Авторизация
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?

Использование магнитометрического метода для исследования ферритно-мартенситных сталей


DOI: 10.26896/1028-6861-2017-83-11-41-46

М. Ю. Беломытцев, Е. И. Кузько, П. А. Прокофьев; № 11 (83), 11.2017

Аннотация:

Обоснована возможность применения магнитометрического метода анализа (на основе измерения магнитной проницаемости) для определения структурных характеристик образцов ферритно-мартенситных сталей, обладающих высокой устойчивостью переохлажденного аустенита. Структура таких сталей при комнатной температуре состоит из мартенсита и высокотемпературного δ-феррита. Разработана установка, позволяющая измерять магнитную проницаемость и по этим данным определять температуру Кюри образцов при их охлаждении от температур γ-области до комнатной. Основа установки — катушка индуктивности, соединенная параллельно с конденсатором. (Такой колебательный контур был настроен на резонансную частоту в диапазоне 40 – 80 кГц.) В катушку помещали предварительно нагретый до температуры 1100 °C образец. Показано, что относительное изменение индуктивности измерительной катушки вместе с образцом при непрерывном охлаждении зависит от структурного класса испытуемой стали. В случае ферритно-мартенситной стали изменение носит двустадийный характер: вначале (в момент появления ферромагнетизма в феррите) резкий рост (при более высокой температуре), а затем (при дальнейшем охлаждении из-за образования мартенсита) подъем становится более плавным. Для образцов ферритной стали наблюдается только стадия быстрого изменения (при температуре Кюри феррита). В случае стали аустенитного класса резкое изменение магнитной проницаемости отсутствует вплоть до комнатной температуры. При этом рост магнитной проницаемости пропорционален содержанию δ-феррита в структуре. Это позволяет разделять вклад от двух ферромагнитных структурных составляющих — мартенсита и δ-феррита. Предлагаемая методика дает также возможность определять температуры начала и конца мартенситного превращения. Оценены аппаратурные и экспериментальные погрешности разработанного подхода.

Ключевые слова: ферритно-мартенситные стали; магнитная проницаемость; температура Кюри; δ-феррит; мартенсит.

Magnetometric Method in Analysis of Ferritic-Martensitic Steels

M. Yu. Belomyttsev, E. I. Kuzko, and P. A. Prokofiev

The possibility of using magnetometric analysis based on measuring the magnetic permeability of samples for determination of the structural characteristics of ferritic-martensitic steels possessing high stability of undercooled austenite is substantiated. The structure of those steels at room temperature consists of martensite and high-temperature δ-ferrite. A facility has been designed and manufactured that provides measuring the magnetic permeability and, using the data thus obtained, determine the Curie temperature of ferritic-martensitic steel samples upon cooling them from the temperatures of the gamma region to room temperature. The inductance coil connected in parallel with the capacitor is the heart of the installation. The oscillatory circuit is tuned to a resonant frequency in the range 40 – 80 kHz. The test piece is placed in the coil preheated to a temperature of 1100°C and in fact is the inductor core. It is shown that the relative change in the inductance of the coil together with the sample during continuous cooling depends on the structural class of the steel under test. For ferritic-martensitic steel the change is two-staged: the first abrupt change (at a higher temperature) corresponds to the onset of ferromagnetism in the ferrite, the second is smoother occurs upon further cooling due to martensite formation. For ferritic steel samples there is only one sharp change at the Curie temperature of the ferrite. When testing samples of austenitic steel, there is no abrupt change in the magnetic permeability up to room temperature. It is shown that the magnitude of the effect corresponding to the onset of ferromagnetism in ferrite is proportional to the content of δ-ferrite in the structure. This makes it possible to separate the contribution of two ferromagnetic structural components, martensite and δ-ferrite. The developed technique also makes it possible to determine the temperatures of the beginning (Mn) and the end (Mk) of the martensitic transformation. The implementation and experimental errors of the developed installation and measuring technique are estimated.

Keywords: ferritic-martensitic steels; magnetic permeability; Curie temperature; δ-ferrite; martensite.


1. Lifshits B. G., Kraposhin V. S., Linetskii Ya. L. Physical properties of metals and alloys. — Moscow: Metallurgiya, 1980. — 320 p. [in Russian].

2. Bernshtein M. L., Rakhshtadt A. G. (eds.). Metallurgy and heat treatment of steel. Vol. 1. Methods of testing and research. — Moscow: Metallurgiya, 1985. — 352 p. [in Russian].

3. Gorkunov Й. S., Yakushenko E. I., Zadvorkin S. M., Mushnikov A. N. Effect of elastic deformations on magnetic characteristics of chromium-nickel steels / Fiz. Met. Metalloved. 2015. Vol. 116. N 2. P. 156 – 162 [in Russian].

4. Gorkunov Й. S., Putilova E. A., Zadvorkin S. M., Makarov A. V., Pecherkina N. L., Kalinin G. Yu., Mushnikova S. Yu., Fomina O. V. Behavior of magnetic characteristics in promising nitrogen-containing steels upon elastoplastic deformation / Fiz. Met. Metalloved. 2015. Vol. 116. N 8. P. 884 – 890 [in Russian].

5. Gorkunov Й. S., Zadvorkin S. M., Putilova E. A., Savrai R. A. Effect of the structure and stress state on the magnetic properties of metal in different zones of welded pipes of large diameter / Fiz. Met. Metalloved. 2014. Vol. 115. N 10. P. 1011 – 1018 [in Russian].

6. Uvarov A. I., Vil’danova N. F., Nichipuruk A. P., Somova V. M., Sazhina E. Yu., Anufrieva E. I., Filippov Yu. I. Effect of thermomechanical treatments on hardness and coercive force of aged austenitic alloy of invar composition / Fiz. Met. Metalloved. 2014. Vol. 115. N 10. P. 1064 – 1069 [in Russian].

7. Ul’yanov A. I., Baranova I. A., Chulkina A. A., Zagainov A. V., Volkov V. A. On the use of temperature dependences of the coercive force for an analysis of structural and phase changes that occur upon tempering of alloy carbon steels / Fiz. Met. Metalloved. 2014. Vol. 115. N 5. P. 467 – 473 [in Russian].

8. Chukalkin Yu. G., Goshchitskii B. N., Leont’eva-Smirnova M. V., Chernov V. M. Effect of heat treatment and neutron irradiation on magnetic properties of ferritic-martensitic steels containing 12% Cr / Fiz. Met. Metalloved. 2014. Vol. 115. N 4. P. 368 – 373 [in Russian].

9. Sandomirskii S. G. Analysis of the structural and phase maximum differential magnetic susceptibility of steels / Metally. 2016. N 4. P. 45 – 51 [in Russian].

10. Antsiferov V. N., Bulanov V. Ya., Gurevich Yu. G., Ivashko A. G., Tsyganova M. S. Study of decomposition of supercooled austenite of powder steels with the help of a novel digital magnetometer / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2005. N 4. P. 24 – 29 [in Russian].

11. Maksimkin O. P., Tsai K. V. Magnetometric study of the γ ® α’ martensite transformation in a neutron-irradiated 12Kh18N10T steel / Metally. 2008. N 5. P. 39 – 47 [in Russian].

12. Kazantseva N. V., Stepanova N. N., Rigmant M. B., Davydov D. I., Shishkin D. A., Demakov S. L., Ryzhkov M. A., Romanov E. P. Study of magnetic properties and structural and phase transformations in the Co 19 % at. – Al 6 % at. – W alloy / Fiz. Met. Metalloved. 2015. Vol. 116. N 6. P. 563 – 569 [in Russian].

13. Kornienkov B. A., Libman M. A., Éstrin É. I. On the effect of annealing temperature on Curie point in amorphous alloys / Fiz. Met. Metalloved. 2014. Vol. 115. N 2. P. 132 – 133 [in Russian].

14. Kornienkov B. A., Libman M. A., Molotilov B. V., Éstrin É. I. Ferro-paramagnetic transition in a Fe-Ni-Si-B alloy in amorphous and crystalline states / Fiz. Met. Metalloved. 2013. Vol. 114. N 3. P. 237 – 240 [in Russian].

15. Chekanova L. A., Denisova E. A., Goncharova O. A., Komogortsev S. V., Iskhakov R. S. Analysis of phase composition of Co-P alloy powders using magnetometric data / Fiz. Met. Metalloved. 2013. Vol. 114. N 2. P. 136 – 144 [in Russian].

16. Stepanova N. N., Davydov D. I., Nichipuruk A. P., Rigmant M. B., Kazantseva N. V., Vinogradova N. I., Pirogov A. N., Romanov E. P. The structure and magnetic properties of a heat-resistant nickel-base alloy after a high-temperature deformation / Fiz. Met. Metalloved. 2011. Vol. 112. N 3. P. 328 – 336 [in Russian].

17. Merinov P. E., Korneev A. U., Tsikunov N. S. Standardization of control of the content of ferrite phase in chromium-nickel austenitic and austenitic-ferritic steels by magnetic method / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2006. N 7. P. 53 – 59 [in Russian].

18. Moorthy V., Vaidyanathan S., Raj B., Jayakumar T., Kashyap B. Insight into the microstructural characterization of ferritic steels using micromagnetic parameters / Metallurgical Materials Transactions. A. 2000. Vol. 31A. P. 1053 – 1065.

19. Byeon J. W., Kwun S. I. Magnetic nondestructive evaluation of thermally degraded 2.25Cr-1Mo steel / Material Letters. 2003. Vol. 58. P. 94 – 98.

20. State Standard GOST R 53686–2009. Welding. Determination of the content of the ferrite phase in the weld metal of austenitic and two-phase ferrite-austenitic chromium-nickel corrosion-resistant steels. — Moscow: Standartinform, 2011. — 39 p. [in Russian].