浙江至德鋼業(yè)有限公司研究了雙相不銹鋼在拉伸過(guò)程中應(yīng)變量與微磁信號(hào)的變化關(guān)系，分析了雙相不銹鋼變形狀態(tài)下馬氏體相變量以及微觀(guān)組織變化特征。結(jié)果表明，2205雙相不銹鋼在拉伸變形時(shí)微磁信號(hào)隨拉伸力的增大而增強(qiáng)，并且部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。雙相不銹鋼2205主要是由40%～60%鐵素體和60%～40%奧氏體組成。該鋼在性能上的突出表現(xiàn)是屈服強(qiáng)度高和耐應(yīng)力腐蝕，具有良好的焊接性，焊接冷裂紋和熱裂紋的敏感性都較小，在壓力容器上得到很好應(yīng)用。由于兩相之間有不同力學(xué)性能，雙相不銹鋼變形過(guò)程較為復(fù)雜，晶粒間和相間的應(yīng)力分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致材料變形早期出現(xiàn)裂紋或斷裂。因此，了解雙相不銹鋼的變形機(jī)制十分必要。至德鋼業(yè)通過(guò)設(shè)計(jì)固定載荷的拉伸試驗(yàn)、X射線(xiàn)衍射試驗(yàn)和利用電子顯微鏡觀(guān)察金相試驗(yàn)，研究了雙相不銹鋼在拉伸過(guò)程中應(yīng)變與磁信號(hào)的變化關(guān)系。分析了雙相不銹鋼在形變狀態(tài)下內(nèi)部組織的變化特征，得到了材料內(nèi)部組織的微觀(guān)變化規(guī)律。驗(yàn)證了運(yùn)用微磁檢測(cè)法對(duì)雙相不銹鋼材料進(jìn)行缺陷早期診斷的可行性，為解決雙相不銹鋼構(gòu)件的早期診斷難題提供了較簡(jiǎn)捷的試驗(yàn)方法。

一、試驗(yàn)材料及內(nèi)容

1. 試驗(yàn)材料

  試驗(yàn)選材為2205雙相不銹鋼(00Cr22Ni5Mo3N)材料，其化學(xué)成分如表所示，試樣尺寸如圖所示。根據(jù)拉伸試驗(yàn)機(jī)的載荷能力、夾具的結(jié)構(gòu)尺寸和材料的強(qiáng)度，試樣的長(zhǎng)、寬、厚分別定為157、40、2mm。為實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形式損傷的試驗(yàn)測(cè)量，A型試樣中心部位兩側(cè)加工有長(zhǎng)為3mm，寬為2mm的兩個(gè)矩形通槽；B型試樣中心部位加工有準(zhǔn)1.5mm的圓形通槽缺口。

2. 試驗(yàn)方法和過(guò)程

  以試樣中預(yù)置的缺口位置為中心，取中心位置兩側(cè)長(zhǎng)50mm的區(qū)域?yàn)閽呙鑵^(qū)域。在A(yíng)型試樣掃描區(qū)域取三條掃描線(xiàn)分別為L(zhǎng)1、L2和L3，在B型試樣掃描區(qū)域取兩條磁場(chǎng)掃描線(xiàn)分別為L(zhǎng)1和L2，所有磁場(chǎng)掃描線(xiàn)上都有50個(gè)點(diǎn)。在WDW-E100D型電子程控拉伸試驗(yàn)機(jī)上分別對(duì)兩種試樣進(jìn)行靜載拉伸試驗(yàn)，逐步增加載荷大小(0、10、20、30kN)，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。由于地磁場(chǎng)磁化產(chǎn)生的磁場(chǎng)信號(hào)較小，本試驗(yàn)采用了兩臺(tái)美國(guó)公司生產(chǎn)的高斯計(jì)，其分辨率0.001Gs，精確度±0.25%。兩個(gè)高斯計(jì)探頭固定在實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)用掃描平臺(tái)上，用來(lái)測(cè)量試樣表面微磁信號(hào)水平分量Hp(x)和垂直分量Hp(y)。在掃查過(guò)程中高斯計(jì)探頭固定在掃查架上，探頭步進(jìn)為1mm，保持穩(wěn)定的速率，可準(zhǔn)確檢測(cè)出微磁信號(hào)的強(qiáng)度。

二、試驗(yàn)結(jié)果分析

1. 應(yīng)變與微磁信號(hào)變化關(guān)系的分析

    對(duì)B型試樣進(jìn)行拉伸之前測(cè)量出2條掃描線(xiàn)上a、b兩點(diǎn)的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度，記錄固定載荷下的塑性變形量和a、b兩點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。處理數(shù)據(jù)可得到塑性變形量與磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化關(guān)系，如圖2所示?？煽闯觯谒苄宰冃瘟浚?.56mm階段，試樣最大磁場(chǎng)在5.5Gs左右，波動(dòng)量在0.05Gs左右，變化幅度較小。當(dāng)塑性變形量大于5.56mm小于22.56mm，兩條曲線(xiàn)大幅升高，從5.53Gs增加到6.45Gs，兩條線(xiàn)上的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度與形變量之間呈現(xiàn)良好的線(xiàn)性關(guān)系。當(dāng)變形量大于5.56mm時(shí)試樣由彈性變形突然轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃巍?/span>

   在變形量為零時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為5.5Gs左右。在B型試樣中的兩條掃描線(xiàn)關(guān)于缺口對(duì)稱(chēng)，掃描線(xiàn)上的磁場(chǎng)變化情況也基本相同。圖表示B型試樣上L1上的點(diǎn)在不同拉伸力條件下測(cè)得的微磁信號(hào)變化曲線(xiàn)。圖分別表示微磁信號(hào)的水平分量和垂直分量。標(biāo)記點(diǎn)數(shù)為加載試樣時(shí)從上往下檢測(cè)試樣表面漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的掃描點(diǎn)數(shù)，標(biāo)記點(diǎn)數(shù)25處為鄰近缺口區(qū)域。由圖可知，在0、10kN拉力作用下試樣的漏磁場(chǎng)水平分量無(wú)明顯變化。20kN、30kN拉力作用下試樣變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出近似拱形的波動(dòng)曲線(xiàn)，且拉力值越大時(shí)曲線(xiàn)的峰值越大。試樣缺口左右的變化情況有明顯的對(duì)稱(chēng)性。在標(biāo)記點(diǎn)數(shù)為25的位置，即缺口所在區(qū)域，強(qiáng)度達(dá)到最大值。由圖可知，在標(biāo)記點(diǎn)數(shù)為25處，漏磁場(chǎng)垂直分量出現(xiàn)零點(diǎn)開(kāi)始變化為負(fù)值，零點(diǎn)兩側(cè)部分是中心對(duì)稱(chēng)的；在峰值處，漏磁場(chǎng)垂直分量強(qiáng)度隨拉力的增大而增大。由以上分析可得，在一定范圍內(nèi)微磁信號(hào)隨著變形量的增大而增大；在鄰近缺口的位置，微磁信號(hào)的水平分量和垂直分量隨拉伸力的增大而增大。在微磁信號(hào)水平分量達(dá)到最大值的同時(shí)垂直分量出現(xiàn)零點(diǎn)，這種現(xiàn)象是明顯的微磁檢測(cè)方法信號(hào)的拾取結(jié)果，可說(shuō)明在試樣缺口處存在應(yīng)力集中情況。這驗(yàn)證了通過(guò)檢測(cè)微磁信號(hào)實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料在裂紋產(chǎn)生前的損傷程度進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估的可行性。

2. 材料內(nèi)部組織與微磁信號(hào)關(guān)系的分析

   因?yàn)樵嚇釉诶爝^(guò)程中出現(xiàn)明顯的磁性變化，在內(nèi)部組織沒(méi)有發(fā)生變化的情況下不可能發(fā)生這種變化。為觀(guān)察材料內(nèi)部組織的變化情況,采用X射線(xiàn)衍射方法和掃描電鏡對(duì)材料微觀(guān)組織進(jìn)行金相分析。

 2.1 X射線(xiàn)衍射試驗(yàn)

   采用X射線(xiàn)衍射方法分別測(cè)量A型試樣母材和斷口的組織晶粒結(jié)構(gòu)，得到試樣拉伸前后的XRD衍射譜，如圖所示，分別表示拉伸前后的衍射曲線(xiàn)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，試樣拉伸前在衍射廣角20為65°、75°、83°、90°、95°附近出現(xiàn)了較為明顯的峰值，分析得這些測(cè)得的波峰在65°、83°、95°附近為試樣的鐵素體組織，在75°、90°附近為試樣的奧氏體組織。拉伸后試樣的衍射圖譜在75°、83°、95°、98°、115°附近出現(xiàn)了波峰，對(duì)比圖可看出，75°附近的奧氏體波峰消失了，而在98°附近和115°附近出現(xiàn)了新的波峰。通過(guò)數(shù)據(jù)分析處理可判斷拉斷試樣中原有的一部分奧氏體相已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

 2.2 金相分析

   未經(jīng)拉伸的雙相不銹鋼組織表現(xiàn)出晶界清晰、組織均勻等特征。雙相不銹鋼作為一種層錯(cuò)能較低的金屬，在變形過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)形變誘導(dǎo)馬氏體，這使得雙相不銹鋼的硬度增加。圖為雙相不銹鋼拉伸前后的金相圖。從圖可看出清晰的晶界和組織形貌。鐵素體是白色塊狀、多邊形等軸晶粒，奧氏體的顯微組織與鐵素體相似，但晶界較平直，且常有孿晶存在。對(duì)比圖與圖可以看出組織存在明顯的區(qū)別。圖的組織比較細(xì)密，這是由于拉伸變形使晶粒細(xì)化，仔細(xì)觀(guān)察可看出，白色塊狀的組織減少了，出現(xiàn)了一些板條狀形貌的組織，這其實(shí)就是變形部位部分奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變。由奧氏體不具有鐵磁性，而馬氏體具有鐵磁性的特點(diǎn)，在拉伸過(guò)程中雙向不銹鋼試樣中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，因此拉伸過(guò)程中雙向不銹鋼出現(xiàn)明顯的磁性變化，并且磁性隨拉伸力的增大而增大。

三、結(jié)論

  2205雙相不銹鋼在拉伸變形后會(huì)產(chǎn)生微磁信號(hào)，隨拉伸力和試樣變形量增大，2205構(gòu)件的微磁信號(hào)強(qiáng)度有增大趨勢(shì)。2205雙相不銹鋼拉伸時(shí)部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，隨塑性變形量的增加，馬氏體相變量也會(huì)隨著增加，使材料整體呈現(xiàn)磁性增加的特征?；陔p相不銹鋼試樣在拉伸過(guò)程中塑性變形量與微磁信號(hào)強(qiáng)度的變化關(guān)系，驗(yàn)證了通過(guò)檢測(cè)微磁信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)材料在裂紋產(chǎn)生前的損傷程度進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估的可行性。