基于弱磁性奥氏体不锈钢磁导率测量探索

岳绍阳，程娜

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南 郑州 450016）

根据商务部的相关要求，从2003 年起，对进口冷轧奥氏体不锈钢薄板(带)检验磁导率已经提出了崭新的要求。并且在我国的检测形式并没有明显的提升和转变，进行相应的磁导率研究具有重要作用，能够有效提升相关行业的良性发展。

1 测量原理

当磁化式样在具有磁场变化的方向上出现受力变化，那么这种变化形式与受力的大小具有明显关系，并且在测量的过程中只要能够测量出磁场前后的质量变化就能够随即计算出式样的磁化水平，进而判断出式样的磁导率水平。

在不均匀的磁场中，设定磁场的强度为H，在Z 方向的梯度上具有一定的受力现象，并且式样的质量为m，受到的磁力计算形式为FZ=XmH(9H/9Z）=kmHP(9H9Z)，其中X 则为式样的磁化率，并且K 为磁化率，P 为密度。

当式样是一个圆柱体的情况下，横截面面积为S，将其中的一段放在检测的磁极中，另一端位于磁极之外，那么也能够得出计算公式FZ=12kS(H2-H22)。

2 测量仪器

磁导率测量的设备中由能够产生一定磁场的电磁铁和天平组成，天平主要作用是进行受力大小的测量。当测量磁导率小于1.05 的材料时，一般情况下使用环秤或者磁秤测量，以上两种测量的仪器在行业内部不是十分常见，应用效果也不是十分广泛。电磁铁在使用的过程中需要两级能够产生较大的磁场，但是与此同时，应当避免电磁铁温度过高现象，磁极之间的间距也应当保持在20mm 以内，能够达到国家相关标准。

如在进行环秤测量装置设置的过程中，E 为磷青铜或铍青铜做的弹性环，弹性环的尺寸和大小没有具体需求，可以根据设备的需求进行调整和定制。弹性环E 上有小反射镜，在环秤测量装置设置为B 和C。D 是设备中的聚焦镜，光线从A 处进入，通过B 点，再经过C 点的反射，在D 处聚焦之后能够呈现在S 处，S 指的是读数尺。

在进行检测的过程中，式样P 在E 的下方位置，并且在电磁铁M 的两个磁极中间，将A、S、D 三点之间的距离进行整合和调节，保证S 上能够显示出较为清晰的光标线。当式样在检测过程中出现受力变化时，弹性环也会产生相应的变化，点B 和C 之间的距离和形状也会随之产生变化，在众多因素的影响下，光表现S 也会出现明显的位移现象。

在弹性环的弹性变化波动中，式样出现的位置变化和受力大小之间具有明显的关系。这一关系在检测前应当进行预先标注，标注效果现实在砝码上。

3 测量方法

在磁导率的测量环节中，无论是使用环秤或磁秤进行测量，式样在磁场中受到的作用力测量的都是较为简单的，测量过程中基本上没有较大的难度。但是在磁场强度和梯度的测量上则不是十分便捷，测量具体情况中展示的是具有一定梯度的斜坡形状磁极测量形式。

为了保证在测量中能够具备较强的准确性，应当在测量的过程中采用饱和磁化强度或磁化率的标准进行测量，并且将相关仪器尽心校对和调整。在进行式样检测的过程中可以将MnSO4·4H2O 的材料作为式样标准，并且能够准确判定磁化率在环境温度为16℃左右时，为66.1×10-6。在检测细长式样的过程中可以将纯锰金属作为式样标准，并且在环境温度为16℃左右时，磁化率为9.6×10-6。

在进行测量的过程中为了保障测量结果的精准性和稳定性，应当首先进行一起的校对，并且进行多次试验，进而有效保障设备测量的精准性。在进行小块式样的检测中，在相同磁场环境下，H 和9H/9Z 的数值不会产生变化，设用F2 及FZ’，m 及m’，X 及X’分别表示标准试样及未知试样在磁场强度为H1、梯度为9H/9Z 的条件下所受的力和试样的质量磁化率,则FZ=XmH9H/9ZFZ’=X’m’H9H/9Z 两式相除，得FZ/FZ’=Xm/X’m’X’=XmF’Z/m’FZ=(Xm/m’)(F’Z/FZ)式中，X 为已知数，m 及m’可用天平衡量，FZ 及FZ’为试验所得数据，使用环秤时，FZ/FZ’比数可用试验时光标线位移比数d/d’代替。将相关数值带入上述公式中能够有效得出检测式样的磁化率和磁导率。

在使用细长式样检测的过程中，使用的检测计算公式为k=1.96FZ/SH2 及μ=1+24.6Z/SH2。在上述公式中式样所接受对的磁力为FZ，可以根据上文中论述的测量形式进行数据计算，式样的横截面面积用S 表示，能够根据式样的形状计算出来，H 可用小探测线圈进行测定,也可以使用已知标准式样相关参数进行测量在得出众多参数的基础上，可以使用公式H=[1.96FZ/Sk]1/2 或H=[24.6FZ/S(μ-1)k]1/2，计算出相应的磁场强度水平。

4 磁导率测量

冷轧奥氏体不锈钢中的0.32mm、2.05mm 和2.20mm 规格对的产品，在使用范围内主要针对电子产品的原材料等，在设计上应当保证自身材料的导磁率在1.00 以内。某种进口冷轧奥氏体不锈钢，规格为0.32mm 的AISI305，国外厂商提供的自身产品的磁导率为1.0045,另外，2.05mm 和2.20mm两种材料的磁导率并没有标明其中的磁导率，在本文的研究中，将使用磁秤法进行式样磁导率测量。

（1）试样制备。在测量的过程中将式样轴线平行与材料的轧制方向，式样的各个方面互相垂直，并且进行测量的式样应当保证自身的外观良好，没有明显的划痕和凹陷。选取的式样长度为100mm,宽度为8mm，并对式样进行相应对的处理，保证式样的横截面积在0.13m²以上。式样检测中使用铜丝固定，检测中共取3 分式样，随机编号。

（2）测量步骤。首先应当断开环秤测量装置中的K1 开关，进而进行天平的调整，将式样放置在测量仪器上，式样静置之后观察式样的质量。其次，调整电磁头的位置，将式样放置在电极头的中心线位置，保证放置的偏差在1.6mm 之内。将开关K1和K2关闭，调试变阻器R。电磁铁在此阶段的磁场强度为500Oe，当电磁场达到一定强度的基础上，测量式样的质量并且记录。将相关的数值带入上文中得出的公式中，FZ=XmH(9H/9Z）经过相应的计算能够判断出0.32mm 型号的冷轧奥氏体不锈钢三个式样的磁导率分别是为1.0042、1.0038 和1.0045,与国外的生产厂家提供的数据能够基本吻合。另外两种规格的冷轧奥氏体不锈钢的磁导率分别是1.0046、1.0018，也能够满足我国商品进口的需求。

5 结语

磁秤法在测量磁性的过程中操作较为便捷，并且式样的种类没有明显的限制，可以是棒材、线材、带材等多样化的材料。并且将这种形式应用于冷轧奥氏体不锈钢的磁导率测量工作，测量结果较为理想。目前而言，国内还不具有良好的磁性检测形式，这种形式的提出和使用具有极强的社会意义和行业价值。