一種奧氏體不銹鋼中馬氏體轉變量的無損檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于不銹鋼技術領域，具體涉及一種奧氏體不銹鋼中馬氏體轉變量的無損 檢測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著國民經濟的快速發展，低溫技術已經滲透到各個科學技術領域，成為尖端科 學的一個重要組成部分，極端深冷工況頻繁出現在航空航天、石油化工、能源、醫療等關鍵 領域。
[0003] 通常，大多數體心立方金屬材料隨著溫度的下降，強度提高，韌性下降，當溫度降 至韌脆轉變溫度時，韌性突然降低，處于脆性狀態，限制了該類型材料在低溫下的使用。而 具有面心立方晶體結構的奧氏體不銹鋼具有優良的低溫性能，成為極端深冷條件下使用較 為廣泛的材料，其中又數S30408不銹鋼材料的應用最為典型。研宄發現，奧氏體不銹鋼 屬于非穩態合金，受機械應力、塑性變形或深冷服役環境影響時，會發生馬氏體相變（馬 氏體相強度、硬度較高，而塑性、韌性較低），導致其力學行為發生顯著改變，直接影響奧氏 體不銹鋼在深冷低溫工程中使用的安全性和穩定性。比如，亞穩態的奧氏體不銹鋼（如 S30408)，在制造過程中和低溫下使用過程中都會誘發馬氏體相變，相變產物為順磁性的 e_馬氏體（密排六方）和鐵磁性的-馬氏體（體心立方）。
[0004] GB150-1998《鋼制壓力容器》中規定壓力容器最低使用溫度為-196°c，對于低于 此溫度使用的壓力容器沒有涉及。GB150. 1-2011《壓力容器第1部分：通用要求》中規定設 計溫度下限已降至_269°C。鑒于國家標準將設計溫度推向了極限深冷，因此從更深層次上 開展深冷壓力容器用金屬材料的檢驗是順應國家標準規范要求的必然趨勢。
[0005] 近年來，輕量化設計與制造已成為深冷壓力容器發展的主導方向，選取更高的許 用應力是實現低溫容器輕量化的重要手段。形變和低溫都可以導致奧氏體不銹鋼中產生馬 氏體相變，進而提高奧氏體不銹鋼材料的屈服強度和抗拉強度，那么在前期設計時選用更 高的許用應力，就可以達到減薄壁厚，節約使用材料的目的。所以了解奧氏體不銹鋼材料在 深冷環境下的相變行為，獲取相關的馬氏體含量數據是實現設備輕量化的理論基礎。

【發明內容】

[0006] 本發明為了克服上述現有技術的不足，提供了一種奧氏體不銹鋼中馬氏體轉變量 的無損檢測方法，可以更準確、更快捷地獲得奧氏體不銹鋼設備的馬氏體轉變量。本方法測 量的奧氏體不銹鋼使用溫度可低至液氦溫度-269°c，并且綜合考慮了形變和低溫環境兩種 引發馬氏體相變的誘因。
[0007] 為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：
[0008] 一種奧氏體不銹鋼中馬氏體轉變量的無損檢測方法，奧氏體不銹鋼的相變產物為 順磁性的e-馬氏體和鐵磁性的a'-馬氏體，對于變形量小于15%的奧氏體不銹鋼材 料，其特征在于該檢測方法的具體步驟如下：
[0009] ①通過鐵素體儀測量奧氏體不銹鋼中的鐵磁性的a 馬氏體的含量，數值記為 x；
[0010] ②然后，通過下述函數關系式，計算得到奧氏體不銹鋼中的馬氏體轉變量：
[0011] f(x) = 1. 67x+l. 48 ；
[0012] 上式中：
[0013] f(x)為馬氏體轉變量，包括e-馬氏體和a 馬氏體的總含量；
[0014]x為通過鐵素體儀測量得到的a 馬氏體的含量。
[0015] 通過上述方法得到的所述馬氏體轉變量f(x)與奧氏體不銹鋼中的實際的馬氏體 總含量y的相關系數R2彡0.96。
[0016] 本發明的有益效果在于：
[0017] 由于亞穩態的奧氏體不銹鋼（如S30408不銹鋼），在制造過程中和低溫下使用過 程中都會誘發馬氏體相變，相變產物為順磁性的e-馬氏體和鐵磁性的a馬氏體。其 中a'-馬氏體轉變量可以通過鐵素體儀測量，但是鐵素體儀只能檢測鐵磁性相，而不能 檢測出e-馬氏體的轉變量；XRD檢測方法雖然可以準確地檢測出e-馬氏體和a'-馬 氏體的轉變量，但是，XRD方法需要在設備上切取小塊的試樣，且設備昂貴，分析過程專業性 強且繁瑣。而鐵素體儀則具有無損檢測、攜帶方便和讀數方便快捷等特點，滿足了現場工程 和檢測需要，對實際生產具有一定的指導意義。
[0018] 針對此，本發明通過對大量實驗數據的統計分析，得到馬氏體轉變量f(x)與鐵素 體儀測量數值x的函數關系：f(x) = 1.67X+1.48 ;同時，本發明進行了大量的驗證實驗，采 用XRD方法測得順磁性的e-馬氏體和鐵磁性的a'-馬氏體的含量，一方面通過相對準 確的XRD方法來修正鐵素體儀所測量的a'-馬氏體相含量，另一方面彌補鐵素體儀不能 檢測出e-馬氏體的缺陷，計算出e-馬氏體和a'-馬氏體的總含量，驗證XRD測出的轉 變量與函數公式計算出的轉變量之間的相關系數R2多0.96,表明函數關系計算出的轉變量 與精確值非常接近，對后期馬氏體轉變量的確定具有重大的指導意義。另外鑒于工程應用 實際，在實際生產過程中，變形量不會大于15%，因而該公式適用于變形量小于15%的奧 氏體不銹鋼材料馬氏體轉變量的測量。
[0019] 故本發明利用率鐵素體儀具有無損檢測、攜帶方便和讀數方便快捷等優點，結合 馬氏體轉變量f(x)與鐵素體儀測量數值x的函數關系即f(x) = 1.67X+1.48,在實際應用 中可準確快捷的計算出馬氏體轉變量的數值，節省了企業測量成本，也為奧氏體不銹鋼材 料在低溫環境下的應用奠定了基礎。
【具體實施方式】
[0020] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合具體實施例對本發明 作進一步地詳細描述。
[0021] 由于形變和低溫環境都會誘發馬氏體相變，故將這兩種誘因都考慮到檢測方法 中。本發明能夠應用于溫度可低至液氦溫度-269°c的、實際應用過程中變形量小于15%的 奧氏體不銹鋼材料進行無損快速檢測。
[0022] ①通過鐵素體儀測量奧氏體不銹鋼中鐵磁性a' _馬氏體的含量，數值記為x;
[0023] ②然后，通過下述函數關系式，計算得到奧氏體不銹鋼中的馬氏體轉變量：
[0024] f(x) = 1. 67x+l. 48 ；
[0025] 上式中：
[0026] f(x)為馬氏體轉變量，包括e_馬氏體和a'-馬氏體的總含量；
[0027] x為通過鐵素體儀測量得到的a 馬氏體的含量。
[0028] 由于XRD方法需要在設備上切取小塊的試樣，且設備昂貴，分析過程專業性強且 繁瑣，而鐵素體儀則具有無損檢測、攜帶方便和讀數方便快捷等特點，滿足了現場工程和檢 測需要，因此，采用本發明提供的檢測方法，在得到函數關系式后，無需采用XRD檢測，只需 利用鐵素體儀測得奧氏體不銹鋼材料的a 馬氏體轉變量，得到一組x的數據，如表1中 鐵素體儀測量值一欄所示，將該欄x值依次代入函數關系式f(x) = 1.67X+1.48中，即可得 到馬氏體轉變量f(x)，馬氏體轉變量f(x)即為表1中馬氏體含量擬合值。
[0029] 另外，針對本發明提供的檢測方法，通過XRD對其進行了驗證試驗，同樣如表1所 示，利用XRD方法精確測量奧氏體不銹鋼材料中的a 馬氏體和e-馬氏體的分別含量， 得到馬氏體的總轉變量，也即馬氏體總含量，而根據本發明檢測方法得到的馬氏體含量擬 合值與馬氏體總含量的相關系數R2達到了 〇. 975,與馬氏體總含量的實際數值非常接近，對 于后續的實際生產具有較大的指導意義，同時也為了解奧氏體不銹鋼材料在深冷環境下的 相變行從而實現設備輕量化奠定了理論基礎。
[0030] 表1.奧氏體不銹鋼中馬氏體轉變量試驗數據
[0031]
【主權項】
1. 一種奧氏體不銹鋼中馬氏體轉變量的無損檢測方法，奧氏體不銹鋼的相變產物為順 磁性的e-馬氏體和鐵磁性的a'-馬氏體，對于變形量小于15%的奧氏體不銹鋼材料， 其特征在于該檢測方法的具體步驟如下： ① 通過鐵素體儀測量奧氏體不銹鋼中的鐵磁性的a 馬氏體的含量，數值記為X; ② 然后，通過下述函數關系式，計算得到奧氏體不銹鋼中的馬氏體轉變量： f(x) =I. 67x+l. 48 ； 上式中： f(X)為馬氏體轉變量，包括e-馬氏體和a 馬氏體的總含量； X為通過鐵素體儀測量得到的a馬氏體的含量。
2. 根據權利要求1所述的一種奧氏體不銹鋼中馬氏體轉變量的無損檢測方法，其特 征在于：所述馬氏體轉變量f(x)與奧氏體不銹鋼中的實際的馬氏體總含量y的相關系數 R2 彡 0. 96。
【專利摘要】本發明公開了一種奧氏體不銹鋼中馬氏體轉變量的無損檢測方法，奧氏體不銹鋼的相變產物為順磁性的ε-馬氏體和鐵磁性的α′-馬氏體，對于變形量小于15％的奧氏體不銹鋼材料，該檢測方法具體步驟如下：首先，通過鐵素體儀測量奧氏體不銹鋼中的鐵磁性的α′-馬氏體的含量，數值記為x；然后，通過下述函數關系式，得到奧氏體不銹鋼中的馬氏體轉變量：f(x)＝1.67x+1.48；上式中：f(x)為馬氏體轉變量，包括ε-馬氏體和α′-馬氏體的總含量；x為通過鐵素體儀測量得到的α′-馬氏體的含量。本發明在實際應用中可準確、快捷的計算出奧氏體不銹鋼中馬氏體轉變量的數值，節省了企業測量時間和成本，也為奧氏體不銹鋼材料在低溫環境下的應用奠定了基礎。
【IPC分類】G01N27-72
【公開號】CN104820012
【申請號】CN201510159656
【發明人】孔韋海, 陳學東, 范志超, 呂運容, 張強, 胡盼
【申請人】合肥通用機械研究院, 合肥通用機械研究院特種設備檢驗站
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月3日