304M2不銹鋼冷加工磁性原因分析

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呂海當(dāng)馬正偉胡梅青施黎明

(青山鋼鐵瑞浦科技集團(tuán)有限公司特鋼研究院，浙江323900)

摘要：利用光譜成分分析、磁性測量、金相分析、顯微硬度分析對冷加工后產(chǎn)生磁性的304M2不銹鋼拉拔絲進(jìn)行了全面的分析。分析結(jié)果表明: 產(chǎn)生磁性的根本原因是形變誘導(dǎo)發(fā)生相變產(chǎn)生了ε-馬氏體，該ε-馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，是溶碳飽和的鐵素體結(jié)構(gòu)，因此具備磁性。經(jīng)過1050℃保溫30 min的固溶處理后，304M2不銹鋼拉拔絲的組織為奧氏體組織，磁性消失。

關(guān)鍵詞：304M2不銹鋼；磁性；固溶處理

中圖分類號：TG115.21文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

收稿日期：2015—05—05

Analysis on Magnetic Cause of 304M2 Stainless Steel Cold Processing

Lv Haidang, Ma Zhengwei, Hu Meiqing, Shi Liming

Abstract：304M2 stainless steel drawing wire with magnetism resulting from cold processing has been analyzed completely by spectrum composition analysis, magnetic measurement, metallurgical analysis and micro-hardness analysis. The results showed that main reason of magnetism was ε-martensite by deformation leading to phase change, crystal structure of the ε-martensite was body-centred cubic structure and water-soluble carbon and saturated ferrite structure so that it owned magnetism. Structure of 304M2 stainless steel drawing wire was transformed to austenite and then magnetism disappeared after 1 050℃ insulation and 30 min solid solution treatment.

Key words：304M2 stainless steel; magnetic property; solid solution treatment

通常用作裝飾材料的不銹鋼多數(shù)是奧氏體型的304材質(zhì)，一般來講是無磁或弱磁的，但因冶煉造成化學(xué)成分波動或加工狀態(tài)不同也可能出現(xiàn)磁性。奧氏體是無磁或弱磁性，而馬氏體和鐵素體是帶磁性的，由于冶煉時成分偏析或熱處理不當(dāng)，會造成奧氏體304不銹鋼中出現(xiàn)少量馬氏體或鐵素體組織，304不銹鋼就會帶有微弱的磁性。 另外，304不銹鋼經(jīng)過冷加工，組織結(jié)構(gòu)也會向馬氏體轉(zhuǎn)化，冷加工變形度越大，馬氏體轉(zhuǎn)化越多，鋼的磁性也越大。要想完全消除上述原因造成的304鋼的磁性，可通過高溫固溶處理來恢復(fù)穩(wěn)定奧氏體組織，從而消去磁性。

1試驗方法

(1)宏觀形貌觀察及樣品加工信息搜集。

(2)截取試樣，磨平后使用SPECTROLAB M10型光電直讀光譜儀檢測其化學(xué)成分。

(3)采用NIM-2000SF型弱磁化測量儀對所取試樣進(jìn)行磁性測量。

(4)制作標(biāo)準(zhǔn)金相試樣在Axio Imager Aim型金相顯微鏡下觀察微觀組織形貌。

(5)鑲嵌后的金相試樣用HXD-1000

TMC/LCD型顯微硬度計測量其硬度。

(6)取樣品在SRJX箱式電加熱熱處理爐內(nèi)完成1050℃保溫30 min的固溶試驗，然后再測量其磁性和進(jìn)行金相組織分析。

2試驗結(jié)果

2.1宏觀分析及樣品加工信息搜集

圖1　試樣的宏觀形貌

圖1是試樣的宏觀形貌。生產(chǎn)加工信息為：規(guī)格?5.5 mm的304M2不銹鋼酸洗盤絲拉拔至?2.27 mm后進(jìn)行一次退火，然后拉拔至?1.96 mm，發(fā)現(xiàn)所得產(chǎn)品磁性較強，且發(fā)現(xiàn)同種材料經(jīng)過相同加工后磁性有強有弱。圖1所示小規(guī)格試樣是加工到成品(?1.96 mm)后的試樣，是有磁性的，大規(guī)格試樣是拉拔到中間規(guī)格?4.7 mm時就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有磁性的試樣，橢圓框內(nèi)試樣是拉拔到?4.7 mm沒有磁性的試樣。

(a)3#磁性強組織 (b)2#磁性弱組織

(a)3#原磁性強組織 (b)2#原磁性弱組織

2.2化學(xué)成分分析

化學(xué)成分檢測結(jié)果如表1所示。

表1　化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

從表1可以看出，3#爐的C、N含量明顯高于其它三爐。

2.3磁性測量

相對磁導(dǎo)率測量結(jié)果如表2所示。

根據(jù)測量結(jié)果，4#的相對磁導(dǎo)率明顯高于其它三組。3#的相對磁導(dǎo)率低于其它三組，磁性較弱。

2.4金相分析

金相組織圖如圖2所示。

通過金相檢測可知，基體組織為奧氏體+馬氏體，馬氏體的板條結(jié)構(gòu)較通常馬氏體較淺，且磁性強材料中馬氏體含量明顯比磁性弱材料的高。

2.5顯微硬度測量

從表2可以看出，3#的硬度小于其它三組。

2.6熱處理后磁性和組織狀態(tài)

通過1050℃保溫30 min的固溶試驗后所得試樣經(jīng)去除氧化鐵皮后的磁導(dǎo)率測量結(jié)果如表2?？梢钥闯鲚^固溶處理前明顯下降，此時處于弱磁性狀態(tài)。

1050℃保溫30 min的固溶試驗后所得試樣的金相組織圖片如圖3，組織均為孿晶奧氏體組織，晶粒度5.5級。

3討論

(1)對比1#、2#、4#三個磁性強和3#磁性弱的四爐化學(xué)成分，其中3#爐的C、N含量明顯比其它三爐高，C、N均為穩(wěn)定奧氏體元素，有利于奧氏體形成與穩(wěn)定。

(2)通過金相分析發(fā)現(xiàn)組織中除了奧氏體組織之外還存在少量位錯馬氏體組織，這是由于形變誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種亞結(jié)構(gòu)為少量位錯的馬氏體組織，屬于ε-馬氏體。四爐試樣組織的顯微硬度都在低碳馬氏體的硬度范圍內(nèi)。普通的奧氏體組織的硬度一般在(170～250) HV0.2范圍內(nèi)。ε-馬氏體是由奧氏體向板條馬氏體轉(zhuǎn)變的一種過渡相，其性能特點類似于馬氏體，該ε-馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，是溶碳飽和的鐵素體結(jié)構(gòu)，因此具備磁性，磁性強弱與ε-馬氏體含量的多少直接相關(guān)。

(3)通過形變誘導(dǎo)馬氏體相變溫度的公式：

Md(30/50)=413-9.5(Ni)-13.7(Cr)-8.1(Mn)-9.2(Si)-18.5(Mo)-462(C+N)

計算出四爐的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度為-1.42℃、-6.687℃、-23.177℃、1.061℃。Md(30/50)點越低。形變誘導(dǎo)產(chǎn)生馬氏體的難度越大，因此3#爐較其它三爐不易生成誘導(dǎo)馬氏體。一般304不銹鋼的Md(30/50)大于25℃，一般200系不銹鋼的Md(30/50)大于150℃。該四爐試樣的Md(30/50) 較普通304不銹鋼和200系不銹鋼的要低很多，因此是很不容易發(fā)生馬氏體相變，但是如果由于一次形變量較大，應(yīng)力誘發(fā)會起到重要的作用。通過搜集加工信息得知?5.5 mm的原材料拉拔至?2.27 mm后進(jìn)行了一道退火之后拉拔到?1.96 mm，發(fā)現(xiàn)了磁性從而影響了交貨，經(jīng)過退火后的變形量只有13%左右，并不是很大。因此推測有兩種可能會導(dǎo)致這種現(xiàn)象，一是退火沒有起到固溶作用，馬氏體沒有完全溶解；二是后續(xù)拉拔的變形速率較大，因此會產(chǎn)生這種ε-馬氏體，最終導(dǎo)致了軋制開裂。

4結(jié)論

304M2不銹鋼冷加工后產(chǎn)生磁性的根本原因是形變誘導(dǎo)發(fā)生相變產(chǎn)生了ε-馬氏體，該ε-馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，是溶碳飽和的鐵素體結(jié)構(gòu)，因此具備磁性。

產(chǎn)生ε-馬氏體的原因有以下兩點：(1)從這四爐不銹鋼的化學(xué)成分與拉拔產(chǎn)品的金相組織以及磁導(dǎo)率和顯微硬度來看，C、N元素含量低的ε-馬氏體多、磁導(dǎo)率大、硬度高；C、N元素含量高的則ε-馬氏體少、磁導(dǎo)率小、硬度低。(2)由于304M2的 Md(30/50)明顯的低于普通304和200系不銹鋼，是很不容易發(fā)生馬氏體相變而產(chǎn)生磁性的。在拉拔過程中退火工藝和拉拔的速率不當(dāng)會產(chǎn)生馬氏體相變而導(dǎo)致產(chǎn)生磁性。

可以采取以下措施消除磁性：

(1)煉鋼環(huán)節(jié)要優(yōu)化成分，保證材料奧氏體的穩(wěn)定性；(2)冷加工時拉拔到?2.27 mm要經(jīng)過固溶退火溶解掉馬氏體，再通過控制變形速率拉拔到?1.97 mm，保證磁性不會增強。

參考文獻(xiàn)

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編輯杜青泉