奥氏体不锈钢构件在工作环境中会发生各种机械损伤,为确保工程结构安全,必须对服役过程中奥氏体不锈钢构件进行检测和评价。目前针对奥氏体不锈钢的各种无损检测方法都存在局限性,尚不能实现其机械损伤程度的有效评估。近年发展起来一种弱磁检测技术,可表征多种铁磁性材料和非铁磁性材料的内外部缺陷,有望为奥氏体不锈钢机械损伤检测提供一种新途径。但奥氏体不锈钢机械损伤诱发磁化现象的机理还不明确,弱磁信号与损伤之间的关联性还缺乏系统研究。针对以上背景,本文以304不锈钢为例,开展了以下工作:首先,建立地磁场环境下力磁耦合模型,通过磁化测试验证模型的正确性,同时分析不同形变程度的304不锈钢磁化曲线和磁性参量变化规律。其次,结合有限元正演和试验研究奥氏体不锈钢不同机械损伤形成的磁场信号,探索评价应力、应变、疲劳和裂纹缺陷的磁场特征量,为弱磁检测技术在奥氏体不锈钢中的应用提供参考。最后,对不同变形程度的奥氏体不锈钢进行微观结构分析,明确力磁变化机理,进一步验证试验结果的正确性。研究结果表明:形变对304不锈钢的饱和磁化强度、磁化率、剩余磁化强度和矫顽力均有影响;对于奥氏体不锈钢早期机械损伤,弱磁信号与应力应变之间具有较强相关性,主要表现为应力集中区的磁感应强度切向分量出现峰值,法线分量出现反向过零双峰,磁感应强度随应力应变呈非线性变化;可利用磁感应强度梯度最大值作为评价奥氏体不锈钢疲劳损伤程度的参数,该参数在试件断裂前激增,可对疲劳断裂作出预警;304不锈钢表面裂纹处的磁异常表现为磁感应强度出现谷值,随着裂纹宽度和深度的增加,磁异常幅值均近似呈线性增大,弱磁信号能对304不锈钢表面裂纹准确定位并在一定程度上定量;304和309S两种奥氏体不锈钢应力作用下的磁性参量变化均与马氏体相变有关,马氏体组织作为一种铁磁性载体,是奥氏体不锈钢机械损伤诱发磁化变化的重要影响因素。综上所述,本文探索了奥氏体不锈钢损伤诱发磁化的机理,建立了机械损伤与弱磁信号之间的关系,论证了弱磁检测技术在奥氏体不锈钢机械损伤表征中的可行性。