为什么我的不锈钢产品有磁性？

为什么我的不锈钢产品有磁性？

当客户收到不锈钢材质的产品时，有时常使用磁铁吸附来鉴别产品的材质，这种方式操作简单但有局限性，鉴别的结果不完全可靠。那么不锈钢是否具有磁性呢?事实是，实际情况要复杂得多。不锈钢有很多个种类，每种不锈钢都具有不同的物理特性。同时不锈钢的磁性还受其合金元素、原子晶粒结构和制造过程中的冷加工量等的影响。部分316不锈钢产品，在经过焊接或机械加工等过程，也会产生一定程度的磁性。

什么是材料的磁性？

一般我们把能对磁场以某种方式作出反应的材料称为磁性材料。按照物质在外磁场中表现出来磁性的强弱，可将其分为抗磁性物质（Diamagnetism）、顺磁性物质（Paramagnetism）、反铁磁性物质（Antiferromagnetism）、铁磁性物质（Ferromagnetism）和亚铁磁性物质（Ferrimagnetism）。在工程应用中使用最广泛的属于铁磁性和亚铁磁性材料，例如电机、音响和电话里的永磁铁，磁带和磁盘中的磁性材料等。

表1 磁性物质的类别

不同不锈钢的磁性有什么差异？

纯奥氏体不锈钢通常不具有磁性，无法被磁铁吸附。除奥氏体不锈钢外，铁素体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和大多数沉淀硬化不锈钢都是铁磁性的。双相不锈钢是奥氏体和铁素体结构的混合物，其中的铁素体结构使其也能够被磁铁吸附。

表2 不同类型不锈钢磁性的区别

磁性材料被磁化的难易程度可以用磁导率来表示。任何材料的最低相对磁导率为1，这意味着材料的磁响应与完全真空相同。被归类为铁磁性材料的不锈钢磁导率数值通常很高，一般远大于1。非铁磁性钢，包括奥氏体不锈钢，其相对磁导率为1或稍高，可以归类为顺磁性材料。不锈钢的磁导率主要取决于铁素体、马氏体和奥氏体在组织中的分布。大多数不锈钢在室温下的主要金属相是铁素体和马氏体(两者都具有高磁导率)。奥氏体不锈钢在室温下仍保持其奥氏体结构，因此具有很低的磁导率。

低磁导率的特性使奥氏体不锈钢可以用于要求“非磁性”材料的应用。这些应用包括医疗设备的外壳如核磁共振成像，以及雷达装置的混凝土钢筋等场景。同样，由于其低磁导率，磁粉无损检测法不适用于对奥氏体不锈钢的检验。飞托克生产大量的316不锈钢接头、阀门和钢管产品，通常会采用渗透检测和涡流检测等方式对材料及产品进行检验。

影响奥氏体不锈钢磁性的因素有哪些？

我们常见的304和316不锈钢都属于奥氏体不锈钢，它们通常不具有磁性。因此，可能会有人使用磁铁来鉴别不锈钢是否为304和316不锈钢。但是在冷加工、焊接和温度等因素的影响下，奥氏体不锈钢部分微观结构会转变为具有磁性的马氏体或铁素体结构。这就是为什么经过机械加工的奥氏体牌号不锈钢的边缘（例如板材的边缘）上会显示轻微磁性的原因。316 不锈钢凭借其较高的镍成分含量被认为是不具有磁性的不锈钢。然而，经过大量焊接或机械加工的 316 不锈钢物品在靠近磁铁时可能具有足够的磁性以产生明显的吸引力。原则上，焊接或冷加工的部件可以通过固溶退火处理将其恢复到非磁性状态，但是再次进行固溶退火处理会增加制造工序及成本，同时降低冷加工硬化后的材料强度。除非应用场景对材料的磁性有特殊需求，一般不会对加工后的材料进行固溶退火处理。

奥氏体系列不锈钢中大量添加了镍元素迫使其微观晶体结构以奥氏体结构而非铁素体结构的形式存在。一般来说镍含量越高，奥氏体组织越稳定，在进行冷加工时更不容易转变为有磁性的马氏体组织结构。因此镍含量较高的316不锈钢相比于镍含量较低的304不锈钢冷加工后产生的磁性更轻微。另外，对无磁性有较高要求的客户可选择310和904L不锈钢，其镍含量较高，奥氏体结构更加稳定，在大量的冷加工中能够保持无磁性。

表3 常见奥氏体不锈钢的主要成分

此外，奥氏体不锈钢的铸件与锻件相比，其成分略有不同，并且通常由ASTM规范进行限制。大多数奥氏体铸造合金都含有少量的铁素体，铸件中少量铁素体的存在可以减少铸件铸造过程中的热开裂和强度下降，以及耐腐蚀性降低等情况的出现。由于铁素体的存在，奥氏体不锈钢铸件会存在不同程度的磁响应，但是这对铸厂和最终用户都是利大于弊的。飞托克BG、BH、BV和BK系列球阀的阀体采用铸造奥氏体不锈钢材质CF8M制造，CF8M相当于316不锈钢的铸造版，其相比316不锈钢含有更高的铬含量，具有较高的强度和耐腐蚀性能。

图1 飞托克铸造奥氏体不锈钢球阀

不锈钢的磁性与耐腐蚀性有相关性吗？

磁性和耐腐蚀性之间没有非常强的相关性。是否具有磁性取决于不锈钢的种类，铁素体和马氏体不锈钢的成分和晶体结构导致其具有磁性，奥氏体不锈钢一般情况下不具有磁性。冷拔304不锈钢和冷加工316不锈钢在一定程度上能被磁铁吸引，但不会改变其奥氏体不锈钢的本质。一些最耐腐蚀的不锈钢同时也具有很强的磁性，例如超级双相钢和高合金铁素体不锈钢，如AL 29-4C。冷拔304不锈钢也有很高的抗拉强度，但这不是由于其铁磁性而产生，铁磁性和高强度都是由于冷加工而产生。因此不锈钢的耐腐蚀性与其是否有磁性没有非常强的相关性。

总的来说，不锈钢的磁性是很复杂的，不仅取决于不锈钢中合金元素的含量，同时还和其加工方式有关。部分常见的不锈钢如304或316不锈钢在完全退火的情况下是非磁性的，但是在后续的冷加工中会使其具有一定程度的磁性。因此，不能仅通过磁铁吸附测试来鉴别不锈钢的材质。