奥氏体304不锈钢磁检测法探头设计及实验研究.doc

1、XX大学毕业设计（论文）题 目： 奥氏体304不锈钢磁法检测实验研究 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二Oxx 年 六月 奥氏体304不锈钢磁法检测实验研究摘要：奥氏体304不锈钢广泛应用于石油化工、机械制造和核电等行业的重要部位，但由于其使用条件比较恶劣，为保证设备的安全运行，必须加强对这种材料的检测。本文以奥氏体304不锈钢为研究对象，了解到奥氏体不锈钢中的奥氏体相为顺磁性，在应力条件下形变后会诱发马氏体相变，从而能使不锈钢具有磁性的特性，利用这一原理对奥氏体不锈钢进行磁法检测并以此研究应力作用对材料磁性的影响与材料内部微观结构的变

2、化。通过对奥氏体304不锈钢进行拉伸实验运用高斯计测量拉伸过程中的磁场变化，可以建立应力应变与其漏磁场的关系并得到一定规律，再通过X射线衍射实验分析物相变化，观察磁场强度变化与马氏体相转变的相关性，进而证明了可通过检测漏磁场的强度对奥氏体304不锈钢进行检测。通过实验研究得到奥氏体304不锈钢损伤和应力集中的相关评价指标，进而实现对其进行早期的无损评价。本课题为奥氏体304不锈钢提供了一种不同于常规无损检测的新的检测手段，对磁法检测技术的推广具有重要意义。关键词:奥氏体不锈钢 马氏体相变 磁法检测 无损评价The Experiments of 304 Austenitic Stainless

3、Steel by Magnetic MethodsABSTRACT: 304 austenitic stainless steel is widely used in important parts of the petrochemical industry, machinery manufacturing, and nuclear power and other industries, but usually the conditions is relatively poor, so in order to ensure the safty of equipment operation, t

4、he detection of this material must be strengthened. In this paper, 304 austenitic stainless steel for the study, learned of austenitic stainless steel in the austenite phase is paramagnetic, under stress conditions can induce martensitic transformation after deformation, thereby enabling the magneti

5、c properties of stainless steel, Using this principle of austenitic stainless steel and thus detect magnetic changes in stress research on the impact of magnetic material and interior material microstructure. 304 austenitic stainless steel by tensile test Gauss measured the magnetic field changes du

6、ring stretching, you can create stress and strain relations with its drain field and get to certain rules, and then analyzed by X-ray diffraction phase changes were observed magnetic field intensity and relevance of martensitic transformation, and thus proved that the leakage is detected by the magn

7、etic field strength of austenitic 304 stainless steel for testing. Get 304 austenitic stainless injury-related evaluation and experimental study of stress concentration, thus achieving its early nondestructive evaluation.This paper provides a 304 austenitic stainless steel which is different from co

8、nventional non-destructive testing of new detection methods is of great significance for the promotion of magnetic memory technology.Key words：Austenitic stainless Martensitic transformation Magnetic detection Nondestructive Evaluation目 录第一章 绪论1.1课题来源及研究目的与意义11.2国内外技术发展现状11.2.1国内外奥氏体不锈钢检测研究现状11.2.2磁

9、法检测机理及实验研究的国内外现状21.3本文主要研究内容3第二章 奥氏体不锈钢磁法检测理论基础2.1奥氏体不锈钢材料特性42.2与奥氏体不锈钢磁法检测有关的力学性质42.2.1应力集中42.2.2位错理论62.3马氏体相变基本原理72.4应力与磁场关系的唯象理论模型(磁偶极子模型)8第三章 奥氏体不锈钢磁法检测试验研究3.1试验材料及参数113.2试验设备与试验条件123.3试验方法与步骤153.4实验数据分析163.5本章小结22第四章 结论与展望4.1 结论234.2展望23参考文献25致 谢26奥氏体304不锈钢磁法检测实验研究第一章 绪论1.1课题来源及研究目的与意义：奥氏体不锈钢19

10、13年在德国问世，在不锈钢中，奥氏体不锈钢是一个重要的品种，其钢种最多、使用量最大：在不锈钢的总产量中，奥氏体不锈钢占到了 70%。当今我国常用奥氏体不锈钢的牌号就有40多个，最常见的就是18-8型,即304不锈钢。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁性，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，被广泛应用于石油化工、机械制造和核电等行业的重要部位，使用条件比较恶劣。随着承压设备运行参数的提高，奥氏体不锈钢的腐蚀作用而引起的承压设备损伤失效日益成为工业生产中的一个重要问题。因此，在工业生产中，每隔一段时间停产检修奥氏体材质设备存在的各种腐蚀缺陷，以便在发生断裂或泄漏前及时将腐蚀损伤的设

11、备更换下来。此外，人们开展了奥氏体不锈钢为材质的承压设备在腐蚀介质中的腐蚀失效分析研究。通过对失效的奥氏体不锈钢设备的检测，发现了奥氏体不锈钢的腐蚀缺陷主要类型为应力腐蚀：加工不锈钢的残余应力和腐蚀介质的共同作用下，出现的腐蚀开裂现象。结构内部的残余应力会发生不可忽略的变化，一旦发生应力腐蚀开裂，其后果不堪设想。如何在早期发现奥氏体不锈钢压力容器的腐蚀裂纹等缺陷，并延长设备的生命周期，已经是摆在研究人员面前的一项重要的难题。因此，实时有效地检测分析奥氏体不锈钢腐蚀情况，特别是容易导致腐蚀的敏感区域，有效地评价应力变形状况便成为评价设备和构件结强度与可靠性，评估承压设备安全性、使用寿命的一个重要

12、依据。基于此背景,提出了一种在地磁场环境下的磁法检测技术。通过采用适用于铁磁性材料检测方法的磁法检测对奥氏体不锈钢进行检测研究，分析其应力应变与磁场的关系及规律，从而得到奥氏体不锈钢损伤和应力集中的相关评价指标，进而实现对其进行早期的无损评价。1.2国内外技术发展现状1.2.1国内外奥氏体不锈钢检测研究现状目前国内还少有人开展研究奥氏体不锈钢及其磁性法实验研究方面的工作，仅有西安交通大学的李红梅1等人以奥氏体不锈钢304为研究对象，通过多次拉伸试验，测量相应的自然磁化漏磁场磁感应强度和残余应变分布，初步建立了基于自然磁化现象的机械损伤与其磁化漏磁场的定量关系，进而证明了可以通过检测自然磁化漏磁

13、场强度实现对奥氏体不锈钢材料损伤程度的定量检测和评估。北京大学的胡钢2等人通过金相观察和透射电镜分析, 研究了奥氏体不锈钢试样拉伸变形过程中发生马氏体相变和位错增殖对材料磁性的影响，结果表明，试样表面的磁场强度分布特征与马氏体相分布规律之间具有明显的对应关系，试样表面磁场强度变化可反映材料内的组织变化与应力集中情况。陈振茂、Kazumi Aoto3等人提出了一种对奥氏体不锈钢通过测量由机械损伤诱发磁化现象而产生的磁场实现无损评价的方法，通过拉伸或疲劳试验引入机械损伤，然后用磁通门传感器测量磁场，结果表明塑性变形或疲劳损伤是可以通过自然磁化漏磁场的信号识别的。M. Landa4等人研究了室温下单

14、调循环载荷下形变诱发亚稳奥氏体钢中的马氏体相变，实验对机械应力应变，温度和磁场的测量进行了表征，特别要注意的变形诱发马氏体形成对AISI304，AISI32和AISI348不锈钢循环变形行为。H. Ishigaki5等人发现由奥氏体向马氏体转变时由于摩擦的压力，有可能诱发相变，这反过来又产生本地铁磁化表面，结果表明，有关外部磁场分布的信息被保留在不锈钢试样。国内外学者在铁磁构件的磁性法研究方面已经开展了大量的工作，其中如南昌航空大学的任吉林、宋凯等分析了铁磁构件在有、无外应力情况下的能量变化, 应用带磁偶极子模型等效受力构件的磁畴定向排列, 计算得出了构件应力集中区的漏磁场分布，并以电站锅炉管

15、座角焊缝为例开展了实际检测应用。华东理工大学的李光霁6等人介绍了铁磁性工件在载荷的作用下,应力和变形集中区会产生最大的漏磁场变化,对漏磁场法向分量的测定可以准确地推断工件的应力集中区，他们通过对14块对接焊缝钢板分别用磁法、超声波方法进行实际检测,验证了磁记忆检测方法的有效性, 取得了一些有益的经验。此外清华大学、北京装甲兵工程学院等高校都开展了铁磁构件的磁法检测研究，取得了大量的研究成果。这些研究成果能对奥氏体不锈钢形变磁性法的实验研究起到借鉴作用。1.2.2磁法检测机理及实验研究的国内外现状在磁法检测机理研究方面，多为学者分别从不同的角度出发建立了多种理论模型。杜波夫7基于磁机械效应理论提出“自有漏磁场”学说，论证了该技术通过探测应力集中区进行寿命评估的可行性，对这种技术在锅炉，压力容器、管道、叶片的现场应用方面进行了研究，提出了判断金属性能的方法。然而，杜波夫自提出这种方法后，主要致力于该技术的工程应用，理论方面的研究相对较少。我国学者仲维畅8从电磁感应原理出发，提出了弹-塑性应变磁化是磁场产生的机理；徐章遂通过微磁学理论，分析了地磁场在磁法检测中不可或缺的作用；李路明等研究了应力集中与地磁场在形成磁效应中的相互作用机理；任吉林