Магнитная ли легированная сталь? Руководство по магнитным свойствам

Быстрый ответ заранее:

Большинство легированных сталей магнитны, но исключения зависят от состава. В то время как сплавы с высоким содержанием железа обычно сохраняют магнетизм, высокое содержание никеля/хрома может свести его на нет.

Обзор магнитных и немагнитных легированных сталей

Почему магнетизм важен в промышленных применениях?

Магнитные свойства напрямую влияют на выбор материала для:

• Электрические системы (трансформаторы, двигатели)
• Производственные процессы (сортировка металла, подъем)
• Среды, подверженные коррозии (морское/медицинское оборудование)

В SteelPro Group мы оптимизировали решения из легированной стали для более чем 200 проектов, где магнетизм был решающим фактором — от хирургических инструментов, совместимых с МРТ, до мощных магнитных подъемных систем.

Далее мы рассмотрим магнитные свойства легированной стали и их применение в промышленности. 

Что делает легированную сталь магнитной?

В этой таблице представлен краткий обзор основных факторов, влияющих на магнетизм стали. 

Более подробную информацию о том, почему сталь обладает магнитными свойствами, читайте ниже.

Микроструктура

Микроструктура стали, состоящая из различных фаз, напрямую влияет на ее магнетизм. Стали с ферритной или мартенситной фазой являются магнитными, а с аустенитной — нет.

Как это работает: Феррит и мартенсит являются ферромагнитными и выравнивают свои электронные спины, что делает их магнитными. аустенит не выравнивает электронные спины и, таким образом, остается немагнитным. Микроструктура стали зависит от ее состава и термической обработки, определяя, проявляет ли она магнетизм.

Содержание углерода

Увеличение содержания углерода усиливает магнетизм в легированных сталях, особенно после термообработки. Однако, сталь проницаемость к магнитным полям может быть уменьшена, что означает, что при некоторых условиях его может быть сложнее намагнитить.

Как это работает: Более высокое содержание углерода повышает прокаливаемость, что приводит к образованию мартенсита при быстром охлаждении стали. Мартенсит имеет структуру, которая выравнивает электронные спины, делая его ферромагнитным и способным сохранять магнетизм даже после снятия внешнего магнитного поля.

Легирующие элементы

Легирующие элементы, такие как никель и хром Ослабить или устранить магнетизм в стали. Когда хром превышает 12%, а никель превышает 8%, сталь превращается в немагнитная аустенитная фаза.

Как это работает: Железо по своей природе является ферромагнитным, но при сплавлении с никелем и хромом он меняет структуру на аустенит, который не поддерживает выравнивание электронных спинов. Вот почему стали, как нержавеющая сталь 304 (с высоким содержанием хрома и никеля) немагнитны.

Термическая обработка

Термическая обработка может быть увеличить или уменьшить магнетизм в зависимости от того, как охлаждается сталь. Быстрое охлаждение (закалка) фиксирует сталь в магнитный мартенситный фаза, тогда как более медленное охлаждение может привести к немагнитному аустенитный Фаза. Скорость охлаждения по сути «фиксирует» магнитную или немагнитную структуру, в зависимости от процесса.

Другие факторы

• Механическое напряжение

Напряжение может слегка искажать атомную структуру. Дислокации в кристаллической структуре стали могут изменять выравнивание магнитных доменов, слегка усиливая или ослабляя магнетизм. Его влияние обычно невелико.

• Осадки и включения

Включения (например, примеси серы или кислорода) и осадки (частицы, образующиеся внутри стали) могут мешать правильному выравниванию магнитных доменов. Они могут нарушить атомную решетку стали и снизить способность сохранять магнетизм.

Как легирующие элементы влияют на магнетизм?

Как базовый элемент в легированных сталях (>90% в большинстве марок), присущий железу ферромагнетизм обуславливает магнитное поведение. Однако легирующие добавки изменяют его кристаллическую структуру – и, следовательно, его магнитный отклик.

Хром

Влияние хрома на магнетизм зависит от его концентрации. 12% или ниже, это имеет небольшое влияние. Однако, когда хром превышает 12% и в сочетании с никелем он способствует аустенитная структура, что делает сталь немагнитной. 

никель

Никель — сильный стабилизатор аустенита, делая сталь немагнитной, когда она превышает 8%. Стали (никелевые 10-14%) не реагируют на магниты. На более низких уровнях никель оказывает более слабое воздействие, позволяя некоторому магнетизму сохраняться. Однако при определенной термообработке даже стали с высоким содержанием никеля могут восстанавливать магнетизм.

Марганец

Марганец уменьшает магнетизм, способствуя образование аустенита, похоже на никель. Обычно используется в нержавеющих сталях без никеля, таких как 201 нержавеющая сталь (марганец 7,5%) для достижения немагнитной структуры.

Углерод

Углерод увеличивается образование мартенсита, усиление магнетизма, особенно после закалкаОднако избыток углерода может снизить проницаемость, из-за чего сталь будет сложнее намагничивать.

Критические взаимодействия

• Синергия Cr + Ni: Хром сам по себе (например, нержавеющая сталь 430) сохраняет магнетизм, но в сочетании с никелем (304/316) он создает немагнитный аустенит.
• Переопределение термообработки: Даже стали с высоким содержанием никеля могут стать магнитными, если их закалить для образования мартенсита (например, нержавеющая сталь 17-4 PH).

Распространенные типы легированной стали и магнитные свойства

Приложения: когда магнетизм имеет значение?

Отрасли, которым требуется магнитная легированная сталь

• Электродвигатели и трансформаторы

Магнитные легированные стали необходимы в электродвигателях, генераторах и трансформаторах. Они обеспечивают высокую проницаемость и низкие потери в сердечнике, что позволяет эффективно управлять электромагнитным полем. 

Кремниевая сталь, обычная электротехническая сталь, сводит к минимуму потери энергии и накопление тепла.

• Автомобильные компоненты

Многие автомобильные детали требуют магнитных свойств как для структурной прочности, так и для совместимости с датчиками. Такие компоненты, как шестерни, коленчатые валы и приводные валы, используют магнитную легированную сталь для прочности и износостойкости. Кроме того, системы ABS, датчики скорости и компоненты зажигания используют магнитную сталь для точного индуктивного зондирования.

Отрасли, требующие немагнитную легированную сталь

• Медицинское оборудование (совместимость с МРТ)

Магнитные материалы представляют опасность для аппаратов МРТ, которые используют мощные магнитные поля для визуализации. Аустенитные нержавеющие стали и сплавы с высоким содержанием никеля гарантируют, что хирургические инструменты, имплантаты и медицинские приборы остаются немагнитными, предотвращая искажения при сканировании.

• Морская и химическая среда

В морской технике и химической обработке коррозионная стойкость важнее магнетизма. Магнитные стали могут быть уязвимы к локальной коррозии, что приводит к преждевременному выходу из строя. Аустенитные нержавеющие стали выдерживают суровые условия, оставаясь немагнитными, что делает их идеальными для судостроения, морских сооружений и резервуаров для хранения химикатов.

Проверка магнетизма легированной стали

Простые методы: использование магнита

Самый простой способ проверить магнетизм — это использовать ручной магнит. Если сталь притягивает магнит, она содержит ферромагнитные фазы как феррит или мартенсит. Если притяжение мало или отсутствует, то, скорее всего, парамагнитный или немагнитный, например, аустенитная нержавеющая сталь.

Однако этот метод имеет ограничения:

• Эффекты холодной обработки: Некоторые немагнитные стали могут стать слабомагнитный после механической обработки или деформации.
• Смешанные микроструктуры: Сталь с обоими магнитные и немагнитные фазы может проявлять частичный магнетизм.
• Отсутствие точности: Простой тест с магнитом невозможно измерить магнитную силу или обнаружить тонкие изменения.

Для детального анализа необходимы передовые методы тестирования.

Продвинутые методы

Отрасли, в которых важны точные магнитные свойства, используют специализированные методы испытаний.

Испытание на проницаемость

Этот тест измеряет магнитная проницаемость (мк)— насколько легко материал выдерживает магнитное поле.

• А измеритель проницаемости или тестер магнитной восприимчивости определяет, является ли сталь ферромагнитный, парамагнитный или немагнитный.
• Это полезно для проверки марки нержавеющей стали и обнаружение нежелательных фазовых изменений.

Вихретоковый контроль

Это неразрушающий способ анализа проводимости и магнитного отклика стали.

• А катушка генерирует переменный ток, вызывая вихревые токи в материале.
• Различия в ответах показывают изменения состава, микроструктурные несоответствия или дефекты.
• Обычно используется в аэрокосмическая, автомобильная и энергетическая промышленность.

Выбор подходящей легированной стали и получение экспертной консультации

Выбор правильной легированной стали имеет решающее значение для обеспечения магнитных характеристик, структурной целостности и соответствия отраслевым нормам. В SteelPro Group мы предоставляем:

• Экспертное руководство по выбору лучшей легированной стали для ваших нужд.
• Сертифицированное тестирование по стандарту ISO 17025 для обеспечения точных магнитных свойств.
• Индивидуальные решения для отраслей, требующих точности и надежности.

Не рискуйте, выбрав неправильный материал — проконсультируйтесь с нашими экспертами сегодня! Свяжитесь с SteelPro Group, чтобы получить подходящую легированную сталь для вашего применения.