針對高溫服役后奧氏體耐熱鋼鍋爐管出現較高磁性問題，采用磁感應強度測量儀、奧氏體氧化物檢測儀、綜合物性測量系統（VSM）進行測試，進行熱處理實驗及顯微組織分析，測試分析了TP304H、TP347H、S30432等奧氏體耐熱鋼新樣品、高溫服役樣品及其碳化物的磁性能(磁當量、磁感應強度、磁化強度、飽和磁化強度、剩磁、矯頑力、磁滯回線等)。結果表明：具有鐵磁性的α′-馬氏體及其相變體積膨脹引起較高內應力產生的磁性和具有弱鐵磁性碳化物產生的磁性共同引起在役奧氏體耐熱鋼出現較高磁性，其中碳化物引起的磁性可以忽略不計。
奧氏體耐熱鋼由于具有較高的蠕變強度、良好的組織穩定性和抗煙氣腐蝕性能，自20世紀50年代開始作為300 MW及以上電站鍋爐高溫過熱器（高過）和高溫再熱器（高再）材料，該種材料主要包括TP304H、TP347H、12Cr18Ni12Ti等18-8系列粗晶型奧氏體耐熱鋼和TP347HFG、S30432、HR3C等新一代奧氏體耐熱鋼。由于奧氏體耐熱鋼鍋爐管存在蒸汽側氧化皮易剝落，剝落的氧化皮會在鍋爐管下彎管內堆積引起嚴重超溫，從而引發爆管。
目前，檢測奧氏體耐熱鋼鍋爐管內氧化皮堆積的常用方法為磁性法，該方法的基礎為奧氏體耐熱鋼為順磁性，而其蒸汽側氧化皮具有強磁性，然而以往在利用磁性法檢測時，經常遇到奧氏體耐熱鋼鍋爐管自身存在明顯磁性，干擾了檢測結果。強文江等對TP304H鍋爐管內壁氧化皮的磁性進行了檢測，謝國勝等對鍋爐典型用鋼T23、T91、TP304H、TP347H及氧化皮進行了磁性測試。
對奧氏體鍋爐管及內壁氧化皮的磁性能全面系統分析的報道較少，本文通過服役前后的TP304H、TP347H和S30432等3種材料鍋爐管及其萃取的碳化物、內壁氧化皮及P91對比樣品的磁性能測試，分析奧氏體耐熱鋼鍋爐管服役前后的磁性能及其變化規律，為研究奧氏體耐熱鋼鍋爐管引起磁性轉變原因、微觀組織變化及材質狀態評估提供技術依據。
1實驗材料和方法
實驗共使用14個樣品，包括TP304H、TP347H和S30432等3種材料新樣品和2個服役樣品、3個碳化物（1-2、2-2、3-3）、1個S30432蒸汽側氧化皮樣品和1個P91對比樣品，實驗樣品參數見表1。
使用磁感應強度測量儀和OSD-12型奧氏體氧化物檢測儀進行磁感應強度和磁當量測試；使用VersaLab型綜合物性測量系統（VSM）進行磁化強度（外加磁場強度30 000 Oe）和磁滯回線（外加磁場強度30 000 Oe和1 000 Oe）測試；使用VSM進行（M-T）測試，溫度為?223～127℃，先降溫后升溫；使用電解法萃取樣品中的碳化物；使用電控熱處理爐進行熱處理試驗；在OLYMPUS GX71光學顯微鏡下進行微觀組織觀察。
2實驗結果及分析
2.1磁當量和磁感應強度
對3個新樣品（1-1、2-1、3-1）和3個服役樣品（1-3、2-3和3-3）沿管材環向八等分進行磁當量和磁感應強度測試，發現3個新樣品無明顯磁當量（約20）和磁感應強度（0.01 mT），3個服役樣品具有較高的磁當量和磁感應強度（圖1），且沿管材環向變化較大，其最大值為3-3號樣品（1 323和2.44 mT）。
2.2飽和磁化強度
由圖2可見：氧化皮和P91樣品具有呈水平的典型飽和磁化強度，氧化皮在2 000 Oe外加磁場下達到飽和（70 emu/g），P91在4 000 Oe磁場下達到飽和（190 Oe）；本實驗在外加最大磁場30 000 Oe下，奧氏體耐熱鋼呈無水平的飽和磁化強度特征，新樣品與外加磁場呈線性關系，且斜率很小，外加磁場30 000 Oe下磁化強度約為0.6 A/m；隨著外加磁場的增大，服役樣品的磁化強度先快后慢升高后呈線性變化，即存在一個拐點；由取自同臺鍋爐部件的3-2和3-3可知，隨著服役時間的延長，磁化強度呈增大趨勢。
2.3磁滯回線
樣品的磁滯回曲線如圖3—圖7所示，由圖3—圖7可見：新樣品的磁滯回線為直線，無磁滯現象，呈順磁性，磁化強度、剩磁和矯頑力較低，外加磁場30 000 Oe時磁化強度為0.646~0.750 emu/g；服役樣品均有明顯磁滯現象，呈弱鐵磁性，存在明顯磁化強度、剩磁和矯頑力，TP304H、TP347H和S30432在外加磁場30 000 Oe時的最大磁化強度分別為1.209、0.899和2.321 emu/g，最大剩磁分別為0.056、0.005和0.406 emu/g，最大矯頑力分別為53、40和58 Oe；碳化物樣品均有磁滯現象，呈弱鐵磁性，存在磁化強度、剩磁和矯頑力，3個樣品在外加磁場1000 Oe時的磁化強度分別為0.119、0.122和0.243 emu/g，剩磁分別為0.012、0.016和0.063 emu/g，矯頑力分別為74、72和142 Oe。
2.4磁化強度與溫度的關系
為了考察奧氏體耐熱鋼的磁化強度與溫度（M-T）的關系，對1-3和3-3號樣品進行（M-T）測試，結果如圖8所示，樣品（M-T）測試前后的微觀組織形貌如圖9和圖10所示。
由圖8—圖10可見：2個服役樣品的奧氏體向馬氏體轉變開始溫度Ms分別為?149℃和?35℃；在室溫升至127℃時，磁化強度未見突變點；從?223℃升至127℃時，磁化強度明顯高于降溫過程中的磁化強度，微觀組織中可見存在深冷誘發的馬氏體組織。
2.5熱處理對服役樣品磁性的影響
樣品熱處理后的磁感應強度和磁滯回線如圖11所示，由圖11可見：熱處理后的不同冷卻方式對樣品的磁感應強度無影響；熱處理冷卻后90 h內磁感應強度為0，隨放置時間的延長，磁感應強度逐漸回升，即發生逐漸自發磁化現象，但仍遠小于熱處理前。熱處理后的磁化強度顯著低于未熱處理時，可能緣于發生了高溫退磁現象。
3分析討論
奧氏體耐熱鋼新樣品的磁當量、磁感應強度、磁化強度、剩磁和矯頑力均較小，無磁滯現象，磁化強度和磁滯回線與外加磁場呈線性關系，且斜率很小，表現為順磁性，即新樣品的奧氏體組織呈順磁性。
服役樣品存在明顯的磁當量、磁感應強度、磁化強度、剩磁、矯頑力和磁滯現象，表現為弱鐵磁性；磁當量和磁感應強度沿管材環向變化較大，造成這種環向差異的原因與鍋爐管服役條件下環向金屬壁溫不同有關，壁溫不同引起鍋爐管微觀組織沿環向存在差異；隨外加磁場的升高，磁化強度升高后呈線性變化，在外加最大磁場30 000 Oe下，無水平的典型飽和磁化強度特征；隨著服役時間的延長，服役樣品的磁化強度呈增大趨勢；服役樣品的奧氏體向馬氏體轉變開始溫度Ms均較低，經深冷后服役樣品的磁化強度明顯高于深冷前的磁化強度，微觀組織中可見存在深冷誘發的馬氏體組織；熱處理后的冷卻方式對樣品的磁感應強度無影響，熱處理后存在高溫退磁和自發磁化現象，自發磁化為磁性材料在無外加磁場的情況下，由于近鄰原子間電子的交換作用或其他相互作用，使物質中各原子的磁矩在一定空間范圍內呈有序排列而達到磁化。
奧氏體耐熱鋼鍋爐管服役樣品的組織除奧氏體基體外，還存在α'-馬氏體、馬氏體和析出的碳化物顆粒，文獻已介紹了2種馬氏體組織及其轉變機理，α'-馬氏體具有較高磁化強度、馬氏體未知；碳化物樣品也存在明顯的磁化強度、剩磁、矯頑力和磁滯現象，呈弱鐵磁性。將碳化物的磁化強度按照在樣品基體中的質量占比換算到基體中（表2），可以看出，碳化物磁化強度占比較低，最高為5.08%。由此可知，相對于α'-馬氏體的鐵磁性，因碳化物的相對量較少，其引起的磁性可忽略不計。
另外，奧氏體耐熱鋼服役樣品在γ→α'相變時，因晶體的致密度變小（γ致密度為0.74，α'致密度為0.68）引起體積膨脹導致產生較高內應力，進而引起磁性。綜上所述，具有鐵磁性的α'-馬氏體及其相變體積膨脹引起較高內應力產生的磁性和具有弱鐵磁性碳化物產生的磁性共同引起在役奧氏體耐熱鋼出現較高磁性，其中碳化物引起的磁性可忽略不計。
4結論
1）奧氏體耐熱鋼新樣品的磁當量、磁感應強度、磁化強度、剩磁和矯頑力均較小，無磁滯現象，磁化強度和磁滯回線與外加磁場呈線性關系，且斜率很小，表現為順磁性；高溫服役后奧氏體耐熱鋼及其碳化物存在明顯的磁當量、磁感應強度、磁化強度、剩磁、矯頑力和磁滯現象，無水平的典型飽和磁化強度特征，表現為弱鐵磁性。
2）隨著服役時間延長，奧氏體耐熱鋼的磁化強度呈增大趨勢；熱處理冷卻方式對其磁感應強度無影響，熱處理后存在高溫退磁和自發磁化現象；深冷后出現深冷馬氏體組織及磁化強度升高現象。
3）具有鐵磁性的a'-馬氏體及其相變體積膨脹引起較高內應力產生的磁性和具有弱鐵磁性碳化物產生的磁性共同引起在役奧氏體耐熱鋼出現較高磁性，其中碳化物引起的磁性可忽略。