一种奥氏体不锈钢中马氏体转变量的无损检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于不锈钢技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢中马氏体转变量的无损 检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的快速发展，低温技术已经渗透到各个科学技术领域，成为尖端科 学的一个重要组成部分，极端深冷工况频繁出现在航空航天、石油化工、能源、医疗等关键 领域。
[0003] 通常，大多数体心立方金属材料随着温度的下降，强度提高，韧性下降，当温度降 至韧脆转变温度时，韧性突然降低，处于脆性状态，限制了该类型材料在低温下的使用。而 具有面心立方晶体结构的奥氏体不锈钢具有优良的低温性能，成为极端深冷条件下使用较 为广泛的材料，其中又数S30408不锈钢材料的应用最为典型。研宄发现，奥氏体不锈钢 属于非稳态合金，受机械应力、塑性变形或深冷服役环境影响时，会发生马氏体相变（马 氏体相强度、硬度较高，而塑性、韧性较低），导致其力学行为发生显著改变，直接影响奥氏 体不锈钢在深冷低温工程中使用的安全性和稳定性。比如，亚稳态的奥氏体不锈钢（如 S30408)，在制造过程中和低温下使用过程中都会诱发马氏体相变，相变产物为顺磁性的 e_马氏体（密排六方）和铁磁性的-马氏体（体心立方）。
[0004] GB150-1998《钢制压力容器》中规定压力容器最低使用温度为-196°c，对于低于 此温度使用的压力容器没有涉及。GB150. 1-2011《压力容器第1部分：通用要求》中规定设 计温度下限已降至_269°C。鉴于国家标准将设计温度推向了极限深冷，因此从更深层次上 开展深冷压力容器用金属材料的检验是顺应国家标准规范要求的必然趋势。
[0005] 近年来，轻量化设计与制造已成为深冷压力容器发展的主导方向，选取更高的许 用应力是实现低温容器轻量化的重要手段。形变和低温都可以导致奥氏体不锈钢中产生马 氏体相变，进而提高奥氏体不锈钢材料的屈服强度和抗拉强度，那么在前期设计时选用更 高的许用应力，就可以达到减薄壁厚，节约使用材料的目的。所以了解奥氏体不锈钢材料在 深冷环境下的相变行为，获取相关的马氏体含量数据是实现设备轻量化的理论基础。
【发明内容】
[0006] 本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种奥氏体不锈钢中马氏体转变量 的无损检测方法，可以更准确、更快捷地获得奥氏体不锈钢设备的马氏体转变量。本方法测 量的奥氏体不锈钢使用温度可低至液氦温度-269°c，并且综合考虑了形变和低温环境两种 引发马氏体相变的诱因。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0008] 一种奥氏体不锈钢中马氏体转变量的无损检测方法，奥氏体不锈钢的相变产物为 顺磁性的e-马氏体和铁磁性的a'-马氏体，对于变形量小于15%的奥氏体不锈钢材 料，其特征在于该检测方法的具体步骤如下：
[0009] ①通过铁素体仪测量奥氏体不锈钢中的铁磁性的a 马氏体的含量，数值记为 x；
[0010] ②然后，通过下述函数关系式，计算得到奥氏体不锈钢中的马氏体转变量：
[0011] f(x) = 1. 67x+l. 48 ；
[0012] 上式中：
[0013] f(x)为马氏体转变量，包括e-马氏体和a 马氏体的总含量；
[0014]x为通过铁素体仪测量得到的a 马氏体的含量。
[0015] 通过上述方法得到的所述马氏体转变量f(x)与奥氏体不锈钢中的实际的马氏体 总含量y的相关系数R2彡0.96。
[0016] 本发明的有益效果在于：
[0017] 由于亚稳态的奥氏体不锈钢（如S30408不锈钢），在制造过程中和低温下使用过 程中都会诱发马氏体相变，相变产物为顺磁性的e-马氏体和铁磁性的a马氏体。其 中a'-马氏体转变量可以通过铁素体仪测量，但是铁素体仪只能检测铁磁性相，而不能 检测出e-马氏体的转变量；XRD检测方法虽然可以准确地检测出e-马氏体和a'-马 氏体的转变量，但是，XRD方法需要在设备上切取小块的试样，且设备昂贵，分析过程专业性 强且繁琐。而铁素体仪则具有无损检测、携带方便和读数方便快捷等特点，满足了现场工程 和检测需要，对实际生产具有一定的指导意义。
[0018] 针对此，本发明通过对大量实验数据的统计分析，得到马氏体转变量f(x)与铁素 体仪测量数值x的函数关系：f(x) = 1.67X+1.48 ;同时，本发明进行了大量的验证实验，采 用XRD方法测得顺磁性的e-马氏体和铁磁性的a'-马氏体的含量，一方面通过相对准 确的XRD方法来修正铁素体仪所测量的a'-马氏体相含量，另一方面弥补铁素体仪不能 检测出e-马氏体的缺陷，计算出e-马氏体和a'-马氏体的总含量，验证XRD测出的转 变量与函数公式计算出的转变量之间的相关系数R2多0.96,表明函数关系计算出的转变量 与精确值非常接近，对后期马氏体转变量的确定具有重大的指导意义。另外鉴于工程应用 实际，在实际生产过程中，变形量不会大于15%，因而该公式适用于变形量小于15%的奥 氏体不锈钢材料马氏体转变量的测量。
[0019] 故本发明利用率铁素体仪具有无损检测、携带方便和读数方便快捷等优点，结合 马氏体转变量f(x)与铁素体仪测量数值x的函数关系即f(x) = 1.67X+1.48,在实际应用 中可准确快捷的计算出马氏体转变量的数值，节省了企业测量成本，也为奥氏体不锈钢材 料在低温环境下的应用奠定了基础。
【具体实施方式】
[0020] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明 作进一步地详细描述。
[0021] 由于形变和低温环境都会诱发马氏体相变，故将这两种诱因都考虑到检测方法 中。本发明能够应用于温度可低至液氦温度-269°c的、实际应用过程中变形量小于15%的 奥氏体不锈钢材料进行无损快速检测。
[0022] ①通过铁素体仪测量奥氏体不锈钢中铁磁性a' _马氏体的含量，数值记为x;
[0023] ②然后，通过下述函数关系式，计算得到奥氏体不锈钢中的马氏体转变量：
[0024] f(x) = 1. 67x+l. 48 ；
[0025] 上式中：
[0026] f(x)为马氏体转变量，包括e_马氏体和a'-马氏体的总含量；
[0027] x为通过铁素体仪测量得到的a 马氏体的含量。
[0028] 由于XRD方法需要在设备上切取小块的试样，且设备昂贵，分析过程专业性强且 繁琐，而铁素体仪则具有无损检测、携带方便和读数方便快捷等特点，满足了现场工程和检 测需要，因此，采用本发明提供的检测方法，在得到函数关系式后，无需采用XRD检测，只需 利用铁素体仪测得奥氏体不锈钢材料的a 马氏体转变量，得到一组x的数据，如表1中 铁素体仪测量值一栏所示，将该栏x值依次代入函数关系式f(x) = 1.67X+1.48中，即可得 到马氏体转变量f(x)，马氏体转变量f(x)即为表1中马氏体含量拟合值。
[0029] 另外，针对本发明提供的检测方法，通过XRD对其进行了验证试验，同样如表1所 示，利用XRD方法精确测量奥氏体不锈钢材料中的a 马氏体和e-马氏体的分别含量， 得到马氏体的总转变量，也即马氏体总含量，而根据本发明检测方法得到的马氏体含量拟 合值与马氏体总含量的相关系数R2达到了 〇. 975,与马氏体总含量的实际数值非常接近，对 于后续的实际生产具有较大的指导意义，同时也为了解奥氏体不锈钢材料在深冷环境下的 相变行从而实现设备轻量化奠定了理论基础。
[0030] 表1.奥氏体不锈钢中马氏体转变量试验数据
[0031]
【主权项】
1. 一种奥氏体不锈钢中马氏体转变量的无损检测方法，奥氏体不锈钢的相变产物为顺 磁性的e-马氏体和铁磁性的a'-马氏体，对于变形量小于15%的奥氏体不锈钢材料， 其特征在于该检测方法的具体步骤如下： ① 通过铁素体仪测量奥氏体不锈钢中的铁磁性的a 马氏体的含量，数值记为X; ② 然后，通过下述函数关系式，计算得到奥氏体不锈钢中的马氏体转变量： f(x) =I. 67x+l. 48 ； 上式中： f(X)为马氏体转变量，包括e-马氏体和a 马氏体的总含量； X为通过铁素体仪测量得到的a马氏体的含量。
2. 根据权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢中马氏体转变量的无损检测方法，其特 征在于：所述马氏体转变量f(x)与奥氏体不锈钢中的实际的马氏体总含量y的相关系数 R2 彡 0. 96。
【专利摘要】本发明公开了一种奥氏体不锈钢中马氏体转变量的无损检测方法，奥氏体不锈钢的相变产物为顺磁性的ε-马氏体和铁磁性的α′-马氏体，对于变形量小于15％的奥氏体不锈钢材料，该检测方法具体步骤如下：首先，通过铁素体仪测量奥氏体不锈钢中的铁磁性的α′-马氏体的含量，数值记为x；然后，通过下述函数关系式，得到奥氏体不锈钢中的马氏体转变量：f(x)＝1.67x+1.48；上式中：f(x)为马氏体转变量，包括ε-马氏体和α′-马氏体的总含量；x为通过铁素体仪测量得到的α′-马氏体的含量。本发明在实际应用中可准确、快捷的计算出奥氏体不锈钢中马氏体转变量的数值，节省了企业测量时间和成本，也为奥氏体不锈钢材料在低温环境下的应用奠定了基础。
【IPC分类】G01N27-72
【公开号】CN104820012
【申请号】CN201510159656
【发明人】孔韦海, 陈学东, 范志超, 吕运容, 张强, 胡盼
【申请人】合肥通用机械研究院, 合肥通用机械研究院特种设备检验站
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月3日