304M2不锈钢冷加工磁性原因分析

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吕海当马正伟胡梅青施黎明

(青山钢铁瑞浦科技集团有限公司特钢研究院，浙江323900)

摘要：利用光谱成分分析、磁性测量、金相分析、显微硬度分析对冷加工后产生磁性的304M2不锈钢拉拔丝进行了全面的分析。分析结果表明: 产生磁性的根本原因是形变诱导发生相变产生了ε-马氏体，该ε-马氏体的晶体结构为体心立方结构，是溶碳饱和的铁素体结构，因此具备磁性。经过1050℃保温30 min的固溶处理后，304M2不锈钢拉拔丝的组织为奥氏体组织，磁性消失。

关键词：304M2不锈钢；磁性；固溶处理

中图分类号：TG115.21文献标志码：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

通常用作装饰材料的不锈钢多数是奥氏体型的304材质，一般来讲是无磁或弱磁的，但因冶炼造成化学成分波动或加工状态不同也可能出现磁性。奥氏体是无磁或弱磁性，而马氏体和铁素体是带磁性的，由于冶炼时成分偏析或热处理不当，会造成奥氏体304不锈钢中出现少量马氏体或铁素体组织，304不锈钢就会带有微弱的磁性。 另外，304不锈钢经过冷加工，组织结构也会向马氏体转化，冷加工变形度越大，马氏体转化越多，钢的磁性也越大。要想完全消除上述原因造成的304钢的磁性，可通过高温固溶处理来恢复稳定奥氏体组织，从而消去磁性。

1试验方法

(1)宏观形貌观察及样品加工信息搜集。

(2)截取试样，磨平后使用SPECTROLAB M10型光电直读光谱仪检测其化学成分。

(3)采用NIM-2000SF型弱磁化测量仪对所取试样进行磁性测量。

(4)制作标准金相试样在Axio Imager Aim型金相显微镜下观察微观组织形貌。

(5)镶嵌后的金相试样用HXD-1000

TMC/LCD型显微硬度计测量其硬度。

(6)取样品在SRJX箱式电加热热处理炉内完成1050℃保温30 min的固溶试验，然后再测量其磁性和进行金相组织分析。

2试验结果

2.1宏观分析及样品加工信息搜集

图1　试样的宏观形貌

图1是试样的宏观形貌。生产加工信息为：规格∅5.5 mm的304M2不锈钢酸洗盘丝拉拔至∅2.27 mm后进行一次退火，然后拉拔至∅1.96 mm，发现所得产品磁性较强，且发现同种材料经过相同加工后磁性有强有弱。图1所示小规格试样是加工到成品(∅1.96 mm)后的试样，是有磁性的，大规格试样是拉拔到中间规格∅4.7 mm时就已经发现有磁性的试样，椭圆框内试样是拉拔到∅4.7 mm没有磁性的试样。

(a)3#磁性强组织 (b)2#磁性弱组织

(a)3#原磁性强组织 (b)2#原磁性弱组织

2.2化学成分分析

化学成分检测结果如表1所示。

表1　化学成分(质量分数，%)

从表1可以看出，3#炉的C、N含量明显高于其它三炉。

2.3磁性测量

相对磁导率测量结果如表2所示。

根据测量结果，4#的相对磁导率明显高于其它三组。3#的相对磁导率低于其它三组，磁性较弱。

2.4金相分析

金相组织图如图2所示。

通过金相检测可知，基体组织为奥氏体+马氏体，马氏体的板条结构较通常马氏体较浅，且磁性强材料中马氏体含量明显比磁性弱材料的高。

2.5显微硬度测量

从表2可以看出，3#的硬度小于其它三组。

2.6热处理后磁性和组织状态

通过1050℃保温30 min的固溶试验后所得试样经去除氧化铁皮后的磁导率测量结果如表2。可以看出较固溶处理前明显下降，此时处于弱磁性状态。

1050℃保温30 min的固溶试验后所得试样的金相组织图片如图3，组织均为孪晶奥氏体组织，晶粒度5.5级。

3讨论

(1)对比1#、2#、4#三个磁性强和3#磁性弱的四炉化学成分，其中3#炉的C、N含量明显比其它三炉高，C、N均为稳定奥氏体元素，有利于奥氏体形成与稳定。

(2)通过金相分析发现组织中除了奥氏体组织之外还存在少量位错马氏体组织，这是由于形变诱导产生的一种亚结构为少量位错的马氏体组织，属于ε-马氏体。四炉试样组织的显微硬度都在低碳马氏体的硬度范围内。普通的奥氏体组织的硬度一般在(170～250) HV0.2范围内。ε-马氏体是由奥氏体向板条马氏体转变的一种过渡相，其性能特点类似于马氏体，该ε-马氏体的晶体结构为体心立方结构，是溶碳饱和的铁素体结构，因此具备磁性，磁性强弱与ε-马氏体含量的多少直接相关。

(3)通过形变诱导马氏体相变温度的公式：

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

计算出四炉的马氏体转变温度为-1.42℃、-6.687℃、-23.177℃、1.061℃。Md(30/50)点越低。形变诱导产生马氏体的难度越大，因此3#炉较其它三炉不易生成诱导马氏体。一般304不锈钢的Md(30/50)大于25℃，一般200系不锈钢的Md(30/50)大于150℃。该四炉试样的Md(30/50) 较普通304不锈钢和200系不锈钢的要低很多，因此是很不容易发生马氏体相变，但是如果由于一次形变量较大，应力诱发会起到重要的作用。通过搜集加工信息得知∅5.5 mm的原材料拉拔至∅2.27 mm后进行了一道退火之后拉拔到∅1.96 mm，发现了磁性从而影响了交货，经过退火后的变形量只有13%左右，并不是很大。因此推测有两种可能会导致这种现象，一是退火没有起到固溶作用，马氏体没有完全溶解；二是后续拉拔的变形速率较大，因此会产生这种ε-马氏体，最终导致了轧制开裂。

4结论

304M2不锈钢冷加工后产生磁性的根本原因是形变诱导发生相变产生了ε-马氏体，该ε-马氏体的晶体结构为体心立方结构，是溶碳饱和的铁素体结构，因此具备磁性。

产生ε-马氏体的原因有以下两点：(1)从这四炉不锈钢的化学成分与拉拔产品的金相组织以及磁导率和显微硬度来看，C、N元素含量低的ε-马氏体多、磁导率大、硬度高；C、N元素含量高的则ε-马氏体少、磁导率小、硬度低。(2)由于304M2的 Md(30/50)明显的低于普通304和200系不锈钢，是很不容易发生马氏体相变而产生磁性的。在拉拔过程中退火工艺和拉拔的速率不当会产生马氏体相变而导致产生磁性。

可以采取以下措施消除磁性：

(1)炼钢环节要优化成分，保证材料奥氏体的稳定性；(2)冷加工时拉拔到∅2.27 mm要经过固溶退火溶解掉马氏体，再通过控制变形速率拉拔到∅1.97 mm，保证磁性不会增强。

参考文献

[1]卢光熙等主编.金属学教程[M].上海:上海科学技术出版社，1985: 306.

[2]董秀文，李岩，陈淑兰，等.弱磁性奥氏体不锈钢磁导率的测量[J].检验检疫科学, 2004 ,14 (3) :51-53.

[3]方伟，韩家跃，沈伟国，等.奥氏体不锈钢焊接磁性控制[J].焊接，2003(12):42-43.

编辑杜青泉