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(1. 寶鋼新日鐵汽車板有限公司, 上海 201900; 2. 寶山鋼鐵股份有限公司研究院, 上海 201900)

冷軋帶鋼力學(xué)性能在線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展

陳云鵬1,李茫茫1,唐成龍2

(1. 寶鋼新日鐵汽車板有限公司, 上海 201900; 2. 寶山鋼鐵股份有限公司研究院, 上海 201900)

力學(xué)性能是衡量帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，是下游產(chǎn)品設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù),檢測(cè)帶鋼的力學(xué)性能參數(shù)是確保其產(chǎn)品質(zhì)量的一種重要手段。綜述了各種在線檢測(cè)技術(shù)，包括巴克豪森噪聲法、多頻渦流法、電磁感應(yīng)法、多磁參數(shù)綜合法等，重點(diǎn)分析了各種技術(shù)的工作原理及其研究進(jìn)展，探討了各種技術(shù)方法在實(shí)際中的應(yīng)用情況，并指出了它們各自的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。最后以寶鋼高強(qiáng)薄帶鋼力學(xué)性能在線檢測(cè)裝置3MA系統(tǒng)為例，分析了其檢測(cè)精度和效果。結(jié)果表明：該3MA系統(tǒng)的檢測(cè)誤差在規(guī)定范圍內(nèi)；相對(duì)于傳統(tǒng)的離線檢測(cè)技術(shù)，在線檢測(cè)技術(shù)可保持冷軋帶鋼的完整性、連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)，能夠根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝，保證冷軋帶鋼的產(chǎn)品質(zhì)量。

冷軋帶鋼; 力學(xué)性能; 在線檢測(cè)

就冷軋帶鋼生產(chǎn)而言，下游用戶對(duì)帶鋼的質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格。通常來(lái)講，冷軋帶鋼的質(zhì)量指標(biāo)主要包括：幾何尺寸、表面質(zhì)量、力學(xué)性能、內(nèi)部缺陷等。其中，力學(xué)性能是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要依據(jù)。顯然，向用戶提供具有準(zhǔn)確、合格力學(xué)性能指標(biāo)的帶鋼是鋼廠提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的前提條件之一。

金屬材料力學(xué)性能的優(yōu)劣，決定了其使用范圍與壽命。對(duì)金屬材料要求的力學(xué)性能會(huì)因外加載荷性質(zhì)的變化而變化。常用的力學(xué)性能指標(biāo)包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊性能、多次沖擊抗力、疲勞極限等。冷軋帶鋼的力學(xué)性能受化學(xué)成分、顯微組織、軋制制度、退火工藝等因素的影響，容易造成帶鋼力學(xué)性能的波動(dòng)。因此，對(duì)于鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)冷軋帶鋼力學(xué)性能的檢測(cè)極為重要[1],冷軋帶鋼力學(xué)性能檢測(cè)與控制也一直是困擾企業(yè)的一個(gè)重大問(wèn)題。

傳統(tǒng)上，冷軋帶鋼質(zhì)量檢測(cè)采用的是離線檢測(cè)方式，即一卷帶鋼頭尾切樣后，通過(guò)離線拉伸試驗(yàn)等方法來(lái)獲取其性能參數(shù)。然而這種方式既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，同時(shí)由于試驗(yàn)室檢測(cè)的非連續(xù)性，不能反映冷軋帶鋼的整體品質(zhì)[2-3]。離線采樣對(duì)于軋鋼企業(yè)來(lái)說(shuō)也是一種物料損失。因此，離線檢測(cè)所獲得的結(jié)論只能有限地用于指導(dǎo)工藝調(diào)整和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。隨著儀器儀表技術(shù)的發(fā)展，在線檢測(cè)正在逐漸代替離線檢測(cè)成為主流檢測(cè)技術(shù)。目前，在線檢測(cè)技術(shù)已成為極其重要的檢測(cè)與測(cè)試方法，是一種重要的質(zhì)量保證手段，其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)中已被卓有成效地運(yùn)用[4-6]。冷軋帶鋼力學(xué)性能在線檢測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)冷軋帶鋼的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)鋼板生產(chǎn)質(zhì)量的連續(xù)檢測(cè)、分類和記錄，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力等都起著非常積極的作用。

寶鋼目前現(xiàn)役冷軋機(jī)組，對(duì)冷軋帶鋼力學(xué)性能的檢測(cè)仍主要通過(guò)離線拉伸試驗(yàn)獲取，越來(lái)越有局限性。筆者對(duì)各種在線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了綜述，包括巴克豪森噪聲法、多頻渦流法、電磁感應(yīng)法、多磁參數(shù)綜合法等，重點(diǎn)分析了各種技術(shù)的工作原理及研究進(jìn)展，探討了各種技術(shù)方法在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，并指出了它們各自的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。

1 巴克豪森噪聲法

1.1 技術(shù)原理

巴克豪森噪聲(MBN)技術(shù)是一種電磁在線檢測(cè)技術(shù)，是利用鐵磁材料磁化過(guò)程中發(fā)生磁疇翻轉(zhuǎn)這一微觀理論，通過(guò)鐵磁材料表面放置的檢測(cè)線圈拾取相關(guān)信號(hào)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該信號(hào)與金屬材料力學(xué)性能之間存在單調(diào)對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)標(biāo)定巴克豪森噪聲信號(hào)與力學(xué)性能(如抗拉強(qiáng)度、應(yīng)力等)的關(guān)系曲線，就可以測(cè)定鐵磁材料的力學(xué)性能[7]。此方法快捷、方便、成熟，更為關(guān)鍵的是其適用于檢測(cè)鐵磁材料[8]。

對(duì)鐵磁材料施加外磁場(chǎng)可以使材料磁化，當(dāng)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)后，撤去外加磁場(chǎng)，磁化狀態(tài)會(huì)得以保持。當(dāng)外磁化場(chǎng)的極性發(fā)生正負(fù)變化時(shí)，材料的磁化狀態(tài)就會(huì)形成如圖1所示的循環(huán)，即磁滯回線。

圖1 鐵磁材料磁滯回線Fig.1 Hysteresis loop of the ferromagnetic materials

根據(jù)磁化理論，磁化曲線在劇烈磁化區(qū)迅速上升，鐵磁性材料磁化效果急劇增強(qiáng)，磁疇壁位移需要克服勢(shì)能壘，磁疇壁發(fā)生跳躍式位移，從而產(chǎn)生了巴克豪森跳躍。這是一種非連續(xù)不可逆運(yùn)動(dòng)，同時(shí)釋放聲能量信號(hào)，即MBN信號(hào)。BARKHAUSEN教授于1919年首次發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，并指出：巴克豪森跳躍現(xiàn)象發(fā)生在磁化曲線和磁滯回線的最陡區(qū)域，是180°和90°疇壁兩者跳躍產(chǎn)生的電磁脈沖信號(hào)之和，其中180°疇壁的不可逆跳躍和磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的磁通變化較大，因而MBM信號(hào)較強(qiáng)，而90°疇壁產(chǎn)生的MBN信號(hào)較弱[9]。

另外，大量研究表明應(yīng)力或應(yīng)變狀態(tài)的變化將會(huì)影響MBN信號(hào)的相關(guān)特征值，通過(guò)試驗(yàn)標(biāo)定的方式，可以推算應(yīng)力與噪聲之間的關(guān)系。因此，MBN法也作為鐵磁性材料的應(yīng)力在線檢測(cè)方法得到發(fā)展，并逐步被推廣應(yīng)用[10]。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)產(chǎn)品

MBN技術(shù)自提出以來(lái)，由于宏觀物理現(xiàn)象明顯，拾取信號(hào)方便簡(jiǎn)單，且特別適用于鐵磁性材料的相關(guān)檢測(cè)，故而受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。早在1919年德國(guó)BARKHAUSEN H教授首次發(fā)現(xiàn)了巴克豪森效應(yīng)，隨后對(duì)于它的研究主要側(cè)重于信號(hào)產(chǎn)生的物理過(guò)程，用于解釋磁疇的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。

21世紀(jì)初，研究學(xué)者開(kāi)始對(duì)MBN信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理、微觀理論及其與鐵磁材料的各種力學(xué)性能之間的關(guān)系進(jìn)行了深入研究[11-14]。詳細(xì)分析了MBN技術(shù)檢測(cè)原理，基本上掌握了在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下MBN信號(hào)隨各種鐵磁材料的應(yīng)力、硬度的變化關(guān)系，同時(shí)引入小波變換技術(shù)對(duì)MBN信號(hào)進(jìn)行分析，改善了MBN信號(hào)的處理方法。

在應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，研制了面向金屬加工的在線便攜定點(diǎn)檢測(cè)鐵磁材料內(nèi)部應(yīng)力、疲勞壽命等狀態(tài)的檢測(cè)儀。Stresstech公司研制的一款數(shù)字MBN分析儀Rollscan300，是在對(duì)MBN信號(hào)特征值進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上來(lái)評(píng)估鐵磁性工件表面及淺表面的缺陷情況，該儀器還有一簡(jiǎn)化版為Rollscan250。

MBN技術(shù)在汽車、航空航天、鐵路和力學(xué)設(shè)備等眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于冷軋帶鋼力學(xué)性能的檢測(cè)還處于理論研究階段，產(chǎn)品儀器也僅用于應(yīng)力檢測(cè)，對(duì)于抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的檢測(cè)尚處于研發(fā)階段。而冷軋帶鋼力學(xué)性能在線檢測(cè)，因帶鋼的多種力學(xué)性能、應(yīng)力狀態(tài)等因素均能影響到MBN特征值，所以單以MBN技術(shù)很難開(kāi)發(fā)出針對(duì)某一力學(xué)特性精確快速的測(cè)定系統(tǒng)。

2 多頻渦流法

2.1 技術(shù)原理

對(duì)電渦流檢測(cè)線圈施加幾個(gè)不同頻率的激勵(lì)信號(hào)同時(shí)工作，能成功抑制干擾因素，方便提取有用信號(hào)，這種方法稱為多頻渦流法。渦流檢測(cè)線圈的阻抗可以用函數(shù)Z=F(δ,μ,r,u,ω,d,t)表示。其中:δ為電導(dǎo)率;μ為磁導(dǎo)率;r，d，t為尺寸因子;u,ω為激勵(lì)源電壓及頻率。

由上述可知，對(duì)應(yīng)于不同的激勵(lì)源頻率，阻抗函數(shù)互不相關(guān)[15]。因而，如果函數(shù)中的某些參數(shù)已知或不變，在施加n個(gè)不同頻率的激勵(lì)源的情況下，可以得到相應(yīng)的n個(gè)不同的電壓輸出值，獨(dú)立方程聯(lián)立求解，從而實(shí)現(xiàn)多頻率、多參數(shù)的測(cè)定[16-18]。

多頻渦流法的檢測(cè)信號(hào)流程如圖2所示，信號(hào)集為Ci(i=1,2,3,…,n)。當(dāng)所給工件參數(shù)不隨時(shí)間變化時(shí)，這些系數(shù)固定；當(dāng)工作狀態(tài)改變時(shí)，系數(shù)信號(hào)也會(huì)相應(yīng)改變[19-20]。

圖2 多頻渦流法檢測(cè)流程圖Fig.2 The test flow chart of multi-frequency eddy current method

2.2 發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)產(chǎn)品

20世紀(jì)50年代起，美英法等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)家積極開(kāi)展渦流檢測(cè)技術(shù)方面的研究。到20世紀(jì)70年代以后，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，進(jìn)一步突現(xiàn)了渦流檢測(cè)技術(shù)在探測(cè)導(dǎo)電材料表面或近表面缺陷應(yīng)用中的優(yōu)越性。世界各國(guó)也相繼開(kāi)展了大量的渦流檢測(cè)技術(shù)研究和儀器開(kāi)發(fā)工作，研制生產(chǎn)了一些高性能的渦流檢測(cè)儀器[21]。

我國(guó)也先后研制了一系列渦流檢測(cè)儀器，如廈門愛(ài)德森公司的系列渦流檢測(cè)儀器、弗蘭德科技有限公司開(kāi)發(fā)出的多頻多通道渦流探傷儀(ECS-604)等。其中弗蘭德科技有限公司開(kāi)發(fā)出的多頻多通道渦流探傷儀可用來(lái)在線檢測(cè)各種金屬管道或用于汽車、機(jī)車制造業(yè)零部件生產(chǎn)中的裂紋探傷等。該設(shè)備可同時(shí)備有差動(dòng)、絕對(duì)通道，還可擴(kuò)展成多通道，各通道獨(dú)立工作，互不干擾且抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定、可靠，具有較高的靈敏度，特別適用于生產(chǎn)線在線渦流探傷。

但市場(chǎng)上多頻渦流技術(shù)主要應(yīng)用在金屬材料的應(yīng)力和探傷檢測(cè)，用于帶鋼力學(xué)性能檢測(cè)的產(chǎn)品較少。由于帶鋼抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能的檢測(cè)較為復(fù)雜，而高性能多頻渦流檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本身就比相似技術(shù)要復(fù)雜且難于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)用于多頻渦流檢測(cè)系統(tǒng)的高靈敏度磁傳感器還處在不斷發(fā)展成熟的過(guò)程中，因此在一定程度上影響著測(cè)試的精度。此外，對(duì)于多頻渦流檢測(cè)技術(shù)的信號(hào)處理方法還需要優(yōu)化。所以，用于檢測(cè)冷軋帶鋼力學(xué)性能的多頻渦流技術(shù)還需進(jìn)一步深入研究。

3 電磁感應(yīng)法

3.1 技術(shù)原理

微觀結(jié)構(gòu)的變化可以由宏觀性質(zhì)體現(xiàn)出來(lái)。鐵磁材料的磁化導(dǎo)致了磁疇結(jié)構(gòu)的變化，相應(yīng)的一些宏觀參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生變化，如矯頑磁力、導(dǎo)磁系數(shù)以及剩磁等。通過(guò)測(cè)試可以觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，如電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等，與帶鋼的力學(xué)性能之間存在著非線性的函數(shù)關(guān)系。雖然電磁參數(shù)與帶鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度之間存在關(guān)聯(lián)，但這種非線性關(guān)聯(lián)與大量參數(shù)有關(guān)，其函數(shù)關(guān)系不易得出[22-24]。

3.2 發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)產(chǎn)品

無(wú)損檢測(cè)的無(wú)限發(fā)展是利用電磁感應(yīng)的理論基礎(chǔ)不斷進(jìn)步發(fā)展的[25-27]。白俄羅斯和德國(guó)學(xué)者基于強(qiáng)魯棒性的需求，以電磁感應(yīng)中的脈沖激勵(lì)法為主，結(jié)合多種研究方法，通過(guò)試驗(yàn)研發(fā)出了相關(guān)檢測(cè)裝備，即IMPOC，已經(jīng)在Magnitogorsk，Cherepovets，Novolipetsk(俄羅斯)，Mariupol(烏克蘭)以及EKO(德國(guó))的生產(chǎn)線上應(yīng)用，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)的冷軋后處理機(jī)組上也有應(yīng)用的報(bào)道。

德國(guó)公司EGM研制開(kāi)發(fā)的基于電磁感應(yīng)的在線性能檢測(cè)系統(tǒng)裝置是IMPOCpro。這套在線性能檢測(cè)系統(tǒng)裝置可以測(cè)試帶鋼的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等參數(shù)。鐵磁性材料的力學(xué)性能參數(shù)可以利用電磁感應(yīng)的理論來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。IMPOCpro系統(tǒng)檢測(cè)示意圖如圖3所示。

圖3 IMPOCpro系統(tǒng)檢測(cè)示意圖Fig.3 The detection diagram of IMPOCpro system

這種非接觸方式通過(guò)測(cè)試帶鋼磁化過(guò)后正、反兩面剩余磁場(chǎng)強(qiáng)度的梯度變化，然后分析變化得到映射關(guān)系從而推算帶鋼的力學(xué)性能。IMPOCpro系統(tǒng)可測(cè)試厚度為0.15～3.00 mm的帶鋼，帶鋼運(yùn)行最大速率可達(dá)900 m·min-1，并且系統(tǒng)抗電磁干擾能力和抗振能力強(qiáng)，便于維護(hù)。該產(chǎn)品快速、全自動(dòng)檢測(cè)的特性使企業(yè)可以全天候不間斷地工作，大大提高工作效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少材料返工，減少破壞性的樣品測(cè)試，根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)選擇材料，實(shí)現(xiàn)退火工藝和軋制過(guò)程的優(yōu)化。

4 多磁參數(shù)綜合法

4.1 技術(shù)原理

圖4 多磁參數(shù)檢測(cè)原理Fig.4 The detection principle of multiple magnetic parameters

在冷軋帶鋼的力學(xué)性能檢測(cè)方面，使用單一的電磁理論并不能很好地檢測(cè)出抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度，如將多晶的鐵材料置于一個(gè)低磁場(chǎng)強(qiáng)度(H<30 A·cm-1)時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出一種正縱向磁致伸縮特性。在此基礎(chǔ)上，增大磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，磁致伸縮性能會(huì)變?yōu)樨?fù)值[28-29]。解決這個(gè)非線性不利影響的一個(gè)可能方案是將幾個(gè)電磁參數(shù)綜合起來(lái)考慮，即多磁參數(shù)綜合法。對(duì)于一個(gè)特定的待測(cè)參數(shù)，如屈服強(qiáng)度、硬度，如果根據(jù)所測(cè)量的電磁參數(shù)來(lái)確定，那么電磁參數(shù)的測(cè)量將會(huì)受到各種內(nèi)部或者外部因素的影響。提高測(cè)量精度的一個(gè)可能措施是，采用幾個(gè)獨(dú)立的測(cè)量參數(shù)，而不是僅檢測(cè)其中的某一個(gè)參數(shù)，然后通過(guò)多參數(shù)回歸方法或模式識(shí)別等數(shù)學(xué)處理方法，可以增加測(cè)量目標(biāo)的精確度，同時(shí)有效地“抑制”多余負(fù)面的后果。多磁參數(shù)綜合法以4種電磁參數(shù)為基礎(chǔ)，分別是巴克豪森噪聲、增量磁導(dǎo)率、諧波磁場(chǎng)以及多頻渦流，如圖4所示。通過(guò)不同電磁方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，最終可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)冷軋帶鋼抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的在線檢測(cè)。從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和檢測(cè)效率的提升[30-32]。

4.2 發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)產(chǎn)品

多磁參數(shù)綜合法是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，結(jié)合已經(jīng)發(fā)展數(shù)十年的巴克豪森噪聲法、多頻渦流法及近些年發(fā)展起來(lái)的增量磁導(dǎo)率法和諧波磁場(chǎng)法。在多磁參數(shù)綜合檢測(cè)帶鋼的力學(xué)性能方面，德國(guó)學(xué)者進(jìn)行了深入的研究，并且基于對(duì)多磁參數(shù)綜合法的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，德國(guó)的 IZFP研究所開(kāi)發(fā)了3MA在線檢測(cè)設(shè)備。

3MA是一種利用多磁參數(shù)綜合法檢測(cè)如硬度、硬化層深度、殘余應(yīng)力、屈服強(qiáng)度、顯微組織等的在線檢測(cè)裝置，可以用于測(cè)試鐵磁材料的零部件。在線檢測(cè)設(shè)備由主機(jī)、電腦、多功能探頭及專業(yè)軟件組合而成。其中3MA探頭包含磁化單元、發(fā)射接收單元，接收線圈可檢測(cè)磁化后帶鋼材料產(chǎn)生的磁滯回線上表征出的巴克豪森噪聲、渦流、磁導(dǎo)率增量等電磁參數(shù)。

3MA系統(tǒng)采用4個(gè)渦流頻率，支持同時(shí)測(cè)試多個(gè)參數(shù)，可以同時(shí)獲得多個(gè)物理參數(shù)，理論上可以精確界定不同材料、不同干擾對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

3MA系統(tǒng)的檢測(cè)速率可達(dá)到40次·s-1，同時(shí)能對(duì)邊緣層0～8 mm厚度的部件同步快速評(píng)估。并且可以集成在生產(chǎn)線上做到無(wú)接觸、全自動(dòng)、快速、100%產(chǎn)品檢測(cè)，已大量用于汽車和力學(xué)制造業(yè)，該套系統(tǒng)已在德國(guó)蒂森克虜伯鋼廠的4號(hào)熱鍍鋅生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，可在線測(cè)試帶鋼的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能，得到較為準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。但由于3MA數(shù)據(jù)庫(kù)中并未包含所有鋼種的性能參數(shù)，所以目前只能有限地對(duì)部分鋼種進(jìn)行在線檢測(cè)，隨著數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷完善，該系統(tǒng)可很好地應(yīng)用在冷軋帶鋼的生產(chǎn)線，用于力學(xué)性能的在線檢測(cè)。

5 冷軋帶鋼力學(xué)性能在線檢測(cè)實(shí)例

寶鋼旗下薄帶鋼生產(chǎn)單元從2015年開(kāi)始與德國(guó)Fraunhofer無(wú)損檢測(cè)研究所(IZFP)合作，開(kāi)發(fā)了面向高強(qiáng)薄帶鋼的力學(xué)性能檢測(cè)裝置3MA，如圖5～7所示。主要測(cè)試項(xiàng)目有斷后伸長(zhǎng)率A、屈服強(qiáng)度Rp0.2和抗拉強(qiáng)度Rm。

圖5 3MA裝置現(xiàn)場(chǎng)形貌Fig.5 The scene morphology of 3MA device

圖6 實(shí)際使用中的力學(xué)性能檢測(cè)裝置Fig.6 The mechanical property testing device in the actual use

圖7 冷軋帶鋼力學(xué)性能在線檢測(cè)結(jié)果Fig.7 The online detection results of mechanical properties of the cold-rolled strip steel:a) yield strength; b) tensile strength; c) percentage elongation after fracture

圖8 在線檢測(cè)結(jié)果和離線檢測(cè)結(jié)果比較Fig.8 The comparison of detection results measured online and offline:a) yield strength; b) tensile strength; c) percentage elongation after fracture

目前該設(shè)備已經(jīng)投入運(yùn)行。為了驗(yàn)證該檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試精度，選擇了50卷帶鋼，帶鋼的選擇具有一定的代表性，即強(qiáng)度等級(jí)，從低到高均涉及。其中26卷帶鋼用于檢測(cè)模型的標(biāo)定，另外24卷帶鋼用于驗(yàn)證檢測(cè)模型的輸出結(jié)果。實(shí)際生產(chǎn)中，在每卷帶鋼的頭尾各取一塊樣板進(jìn)行離線拉伸試驗(yàn),獲得3個(gè)力學(xué)性能值。在上述的標(biāo)定和驗(yàn)證中，離線拉伸試驗(yàn)結(jié)果均采用帶鋼尾部取樣的檢測(cè)結(jié)果。也即50卷帶鋼有50組離線拉伸試驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，力學(xué)性能在線檢測(cè)裝置也得到了一組基本電磁參數(shù)，標(biāo)定階段采用回歸的方法，得到檢測(cè)模型。在隨后的驗(yàn)證階段，將檢測(cè)模型的輸出結(jié)果與離線拉伸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，相關(guān)結(jié)果如下。

圖8為24組樣本的離線拉伸試驗(yàn)結(jié)果和在線檢測(cè)結(jié)果的比較。圖9為上述檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差。由圖8和圖9可見(jiàn)，Rm的結(jié)果符合程度較高，A的測(cè)試誤差較大，部分超過(guò)了10%。

圖9 在線檢測(cè)結(jié)果誤差分布Fig.9 The error distribution of online detection results

表1為在線檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析,從在線檢測(cè)結(jié)果和離線拉伸試驗(yàn)結(jié)果的差異上來(lái)看，該3MA裝置的檢測(cè)精度較高。

表1 在線檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Tab.1 The statistics of online detection results

由于在線檢測(cè)模型是一種間接測(cè)試方法，取決于模型學(xué)習(xí)階段的質(zhì)量，在前述的試驗(yàn)驗(yàn)證中，并沒(méi)有將帶鋼細(xì)分，例如按照不同鋼種和厚度分別標(biāo)定和測(cè)試。后期如果對(duì)在線檢測(cè)精度有更高的要求，則有必要對(duì)檢測(cè)數(shù)學(xué)模型根據(jù)帶鋼鋼種和厚度等進(jìn)行細(xì)分。

6 結(jié)論

冷軋帶鋼力學(xué)性能檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)為無(wú)損在線測(cè)試。IZFP公司基于多磁參數(shù)綜合法開(kāi)發(fā)出的3MA系統(tǒng)和EMG公司基于電磁感應(yīng)法開(kāi)發(fā)出的IMPOCpro系統(tǒng)可較好地匹配帶鋼的生產(chǎn)線，在規(guī)定誤差范圍內(nèi)完成對(duì)帶鋼力學(xué)性能的無(wú)損在線檢測(cè)。

然而目前的檢測(cè)儀器只能做到對(duì)冷軋帶鋼力學(xué)性能的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，不能根據(jù)檢測(cè)結(jié)果的反饋實(shí)現(xiàn)同步控制工藝的優(yōu)化。因此，進(jìn)一步研究冷軋帶鋼力學(xué)性能在線檢測(cè)技術(shù)的重點(diǎn)在于以鋼廠為主體的力學(xué)性能檢測(cè)與控制技術(shù)的結(jié)合，主要有以下研究?jī)?nèi)容。

(1) 如何在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上完善數(shù)據(jù)及提高檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)更多鋼種的在線準(zhǔn)確檢測(cè)。

(2) 如何通過(guò)在線檢測(cè)得到的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地調(diào)整生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能檢測(cè)與生產(chǎn)工藝控制的同步，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

該文得到了南京航空航天大學(xué)王平教授的幫助和支持，謹(jǐn)表感謝！

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RrogressionofOnlineDetectionTechnologiesofMechanicalPropertyofCold-RolledStripSteels

CHENYunpeng1,LIMangmang1,TANGChenglong2

(1. Baosteel-NSC Automotive Steel Sheets Co., Ltd., Shanghai 201900, China;2. Research Institute, Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 201900, China)

Mechanical property is an important index to evaluate the quality of strip steel products, and is the main basis of downstream product design and material selection. Detecting the mechanical property parameters of the strip steels is an important means to ensure the quality of the products. The various online detection technologies were reviewed, including Barkhausen noise method, multi-frequency eddy current method, electromagnetic induction method, multiple magnetic parameters synthesis method, etc., the working principle and research progress of various technologies were analyzed, the practical application status of them was discussed, and their respective applicable scopes and the advantages and disadvantages were pointed out. Finally, taking the 3MA system, Baosteel’s online detection device for high strength thin strip steels, as an example, the detection precision and effect were analyzed. The results show that the detection error of the 3MA system was within the specified range. Compared to the traditional offline detection technology, online detection technology could ensure the complete and continuous real-time detection of the cold-rolled strip steels, be used to adjust rolling technology according to the detection data, and ensure the quality of the cold-rolled strip steels.

cold-rolled strip steel; mechanical property; online detection

2017-03-06

陳云鵬(1973-)，男，高級(jí)工程師，主要從事冷軋汽車板生產(chǎn)和管理工作,ypchen@baosteel.com

10.11973/lhjy-wl201712002

TM93

A

1001-4012(2017)12-0859-07