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带钢屈服强度和深冲/深拉性能的在线连续检测

行业需求

   冷轧和再结晶退火钢板是一种高价值产品,除其他用途外,还用于汽车车身外壳部件。 须以足够的精度满足材料参数,例如屈服强度Rp0.2,抗拉强度Rm以及各向异性参数rm和Δr。 在生产中,这些带钢被依次焊接到几公里长的钢卷上。通常,上面的材料性能通过破坏性拉伸测试进行测试。显然,这些测试无法在整个带钢长度上进行。因此,仅从钢卷的起点和终点取样以进行这些测试。在将卷材出库以进行运输之前,这些样品会进行大量且费时的拉伸测试。样品收集和测试之间的时间延迟可能长达几个小时。由于采样和测试之间存在时间延迟,因此无法快速检测生产过程中的偏差并对偏差做出反应。

应用技术

  为了克服这些限制,需要用于连续在线确定整个钢带中机械力学性能参数的无损检测(NDT)系统。20多年前,德国Fraunhofer IZFP无损检测技术研究院开始了与开发这种用于带钢测试的无损检测设备有关的研究活动。在90年代就完成了原型的在线连续自动化检测系统。如下图所示,该系统安装在德国杜伊斯堡的蒂森克虏伯钢铁公司的生产线中。该原型系统集成在退火和平整冷轧工艺之后以及卷取之前。在安装部位,带钢进料可达300 m/min的范围。

带钢力学性能在线自动检测系统原型

集成增量磁导率IP测量技术和EMAT技术的首套原型系统,用于在线连续检测带钢的屈服强度Rp0.2和深冲性能(rm和Δr)等力学性能参数

  EMAT传感器用于测量沿轧制方向(EMAT_RD)和45°(EMAT_45)传播的超声波(US)的对称水平剪切板模式的初相速度。基于这些测量,可以确定钢材深冲压/深拉伸成形性能参数rm和Δr。对无间隙原子钢(IF钢)的软深冲材料进行了研究。使用了氮,铌和钛含量不同的三种不同等级的中频钢。在线校准是在这些钢种的353条带钢上进行的。为了确定校准的参考值,使用了破坏性拉伸试验(Rp0.2)和应变试验(rm和Δr)。从增量磁导率IP信号的测量参数为uMAX,Hcu以及DH25u,DH50u和DH75u。这些参数已表现出对带钢的屈服强度Rp0.2的敏感性。

屈服强度的无损预测值与破坏性测量值的对比函数

基于IZFP增量磁导率IP测量的测量参数并结合薄板厚度的屈服强度Rp0.2的校准结果;屈服强度的无损预测值(来自IP)显示为破坏性测量值(来自参考值)的函数:(a)对于钢种IF-1,(b)对于钢种IF-2。

  因此,对于每种板材厚度使用单独的校准模型,或者将板材厚度作为参数集成到校准功能中,都是有意义的。 后一种变量应用于此处描述的工作。 如上图所示,相关系数R2非常高(0.7-0.8),均方根误差RMSE非常低(4-6 MPa)。rm和Δr的校准提供R2的值在0.6到0.8之间,RMSE在0.04到0.06之间。 但是,须考虑到这些校准的值范围很低,这会导致RMSE值较小。

带钢屈服强度在线连续测量趋势图谱

在线测量长度为2300 m的钢卷中的屈服强度Rp0.2。 带材开头和结尾处Rp0.2的破坏性测量值也显示为带有误差线的白色正方形。

带钢深冲性能:各向异性在线连续测量曲线

在线测量长度为2300 m的钢卷中的垂直各向异性rm和平面各向异性Δr

  基于上述校准,对带钢力学性能参数屈服强度Rp0.2,深冲性能参数rm和Δr进行了连续在线测量。上图显示了一些Rp0.2,rm和Δr的结果。在上面Rp0.2的测量图中,可以观察到钢带在位置x = 2100 m处离开了可接受范围(130–180 MPa)。后来通过破坏性测量证实了这一点。上图也显示了同一钢卷中深冲/深拉性能参数rm和Δr的在线测量结果。

  为此,历史事实证明,实现EMAT(电磁声换能器)技术以及增量磁导率IP技术集成是有利于在线连续测量带钢屈服强度和深冲/深拉性能如各向异性参数的。如需了解更多相关资讯,请联系总代理上海量博实业或访问3MA系列仪器设备产品库

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