УДК 620.179.14

ИЗМЕРЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ФАЗЫ ПО МАГНИТНЫМ

СВОЙСТВАМ В ДВУХФАЗНЫХ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЯХ

¹Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, Россия 620108 Екатеринбург,

ул. Софьи Ковалевской, 18

E-mail: ^*korkhmk@imp.uran.ru; ^**rigmant@imp.uran.ru

Поступила в редакцию 04.07.2019; после доработки 16.08.2019

Принята к публикации 23.08.2019

Проведены исследования магнитных свойств образцов, изготовленных из двухфазных аустенитно-ферритных и ау-

стенитно-мартенситных хромоникелевых сталей различных марок. Целью исследований было установление корреля-

ции между магнитными параметрами исследуемых сталей в полях 250—600 А/см и процентным содержанием в них

ферромагнитных фаз феррита и мартенсита деформации. Для этого были определены параметры петель магнитного

гистерезиса образцов: коэрцитивная сила, максимальная намагниченность, остаточная намагниченность; а также па-

раметры зависимостей дифференциальной магнитной восприимчивости от магнитного поля: максимальное значение

дифференциальной магнитной восприимчивости, площадь под зависимостями. Показано, что по значению максимума

дифференциальной магнитной восприимчивости можно однозначно определить содержание феррита или мартенсита

деформации в исследуемых сталях, независимо от амплитуды перемагничивающего поля.

Ключевые слова: аустенит, феррит, мартенсит, хромоникелевые стали, намагниченность, коэрцитивная сила, диффе-

ренциальная магнитная восприимчивость, магнитный фазовый анализ.

DOI: 10.1134/S0130308219110046

ВВЕДЕНИЕ

Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали на основе аустенита (γ-фаза) широко используют-

ся в различных отраслях промышленности при изготовлении различных изделий и конструкций, в

том числе ответственного назначения. Эксплуатационные свойства таких сталей зависят, в первую

очередь, от их фазового состава. Так, например, содержание в них феррита (α-фаза) может напрямую

определять их стойкость к воздействию агрессивных сред, а мартенсит (α′-фаза), появляющийся при

изготовлении или в процессе эксплуатации вследствие воздействия пластических деформаций, в зна-

чительной степени влияет как на коррозионную стойкость, так и на механические свойства изделий.

Аустенит по магнитным свойствам парамагнитен, феррит и мартенсит деформации ферромаг-

нитны. В связи с этим для контроля содержания феррита и мартенсита в аустените широко приме-

няются методы магнитного фазового анализа, позволяющие косвенным путем по магнитным свой-

ствам определять содержание α и α′-фаз [1—7]. Основным общепризнанным методом контроля

содержания ферромагнитных фаз в парамагнитных сталях является контроль их намагниченности

насыщения (J_S). Данный метод удобен тем, что величина намагниченности насыщения напрямую

связана с содержанием феррита или мартенсита деформации в исследуемом объекте. При этом (в

отличие, например, от методов микроскопии) могут быть исследованы образцы или объекты до-

статочно больших габаритов, а содержание ферромагнитных фаз будет рассчитано по всему объ-

ему контролируемого объекта, а не на небольшом участке поверхности [1, 8—16]. Схожая картина

наблюдается при сравнении магнитных и вехретоковых методов контроля фазового состава. При

использовании методов магнитного фазового анализа возможен контроль содержания ферромаг-

нитных фаз на значительной глубине исследуемого объекта (единицы и десятки мм), в то время как

вихретоковый метод позволяет контролировать фазовый состав только в поверхностных и припо-

верхностных слоях объекта [17].

Необходимо отметить, что определение намагниченности насыщения проводится в полях от

5000 А/см. Это подразумевает использование крупногабаритных электромагнитов, намагничиваю-

щих катушек и мощных источников тока, что не всегда возможно реализовать в производственных

условиях при контроле готовых изделий. В связи с этим интерес представляют исследования маг-

нитных свойств и их связи с процентным содержанием ферромагнитных фаз в аустенитных сталях

в полях напряженностью много меньшей 5000 А/см. В данной статье проведены исследования

магнитных свойств и их связи с процентным содержанием α и α′-фаз в аустенитно-ферритных и

аустенитно-мартенситных сталях в полях до 600 А/см.

Измерение содержания ферромагнитной фазы по магнитным свойствам...

ОБРАЗЦЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В работе были использованы двухфазные (аустенит—феррит и аустенит—мартенсит деформа-

ции) образцы, изготовленные из аустенитных и аустенитно-ферритных сталей различных марок.

Из одного слитка стали вырезали от двух до четырех образцов. Всего было получено 6 наборов об-

разцов аустенитно-ферритных сталей и 1 набор образцов аустенитно-мартенситной стали. Марки

исследуемых в работе аустенитно-ферритных сталей приведены в табл. 1.

Таблица

Марки аустенитно-ферритных сталей

№ набора

Марка стали

0Х17Н7ГТ

08Х20Н9С2БТЮ

12Х21Н5Т

12Х25Н5ТМФЛ

03Х22Н6М2

0Х32Н8

Образцы, включающие в себя помимо аустенита мартенсит деформации, были изготовлены из

аустенитной стали 05Х18Н11, не содержащей мартенситную фазу в исходном состоянии (до де-

формации). Мартенсит деформации в структуре стали получали путем ее прокатки при комнатной

температуре. Процентное содержание феррита (F_%, %) и мартенсита деформации (M_%, %) опреде-

ляли по величине намагниченности насыщения образцов. Данные о содержании ферромагнитных

фаз в образцах приведены ниже в табл. 2 — 4.

Таблица

Процентное содержание феррита в образцах из наборов № 1, № 2, № 3

Набор № 1

Набор № 2

Набор № 3

№ образца

F_%, %

№ образца

F_%, %

№ образца

F_%, %

1-1

1,36

2-1

6,88

3-1

13,0

1-2

1,58

2-2

5,45

1-3

1,41

2-3

6,68

3-2

13,0

1-4

1,82

2-4

5,56

Среднее F_%

1,54

Среднее F_%

6,14

Среднее F_%

13,0

Таблица

Процентное содержание феррита в образцах из наборов № 4, № 5, № 6

Набор № 4

Набор № 5

Набор № 6

№ образца

F_%, %

№ образца

F_%, %

№ образца

F_%, %

4-1

20,1

5-1

40,6

6-1

61,3

4-2

22,6

5-2

42,0

6-2

58,8

4-3

20,6

5-3

39,4

6-3

61,8

4-4

22,2

5-4

41,4

6-4

60,0

Среднее F_%

21,4

Среднее F_%

40,85

Среднее F_%

60,5

Таблица

Процентное содержание мартенсита деформации в образцах из стали 05Х18Н11

№ образца

М1

М2

М3

М4

M_%, %

2,50

7,45

12,5

С помощью установки Remagraf C-500 «Magnet-Physik» была измерена намагниченность

(J, А/см) каждого образца в трех диапазонах магнитного поля (Н, А/см): -300—300 А/см; -450—

450 А/см; -600—600 А/см. Погрешность измерения намагниченности не превышает 3 %, погреш-

Дефектоскопия

№ 11

2019

М.К. Корх, М.Б. Ригмант, Е.Ю. Сажина, А.В. Кочнев

J, А/см

1200

13500

1500

800

900

1000

400

450

500

H, А/см

–300 -200 -100

100

200

300 -450 -300 -150

150

300

450 -600 -400 -200

200

400

600

-400

-450

-500

-800

-900

-1000

-1200

-1350

-1500

Рис. 1. Пример измеренных петель гистерезиса для образца № 4-1 в полях:

а — -300—300 А/см; б — -450—450 А/см; в — -600—600 А/см.

ность измерения магнитного поля не превышает 1%. Перед каждым циклом измерений производи-

лось размагничивание исследуемых образцов. Намагничивание образцов, содержащих мартенсит

деформации, проводилось вдоль направления прокатки. Для графического представления полу-

ченных результатов в виде петель магнитного гистерезиса и дальнейшей математической обра-

ботки данных были использованы специализированные математические программные пакеты.

Пример петель, построенных в трех диапазонах поля для образца № 4-1 (содержание феррита

20,1 %), приведен на рис. 1.

Из петель, построенных в полях -300—300 А/см, -450—450 А/см и -600—600 А/см, вырезали

восходящую спинку в трех диапазонах Н: -250—250 А/см, -400—400 А/см, -550—550 А/см соот-

ветственно (см. рис. 2).

J, А/см

1200

J, А/см

13500

1500

800

900

1000

400

450

500

H, А/см

-250

-125

125

250 -400

-200

200

400 -550

-275

275

550

–400

-450

-500

-800

-900

-1000

-1200

-1350

-1500

Рис. 2. Восходящие спинки петель гистерезиса для образца № 4-1 в полях:

а — -250—250 А/см; б — -400—400 А/см; в — -550—550 А/см.

Также были построены кривые χ_dif(H) путем дифференцирования зависимостей на рис. 2 (где

χ_dif — дифференциальная магнитная восприимчивость). Примеры полученных зависимостей χ_dif(H)

для образца №4-1 в трех диапазонах полей показаны на рис. 3.

χ_dif

H, А/см

-250

-125

125

250 -400

-200

200

400 -550

-275

275

550

Рис. 3. Зависимости χ_dif(H) для образца № 4-1 в полях:

а — -250—250 А/см; б — -400—400 А/см; в — -550—550 А/см.

Дефектоскопия

№ 11

2019

Измерение содержания ферромагнитной фазы по магнитным свойствам...

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для всех исследуемых образцов по построенным петлям магнитного гистерезиса и кривым

χdif(H) были определены магнитные параметры, каждый из которых, как показали дальнейшие ис-

следования, в большей или меньшей степени коррелирует с содержанием феррита или мартенсита

деформации в образце. По петлям магнитного гистерезиса были определены коэрцитивная сила

(Н_с, А/см) и остаточная намагниченность (J_r, А/см). По восходящей спинке определялась мак-

симальная намагниченность (J_max, А/см) в полях 250 А/см (рис. 2а), 400 А/см (рис. 2б), 550 А/см

(рис. 2в). По зависимостям χ_dif(H) определялись максимум дифференциальной магнитной воспри-

имчивости (χ_D

) и площадь под ними (S

max

χdif

ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТНЫХ ПЕТЕЛЬ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА

На рис. 4 приведены петли магнитного гистерезиса образцов №3-1 и М3, построенные в поле

-600—600 А/см. Содержание ферромагнитных фаз в данных образцах примерно равно (содержа-

ние α-фазы в образце №3-1 — 13 %; содержание α′-фазы в образце М3 — 12,5 %).

J, А/см

900

600

300

H, А/см

-600

-400

-200

200

400

600

–300

-600

-900

Рис. 4. Петли магнитного гистерезиса:

1 — образец М3; 2 — образец № 3-1.

График на рис. 4 показывает, что коэрцитивная сила и остаточная намагниченность образца ау-

стенитно-ферритной стали в несколько раз меньше Н_с и J_r образца аустенитно-мартенситной стали.

Так, Н_с и J_r образца № 3-1 составили 11,3 и 46,3 А/см, в то время как Н_с и J_r образца М3 составили

60,4 и 506 А/см соответственно. Данная закономерность сохраняется для всех образцов. Это мож-

но объяснить морфологией мартенсита деформации, который, в отличие от глобулярного ферри-

та, представляет собой вытянутые игольчатые включения, что в значительной степени затрудняет

перемагничивание такого материала. По результатам всех исследований максимальная коэрцитив-

ная сила образца с ферритной фазой была измерена у образца № 1-1 (содержание α-фазы 1,36 %,

Нс^{= 14,3 А/см) при построении петли гистерезиса в полях -600—600 А/см, в то время как у об-}

разца М1 с содержанием α′-фазы 2,5 % при построении петли в том же диапазоне магнитного поля

Н_с составила 86,8 А/см. Таким образом, высокие значения Н_с и Jr хромоникелевой стали на основе

аустенита свидетельствуют о наличии в ее структуре магнитотвердой фазы мартенсита деформации.

Коэрцитивная сила. Далее был исследован характер изменения Н_с и J_r при росте содержания

феррита или мартенсита деформации. С этой целью были построены зависимости Н_с(F_%) и Н_с(M_%)

на рис. 5 — 7, а также J_r(F_%) и J_r(М_%) на рис. 8 — 10.

На рис. 5а приведены зависимости Н_с всех образцов с α-фазой от процентного содержания

в них феррита при построении петель магнитного гистерезиса в полях -300—300 А/см. Так как

количество образцов аустенитно-ферритных сталей достаточно велико, то для более удобного

представления полученных результатов здесь и далее целесообразным будет усреднять содержа-

ние ферритной фазы и исследуемого магнитного параметра в пределах одного набора образцов.

На рис. 5б приведена зависимость Н_с(F_%), построенная по усредненным значениям Н_с и F_%.

Дефектоскопия

№ 11

2019

М.К. Корх, М.Б. Ригмант, Е.Ю. Сажина, А.В. Кочнев

Набор № 1

№ 2

№ 3

№ 5

№ 4

№ 6

F_%, %

Рис. 5. Зависимости Н_с(F_%) для петель магнитного гистерезиса, построенных в полях -300—300 А/см:

а — для всех образцов с ферритом; б — построенные по усредненным в пределах одного набора значениям Н_с и F_%.

Штриховыми линиями и цифрами на графике 5а выделены группы точек, относящиеся к соот-

ветствующим наборам образцов, сплошная линия на графиках — линейная аппроксимация.

На рис. 5 видно, что при увеличении содержания феррита в образцах снижается их коэрцитивная

сила. При построении петель магнитного гистерезиса в полях -450—450 А/см и -600—600 А/см

зависимости Н_с(F_%) имеют схожий вид. Это проиллюстрировано на рис. 6, где (по аналогии

с рис. 5б) приведены средние значения Н_с и процентного содержания образцов в пределах одного

набора.

Набор № 1

№ 3

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

№ 4

№ 5

№ 6

F_%, %

Рис. 6. Зависимости Н_с(F_%) при построении петель магнитного гистерезиса в полях:

а — -450—450 А/см; б — -600—600 А/см.

Снижение коэрцитивной силы при росте содержания ферромагнитной фазы наблюдается и для

образцов с мартенситом. На рис. 7 построены зависимости Н_с(M_%) для трех диапазонов Н.

Наблюдаемое на рис. 5 — 7 уменьшение коэрцитивной силы объясняется тем, что при росте

F_% или M_% ферромагнитные включения располагаются гораздо ближе друг другу, образуют целые

области с меньшим размагничивающим фактором, что в значительной степени облегчает процессы

перемагничивания.

Сравнение графиков на рис. 5б и 6 показывает, что увеличение диапазона поля, в котором про-

изводится перемагничивание образцов аустенитно-ферритных сталей, не приводит к росту коэр-

цитивной силы, то есть уже при перемагничивании в полях ±300 А/см коэрцитивная сила α-фазы

достигает своих предельных значений. В то же время Н_с образцов с мартенситом заметно увели-

чивается с ростом диапазона перемагничивающего поля (рис. 7), особенно при малом содержании

α′-фазы (образцы М1 и М2). Таким образом, используемые диапазоны перемагничивания оказыва-

ются недостаточными для определения предельного значения Нс мартенсита деформации.

Дефектоскопия

№ 11

2019

Измерение содержания ферромагнитной фазы по магнитным свойствам...

M_%, %

Рис. 7. Зависимости Н_с(M_%) образцов с мартенситом при построении петель магнитного гистерезиса в полях:

1 — -300—300 А/см; 2 — -450—450 А/см; 3 — -600—600 А/см.

Тем не менее, на рис. 7 видно, что характер зависимости Н_с(M_%) остается примерно одинако-

вым во всех диапазонах намагничивающего поля, что позволяет установить корреляцию между

коэрцитивной силой и процентным содержанием мартенсита деформации даже при перемагничи-

вании в малых полях.

Зависимости Н_с(F_%) и Н_с(M_%) на рис. 5 — 7 показывают, что коэрцитивная сила коррелирует

с содержанием феррита или мартенсита деформации в хромоникелевых сталях. Однако диапазон

изменения Н_с образцов аустенитно-ферритных сталей (рис. 5, 6) представляется недостаточным

для достоверного определения содержания феррита. В случае же образцов, содержащих мартенсит

деформации, зависимости на рис. 7 убывают немонотонно, кроме того для получения достоверных

данных о содержании α′-фазы по зависимостям Н_с(M_%) необходимо либо строго контролировать

амплитуду перемагничивающего поля при их построении, либо использовать магнитные поля го-

раздо большей напряженности (около 1000—1500 А/см) для получения предельных значений Н_с.

Таким образом, можно сделать вывод, что Н_с применима лишь для приблизительной оценки

содержания α- или α′-фазы, однако, как было показано выше, ее величина может служить индика-

тором наличия или отсутствия мартенсита деформации в структуре хромоникелевой стали.

Остаточная намагниченность. На рис. 8 — 10 приведены зависимости остаточной на-

магниченности от процентного содержания феррита (см. рис. 8, 9) и мартенсита деформации

(см. рис. 10). График на рис. 8 включает значения Jr всех образцов аустенитно-ферритных сталей

при построении петель магнитного гистерезиса в диапазоне -300—300 А/см.

300

J_r, A/см

240

180

120

F_%, %

Рис. 8. Зависимости Jr(F%) всех образцов аустенитно-ферритных сталей; Jr определялась по петлям магнитного

гистерезиса, построенным в диапазоне -300—300 А/см.

На рис. 9 приведены зависимости J_r(F_%), построенные по усредненным значениям J_r и F_%, где

J_r определялась в трех диапазонах перемагничивания.

Дефектоскопия

№ 11

2019

М.К. Корх, М.Б. Ригмант, Е.Ю. Сажина, А.В. Кочнев

300

J_r, A/см

300

J_r, A/см

300

J_r, A/см

250

200

150

100

F_%, %

Рис. 9. Зависимости J_r(F_%) по усредненным в пределах одного набора значениям J_r и F_%; Jr определялась по петлям

магнитного гистерезиса, построенным в диапазонах:

а — -300—300 А/см; б —-450—450 А/см; в — -600—600 А/см.

На рис. 9 видно, что приведенные здесь зависимости имеют схожий вид, то есть уже при

перемагничивании в полях -300—300 А/см остаточная намагниченность образцов аустенитно-

ферритных сталей достигает максимальных значений, близких к предельным. При этом остаточ-

ная намагниченность и содержание феррита хорошо коррелируют друг с другом: J_r возрастает с

увеличением содержания феррита, эта зависимость близка к линейной.

На рис. 10 приведены зависимости J_r(M_%) образцов, содержащих мартенсит деформации для

трех диапазонов перемагничивания.

1000

J_r, A/см

800

600

400

200

M_%, %

Рис. 10. Зависимости J_r(M_%) образцов с мартенситом; J_r определена в диапазонах перемагничивания:

1 — -300—300 А/см; 2 —-450—450 А/см; 3 — -600—600 А/см.

График на рис. 10 показывает, что зависимости J_r(M_%) так же носят линейный характер. Сле-

дует отметить, что если в области малых значений M_% (образцы М1 и М2) зависимости 1, 2, 3

расположены достаточно близко друг к другу, то при увеличении M_% наблюдается «расхождение»

зависимостей на графике, которое, по всей видимости, будет только увеличиваться с ростом M_%.

Таким образом, для аустенитно-мартенситной стали при содержании мартенсита деформации ме-

нее 10 % значения J_r будут близки друг другу при разных амплитудах перемагничивающего поля.

При содержании мартенсита более 10 % значения остаточной намагниченности будут напрямую

связаны с амплитудой перемагничивания.

Следовательно, остаточная намагниченность хорошо коррелирует с содержанием ферритной

фазы во всем измеряемом диапазоне F_% независимо от величины перемагничивающего поля, од-

нако диапазон перемагничивания необходимо учитывать при контроле содержания мартенсита

деформации.

Максимальная намагниченность. На рис. 11 и 12 приведены зависимости намагниченности

от процентного содержания в образцах с α-фазой — J_max(F_%) при намагничивании образцов в полях

250, 400, 550 А/см.

Дефектоскопия

№ 11

2019

М.К. Корх, М.Б. Ригмант, Е.Ю. Сажина, А.В. Кочнев

Таким образом, согласно полученным данным, намагниченность хорошо коррелирует с со-

держанием ферромагнитных составляющих в аустенитно-ферритных и аустенитно-мартенситных

сталях. Однако необходимо строго контролировать величину намагничивающего поля в случаях,

когда J_max определяется по частным петлям магнитного гистерезиса, при построении зависимостей

J_max(F_%) и J_max(M_%) с целью определения содержания феррита или мартенсита деформации.

ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАВИСИМОСТЕЙ χ_dif(H)

В работе, помимо частных петель магнитного гистерезиса, также используются зависимости

χ_dif(H), параметры которых (площадь под кривой χ_dif(H) и ее максимум) позволяют установить со-

держание феррита или мартенсита деформации в исследуемых образцах хромоникелевых сталей.

Площадь под кривой χ_dif(H) можно измерить в процессе перемагничивания с помощью дифферен-

циальных катушек и малогабаритных средств измерения. Также следует отметить, что площадь

под кривой χ_dif(H) — это интегральная характеристика χ_dif(H), пропорциональная J_max.

На рис. 14 приведены зависимости дифференциальной магнитной восприимчивости от магнит-

ного поля для образцов № 3-1 (содержание феррита 13 %) и М3 (содержание мартенсита деформа-

ции 12,5 %), построенные в диапазоне -550—550 А/см.

χ_dif

-450

-300

-150

150

300

450

H, А/см

Рис. 14. Зависимости χ_dif(H):

1 — образец № 3-1; 2 — образец М3.

На рис. 14 прежде всего обращает на себя внимание поведение максимумов зависимостей χ_dif(H):

максимальное значение χ_dif образца с α′-фазой превышает максимальное значение χ_dif образца с

α-фазой почти в 3,5 раза при практически одинаковом содержании ферромагнитных фаз в образцах;

максимум χ_dif(H) образца М3 заметно смещен в сторону больших полей по сравнению с макси-

мумом χ_dif(H) образца № 3-1.

Данные наблюдения позволяют сделать вывод, что положение максимума χ_dif(H) может слу-

жить надежным индикатором наличия магнитотвердой фазы мартенсита деформации в структуре

хромоникелевой стали на основе аустенита.

Площади под кривой χ_dif(Н). На рис. 15 приведена зависимость площадей под кривыми χ_dif(H)

от процентного содержания α-фазы — S_χ

(F_%) для всех исследуемых образцов аустенитно-феррит-

dif

ных сталей. S_χ

определялась для кривых χdif(H), построенных в диапазоне -250—250 А/см.

dif

На рис. 16 приведены зависимости S_χ

(F_%), построенные по усредненным значениям S_χ

и F_%.

dif

S_χ

определялась по кривым χ_dif(H), построенным в трех диапазонах магнитного поля Н.

dif

На рис. 17 приведены зависимости S_χ

(M_%) для образцов с мартенситом. S определялась по

dif

χdif

кривым χ_dif(H), построенным в трех диапазонах магнитного поля Н.

Графики на рис. 15 — 17 показывают возрастание всех приведенных на них зависимостей

S_χ

(F_%) и S_χ

(M_%) при увеличении F_% и M_%. Кроме того, наблюдается смещение зависимостей

dif

вверх при ув

еличении диапазона поля Н, в котором строится кривая χ_dif(H) (т.к. площадь под ней

при этом растет). Следует также отметить, что площадь под зависимостью χ_dif(H) имеет физиче-

ский смысл намагниченности и прямо пропорциональна ее максимальному значению для данного

диапазона магнитного поля, поэтому на практике выбор параметра контроля (намагниченности

или площади под кривой χ_dif(H)) определяется наличием соответствующих средств измерений.

Дефектоскопия

№ 11

2019

Измерение содержания ферромагнитной фазы по магнитным свойствам...

S_χ

dif

8000

6000

4000

2000

F_%, %

Рис. 15. Зависимость площадей под кривыми χ_dif(Н) от процентного содержания феррита в образцах аустенитно-феррит-

ных сталей; кривые χ_dif(Н) построены в полях -250—250 А/см.

S_χ

10 000

S_χ

dif

8000

10 000

8000

6000

4000

2000

F_%, %

Рис. 16. Зависимости S_χ

(F_%), построенные по усредненным значениям S_χ

и F_%; кривые χ_dif(Н) строились в полях:

dif

а — -250—250 А/см; б — -400—400 А/см; в — -550—550 А/см.

3500

S_χ

dif

3000

2500

2000

1500

1000

500

M_%, %

Рис. 17. Зависимости S_χ

(M_%) образцов, содержащих мартенсит; кривые χ_dif(Н) строились в полях:

dif

1 — -250—250 А/см; 2 — -400—400 А/см; 3 — -550—550 А/см.

Построение кривых χ_dif(H) и расчет площадей под ними в основном могут быть востребованы

при контроле содержания каждой из двух ферромагнитных фаз — феррита и мартенсита дефор-

мации в трехфазных сталях (аустенит—феррит—мартенсит), т.к. по величине намагниченности

в трехфазных сталях можно судить только о суммарном количестве ферромагнитных включений.

Для определения количества фазы феррита и фазы мартенсита в трехфазных сталях авторами в

[12, 13] была предложена экспериментально-расчетная методика на основе анализа зависимостей

χ_dif(H).

Дефектоскопия

№ 11

2019

М.К. Корх, М.Б. Ригмант, Е.Ю. Сажина, А.В. Кочнев

Максимальная дифференциальная восприимчивость. Максимальная дифференциальная

восприимчивость — χ_D

определялась по зависимостям χ_dif(H). Зависимость χ_D

(F_%) для всех

max

образцов аустенитно-ферритных сталей приведена на рис. 18.

χ_D

max

F_%, %

Рис. 18. Зависимость χ_D

(F_%) всех образцов аустенитно-ферритных сталей; χ_D

определялась по кривым χ_dif(H),

max

построенным в полях -250—250 А/см.

На рис. 19 приведены зависимости χ_D

(F_%), построенные по усредненным значениям χ_D

max

и F_%. Максимальное значение дифференциальной магнитной восприимчивости определяло

сь

по кривым χ_dif(H), которые строились в трех диапазонах Н: -250—250 А/см; -400—400 А/см;

-550—550 А/см.

^Dmax

F_%, % 0

F_%, %

Рис. 19. Зависимости χ_D

(F_%), построенные по усредненным значениям χ_D

и F_%; χ_D

определялась по кривым

max

χ_dif(H) в полях:

а — -250—250 А/см; б — -400—400 А/см; в — -550—550 А/см.

На рис. 20 приведены зависимости χ_D

(M_%). Величина χ_D

образцов с мартенситом также

max

определялась по кривым χ_dif(H), которые строились в трех диапа

зонах Н: -250—250 А/см; -400—

400 А/см; -550—550 А/см.

χ_dif

dif

M_%, %

Рис. 20. Зависимости χ_D

(М_%) образцов с мартенситом; χ_D

определялась по кривым χ_dif(H), построенным в полях:

max

а — -250—250 А/см; б — -400—400 А/см; в — -550—550 А/см.

Дефектоскопия

№ 11

2019

Измерение содержания ферромагнитной фазы по магнитным свойствам...

Графики на рис. 18 — 20 показывают возрастание χ при увеличении содержания как ферри-

^Dmax

та, так и мартенсита деформации. При этом основным результатом исследований является то, что

зависимости χ_D

(F_%) для образцов, содержащих феррит, на рис. 19 практически идентичны друг

max

другу, то есть величина максимума кривой дифференциальной магнитной восприимчивости об-

разца остается постоянной независимо от диапазона магнитного поля, в котором строится эта кри-

вая. Аналогичная картина наблюдается и на рис. 20, где значения χ

для образцов, содержащих

^Dmax

мартенсит деформации, также совпадают друг с другом независимо от диапазона поля, в котором

строилась кривая χ_dif(H). Таким образом, как для феррита, так и для мартенсита деформации, ве-

личина максимума дифференциальной восприимчивости однозначно связана с содержанием этих

фаз в двухфазных сталях.

При контроле фазового состава хромоникелевых сталей по магнитным свойствам однознач-

ность величины χ

является ее основным преимуществом по сравнению с рассмотренными

^Dmax

выше магнитными параметрами. В связи с однозначной связью χ

с фазовым составом неза-

^Dmax

висимо от амплитуды перемагничивания образца, интерес представляет практическая разработка

средства неразрушающего контроля фазового состава двухфазных сталей, использующего χ

^Dmax

качестве информативного параметра.

ВЫВОДЫ

1. На основании большого цикла исследований магнитных свойств сталей содержащих феррит

или мартенсит деформации, при перемагничивании этих образцов при разной амплитуде магнит-

ного поля, установлены корреляционные связи фазового состава и исследуемых магнитных пара-

метров, таких как: коэрцитивная сила, остаточная намагниченность, максимальная намагничен-

ность, площадь под зависимостью χ_dif(H), максимум зависимости χ_dif(H).

2. Показано, что все исследуемые параметры в большей или меньшей степени коррелируют с

фазовым составом и могут быть использованы для контроля содержания фазы феррита или фазы

мартенсита деформации в двухфазных хромоникелевых сталях при перемагничивании по частным

циклам (в полях от 300 А/см).

3. Установлено, что величина максимума дифференциальной магнитной восприимчивости

однозначно связана с содержанием фазовых составляющих независимо от амплитуды перемагни-

чивающего поля в полях от 300 А/см. В связи с чем данный магнитный параметр может служить

достоверной характеристикой магнитного контроля фазового состава аустенитно-ферритных и

аустенитно-мартенситных сталей.

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (тема «Диагности-

ка», № АААА-А18-118020690196-3).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Меринов П.Е., Кареева М.А., Григорьев Б.П. Метод магнитного насыщения для аттестации

стандартных образцов содержания ферритной фазы в сталях аустенитно-ферритного класса // Труды

ЦНИИТМАШ. 1989. № 215. С. 72—76.

2. ГОСТ 26364—90. Ферритометры для сталей аустенитного класса. Общие технические условия.

М.: Изд-во стандартов, 1991. 8 с.

3. ГОСТ 8.518—84. Государственная система единства измерений. Ферритометры для сталей аусте-

нитного класса. Методика поверки. М.: Изд-во стандартов, 1985. 11 c.

4. ГОСТ 22838—77. Сплавы жаропрочные. Методы контроля и оценки макроструктуры. М.: Изд-во

стандартов, 1979. 27 c.

5. ГОСТ 11878—66. Сталь аустенитная. Методы измерения содержания ферритной фазы в прутках.

М.: ФГУП «Стандартинформ», 2011. 6 с.

6. ANSI/AWS A4.2M:2006 (ISO 8249:2000 MOD) An American National Standart. Standard Procedures

for Calibrating Magnetic Instruments to Measure the Delta Ferrite Content of Austenitic and Duplex Ferritic-

Austenitic Stainless Steel Weld Metal. American Welding Society, 2006. 47 p.

7. Ригмант М.Б., Ничипурук А.П., Худяков Б.А., Пономарев В.С., Терещенко Н.А., Корх М.К. При-

боры для магнитного фазового анализа изделий из аустенитных коррозионно-стойких сталей // Дефек-

тоскопия. 2005. № 11. С. 3—14.

8. Merinov P., Entin S., Beketov B., Runov A. The magnetic testing of the ferrite content of austenitic

stainless steel weld metal // NDT International. 1978. V. 11. No. 1. P. 9—14.

9. Меринов П.Е., А.Г. Мазепа. Определение мартенсита деформации в сталях аустенитного класса

магнитным методом // Заводская лаборатория. 1997. № 3. C. 47—49.

Дефектоскопия

№ 11

2019

М.К. Корх, М.Б. Ригмант, Е.Ю. Сажина, А.В. Кочнев

10. Меринов П.Е., Энтин С.Д., Бекетов Б.И., Рунов А.Е. Метод количественного определения содер-

жания феррита в сварных швах хромоникелевых сталей // Сварочное производство. 1977. № 3. C. 9—13.

11. Международная инженерная энциклопедия. Неразрушающие методы контроля. Спецификатор

различий в национальных стандартах различных стран / Под ред. проф. В.Я. Кершенбаума. М.: Центр

«Наука и техника», 1995. Т. 3. С. 68—128.

12. Ригмант М.Б., Ничипурук А.П., Корх М.К. Возможность раздельного измерения количества фер-

рита и мартенсита деформации в трехфазных сталях аустенитного класса магнитным методом // Дефек-

тоскопия. 2012. № 9. С. 19—23.

13. Корх М.К., Ригмант М.Б., Давыдов Д.И., Шишкин Д.А., Ничипурук А.П., Корх Ю.В. Определение

фазового состава трехфазных хромоникелевых сталей по магнитным свойствам // Дефектоскопия. 2015.

№ 12. С. 20—31.

14. Gorkunov E.S., Emelyanov I.G., Zadvorkin S.M., Mitropolskaya S.Yu. A model of the stressstate state

of a two-layer steel product under uniaxial tension // Metally. 2007. No. 1. P. 78—82.

15. Gorkunov E.S., Zadvorkin S.M., Putilova E.A., Povolotskaya A.M., Goruleva L.S., Veretenni-

kova I.A., Kamantsev I.S. The Application of Magnetic Structural Phase Analysis for the Diagnostics of the

State of a 08X18H10T Steel-C 3 Steel Composite Material and Its Components That Were Subjected to Plastic

Deformation // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2012. V. 48. No. 6. P. 346—356.

16. Gorkunov E.S., Zadvorkin S.M., Putilova E.A. Magnetic estimation of stresses applied to a two-layer

steel C(T)3-steel 08X18H10T composite material during elastoplastic deformation by uniaxial tension //

Russian Journal of Nondestructive Testing. 2012. V. 48. No. 8. P. 495—504.

17. Макаров А.В., Горкунов Э.С., Скорынина П.А., Коган Л.Х., Юровских А.С., Осинцева А.Л. Вихре-

токовый контроль фазового состава и твердости метастабильной аустенитной стали после различных

режимов наноструктурирующей фрикционной обработки // Дефектоскопия. 2016. № 11. С. 15—26.

Дефектоскопия

№ 11

2019