形变和应力集中作用下奥氏体不锈钢自磁化机理及应用基础

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51671216
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
胡斌
依托单位：
中国特种设备检测研究院
学科分类：
E0103.金属材料使役行为与表面工程
结题年份：
2020
批准年份：
2016
项目状态：
已结题
起止时间：
2017-01-01 至2020-12-31

项目参与者：
沈功田；陈金忠；王宝轩；李运涛；万本例；
关键词：
形变马氏体相变应力集中马氏体含量磁化机理

项目摘要

The corrosion resistance of austenite stainless steel can be nondestructive evaluated rapidly and economically by the early diagnosis method based on the magnetic signal response characteristics。The use of the method plays an important role to ensure the safety of people and guarantee the safe running of equipment. According to the magnetization phenomenon induced by the strain-induced martensitic transformation, the magnetization and evolutional law of austenite stainless steel under the homogeneous /inhomogeneous deformation and stress concentration is explored to discover the magnetization mechanism.The main factors and their effect rules of the magnetic signal response characteristics difference under the typical station is to been obtained, and the mathematical model of austenite stainless steel magnetization affected by multifactor is established.The quantitative relationship between the martensitic content/stress station and the variation law and distribution characteristic of the magnetic signal is provided, then the corrosion resistance diagnosis method with the magnetic signal will be developed. The research result can not only be the theoretical principle of diagnosis method, but also to promote the interdiscipline of multi field coupling, phase transition, cross scale.

基于磁信号响应特性的早期诊断方法可以简便、快捷、经济、无损地评价奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，在保障人员安全和设备运行等方面均有重要的作用。本项目从形变诱发马氏体相变后会在奥氏体不锈钢材料表面形成自磁化场的现象出发，探索分析均匀/非均匀形变诱发马氏体相变和应力集中作用下奥氏体不锈钢磁化的本质规律和特征，揭示均匀/非均匀形变和应力集中条件下奥氏体不锈钢的磁化机理；获取三种典型条件下磁信号特性差异的主要影响因素及其作用机制，建立多因素影响下奥氏体不锈钢磁化的数理模型；定量给出马氏体含量/应力状态-磁信号变化规律和分布特性的关联关系，发展基于磁信号特性的耐腐蚀评价方法。相关研究结果将为建立基于自然磁化的耐腐蚀评价方法提供重要的理论依据，且可为多场耦合、相变、跨尺度等所涉及的交叉学科问题研究和新型耐腐蚀评价的技术进步等方面提供方法和手段。

结项摘要

针对常规无损检测方法无法有效检测在役奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能问题，从形变诱发马氏体相变后会在奥氏体不锈钢材料表面形成自磁化场的现象出发，研究了不同损伤类型对奥氏体不锈钢中应变诱发马氏体相变的影响，分析了马氏体相变规律及动力学，阐述了马氏体相变的机理。并对马氏体含量的磁检测方法进行了现场应用。针对在役奥氏体不锈钢压力容器表面或近表面缺陷涡流检测的频率优化选取问题，结合仿真计算和实验研究结果对比分析，为实际检测应用中最优频率的选取提供参照。得到以下结论：.（1）拉伸形变时，马氏体含量随形变量增大而增加，马氏体沿轴向及厚度方向均匀分布，整体含量随变形温度升高而降低。拉伸形变后试样中的自然磁化强度与马氏体含量具有良好的线性相关性。.（2）弯曲形变后试样中的马氏体含量随弯曲曲率的增大而减少。弯曲形变为非均匀形变，弯曲形变后试样中的自然磁化强度与马氏体含量也具有线性关系。.（3）奥氏体不锈钢中的马氏体相为自然磁化载体，应力集中处铁磁性的马氏体内部大量的磁畴发生不可逆的重新排列使自然磁化强度急剧增加，局部应力集中区的自然磁化强度具有水平分量最大值、垂直分量过零点的特点，实际检测中可以利用垂直分量过零点的特点对损伤类型进行区分。.（4）通过仿真分析，研究了304不锈钢试件拉伸导致的马氏体相变问题，分析不同的拉伸形变量与马氏体含量、矫顽力和试件磁导率之间的关系，形变量越大，马氏体含量越多，矫顽力和试件的磁化率越大。.（5）基于实验室建立的奥氏体不锈钢材质损伤评价体系，经过现场检测验证，结果表明：基于自然磁化原理的方法可以用于快速评价奥氏体不锈钢的非均匀形变、应力集中等类型的材质损伤。