基于弱磁性奧氏體不銹鋼磁導率測量探索

岳紹陽，程娜

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450016）

根據商務部的相關要求，從2003 年起，對進口冷軋奧氏體不銹鋼薄板(帶)檢驗磁導率已經提出了嶄新的要求。并且在我國的檢測形式并沒有明顯的提升和轉變，進行相應的磁導率研究具有重要作用，能夠有效提升相關行業的良性發展。

1 測量原理

當磁化式樣在具有磁場變化的方向上出現受力變化，那么這種變化形式與受力的大小具有明顯關系，并且在測量的過程中只要能夠測量出磁場前后的質量變化就能夠隨即計算出式樣的磁化水平，進而判斷出式樣的磁導率水平。

在不均勻的磁場中，設定磁場的強度為H，在Z 方向的梯度上具有一定的受力現象，并且式樣的質量為m，受到的磁力計算形式為FZ=XmH(9H/9Z）=kmHP(9H9Z)，其中X 則為式樣的磁化率，并且K 為磁化率，P 為密度。

當式樣是一個圓柱體的情況下，橫截面面積為S，將其中的一段放在檢測的磁極中，另一端位于磁極之外，那么也能夠得出計算公式FZ=12kS(H2-H22)。

2 測量儀器

磁導率測量的設備中由能夠產生一定磁場的電磁鐵和天平組成，天平主要作用是進行受力大小的測量。當測量磁導率小于1.05 的材料時，一般情況下使用環秤或者磁秤測量，以上兩種測量的儀器在行業內部不是十分常見，應用效果也不是十分廣泛。電磁鐵在使用的過程中需要兩級能夠產生較大的磁場，但是與此同時，應當避免電磁鐵溫度過高現象，磁極之間的間距也應當保持在20mm 以內，能夠達到國家相關標準。

如在進行環秤測量裝置設置的過程中，E 為磷青銅或鈹青銅做的彈性環，彈性環的尺寸和大小沒有具體需求，可以根據設備的需求進行調整和定制。彈性環E 上有小反射鏡，在環秤測量裝置設置為B 和C。D 是設備中的聚焦鏡，光線從A 處進入，通過B 點，再經過C 點的反射，在D 處聚焦之后能夠呈現在S 處，S 指的是讀數尺。

在進行檢測的過程中，式樣P 在E 的下方位置，并且在電磁鐵M 的兩個磁極中間，將A、S、D 三點之間的距離進行整合和調節，保證S 上能夠顯示出較為清晰的光標線。當式樣在檢測過程中出現受力變化時，彈性環也會產生相應的變化，點B 和C 之間的距離和形狀也會隨之產生變化，在眾多因素的影響下，光表現S 也會出現明顯的位移現象。

在彈性環的彈性變化波動中，式樣出現的位置變化和受力大小之間具有明顯的關系。這一關系在檢測前應當進行預先標注，標注效果現實在砝碼上。

3 測量方法

在磁導率的測量環節中，無論是使用環秤或磁秤進行測量，式樣在磁場中受到的作用力測量的都是較為簡單的，測量過程中基本上沒有較大的難度。但是在磁場強度和梯度的測量上則不是十分便捷，測量具體情況中展示的是具有一定梯度的斜坡形狀磁極測量形式。

為了保證在測量中能夠具備較強的準確性，應當在測量的過程中采用飽和磁化強度或磁化率的標準進行測量，并且將相關儀器盡心校對和調整。在進行式樣檢測的過程中可以將MnSO4·4H2O 的材料作為式樣標準，并且能夠準確判定磁化率在環境溫度為16℃左右時，為66.1×10-6。在檢測細長式樣的過程中可以將純錳金屬作為式樣標準，并且在環境溫度為16℃左右時，磁化率為9.6×10-6。

在進行測量的過程中為了保障測量結果的精準性和穩定性，應當首先進行一起的校對，并且進行多次試驗，進而有效保障設備測量的精準性。在進行小塊式樣的檢測中，在相同磁場環境下，H 和9H/9Z 的數值不會產生變化，設用F2 及FZ’，m 及m’，X 及X’分別表示標準試樣及未知試樣在磁場強度為H1、梯度為9H/9Z 的條件下所受的力和試樣的質量磁化率,則FZ=XmH9H/9ZFZ’=X’m’H9H/9Z 兩式相除，得FZ/FZ’=Xm/X’m’X’=XmF’Z/m’FZ=(Xm/m’)(F’Z/FZ)式中，X 為已知數，m 及m’可用天平衡量，FZ 及FZ’為試驗所得數據，使用環秤時，FZ/FZ’比數可用試驗時光標線位移比數d/d’代替。將相關數值帶入上述公式中能夠有效得出檢測式樣的磁化率和磁導率。

在使用細長式樣檢測的過程中，使用的檢測計算公式為k=1.96FZ/SH2 及μ=1+24.6Z/SH2。在上述公式中式樣所接受對的磁力為FZ，可以根據上文中論述的測量形式進行數據計算，式樣的橫截面面積用S 表示，能夠根據式樣的形狀計算出來，H 可用小探測線圈進行測定,也可以使用已知標準式樣相關參數進行測量在得出眾多參數的基礎上，可以使用公式H=[1.96FZ/Sk]1/2 或H=[24.6FZ/S(μ-1)k]1/2，計算出相應的磁場強度水平。

4 磁導率測量

冷軋奧氏體不銹鋼中的0.32mm、2.05mm 和2.20mm 規格對的產品，在使用范圍內主要針對電子產品的原材料等，在設計上應當保證自身材料的導磁率在1.00 以內。某種進口冷軋奧氏體不銹鋼，規格為0.32mm 的AISI305，國外廠商提供的自身產品的磁導率為1.0045,另外，2.05mm 和2.20mm兩種材料的磁導率并沒有標明其中的磁導率，在本文的研究中，將使用磁秤法進行式樣磁導率測量。

（1）試樣制備。在測量的過程中將式樣軸線平行與材料的軋制方向，式樣的各個方面互相垂直，并且進行測量的式樣應當保證自身的外觀良好，沒有明顯的劃痕和凹陷。選取的式樣長度為100mm,寬度為8mm，并對式樣進行相應對的處理，保證式樣的橫截面積在0.13m2以上。式樣檢測中使用銅絲固定，檢測中共取3 分式樣，隨機編號。

（2）測量步驟。首先應當斷開環秤測量裝置中的K1 開關，進而進行天平的調整，將式樣放置在測量儀器上，式樣靜置之后觀察式樣的質量。其次，調整電磁頭的位置，將式樣放置在電極頭的中心線位置，保證放置的偏差在1.6mm 之內。將開關K1和K2關閉，調試變阻器R。電磁鐵在此階段的磁場強度為500Oe，當電磁場達到一定強度的基礎上，測量式樣的質量并且記錄。將相關的數值帶入上文中得出的公式中，FZ=XmH(9H/9Z）經過相應的計算能夠判斷出0.32mm 型號的冷軋奧氏體不銹鋼三個式樣的磁導率分別是為1.0042、1.0038 和1.0045,與國外的生產廠家提供的數據能夠基本吻合。另外兩種規格的冷軋奧氏體不銹鋼的磁導率分別是1.0046、1.0018，也能夠滿足我國商品進口的需求。

5 結語

磁秤法在測量磁性的過程中操作較為便捷，并且式樣的種類沒有明顯的限制，可以是棒材、線材、帶材等多樣化的材料。并且將這種形式應用于冷軋奧氏體不銹鋼的磁導率測量工作，測量結果較為理想。目前而言，國內還不具有良好的磁性檢測形式，這種形式的提出和使用具有極強的社會意義和行業價值。