论塑性变形及疲劳损伤对304 奥氏体不锈钢电磁特性的影响

李培娟

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南 郑州 450016）

304 奥氏不锈钢本身可以发挥耐腐蚀性、加工性、耐热性以及机械性优势作用，因此被广泛运用到承压类特种设备中。针对304 奥氏体不锈钢经常出现机械损伤、疲劳损伤等问题，应该对腐蚀裂纹、减薄等作出有关研究，对于微观损伤问题，应该对其塑性变形与材料塑性的关系进行研究。但是针对疲劳损伤对304 奥氏体不锈钢电磁特性的影响，相关文献研究较少。基于此种背景下，此文将进一步分析304 奥氏体不锈钢电磁特性受塑性变形与疲劳损伤的影响，分别分析塑性变形、疲劳损伤以及符合作用对其产生的影响，以促进我国特种设备安全长效地发展。

1 构建样品制备与实验系统

1.1 塑性变形与疲劳试样制备

此次研究304 奥氏体不锈钢电磁特性受塑性变形与疲劳损伤的影响，将借助MTS 双轴试验机设备制作塑性变形与不同疲劳损伤的试样。其中塑性变形试样变量以0%、2%、5%、7%以及10%为主，拉伸变形速率控制在每分钟0.2mm。疲劳循环次数以0 次、4 万次、10 万次以及20 万次为主，疲劳荷载即正弦疲劳循环，应力比值为0，最大载荷量10kN。

1.2 构建实验系统

利用四端子直流电位方法，对304 奥氏体不锈钢电磁特性受塑性变形与疲劳损伤的影响，借助极软磁磁滞回线仪器设备测量材料特性受塑性变形与疲劳损伤的影响。

四端子直流电位方法实验系统主要分为恒流源、纳伏表、扫描台以及数据收集系统等。四端子直流电位方法可以从1号、4 号探针通入恒定电流，再从2 号、3 号探针测量304奥氏体不锈钢电压，根据纳伏表读出，结合公式，得出材料电导率。其中σ 代表电阻率，I 代表电流，l 代表探针2、3 的距离，U 代表探针2、3 的电压，W 代表宽度，h 代表厚度。

磁性测量实验系统，型号以AFM-20K-PFMM 为标准。此次研究借助极软磁磁滞回线测量系统，得出304 奥氏体不锈钢的磁性特性，即相对磁导率为μr、磁极化强度J 与磁场H 的联系。此次试验中，磁通量量程以5μWb 为标准，最大此次为每米50000 安，最大电流为15.57 安，电压递增间隔为0.5 伏，延迟时间控制在0.5 秒。

2 304 奥氏体不锈钢电磁特性受塑性变形的影响

在上述理论基础上，得出304 奥氏体不锈钢电磁特性受塑性变形的影响结果，通过观察结果可知，304 奥氏体不锈钢塑性变形的提升，材料电导率减少而使电导率升高。在特定磁场环境背景下，试样相对磁导率会根据塑性变形的升高而增加，磁性明显增强。

塑性变形状况下，304 奥氏体不锈钢电导率降低，其根本原因与材料晶体内位错、滑移等存在关联。根据相关研究证明，塑性变形会使304 奥氏体不锈钢电磁特性有所提升，是因其出现马氏体相变。因此，进一步研究塑性变形与材料磁特性的联系，利用探针显微镜设备，对不同塑性变形展开原子力显微镜与磁力显微镜扫描。应该将塑性变形件切成10×12mm 的小片，通过砂纸的打磨，使面保持光面，同时利用砂轮打磨成镜面；借助三氧化铬（浓度10%）电解液电解镜面试样，电解电流控制在0.12A，时间则为12 ～15 分钟，直到金相显微镜下可以清晰地看到晶粒晶界。

对结果进一步分析，塑性变形对304 奥氏体不锈钢电磁特性的影响主要是由于出现马氏体相变。材料内部没有磁性的奥氏体相转变成为存在磁性的马氏体相，增强材料磁性与磁导率；304 奥氏体不锈钢塑性变形使马氏体相变多出现在材料晶界处部位，会受塑性变形量的提升，使马氏体相逐渐增加。通过观察可知，在无塑性变形的试件中，马氏体相依然存在，出现此现象的原因是由于原始304 奥氏体不锈钢中存在少量的铁磁相关。

3 304 奥氏体不锈钢电磁特性受疲劳损伤的影响

为了深入探究304 奥氏体不锈钢电磁特性受疲劳损伤的影响，可以得出影响结果与塑性变形相类似，疲劳损伤会使304 奥氏体不锈钢的电导率降低，促进磁导率的提升。另外，在磁性测量试验中得出，材料磁特性在疲劳损伤初期阶段磁导率处于不稳定状态，但是通过一段时间后，可以达到平稳水平。

4 304 奥氏体不锈钢电磁特性受复合作用的影响

对于不同塑性变形试样增加不同疲劳损伤，304 奥氏体不锈钢受疲劳损伤后，电导率相对仅有塑性变形试样变化更加显著，电导率有所降低。另外，塑性变形试样增加疲劳损伤后，试样电磁率明显提升；另外，相同的塑性变形试样会在疲劳10 万次与20 万次后材料磁导率无明显变化，出现此现象的原因是与疲劳载荷的载荷大小、循环次数存在关系。

相比最初试样，在塑性变形的情况下，10%变形试样电导率会降低2.409%，磁导率增高至7.567%；而在疲劳损伤的情况下，疲劳20 万次试样电导率会降低1.798%，磁导率升高至3.257%；在复合作用下，塑性变形10%与20 万次疲劳试样电导率降低4.214%，磁导率升高至10.257%。

5 结论

本文对304 奥氏体不锈钢电磁特性受塑性变形与疲劳损伤的影响展开探究，结果证明：其一，塑性变形会导致304奥氏体不锈钢材料电导率降低，磁导率提升。其中电导率降低的原因与材料晶体内出现位错、滑移有一定关联；磁导率提升的主要原因是塑性变形会使304 奥氏体不锈钢部分没有磁性的奥氏体相转化成为有磁性的马氏体相。其二，疲劳损伤会使304 奥氏体不锈钢的电导率有所降低，磁特性明显升高。其三，304 奥氏体不锈钢在塑性变形与疲劳损伤复合作用下，会使电导率明显下降，磁特性有所提升。

6 结语

综上所述，此次研究表明，塑性变形与疲劳损伤容易对304 奥氏体不锈钢电磁特性产生一系列影响，为了降低影响效率，应该对304 奥氏体不锈钢电磁特性做出精准的无损评价，进而从多个方面加以控制与注重，才能减少塑性变形与疲劳损伤等微观损伤所对304 奥氏体不锈钢造成的不利影响，提高承压类特种设备的使用周期，确保设备结构安全，为设备安全长效发展奠定良好的基础。因此，通过研究塑性变形与疲劳损伤容易对304 奥氏体不锈钢电磁特性产生的影响，进一步明确三者之间的关系，掌握其影响原因，便于从根源处找到解决方法，减少微观损伤的出现，切实保障承压类特种设备安全、高效的运行。