铸造奥氏体不锈钢的铬镍当量比和相对磁导率_范修谦
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精密铸造
特 种 铸 造 及 有 色 合 金 ２０１１ 年 第 ３１ 卷 第 ５ 期
铸造奥氏体不锈钢的铬镍当量比和相对磁导率
范修谦 （保 定 风 帆 精 密 铸 造 制 品 有 限 公 司 ）
摘 要 介绍了铸造奥氏体不锈钢中各元素的作用；通过铬当量和镍当量经验 公 式 计 算 ＣｒＥ／ＮｉＥ。 使 用 不 锈 钢 的 ＣｒＥ／ＮｉＥ （成分当量）图估算铸造奥氏体不锈钢中的铁素体含量；使用磁导率检测仪检测相应铸件的 相 对 磁 导 率，从 而 验 证 了 铬 镍 当 量 ＣｒＥ／ＮｉＥ、铁素体量与相对磁导率的非线性关系。 关 键 词 铬 镍 当 量 比 ；铁 素 体 ；相 对 磁 导 率 中 图 分 类 号 ＴＧ２４９．５ 文 献 标 志 码 Ａ 文 章 编 号 １００１－２２４９（２０１１）０５－０４３９－０３ ＤＯＩ：１０．３８７０／ｔｚｚｚ．２０１１．０５．０１６
图４ 不锈钢铸件中铁素体含量与相对磁导率 μ的关系图
由图４可见，铁素体含量与相对磁导率μ 的关系也 是非线性关系，随铁素 体 含 量 的 增 大，不 锈 钢 的 相 对 磁 导率也相应增大。
在同等条件下，ＣＦ８Ｍ、３１６、ＳＣＳ１４、１．４５８１ 等 含 钼 的不锈钢比 ＣＦ８、３０４、ＳＣＳ１３、１．４３０８等相对磁导率大。 在 保 证 相 对 磁 导 率 的 前 提 下 ，必 须 在 熔 炼 过 程 中 适 当 增 加 Ｎｉ、Ｃ、Ｍｎ 等 稳 定 和 形 成 奥 氏 体 的 元 素，或 减 少 Ｃｒ、 Ｓｉ、Ｍｏ 等 稳 定 和 形 成 铁 素 体 的 元 素 。
３
１８ ０．０６７１ ０．７８１９ ０．０１３６ ０．０３０５ ０．７２５４ １２．３９８ １６．６９５ ２．３０２． ０．２１８２ ０．００２６ ６６．７５３ ０．８６７８ ≤１．１
０
１９ ０．０６３２ ０．７２３１ ０．０１１２ ０．０２９５ ０．７５２６ １２．５２９ １６．６６９ ２．２２６１ ０．２５４７ ０．００２５ ６６．７３３ ０．８７９０ ≤１．２
１２
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０
２０ ０．０６６０ ０．６８８９ ０．０１０２ ０．０２８１ ０．７５７６ １２．７５３ １６．４９１ ２．２２３１ ０．２７４７ ０．００２１ ６６．７０６ ０．８５０
≤１．１
０
图３ 不锈钢铸件铬镍当量比 ＣｒＥ／ＮｉＥ 与相对磁导率 μ的关系图
钢 的 相 对 磁 导 率 的 主 要 因 素 还 是 钢 的 化 学 成 分 、铬 镍 当 量比。当铸件化学成分（质量分数）：Ｃ 为０．０５２ ４％，Ｓｉ 为０．７０２ ８％，Ｓ 为 ０．０１３ ２％，Ｐ 为 ０．０３２ ２％，Ｍｎ 为 ０．０９％ ，Ｎｉ为１２．５２２％ ，Ｃｒ为１８．０５８％ ，Ｍｏ为２．２１３％ ， Ｃｕ为０．３２５ １％，Ｔｉ为０．００７％，Ｆｅ为６５．９８％时，通过公 式 计 算 得 ＣｒＥ ＝１６．３６２ ２％，ＮｉＥ ＝１４．０９８％，ＣｒＥ／ＮｉＥ ＝ １．１６。铸态组织见图５，固溶处理后组织见图６。
３
１６ ０．０７０６ ０．５２３１ ０．０１０２ ０．０２２３ １４７９８ ９．１９１７ １６．８９６ ２．０３８８ ０．２３４１ ０．００３３ ６９．８２８ １．００９７ １．２５
２
１７ ０．０７８１ ０．５９６９ ０．０１８１ ０．０２１２ １．４０８１ ９．１６９５ １６．６０８ ２．１０６０ ０．２１６１ ０．００３１ ６９．７７７ １．０１５７ １．３０
奥氏体不锈钢在常温下一般具有单一的奥氏体组 织，是非磁性的。但在 铸 造 状 态 下，由 于 成 分 偏 析 及 合 金含量不同，在奥氏体 基 体 上 还 会 产 生 其 他 相，如 奥 氏 体（γ相）的同素 异 位 体 （铁 素 体，Ｆ）等。 由 于 铁 素 体 和 奥 氏 体 基 体 之 间 的 化 学 成 分 、力 学 性 能 以 及 热 稳 定 性 等 方面的差异，在某些场合下 铁素体的出现会对奥氏体不 锈 钢 的 性 能 带 来 不 利 影 响［１～３］。 对 奥 氏 体 不 锈 钢 材 料 的 力学性能和各 元 素 的 含 量 都 有 较 详 细 的 规 定 ，但 对 铁 素 体的含量没有明确的说明。为了保证特殊用途下不锈钢 的性能，有客户提出了控制奥氏体铸造不锈钢相对磁 导 率（μ≤０．２）的要求。可以通过控制不锈钢中起主要作用 的合金含量即铬镍当量比来控制奥氏体不锈钢的相对磁 导 率 ，从 而 也 控 制 了 奥 氏 体 不 锈 钢 中 的 铁 素 体 含 量 。
图２ 不锈钢的 ＣｒＥ／ＮｉＥ 当量比与铁素体含量的关系
２ 铬镍当量比ＣｒＥ／ＮｉＥ 与相对磁导率的关系
使用光谱分析仪对不同铸件的化学成分进行分析 （见表１）。根据 铸 件 化 学 成 分 计 算 出 铸 件 的 铬 镍 当 量 比 ＣｒＥ／ＮｉＥ。使用 ＣｒＥ／ＮｉＥ 成分当量图（见图２）或不锈 钢组织状态图（见图１）估算出铸件的铁素体 量，估 算 值 见 表 １。 使用美国 Ｐｅｒｍａｂｌｔｉｙｏｍｄｉｃａｔｏｒ＃６３７３磁导率称对 铸件的 磁 导 率 进 行 检 验，数 据 见 表 １。 根 据 表 １ 数 据， 分别制作 ＣｒＥ／ＮｉＥ 与相对磁导率 μ 关系，见图 ３。铁 素 体含 量 与 磁 导 率 μ 关 系 见 图 ４。 从 ＣｒＥ／ＮｉＥ 与 相 对 磁 导率关系图３，可看出铬镍 当 量 比 ＣｒＥ／ＮｉＥ 与 相 对 磁 导 率μ 的关 系 为 非 线 性 关 系，随 铬 镍 当 量 ＣｒＥ／ＮｉＥ 的 增 大 ，铸 造 不 锈 钢 的 相 对 磁 导 率 也 相 应 增 大 。
７
１２ ０．０４６２ ０．５９８１ ０．０１５１ ０．０２８１ ０．６８１９ １３．７４６ １７．４３０ ２．６５８１ ０．３８４４ ０．００２７ ６４．４４１ ０．９３４７ １．３０
３
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６ ０．０５１９ ０．６４８３ ０．０２６１ ０．０２７９ ０．６９２１ ９．８６１９ １８．６５０ ２．１７２１ ０．２３６８ ０．００３１ ６７．６６２ １．１６６ ２．１８
wenku.baidu.com１２
７ ０．０６２１ ０．８２５６ ０．０２６６ ０．０２７１ ０．６４６１ １０．１７６ １８．７９８ ２．４２８６ ０．２３３１ ０．００３０ ６６．７７２ １．１９５９ ２．４５ １４．５
３ 固溶化热处理对相对磁导率的影响
２
１４ ０．０６３１ ０．５１１３ ０．０１１６ ０．０２０１ １．４３９８ ９．３３５０ １６．３５２ ２．３７８９ ０．２３３１ ０．００３２ ６９．６５１ １．０８１２ １．６０
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特 种 铸 造 及 有 色 合 金 ２０１１ 年 第 ３１ 卷 第 ５ 期
表１ 不锈钢铸件的铬镍当量比 ＣｒＥ／ＮｉＥ、铁素体含量与相对磁导率μ 关系表
％
Ｃ
Ｓｉ
Ｓ
Ｐ
Ｍｎ
ｗＢ Ｎｉ
Ｃｒ Ｍｏ Ｃｕ
Ｔｉ
Ｆｅ
ＣｒＥ／ＮｉＥ
相对磁导 率μ
ｗ（Ｆ）／％
１ ０．０５４５ ０．７００３ ０．０２７４ ０．０２７１ ０．６２４６ ９．８９４０ １８．７０５ ２．２４０４ ０．２６０６ ０．００２１ ６７．４７６ １．２１７２ ２．８０ １５．５
图１ 室 温 下 不 锈 钢 的 组 织 与 铬 、镍 当 量 的 关 系 （Ｈａｍｍｏｎｄ 图）
１ 合金元素在奥氏体不锈钢中的作用
奥氏体不锈钢中形 成 铁 素 体 的 Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｏ 等 元 素 和促 进形成奥氏体的 Ｎｉ、Ｃ、Ｍｎ 等 元 素 相 互 作 用 和 补 充，使 奥 氏体不 锈 钢 在 多 种 腐 蚀 介 质 中 有 较 好 的 耐 腐 蚀性和良好的力学性能。一般地可使用铬镍当量经验 公 式 ：铬 当 量 ＣｒＥ ＝ｗ（Ｃｒ）＋ｗ（Ｍｏ）＋ｗ（Ｓｉ）×１．５％ ＋ｗ（Ｎｂ）×０．５％ ；镍 当 量 ＮｉＥ＝ｗ（Ｎｉ）＋ｗ（ｃ）×３０％ ＋ｗ（Ｍｎ）×０．５％ 定性地 估 计 奥 氏 体 不 锈 钢 中 铁 素 体 形成的可能 性 及 相 对 含 量 ，见 图 １。 另 外 也 可 用 不 锈 钢 的 ＣｒＥ／ＮｉＥ 成 分 当 量 比 对 铁 素 体 的 含 量 进 行 估 算 ， 见图 ２。 但 上述两种 方 法 使 用 起 来 很 不 方 便 。 而 不 锈 钢磁 导率主要取决于钢的化学成分 、晶体结 构、晶 粒 组 织内 应力 。 奥氏 体 不 锈 钢 的 组 织 结 构 、化 学 成 分 和 钢 的铬镍当量紧密相关 ，因此在不锈钢熔化时 取 样 ，使 用 磁导 率测量仪 控 制 磁 导 率 大 小 ，也 就 控 制 了 奥 氏 体 铸 造不 锈钢中奥 氏 体 和 铁 素 体 的 质 量 分 数 ，也 就 使 奥 氏 体不锈钢的综合性能达到预期要求。
４ ０．０５２０ １．２２９６ ０．０３１６ ０．０３０１ １．０２４３ ８．７２９８ １８．４５６ ０．２０２３ ０．２５８６ ０．００２１ ６９．９９３ １．１８７７ ２．３０ １３．５
５ ０．０５２８ ０．６５６７ ０．０４０９ ０．０２６１ ０．８８８９ ８．６３１６ １８．９３１ ０．１５１５ ０．２５３２ ０．００２０ ７０．３８７ １．１６７８ ２．２５ １２．５
收 稿 日 期 ：２０１０－１１－２９；修 改 稿 收 到 日 期 ：２０１０－１２－２５ 作者简介：范 修 谦，男，１９５６ 年 出 生，研 究 员 级 高 级 工 程 师，河 北 保 定 风 帆 精 密 铸 造 制 品 有 限 公 司，河 北 保 定 （０７１０５１），电 话：１３７０３３６２６１７，Ｅ－ｍａｉｌ： ｆａｎ２１８＠１２６．ｃｏｍ
８ ０．０５５２ ０．７９６６ ０．０３３０ ０．０３０７ ６７９８ １０．５１８ １８．３７５ ２．７７５１ ０．２２０９ ０．００３１ ６６．４０９ １．１７０ ２．２０
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特 种 铸 造 及 有 色 合 金 ２０１１ 年 第 ３１ 卷 第 ５ 期
铸造奥氏体不锈钢的铬镍当量比和相对磁导率
范修谦 （保 定 风 帆 精 密 铸 造 制 品 有 限 公 司 ）
摘 要 介绍了铸造奥氏体不锈钢中各元素的作用；通过铬当量和镍当量经验 公 式 计 算 ＣｒＥ／ＮｉＥ。 使 用 不 锈 钢 的 ＣｒＥ／ＮｉＥ （成分当量）图估算铸造奥氏体不锈钢中的铁素体含量；使用磁导率检测仪检测相应铸件的 相 对 磁 导 率，从 而 验 证 了 铬 镍 当 量 ＣｒＥ／ＮｉＥ、铁素体量与相对磁导率的非线性关系。 关 键 词 铬 镍 当 量 比 ；铁 素 体 ；相 对 磁 导 率 中 图 分 类 号 ＴＧ２４９．５ 文 献 标 志 码 Ａ 文 章 编 号 １００１－２２４９（２０１１）０５－０４３９－０３ ＤＯＩ：１０．３８７０／ｔｚｚｚ．２０１１．０５．０１６
图４ 不锈钢铸件中铁素体含量与相对磁导率 μ的关系图
由图４可见，铁素体含量与相对磁导率μ 的关系也 是非线性关系，随铁素 体 含 量 的 增 大，不 锈 钢 的 相 对 磁 导率也相应增大。
在同等条件下，ＣＦ８Ｍ、３１６、ＳＣＳ１４、１．４５８１ 等 含 钼 的不锈钢比 ＣＦ８、３０４、ＳＣＳ１３、１．４３０８等相对磁导率大。 在 保 证 相 对 磁 导 率 的 前 提 下 ，必 须 在 熔 炼 过 程 中 适 当 增 加 Ｎｉ、Ｃ、Ｍｎ 等 稳 定 和 形 成 奥 氏 体 的 元 素，或 减 少 Ｃｒ、 Ｓｉ、Ｍｏ 等 稳 定 和 形 成 铁 素 体 的 元 素 。
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图３ 不锈钢铸件铬镍当量比 ＣｒＥ／ＮｉＥ 与相对磁导率 μ的关系图
钢 的 相 对 磁 导 率 的 主 要 因 素 还 是 钢 的 化 学 成 分 、铬 镍 当 量比。当铸件化学成分（质量分数）：Ｃ 为０．０５２ ４％，Ｓｉ 为０．７０２ ８％，Ｓ 为 ０．０１３ ２％，Ｐ 为 ０．０３２ ２％，Ｍｎ 为 ０．０９％ ，Ｎｉ为１２．５２２％ ，Ｃｒ为１８．０５８％ ，Ｍｏ为２．２１３％ ， Ｃｕ为０．３２５ １％，Ｔｉ为０．００７％，Ｆｅ为６５．９８％时，通过公 式 计 算 得 ＣｒＥ ＝１６．３６２ ２％，ＮｉＥ ＝１４．０９８％，ＣｒＥ／ＮｉＥ ＝ １．１６。铸态组织见图５，固溶处理后组织见图６。
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１６ ０．０７０６ ０．５２３１ ０．０１０２ ０．０２２３ １４７９８ ９．１９１７ １６．８９６ ２．０３８８ ０．２３４１ ０．００３３ ６９．８２８ １．００９７ １．２５
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奥氏体不锈钢在常温下一般具有单一的奥氏体组 织，是非磁性的。但在 铸 造 状 态 下，由 于 成 分 偏 析 及 合 金含量不同，在奥氏体 基 体 上 还 会 产 生 其 他 相，如 奥 氏 体（γ相）的同素 异 位 体 （铁 素 体，Ｆ）等。 由 于 铁 素 体 和 奥 氏 体 基 体 之 间 的 化 学 成 分 、力 学 性 能 以 及 热 稳 定 性 等 方面的差异，在某些场合下 铁素体的出现会对奥氏体不 锈 钢 的 性 能 带 来 不 利 影 响［１～３］。 对 奥 氏 体 不 锈 钢 材 料 的 力学性能和各 元 素 的 含 量 都 有 较 详 细 的 规 定 ，但 对 铁 素 体的含量没有明确的说明。为了保证特殊用途下不锈钢 的性能，有客户提出了控制奥氏体铸造不锈钢相对磁 导 率（μ≤０．２）的要求。可以通过控制不锈钢中起主要作用 的合金含量即铬镍当量比来控制奥氏体不锈钢的相对磁 导 率 ，从 而 也 控 制 了 奥 氏 体 不 锈 钢 中 的 铁 素 体 含 量 。
图２ 不锈钢的 ＣｒＥ／ＮｉＥ 当量比与铁素体含量的关系
２ 铬镍当量比ＣｒＥ／ＮｉＥ 与相对磁导率的关系
使用光谱分析仪对不同铸件的化学成分进行分析 （见表１）。根据 铸 件 化 学 成 分 计 算 出 铸 件 的 铬 镍 当 量 比 ＣｒＥ／ＮｉＥ。使用 ＣｒＥ／ＮｉＥ 成分当量图（见图２）或不锈 钢组织状态图（见图１）估算出铸件的铁素体 量，估 算 值 见 表 １。 使用美国 Ｐｅｒｍａｂｌｔｉｙｏｍｄｉｃａｔｏｒ＃６３７３磁导率称对 铸件的 磁 导 率 进 行 检 验，数 据 见 表 １。 根 据 表 １ 数 据， 分别制作 ＣｒＥ／ＮｉＥ 与相对磁导率 μ 关系，见图 ３。铁 素 体含 量 与 磁 导 率 μ 关 系 见 图 ４。 从 ＣｒＥ／ＮｉＥ 与 相 对 磁 导率关系图３，可看出铬镍 当 量 比 ＣｒＥ／ＮｉＥ 与 相 对 磁 导 率μ 的关 系 为 非 线 性 关 系，随 铬 镍 当 量 ＣｒＥ／ＮｉＥ 的 增 大 ，铸 造 不 锈 钢 的 相 对 磁 导 率 也 相 应 增 大 。
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１２ ０．０４６２ ０．５９８１ ０．０１５１ ０．０２８１ ０．６８１９ １３．７４６ １７．４３０ ２．６５８１ ０．３８４４ ０．００２７ ６４．４４１ ０．９３４７ １．３０
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３ 固溶化热处理对相对磁导率的影响
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１４ ０．０６３１ ０．５１１３ ０．０１１６ ０．０２０１ １．４３９８ ９．３３５０ １６．３５２ ２．３７８９ ０．２３３１ ０．００３２ ６９．６５１ １．０８１２ １．６０
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特 种 铸 造 及 有 色 合 金 ２０１１ 年 第 ３１ 卷 第 ５ 期
表１ 不锈钢铸件的铬镍当量比 ＣｒＥ／ＮｉＥ、铁素体含量与相对磁导率μ 关系表
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Ｃ
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Ｓ
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相对磁导 率μ
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图１ 室 温 下 不 锈 钢 的 组 织 与 铬 、镍 当 量 的 关 系 （Ｈａｍｍｏｎｄ 图）
１ 合金元素在奥氏体不锈钢中的作用
奥氏体不锈钢中形 成 铁 素 体 的 Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｏ 等 元 素 和促 进形成奥氏体的 Ｎｉ、Ｃ、Ｍｎ 等 元 素 相 互 作 用 和 补 充，使 奥 氏体不 锈 钢 在 多 种 腐 蚀 介 质 中 有 较 好 的 耐 腐 蚀性和良好的力学性能。一般地可使用铬镍当量经验 公 式 ：铬 当 量 ＣｒＥ ＝ｗ（Ｃｒ）＋ｗ（Ｍｏ）＋ｗ（Ｓｉ）×１．５％ ＋ｗ（Ｎｂ）×０．５％ ；镍 当 量 ＮｉＥ＝ｗ（Ｎｉ）＋ｗ（ｃ）×３０％ ＋ｗ（Ｍｎ）×０．５％ 定性地 估 计 奥 氏 体 不 锈 钢 中 铁 素 体 形成的可能 性 及 相 对 含 量 ，见 图 １。 另 外 也 可 用 不 锈 钢 的 ＣｒＥ／ＮｉＥ 成 分 当 量 比 对 铁 素 体 的 含 量 进 行 估 算 ， 见图 ２。 但 上述两种 方 法 使 用 起 来 很 不 方 便 。 而 不 锈 钢磁 导率主要取决于钢的化学成分 、晶体结 构、晶 粒 组 织内 应力 。 奥氏 体 不 锈 钢 的 组 织 结 构 、化 学 成 分 和 钢 的铬镍当量紧密相关 ，因此在不锈钢熔化时 取 样 ，使 用 磁导 率测量仪 控 制 磁 导 率 大 小 ，也 就 控 制 了 奥 氏 体 铸 造不 锈钢中奥 氏 体 和 铁 素 体 的 质 量 分 数 ，也 就 使 奥 氏 体不锈钢的综合性能达到预期要求。
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收 稿 日 期 ：２０１０－１１－２９；修 改 稿 收 到 日 期 ：２０１０－１２－２５ 作者简介：范 修 谦，男，１９５６ 年 出 生，研 究 员 级 高 级 工 程 师，河 北 保 定 风 帆 精 密 铸 造 制 品 有 限 公 司，河 北 保 定 （０７１０５１），电 话：１３７０３３６２６１７，Ｅ－ｍａｉｌ： ｆａｎ２１８＠１２６．ｃｏｍ
８ ０．０５５２ ０．７９６６ ０．０３３０ ０．０３０７ ６７９８ １０．５１８ １８．３７５ ２．７７５１ ０．２２０９ ０．００３１ ６６．４０９ １．１７０ ２．２０
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