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3MA用于鋼板殘余應力和硬度梯度的在線無損監測
2020-3-10 閱讀(1164)
用于帶鋼生產中在線測試的3MA技術，針對帶鋼不同深度的表面硬度和殘余應力進行無損測量。同時，存在許多用于在線帶鋼檢查的3MA安裝方案。
?? 工業需求
在70年代末的德國核能安全項目中，德國raunhofer IZFP無損檢測技術研究院開始研制3MA（微磁、多參數、微結構、及應力分析）技術，緣由是為了發現微結構敏感的NDT技術來表征熱處理的質量，例如焊接處的應力消除。3MA對機械性能的測定尤其敏感，因為相關的顯微結構控制著機械荷載（強度或韌度）下的材料性能與磁荷載下的磁性能（即磁滯回線中的磁化過程中）的方式類似。由于顯微結構和疊加的應力敏感度的復雜性，發展3MA多參數方法對于在線無損檢測鋼板殘余應力同樣也是十分必要的。
?? 應用技術
過去幾十年間3MA的大量經驗是對鋼帶的連續機械性能測定，這些鋼帶設計用于制造車身、以300m/min速度在例如連續鍍鋅和回火生產線上運動。屈服強度（Rp0.2）、抗拉強度（Rm）、延伸率、平面和垂直各向異性參數（rm，?r）是質量保證措施的焦點，所有它們都是通過破壞式測試來界定，并且無法連續測量。因而通過3MA技術的成功應用實現了大幅度降本增效。
在后來的發展中，用于在線帶鋼測試的3MA系統也針對不同深度的表面硬度和殘余應力進行了校準。這些3MA測試和參考破壞式檢測方法的對比結果如圖所示。
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| 3MA無損測試和實驗室破壞檢測的結果對比：表面以及深度為50、100和200μm的（a）硬度和（b）殘余應力（RMSE值單位：MPa）。 | |
使用工具和彈簧鋼（75Cr1，CK75、80CrV2）、低合金和非合金鋼（C55，C75）、以及可熱處理鋼（50CrMo4）的不同等級的鋼材對硬度和殘余應力進行校準， 硬度范圍分布為40到54 HRC（洛氏硬度C型）。使用X射線衍射確定殘余應力的參考值。
X射線測量不同深度的殘余應力是通過電解拋光挖掘的。同樣，將經過校準的3MA系統的測量結果與破壞性測量的結果進行比較。對于硬度，RMSE在1 HRC范圍內。對于殘余應力，確定的RMSE值介于1 MPa到47 MPa之間，具體取決于鋼種牌號和測量深度（參見下表）。
| 鋼種 | 殘余應力，RS | |||
| 表面 | 50um深處 | 100um深處 | 200um深處 | |
| RMSE [MPa] | RMSE [MPa] | RMSE [MPa] | RMSE [MPa] | |
| 75Cr1 | 47< | 1 | 3 | 4 |
| CrV2 | 15 | 1 | 9 | 31 |
| 50CrMo4 | 4 | 4 | 4 | 11 |
表：鋼號和殘余應力驗證測量結果
基于這些校準，可以確定硬度和殘余應力作為帶鋼位置的函數。下圖顯示了一個典型示例。在帶鋼開始時，可以觀察到殘余應力的強烈變化。硬度增加。在x ＝ 60m之后，帶材已平靜下來，即，硬度和殘余應力已達到其“正常”值。
3MA在線測量帶鋼表面和深度為50um、100um和200um時的硬度和殘余應力
同時，上海量博實業有限公司可提供多種用于在線帶鋼檢查的3MA安裝系統方案。下圖顯示了其中兩個。在下圖的應用照片中，將3MA探測系統應用在大型的偏轉導向輥上方。另一方面，探針頭也可以應用機器人，如右圖所示。 同時，如果探頭通過加壓空氣主動冷卻，則可在高達300 ℃的熱軋帶鋼上實現3MA無損檢測技術的應用。 探頭設計的其他優化方案可實現高達5 mm以上的提離間距。
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| 3MA探頭裝置在運行中的鋼帶上的其他變型方案：（a）在大型轉向軋輥上，（b）由機器人引導。 | |
在鋼鐵工業中的應用，如鋼板在熱浸鍍鋅生產線上冷軋后退火，以及在寬厚板軋機上熱機械軋制后，可能存在特殊組織和結構梯度的地方。在機械制造工業中，尤其在汽車供應業的原材料方面，也出現了不斷增加的3MA技術應用案例。更多相關資訊，請聯系3MA總代理上海量博實業有限公司。
