#乙二醇EO擴能改造項目新增加的一批設備（E-450、D-450等）運至現(xiàn)場時，我們發(fā)現(xiàn)其奧氏體不銹鋼封頭（折邊附近）帶有較大的磁性。眾所周知，奧氏體不銹鋼是不應有磁性的。最初懷疑所用的不銹鋼材料不合格，經(jīng)過光譜檢測，未發(fā)現(xiàn)材料有異常，均為合格的S30408不銹鋼。在與制造廠方技術人員溝通交流，及查閱學習相關資料后，基本確定封頭產(chǎn)生磁性是由于奧氏體不銹鋼在冷加工形變過程中組織發(fā)生了變化，部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。而體心立方結構的馬氏體是具有磁性的。

      那么，馬氏體組織產(chǎn)生的原因，與哪些因素有關，對設備的使用性能是否有影響，如何避免產(chǎn)生馬氏體等問題是作為使用單位及設備管理人員需要關注的。

       2 馬氏體產(chǎn)生的原因及影響因素按照組織成分的不同，不銹鋼可以分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及沉淀硬化相不銹鋼，其中奧氏體不銹鋼是使用量最大的一種。由于組織結構的原因，奧氏體不銹鋼理論上是沒有磁性的，但是經(jīng)過冷加工后常用的18-8系列（304等）奧氏體不銹鋼經(jīng)常會產(chǎn)生磁性，特別是封頭、彎管等加工程度較大的部件尤為明顯。國內(nèi)外的一些研究研究表明，這些封頭的部件產(chǎn)生磁性的原因主要是奧氏體不銹鋼經(jīng)冷加工成型，部分奧氏體會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。

 2.1馬氏體轉(zhuǎn)變機理

       通常馬氏體組織可以經(jīng)過淬火工藝處理而得到，即將鋼加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，保溫一定時間，使鋼充分奧氏體化后，快速冷卻。當奧氏體降至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms點以下，其組織就開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，一直到溫度Mf點停止轉(zhuǎn)變。實驗研究表明，當奧氏體不銹鋼經(jīng)冷加工成型時，部分奧氏體由于受到拉、壓應力也會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，且馬氏體與奧氏體共用晶格，以切變方式在極短時間內(nèi)發(fā)生無擴散相變，這種馬氏體又稱為形變馬氏體。

2.2影響馬氏體轉(zhuǎn)變的因素

       影響馬氏體轉(zhuǎn)變的因素主要有：奧氏體不銹鋼的穩(wěn)定性，加工變形量，加工方法等。

 2.2.1化學成分的影響

      按照奧氏體的穩(wěn)定性，奧氏體不銹鋼可分為穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼。亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼在冷變形下更容易產(chǎn)生馬氏體，如304、304L、321冷加工較易產(chǎn)生馬氏體，而316、316L基本不產(chǎn)生馬氏體。

       奧氏體不銹鋼的穩(wěn)定性由其化學成分決定，Ni、N、C、Mn等奧氏體化元素越多，奧氏體就越穩(wěn)定；而Cr、Mo、Nb等鐵素體化元素在固溶體中具有擴散作用，在含量合適的情況下，能阻止奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，但是過量時又會促使奧氏體向馬氏體、鐵素體轉(zhuǎn)化。

 2.2.2加工變形量的影響在相同條件下，加工變形量越大，產(chǎn)生的形變馬氏體量越大。

 2.2.3 加工方法的影響奧氏體不銹鋼封頭的成形加工一般采用冷沖壓或冷旋壓，冷沖壓采用標準模具一次沖壓成形；冷旋壓是利用兩模具的反復擠壓作用而成形。冷沖壓加工程度較為激烈（變形速度快），在相同條件下產(chǎn)生形變馬氏體含量較高。此外，馬氏體的產(chǎn)生還與加工溫度有關，加工溫度越高，形變馬氏體含量越低。

 3 馬氏體相變對設備性能的影響

      奧氏體是面心立方結構，而馬氏體是體心立方結構；馬氏體的密度低于奧氏體，所以發(fā)生轉(zhuǎn)變后體積會膨脹，從而引起內(nèi)部的殘余應力。奧氏體組織晶粒較細，強度及韌性等綜合力學性能較好，而馬氏體組織硬度較高、塑性差。當馬氏體相變量較大時，對鋼材的性能影響不容忽視。

 1）由于體積的變化，馬氏體相變會引起內(nèi)部殘余應力，可能會導致設備產(chǎn)生裂紋等缺陷。

 2）馬氏體的電位比奧氏體低，在腐蝕介質(zhì)環(huán)境下，馬氏體相對于奧氏體為陽極，優(yōu)先被腐蝕，造成不銹鋼電化學腐蝕。

 3）有學者認為，亞穩(wěn)態(tài)不銹鋼的局部腐蝕與形變馬氏體量之間存在一定關系。

 4）由于存在殘余應力和電化學腐蝕條件，形變誘發(fā)馬氏體被認為是奧氏體不銹鋼在CL離子環(huán)境中產(chǎn)生應力腐蝕的重要原因之一。

4 預防措施根據(jù)馬氏體產(chǎn)生的原因及影響因素，其預防措施主要有以下幾種：

 1）在訂購封頭鋼板時，在標準允許范圍內(nèi)提高奧氏體化元素的含量。

 2）材料升級，采用316L、310等Ni含量較高的材料

3）改進加工工藝。如某廠家開發(fā)了一種新工藝，封頭冷沖壓預壓，然后進行加溫至大約250℃旋壓。由于采用預壓，減少反復壓制從而減少了馬氏體相變量，且旋壓溫度250℃,高于Md（加工引起馬氏體相變的溫度上限），因此可以避免奧氏體不銹鋼冷加工產(chǎn)生的較大磁性。

4）固熔熱處理，可完全消除磁性及加工硬化現(xiàn)象。但固熔處理成本較高，且對封頭尺寸變形影響較大。
5）加強各環(huán)節(jié)質(zhì)量管理，嚴格控制原材料質(zhì)量，嚴格遵守加工工藝規(guī)程。