奥氏体不锈钢膨胀节的铁磁性分析

首先，在宏观检验时，发现该膨胀节具有明显的铁磁性，而该膨胀节材质为S30408，该材料属于奥氏体型不锈钢，理想状态下显微组织为奥氏体，因此，其应该是无磁性的。但实际生产过程中，该材料通常会含有少量铁素体，而铁素体有磁性，因此S30408 材料一般也会有轻微的铁磁性。但是，铁素体含量过高会损害奥氏体钢的可锻性，特别是用于大锻造比的锻件，通常铁素体限制在3%～8%；同样道理用于冷变形的奥氏体不锈钢，如冷伸压、深冲压、冷拔冷挤压的奥氏体钢应进一步限制铁素体含量，通常限制在5%以内。该膨胀节材料中铁素体含量为2%～5%，基本符合奥氏体不锈钢冷冲压工艺的材料要求。

那么，该膨胀节明显的铁磁性又是从何而来呢？ 从微观组织分析中可以看出，该膨胀节显微组织中含有分布不均匀且形态各异和夹在奥氏体区域中间的马氏体，这些马氏体就是显微组织中的铁磁相，就是该膨胀节铁磁性的来源。

那么，这些马氏体又是从何而来的呢？ S30408 属于亚稳态奥氏体不锈钢，其在塑性变形时产生的位错会堆垛并发展成具有ε 马氏体结构的微观束状组织，并在束状组织的交接处开始形成α′马氏体相［15］，且陆世英等［16，17］已报道304 奥氏体不锈钢中形变诱发的马氏体主要为ε 和α′两种马氏体。形变可诱发马氏体相变，其中形变温度对马氏体转变量的影响是：随着转变温度的升高，马氏体转变量呈下降趋势，175 ℃是形变诱发马氏体相变的转折点，在高于175 ℃的环境中，马氏体转变量缓慢降低，当达到275 ℃时马氏体转变量趋于零。

实验结果数据精准良好，从整个实验结果可以清晰地看出，形变诱发马氏体相变虽然提高了材料的硬度和强度，但也牺牲了材料的塑性和韧性，使材料产生了“加工硬化”现象，当形变诱发马氏体超过一定数量时，必然会使材料性能恶化，严重影响构件的加工和使用性能。

从对该膨胀节端部及波峰部分硬度测定结果和XRD 测定铁磁相含量结果分析可得，波峰处冷变形量最大，诱发转变的马氏体数量较多；端部冷变形量相对较小，诱发转变的马氏体数量相对较少。而GB／T 24511—2017标准中要求S30408 不锈钢HV 不大于210，同时GB 16749—1997 也要求膨胀节材料应是软态的，说明S30408 冷变形过程中要考虑材料硬度的变化对构件使用性能的影响。(www.xing528.com)

图7 所示为不同轧制变形后304 不锈钢马氏体转变量和硬度变化［18，19］。可以看出，马氏体转变量随变形量的增加而增加（图7（a）），同时加工硬化现象越来越显著，致使合金硬度显著提升（图7（b））；图中硬度值为400 HV 处时，对应的材料变形量约为50%，由此可知，该膨胀节波峰处变形量在45%～50%之间。

图7　不同轧制变形后304 不锈钢马氏体转变量和硬度变化

该膨胀节制造标准为GB 16749—1997，虽然标准中对冷成型后的膨胀节要求是不进行热处理，但是GB 16749—2018 修订了该条款，要求冷变形量大于15%以上应进行退火处理，进一步说明材料的冷变形量要控制在一定范围内（小于15%），超过该范围则要通过热处理退火来恢复材料的韧塑性。

综合以上分析，该膨胀节波峰处未在合理的温度范围内进行冷变形，造成该处冷变形量较端部大，主要以马氏体转变及其变形为主，形变诱发的数量较多，马氏体为铁磁相，从而使膨胀节应对环境结构变形的能力不足，安装使用后，因不能满足环境结构的应力变化而导致其发生开裂现象。