Ar nerūdijantis plienas gali tapti nemagnetinis?

Nerūdijantis plienas yra viena iš universaliausių medžiagų, naudojamų tokiose pramonės šakose kaip statyba, automobilių pramonė, maisto perdirbimas, medicina ir energetika. Jis gerai žinomas dėl puikaus atsparumo korozijai, didelio stiprumo ir tvarkingos išvaizdos. Tačiau viena iš dažniausiai neteisingai suprantamų nerūdijančio plieno savybių yra josmagnetizmasDaugelis žmonių mano, kad visas nerūdijantis plienas yra nemagnetinis, tačiau tai ne visada tiesa.

Šiame straipsnyje nagrinėjamaKodėl kai kurie nerūdijantys plienai yra magnetiniai, o kiti – ne, kaip magnetizmą galima pakeisti gamybos ar terminio apdorojimo būdu ir ką tai reiškia skirtingoms reikmėms. Būdama pasauline aukštos kokybės nerūdijančio plieno gaminių tiekėja,SAKYSTEELpaaiškina mokslinį nerūdijančio plieno magnetinio elgesio pagrindą ir kaip jį galima valdyti, kad būtų patenkinti konkretūs pramoniniai reikalavimai.

1. Kas lemia nerūdijančio plieno magnetizmą?

Norėdami suprasti, ar nerūdijantis plienas gali tapti nemagnetinis, pirmiausia turime pažvelgti į jo vidinę struktūrą. Metalų magnetizmas pirmiausia susijęs suatomų išdėstymasjų kristalinėje struktūroje.

Nerūdijantis plienas skirstomas į kelias pagrindines kategorijas pagal savo metalurginę struktūrą:

• Austenitiniai nerūdijantys plienai(pvz., 304, 316, 310S)

• Feritiniai nerūdijantys plienai(pvz., 430, 446)

• Martensitiniai nerūdijantys plienai(pvz., 410, 420)

• Dvipusis nerūdijantis plienas(austenitinių ir feritinių fazių mišinys)

• Kritulių grūdinimo nerūdijantys plienai(pvz., 17–4PH)

Tarp jų,austenitiniai nerūdijantys plienaiyra dažniausiai pasitaikantys ir paprastainemagnetiniai atkaitintoje būsenojeŠi nemagnetinė savybė atsiranda dėl jų centruotos kubinės (FCC) kristalinės struktūros, kuri neleidžia magnetiniams domenams lengvai išsirikiuoti.

Kita vertus,feritiniai ir martensitiniai nerūdijantys plienaituri kūno centre esančią kubinę (BCC) struktūrą, kuri palaiko magnetinių domenų išsidėstymą, todėl jiestipriai magnetinis.

2. Kodėl kai kurie nerūdijantys plienai yra magnetiniai?

Nerūdijančio plieno magnetizmo laipsnis priklauso nuo magnetizmo kiekio.feritas or martensitasfazė. Kai šios fazės dominuoja, plienas tampa magnetinis.

Pavyzdžiui:

• Feritinės markėspavyzdžiuiAISI 430irAISI 446visada yra magnetiniai.

• Martensitinės rūšyspavyzdžiuiAISI 410 or AISI 420taip pat yra magnetiniai po terminio apdorojimo.

• Austenitinės markėspavyzdžiuiAISI 304 arba 316paprastai yra nemagnetiniai, tačiau šaltojo apdirbimo metu gali tapti šiek tiek magnetiniai.

Šaltasis apdirbimas, pvz.lenkimas, valcavimas, tempimas arba mechaninis apdirbimas—sukelia dalies austenitinės struktūros transformaciją įmartensitas, magnetinė fazė. Ši transformacija paaiškina, kodėl 304 nerūdijančio plieno kriauklė gali rodyti nedidelį magnetizmą šalia sulenktų kampų ar stipriai suformuotų kraštų.

3. Ar nerūdijantis plienas gali vėl tapti nemagnetinis?

Taip, nerūdijantis plienas gali vėl tapti nemagnetinis, tačiau tai priklauso nuo jo sudėties ir apdorojimo.

Kai austenitinis nerūdijantis plienas (pvz., 304 arba 316) dėl šaltojo apdirbimo tampa magnetinis,terminis apdorojimas (atkaitinimas)gali atkurti nemagnetinę būseną. Atkaitinimo metu metalas įkaitinamas iki aukštos temperatūros – paprastai nuo 1050 °C iki 1100 °C – ir po to greitai aušinamas. Šis procesas leidžia deformuotai kristalinei struktūrai pertvarkyti į visiškai austenitinę (nemagnetinę) fazę.

Tačiauferitiniai ir martensitiniai nerūdijantys plienainegali būti visiškai nemagnetinės termiškai apdorojant, nes jų pagrindinė struktūra yra iš esmės magnetinė. Net ir po atkaitinimo šios rūšys išlaiko stiprias magnetines savybes.

4. Austenitinio nemagnetizmo mokslas

Austenitinio nerūdijančio plieno nemagnetinės savybės yra glaudžiai susijusios su jonikelio kiekisNikelis kambario temperatūroje stabilizuoja austenitinę struktūrą. Kai nikelio kiekis yra pakankamai didelis, plienas išlaiko savo FCC kristalinę gardelę, kuri nepalaiko magnetizmo.

Pavyzdžiui:

• 304 tipo nerūdijantis plienassudėtyje yra 8–10,5 % nikelio ir jis dažniausiai išlieka nemagnetinis.

• 316 tipo nerūdijantis plienas, kuriame yra 10–14 % nikelio ir 2–3 % molibdeno, pasižymi dar geresniu atsparumu korozijai ir daugeliu sąlygų išlieka nemagnetinis.

Jei nikelio kiekis sumažėja (kaip mažai nikelio turinčiose arba „200 serijos“ rūšyse), plienas po pagaminimo gali šiek tiek reaguoti į magnetinį lauką, nes konstrukcija tampa iš dalies nestabili.

5. Nerūdijančio plieno magnetizmą įtakojantys veiksniai

Keletas pagrindinių veiksnių lemia, ar nerūdijančio plieno komponentas yra magnetinis, ar ne:

a. Cheminė sudėtis

Pagrindiniai legiruojantys elementai – chromas, nikelis, molibdenas ir manganas – veikia austenitinės ir feritinės fazių pusiausvyrą. Nikelis ir azotas skatina nemagnetizmą, o chromas ir anglis – magnetizmą.

b. Terminis apdorojimas

Atkaitinimas gali sumažinti arba pašalinti austenitinių plienų magnetizmą, o grūdinimas arba atleidimas gali padidinti martensitinių rūšių magnetizmą.

c. Šaltasis darbas ir mechaninis įtempis

Deformacija, tokia kaip valcavimas ar štampavimas, sukuria deformacijos sukeltą martensitą, todėl medžiaga tampa šiek tiek magnetinė, net jei iš pradžių ji nebuvo magnetinė.

d. Suvirinimas

Suvirintų nerūdijančio plieno gaminių karščio paveikta zona (HAZ) kartais gali parodyti dalinį magnetizmą dėl mikrostruktūrinių pokyčių, ypač dupleksinių arba austenitinių rūšių.

6. Nemagnetinio nerūdijančio plieno pritaikymas

Nemagnetinis nerūdijantis plienas yra labai svarbus pramonės šakose, kuriosereikia vengti magnetinių trukdžiųarba kur magnetinės savybės gali turėti įtakos funkcionalumui. Tipinės taikymo sritys:

• Medicininiai ir chirurginiai instrumentai– Su MRT suderinami įrankiai turi būti visiškai nemagnetiniai.

• Aviacija ir gynyba– Kai kurioms navigacijos sistemoms reikalingos medžiagos, kurios neiškreipia magnetinių laukų.

• Elektronika ir komunikacijos– Jautrūs jutikliai ir prietaisai turi veikti be magnetinių trukdžių.

• Kriogeninė ir vakuuminė įranga– Nemagnetiniai plienai apsaugo nuo nepageidaujamos magnetinės traukos ar šilumos kaupimosi.

• Jūrų ir chemijos perdirbimo įranga– Austenitinės rūšys, tokios kaip 316L, pasižymi nemagnetinėmis ir atspariomis korozijai savybėmis.

Šiose paraiškoseSAKYSTEELtiekia tiksliai pagamintus austenitinius nerūdijančius plienus su sertifikuotomis nemagnetinėmis savybėmis, užtikrinančiomis patikimumą ir pastovumą sudėtingomis sąlygomis.

7. Ar dvipusis nerūdijantis plienas gali būti nemagnetinis?

Dvipusis nerūdijantis plienas, pvz.2205 (UNS S32205), turi ir austenitinę, ir feritinę fazes – maždaug 50/50. Dėl to jie pasižymidalinis magnetizmasNors jie nėra visiškai nemagnetiniai, jų magnetinis pralaidumas yra mažesnis nei grynai feritinių plienų.

Dėl to dupleksinės rūšys yra naudingos, kai priimtinas vidutinis magnetizmas, tačiau reikalingas didesnis stiprumas ir atsparumas korozijai, pavyzdžiui, jūrinėse naftos platformose, gėlinimo įrenginiuose ir cheminių medžiagų perdirbimo vamzdynuose.

8. Nerūdijančio plieno magnetizmo bandymas

Nerūdijančio plieno magnetizmą galima išmatuoti keliais būdais:

a. Paprastas magneto testas

Rankinis magnetas gali greitai nustatyti, ar nerūdijančio plieno gaminys yra magnetinis, ar ne. Jei magnetas stipriai limpa, medžiaga yra feritinė arba martensitinė; jei trauka silpna arba jos nėra, ji greičiausiai austenitinė.

b. Pralaidumo matuoklis

Tikslesnis įrankis, vadinamas magnetinio pralaidumo matuokliu, matuoja plieno santykinį magnetinį pralaidumą (µr).

• Visiškai nemagnetinių plienų µr yra artimas 1,0.

• Silpnai magnetinių (iš dalies austenitinių) plienų μr yra nuo 1,02 iki 1,2.

• Stipriai magnetinių plienų μr gali būti didesnis nei 2,0.

c. Cheminės sudėties analizė

Nešiojamieji analizatoriai, tokie kaip XRF (rentgeno fluorescencijos) ginklai, gali greitai patvirtinti lydinių rūšis ir patikrinti, ar plienas yra magnetinis, ar nemagnetinis.

9. Kaip gamintojai kontroliuoja magnetizmą

Šiuolaikinėje gamyboje nerūdijančio plieno magnetines savybes galima tiksliai kontroliuoti keičiant lydinio konstrukciją ir proceso parametrus. Gamintojai dažnai koreguojanikelio, azoto ir chromo lygiainorint pasiekti norimą austenitinių ir feritinių struktūrų pusiausvyrą.

Be to,atkaitinimo krosnyskontroliuojamoje atmosferoje naudojami šaltai apdirbtų komponentų įtempiams sumažinti ir nemagnetinėms savybėms atkurti. Tai ypač svarbu didelio tikslumo pramonės šakose, tokiose kaip puslaidininkių įranga, vakuuminės kameros ir matavimo prietaisai.

10. Paplitę mitai apie magnetinį nerūdijantį plieną

1 mitas: visi nerūdijantys plienai yra nemagnetiniai

Tai netiesa. Tik tam tikros austenitinės rūšys yra visiškai nemagnetinės, o feritinės ir martensitinės rūšys yra magnetinės.

2 mitas: magnetiniai nerūdijantys plienai yra prastesnės kokybės

Netiesa. Magnetizmas neturi nieko bendra su atsparumu korozijai ar mechaniniam stiprumui. Tiesą sakant, magnetinės rūšys, tokios kaip 430 ir 410, yra plačiai naudojamos virtuvės prietaisuose ir automobilių dalyse.

3 mitas: Magnetizmas rodo prastą nerūdijantį plieną

Magnetinis atsakas nereiškia, kad plienas yra padirbtas ar prastos kokybės. Daugelis tikrų 304 nerūdijančio plieno gaminių po pagaminimo gali rodyti silpną magnetizmą.

4 mitas: terminis apdorojimas gali padaryti bet kokį nerūdijantį plieną nemagnetiniu.

Terminis apdorojimas tinka tik austenitinėms rūšims. Feritinių ir martensitinių plienų negalima visiškai demagnetizuoti dėl jų būdingos struktūros.

11. Realaus pasaulio pavyzdys: 304 nerūdijančio plieno demagnetizavimas

Įsivaizduokite 304 nerūdijančio plieno strypą, kuris po stipraus šaltojo tempimo tampa magnetinis. Kad jis vėl taptų nemagnetinis, jį galima...atkaitintas 1080 °C temperatūrojepo kurio sekagreitas vandens gesinimasŠis procesas pašalina deformacijos sukeltą martensitą ir atkuria gryną austenitinę fazę.

Tačiau rezultatas taip pat priklauso nuo sudėties – jei nikelio kiekis yra šiek tiek mažas arba jei yra likusių feritinių fazių, plienas gali netapti visiškai nemagnetinis.

12. Tinkamo nerūdijančio plieno pasirinkimas nemagnetinėms reikmėms

Kai nemagnetinės savybės yra labai svarbios, medžiagų pasirinkimas turėtų būti pagrįstas abiem aspektaischeminė sudėtisirgamybos procesasToliau pateikiami patikimi nemagnetiniai pasirinkimai: