由于早期我们研究的基本上是无磁不锈钢管,大家更多关注的是它的焊接性能、475℃脆性、耐腐蚀性和强韧性等,而对它的磁性能很少研究。从影响磁性能的角度出发,我们研究了合金元素含量、固熔处理、回火、退火温度和时间分别对它的影响,再从组织和结构比较铁素体不锈钢管的磁性能。

材料磁性的本源是材料内部电子的循环和自旋运动,物质的磁性就是由电子的这些运动产生的,我们知道,任何一封闭电流都具有磁矩,其方向与环形电流法线方向一致,大小为电流与封闭环形面积的乘积。

铁使磁场强烈地增强,铜则使磁场减弱,而铝虽使磁场增强,但很微弱,就是说,物质在磁场中由于受磁场的作用都呈现出一定的磁性,这种现象称为磁化。凡是能被磁化的物质称为磁质或磁介质,根据材料被磁化后对磁场产生的影响,可把材料分为三大类:使磁场减弱的物质称为抗磁性材料;使磁场略有增强的为顺磁性材料;使磁场强烈增加的为铁磁性材料,材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场所产生的抗磁矩;材料的顺磁性主要来源于原子的固有磁矩,在没有外加磁场时,原子的固有磁矩呈现无序状态分布,在宏观上并不呈现出磁性。

影响不锈钢管抗磁性与顺磁性的因素主要有以下几方面:

(1)原子结构的影响

电子的循轨运动要产生抗磁矩,而离子的固有磁矩则产生顺磁矩,此外自由电子在磁场的作用下也产生抗磁矩和顺磁矩,不过它所产生的抗磁矩远比顺磁矩要小,所以自由电子的主要贡献是顺磁性,对于金属,是由于点阵离子和自由电子所构成的,在磁场的作用下电子运动产生了抗磁矩,与此同时,还有离子和自由电子产生顺磁矩,其中自由电子所引起的顺磁性是比较小的,故只有当内层电子未被填满,自由磁矩未被抵消时才可能产生较强的顺磁性,金属铜、金、银、汞等,它们的离子所产生的抗磁性大于自由电子的顺磁性,因此是抗磁性的。

(2)温度的影响

温度对抗磁性一般没有什么影响,但当金属溶化,凝固,同素异构转变,以及形成化合物时,由于电子轨道的变化和单位体积内原子数量的变化,使抗磁化率发生变化。温度对顺磁性影响很大,可以认为,顺磁物质的磁化是磁场克服原子和分子热运动的干扰,使原子磁矩排向磁场方向的结果。

(3)相变及组织转变的影响

不锈钢管发生同素异构转变是由于晶格类型及原子间距发生了变化,这样会影响电子运动状态从而导致磁化率的变化,加工硬化对金属的抗磁性影响也很明显,加工硬化使金属的原子间距增大而密度减小从而使不锈钢管的抗磁性减弱。

(4)成分与组织的影响

合金由不同的元素和形式组成时对磁性会有很大影响,形成固溶体合金时磁化率因原子之间结合的改变而有较明显的变化。通常由两种磁化率低的金属固溶时,其磁化率和成分按接近于直线的平滑曲线变化,如铜、铝合金的固溶问题等,由抗磁金属为溶剂,强顺磁金属为溶质形成固溶体情况是比较复杂的,当固溶体合金有序化时,由于溶剂、溶质原子呈现有规则的交替排列,使原子之间结合力随之改变,因而导致合金磁化率发生明显变化。