导读：在前期《知钢解密：无磁钢不仅仅是不锈钢餐具，造辽宁舰也用》这篇文章中，我们对无磁钢分类、用途做了一个简单介绍。

无磁钢按使用性能划分，可分为奥氏体无磁不锈钢和无磁结构钢。本期对无磁不锈钢做详细介绍，下期介绍无磁结构钢。

无磁不锈钢

奥氏体不锈钢自1913年在德国问世以来，其成分主要在18－8不锈钢(即0Cr18Ni9，美国牌号AISI304，日本牌号SUS304)基础上进行演变，被广泛应用于要求材料具有抗氧化和耐腐蚀性能的场合。

由于奥氏体在室温下表现为顺磁性，因此，部分奥氏体不锈钢也可以作为无磁或低磁不锈钢使用，以防止精密零部件生锈导致的磁导率升高，干扰磁场，并对周围零件产生进一步侵害。

随着低温超导、电子仪表、海洋工程等行业的快速发展，钢铁材料的服役环境日益复杂，一些精密零部件或特种装备可能要求材料同时具备良好的无磁性、耐蚀性、抗氧化性以及力学性能，这则需要设计和研发专门的无磁不锈钢新品种，以满足不同的使用要求。

二战欧美无磁不锈钢的发展

20世纪40年代初，由于第二次世界大战期间镍资源的短缺，促进了以Mn、N复合合金化来替代Ni稳定奥氏体的研究，使美国发展出以AISI201和202和Nitronic系列为代表的Cr－Mn－N系不锈钢作为300系列不锈钢的替代品。

AISI200系不锈钢虽然具备奥氏体钢的无磁特性，但由于Ni含量较低，其耐腐蚀性不及AISI304不锈钢，一直在有限的范围内使用，一般用于中性干燥环境中的结构支撑领域，在成熟的不锈钢主要生产国和消费国中，其生产和消费约占不锈钢总量的2%左右。

Nitronic系列无磁不锈钢主要是以Mn、N复合添加来替代部分Ni，达到稳定奥氏体的作用，并降低材料成本。Nitronic32(0Cr18Ni2Mn12N)无磁不锈钢的强度接近AISI304不锈钢的两倍，具有良好的抗应力腐蚀能力，退火态磁导率为1.008，经过70%冷变形后，磁导率小于1.011。

Nitronic50(0Cr22Ni13Mn5Mo2N)无磁不锈钢具有良好的耐蚀性和较高的强度，经过剧烈冷变形或在低温下长时间停留仍能保持良好的无磁特性，75%冷变形后磁导率仍为1.004。

Croloy299(20Cr17Mn14.5Ni1.5N)无磁不锈钢经过冷加工后，具有高强度和高硬度，磁导率小于1.01，退火态的屈服强度为455MPa，抗拉强度为805MPa，延伸率达到61%，硬度为HＲC20，。冷加工后屈服强度为1120MPa，抗拉强度为1190MPa，延伸率为24%，硬度为HＲC37，可用作高强度结构管、耐硝酸腐蚀部件和油气井测量工作用高强度耐蚀构件。

德国(含前西德)海军于1962年采用低磁钢制造了U1和U2潜艇，经过Mn－Cr系、Cr－Ni系和Cr－Ni－Mn－Mo－N系等三代无磁钢的研制和应用，解决了无磁钢的晶间应力腐蚀开裂、耐蚀性和焊接性等问题，已形成高强不锈低磁钢及其配套材料系列，现已建造了大量的潜艇和反水雷舰艇，其中Cr－Ni－Mn－Mo－N系高强不锈低磁钢具有良好的耐海水腐蚀性、良好的抗裂纹敏感性及良好的冷热加工和焊接工艺适应性，力学性能已达到相当高的综合水平。

可以说目前德国在新型高强低磁钢的研制与应用方面处于国际领先水平。为适应舰船高强无磁耐蚀的要求，上世纪80年代初西德开发了X2CrNiMnMoN1913和X2CrNiMnMoN1916两种Cr－Ni－N系无磁不锈钢，固溶处理后屈服强度大于402MPa。

而开发的高强度耐海水腐蚀无磁不锈钢X3CrNiMoNbN24163(Mnwt.%=5%，Nwt.%=0.3%～0.45%)经过1050℃固溶处理后，室温屈服强度为600MPa，抗拉强度950MPa，冲击功为180J;－80℃屈服强度为750MPa，抗拉强度1200MPa，冲击功为135J;－196℃屈服强度为1300MPa，抗拉强度1800MPa，冲击功为65J。

日本无磁不锈钢的发展

随着电子信息产业在日本的高速发展，传统无磁不锈钢(如AISI304)的强度和磁导率已经难以满足使用要求，日本各钢铁公司也投入大量精力开发和研制新型无磁不锈钢以适应不同需求，并申请了大量相关专利。

日本川崎钢铁公司针对无磁不锈钢的研究结果表明，19Cr－13Ni－1.0Mn－0.07C是无磁不锈钢的最佳组成，进而开发出R305S无磁不锈钢。与SUS316相比，该钢具有相近的耐点蚀性，奥氏体加工稳定性极高，即使进行60%的剧烈冷加工，也能保持充分的无磁性，并且耐磨性、焊接性良好，焊接部位不生成δ铁素体，适用于制造电工、电子零件或磁记录装置等零部件。

新日本钢铁公司开发的YUS130高强度无磁不锈钢，其化学成分为:20Cr－5Ni－10Mn－0.3N，厚度0.6mm冷轧薄板的抗拉强度为853MPa，屈服强度为498MPa，延伸率为42.5%。冷变形高达90%的0.4mm厚冷轧薄板，无马氏体生成，磁导率保持在1.01以下。

日本金属工业公司研制了深冲用无磁不锈钢NTKD－8，其主要化学成分为18Cr－12.5Ni－3.5Cu，该钢具有稳定的奥氏体组织，加工过程中不易发生马氏体相变，故加工硬化指数只有0.35，退火态硬度为HV128，经过70%冷加工，硬度为HV340，极限深冲系数达到2.1。

日本开发的10Cr－5Ni－8Mn－1.6V无磁不锈钢，经过固溶和时效处理后，析出VC型和M7C3型一次碳化物以及V4C3和M23C6型二次碳化物。当析出物粒径为5nm～10nm时，硬度最高。随着时效时间的延长，析出棒状或立方状M23C6碳化物，尺寸达到200nm～300nm，造成钢的二次软化。

开发的高强度无磁不锈钢QSM5，基本化学成分为6Mn－6Ni－18Cr－Cu－N，固溶处理后没有铁素体生成，经过40%冷变形，抗拉强度达到1300MPa，磁导率μ＜1.01，可作为高强度无磁紧固件用钢。

我国无磁不锈钢的发展

上世纪70年代末，中国也开始对无磁不锈钢进行研究和开发，但品种相对较少。北京钢铁学院金属物理教研组苏世漳等在参照美国西屋电器公司kronlarc－55无磁不锈钢成分和性能的基础上，研制开发了用于极低温度(20K)的氢泡室制造的Cr－Ni－Mo系无磁不锈钢，在－196℃和－269℃进行拉伸变形后，仍为韧性断裂，磁导率μ＜1.005。

成都无缝钢管厂为满足海军建设需要，开发了906奥氏体高强度不锈钢管，屈服强度大于400MPa，晶间腐蚀、磁导率和压扁实验均可满足使用要求，从而能够取代原牌号2Cr18Ni11Ti无磁不锈钢。

李长才等研究了不同化学成分和形变热处理工艺对Cr16Ni14无磁不锈钢磁性能和力学性能的影响，指出要获得良好性能，不仅应当选择恰当的镍当量和铬当量配比，还必须严格控制带钢生产过程中影响磁性的工艺因素，固溶处理有助于使磁导率恢复到较低水平。

吴崇源和简忠贤研制了液氦温度下使用的超低温无磁不锈钢Cr13Ni9Mn9N，发现该钢在液氦温度下不发生马氏体相变，并且具有高强度、高韧性和低的磁导率，是优于国内外广泛采用的21－6－9和310S的新型无磁不锈钢，可用作低温超导结构材料。

吕清法等开发了“高C低N型”和“高N低C型”新型3J8无磁高强度不锈钢，其冷变形态的抗拉强度可达2170MPa～2350MPa，经回火后，抗拉强度达到2500MPa～2700MPa，表现出良好的冷拉塑性和优良的无磁不锈性，适用于制造手表发条以及各种精密仪表中的弹簧等。

朱长春等开展了耐海水无磁不锈钢的研究，实验钢(ONMS)的化学成份为Mn:3%～10%，Cr:18%～26%，Ni:12%～20%，Mo:3%～7%，N≥0.2%，结果表明，该钢具有良好的力学性能、无磁性能、耐点腐蚀和耐海水腐蚀性能。

李静媛等研究了节镍无磁不锈钢Cr18Ni6Mn3N的热轧及固溶后的力学性能和耐蚀性能，分析了其固溶和时效析出后的组织演变规律、冷变形过程中形变诱发马氏体相变及其磁性能。结果表明，冷轧压下率18.3%时尚未发现形变诱发马氏体组织，随着变形量增大，马氏体含量增多，磁导率上升，但与相同条件下的AISI304不锈钢相比，冷轧板固溶后相对磁导率可降至1.002，因此可用于低成本无磁不锈钢领域。

邹章雄等研究了热处理工艺以及N元素含量对无磁钻铤用Cr－Mn－N奥氏体不锈钢再结晶过程析出行为和力学性能的影响，当N含量从0.62wt.%提高至0.78wt.%后，对钢的强化作用明显。

上述无磁不锈钢的强化手段主要通过冷变形来获得。对于不能通过冷变形而获得高强度、高硬度的无磁不锈零件，可以通过弥散强化的时效热处理工艺来得到。随着科学技术的不断进步，在许多重要的领域，例如核工业、化工工业、石油工业、航天航空领域的许多零件，一些特殊领域，例如高温高压水、硝酸、硫酸等使用的无磁、不锈耐磨材料及耐蚀轴承合金等，各国都进行了大量的研究。

美国开发了S08020、N08825、N08026和S3142等一系列Fe－Ni基耐蚀合金。在日本，由于普通无磁钻铤是用温锻的高N、Cr－Mn奥氏体不锈钢制成，易产生应力腐蚀开裂，为此研制了Nipponel－280无磁不锈耐蚀合金，化学成分为w(C)=0.009%、w(Mn)=0.82%、w(Ni)=33.7%，w(Cr)=18.3%，w(Ti)=1.98%，w(Al)=0.53%，w(N)=0.005%，该合金磁导率小于1.01，屈服强度为689MPa，抗拉强度为1035MPa，在高温高浓度氯化物介质中不产生应力腐蚀开裂，并且腐蚀疲劳强度不受介质的影响。

我国目前已研制出新型无磁、耐蚀不锈镍基合金，其硬度较高，磁导率在1.323×10－6H/m以下。该合金属于高镍、铬合金，是具有耐高温、无磁和耐腐蚀的合金材料，用于制造耐酸、耐碱、无磁性、超低温及抗中子辐照等轴承内外套圈和无磁模具等。

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