論塑性變形及疲勞損傷對304 奧氏體不銹鋼電磁特性的影響

李培娟

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450016）

304 奧氏不銹鋼本身可以發揮耐腐蝕性、加工性、耐熱性以及機械性優勢作用，因此被廣泛運用到承壓類特種設備中。針對304 奧氏體不銹鋼經常出現機械損傷、疲勞損傷等問題，應該對腐蝕裂紋、減薄等作出有關研究，對于微觀損傷問題，應該對其塑性變形與材料塑性的關系進行研究。但是針對疲勞損傷對304 奧氏體不銹鋼電磁特性的影響，相關文獻研究較少。基于此種背景下，此文將進一步分析304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形與疲勞損傷的影響，分別分析塑性變形、疲勞損傷以及符合作用對其產生的影響，以促進我國特種設備安全長效地發展。

1 構建樣品制備與實驗系統

1.1 塑性變形與疲勞試樣制備

此次研究304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形與疲勞損傷的影響，將借助MTS 雙軸試驗機設備制作塑性變形與不同疲勞損傷的試樣。其中塑性變形試樣變量以0%、2%、5%、7%以及10%為主，拉伸變形速率控制在每分鐘0.2mm。疲勞循環次數以0 次、4 萬次、10 萬次以及20 萬次為主，疲勞荷載即正弦疲勞循環，應力比值為0，最大載荷量10kN。

1.2 構建實驗系統

利用四端子直流電位方法，對304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形與疲勞損傷的影響，借助極軟磁磁滯回線儀器設備測量材料特性受塑性變形與疲勞損傷的影響。

四端子直流電位方法實驗系統主要分為恒流源、納伏表、掃描臺以及數據收集系統等。四端子直流電位方法可以從1號、4 號探針通入恒定電流，再從2 號、3 號探針測量304奧氏體不銹鋼電壓，根據納伏表讀出，結合公式，得出材料電導率。其中σ 代表電阻率，I 代表電流，l 代表探針2、3 的距離，U 代表探針2、3 的電壓，W 代表寬度，h 代表厚度。

磁性測量實驗系統，型號以AFM-20K-PFMM 為標準。此次研究借助極軟磁磁滯回線測量系統，得出304 奧氏體不銹鋼的磁性特性，即相對磁導率為μr、磁極化強度J 與磁場H 的聯系。此次試驗中，磁通量量程以5μWb 為標準，最大此次為每米50000 安，最大電流為15.57 安，電壓遞增間隔為0.5 伏，延遲時間控制在0.5 秒。

2 304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形的影響

在上述理論基礎上，得出304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形的影響結果，通過觀察結果可知，304 奧氏體不銹鋼塑性變形的提升，材料電導率減少而使電導率升高。在特定磁場環境背景下，試樣相對磁導率會根據塑性變形的升高而增加，磁性明顯增強。

塑性變形狀況下，304 奧氏體不銹鋼電導率降低，其根本原因與材料晶體內位錯、滑移等存在關聯。根據相關研究證明，塑性變形會使304 奧氏體不銹鋼電磁特性有所提升，是因其出現馬氏體相變。因此，進一步研究塑性變形與材料磁特性的聯系，利用探針顯微鏡設備，對不同塑性變形展開原子力顯微鏡與磁力顯微鏡掃描。應該將塑性變形件切成10×12mm 的小片，通過砂紙的打磨，使面保持光面，同時利用砂輪打磨成鏡面；借助三氧化鉻（濃度10%）電解液電解鏡面試樣，電解電流控制在0.12A，時間則為12 ～15 分鐘，直到金相顯微鏡下可以清晰地看到晶粒晶界。

對結果進一步分析，塑性變形對304 奧氏體不銹鋼電磁特性的影響主要是由于出現馬氏體相變。材料內部沒有磁性的奧氏體相轉變成為存在磁性的馬氏體相，增強材料磁性與磁導率；304 奧氏體不銹鋼塑性變形使馬氏體相變多出現在材料晶界處部位，會受塑性變形量的提升，使馬氏體相逐漸增加。通過觀察可知，在無塑性變形的試件中，馬氏體相依然存在，出現此現象的原因是由于原始304 奧氏體不銹鋼中存在少量的鐵磁相關。

3 304 奧氏體不銹鋼電磁特性受疲勞損傷的影響

為了深入探究304 奧氏體不銹鋼電磁特性受疲勞損傷的影響，可以得出影響結果與塑性變形相類似，疲勞損傷會使304 奧氏體不銹鋼的電導率降低，促進磁導率的提升。另外，在磁性測量試驗中得出，材料磁特性在疲勞損傷初期階段磁導率處于不穩定狀態，但是通過一段時間后，可以達到平穩水平。

4 304 奧氏體不銹鋼電磁特性受復合作用的影響

對于不同塑性變形試樣增加不同疲勞損傷，304 奧氏體不銹鋼受疲勞損傷后，電導率相對僅有塑性變形試樣變化更加顯著，電導率有所降低。另外，塑性變形試樣增加疲勞損傷后，試樣電磁率明顯提升；另外，相同的塑性變形試樣會在疲勞10 萬次與20 萬次后材料磁導率無明顯變化，出現此現象的原因是與疲勞載荷的載荷大小、循環次數存在關系。

相比最初試樣，在塑性變形的情況下，10%變形試樣電導率會降低2.409%，磁導率增高至7.567%；而在疲勞損傷的情況下，疲勞20 萬次試樣電導率會降低1.798%，磁導率升高至3.257%；在復合作用下，塑性變形10%與20 萬次疲勞試樣電導率降低4.214%，磁導率升高至10.257%。

5 結論

本文對304 奧氏體不銹鋼電磁特性受塑性變形與疲勞損傷的影響展開探究，結果證明：其一，塑性變形會導致304奧氏體不銹鋼材料電導率降低，磁導率提升。其中電導率降低的原因與材料晶體內出現位錯、滑移有一定關聯；磁導率提升的主要原因是塑性變形會使304 奧氏體不銹鋼部分沒有磁性的奧氏體相轉化成為有磁性的馬氏體相。其二，疲勞損傷會使304 奧氏體不銹鋼的電導率有所降低，磁特性明顯升高。其三，304 奧氏體不銹鋼在塑性變形與疲勞損傷復合作用下，會使電導率明顯下降，磁特性有所提升。

6 結語

綜上所述，此次研究表明，塑性變形與疲勞損傷容易對304 奧氏體不銹鋼電磁特性產生一系列影響，為了降低影響效率，應該對304 奧氏體不銹鋼電磁特性做出精準的無損評價，進而從多個方面加以控制與注重，才能減少塑性變形與疲勞損傷等微觀損傷所對304 奧氏體不銹鋼造成的不利影響，提高承壓類特種設備的使用周期，確保設備結構安全，為設備安全長效發展奠定良好的基礎。因此，通過研究塑性變形與疲勞損傷容易對304 奧氏體不銹鋼電磁特性產生的影響，進一步明確三者之間的關系，掌握其影響原因，便于從根源處找到解決方法，減少微觀損傷的出現，切實保障承壓類特種設備安全、高效的運行。