试验钢的成分设计优化方案

只要保持钢中的组织为稳定的奥氏体组织，就可以获得良好的抗磁化性能。奥氏体不锈钢和耐热钢以及高锰系奥氏体钢均属于无磁钢的范畴。按钢中成分划分可分为含镍的无磁钢或含锰、氮的无磁钢。按使用性能划分可分为不锈无磁钢和非不锈无磁钢。

考虑到价格问题以及奥氏体的稳定性，非不锈无磁钢多采用Mn系无磁钢，主要是通过加入Mn来得到奥氏体组织。但要在常温下得到奥氏体组织，其Mn质量分数的界限为16%。对于Fe-C-Mn合金，由于加入C，可以在减少钢中Mn含量的情况下，得到稳定的奥氏体组织，例如在碳质量分数为1.0%的钢中Mn质量分数需在10%以上；而在碳质量分数为0.2%的钢中，Mn质量分数必须在12.5%以上。

为使Mn系无磁钢具有一定的防锈性能，一般在高Mn钢中加入一定量的Cr，图1为Fe-Mn-Cr合金的无磁性区域。从图1可见，当C质量分数为0.5%、Cr质量分数为5%时，Mn质量分数大于15%，即可成为奥氏体无磁钢。许多领域需要高强度、高硬度的无磁钢，因此在Fe-Mn-Cr系奥氏体钢中加入适量的碳和强烈的碳化物形成元素；通过固溶时效的热处理工艺，使钢中碳化物弥散析出，达到提高强度和硬度的目的。

图1 Fe-Mn-Cr系无磁性范围组织图(www.xing528.com)

钢的碳含量较低时，为得到稳定的奥氏体，锰的含量为18%较适宜，铬的含量为4%～5%较合适，我们确定为4%左右。根据各种资料介绍，碳含量在0.1%～1.3%这样大的范围内波动。钒的含量可供参考的资料更少。为摸索出较合理的合金元素（主要是钒和碳）的含量，设计了十余种不同的化学成分见表1。

表1 试验用钢的成分设计