Способ контроля механических свойств проката

 

Использование: область металлургии и машиностроения. Способ контроля механических свойств проката включает измерение структурно-чувствительной магнитной характеристики, температуры проката в месте контроля и толщины и затем приведение магнитной характеристики к постоянной температуре и толщине по предлагаемой математической зависимости. После этого находится корреляционная связь между магнитной характеристикой и механическими свойствами металла. Приведение к постоянной температуре и толщине обеспечивает более высокую точность определения магнитной характеристики и увеличивает корреляционную связь с механическими свойствами изделия. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано для определения механических свойств проката неразрушающим магнитным методом.

Известен способ контроля механических свойств проката неразрушающим магнитным методом (1).

Недостатком такого способа является ограниченность его применения только для проката при комнатной температуре.

Также известен способ контроля механических свойств по результатам измерения магнитных характеристик проката при температурах металла до 400^oC с последующим приведением магнитной характеристики к постоянному температурному уровню (2). Это позволяет расширить область применения способа.

Недостатком такого способа является ограниченность его применения для узкого диапазона толщин проката и недостаточная точность определения измеряемой магнитной характеристики.

Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа и повышение точности определения магнитной характеристики.

Сущность изобретения заключается в том, что значения структурно-чувствительных магнитных характеристик (коэрцитивная сила, ток размагничивания, остаточная индукция), измеренные при данной толщине и температуре проката приводят к постоянным температуре и толщине по уравнению: (1) где М_тн величина магнитной характеристики, приведенная к постоянной температуре и толщине; М_th величина магнитной характеристики, измеренная при данной температуре и толщине; T постоянная температура, K; t температура проката при измерении магнитной характеристики, K; H постоянная толщина, мм; h толщина измеряемого проката, мм; K коэффициент, зависящий от типа прибора, используемого для измерения магнитной характеристики и вида магнитной характеристики; 1041 температура точки Кюри, K.

Уравнение (1) получено на основе экспериментальных и теоретических исследований зависимости магнитных характеристик от температуры и толщины измеряемого проката. Полученное уравнение температурной зависимости для проката постоянной толщины имеет вид
, (2)
где М_t величина магнитной характеристики, измеренная при температуре;
M_о величина магнитной характеристики при 0 K;
t температура проката, K;
1041 температура точки Кюри, К.

Расчет по уравнению (2) обеспечивает более высокую точность расчетных данных по сравнению с уравнением, использованном в прототипе. В таблице представлены расчетные значения тока размагничивания по уравнению (2) и прототипу на основе экспериментальных измерений тока размагничивания на листе толщиной 20 мм при различных температурах. Измерения тока размагничивания производили с помощью коэрцитиметра КИФМ-1. Из данных таблицы видно, что среднеквадратичное отклонение расчетных значений по уравнению (2) значительно ниже полученных по прототипу (1,15). На чертеже представлены расчетные данные по уравнению (2) кривая 1 в сравнении с экспериментальными кривая 2 и по прототипу кривая 3. Видно, что совпадение расчетных значений с экспериментальными лучше, чем по прототипу.

Приведение измеряемой величины к постоянной толщине позволяет расширить диапазон толщины контролируемого проката, что расширяет технологические возможности применения способа.

Таким образом, использование для приведения измеренной магнитной характеристики к постоянной температуре предлагаемого уравнения (2) обеспечивает более высокую точность расчетных значений, чем по прототипу.

Для приведения измеренной магнитной характеристики к постоянной температуре уравнения (2) преобразовано в виде
(3)
На основании экспериментальных исследований зависимости магнитных характеристик от толщины проката при постоянной температуре и неизменном структурном состоянии металла получено уравнение в общей виде
(4)
где М_h величина магнитной характеристики, измеренная на прокате толщиной;
M_о величина магнитной характеристики при толщине проката, стремящейся к бесконечности;
h толщина проката, мм;
k коэффициент, зависящий от типа прибора, используемого для измерения магнитной характеристики и вида магнитной характеристики.

Для листового проката из стали марки Ст3 при измерении тока размагничивания с помощью коэрцитиметра КИФМ-1 уравнении (2) имеет вид
(5)
где I_p ток размагничивания для листа толщиной h, мА;
h толщина листа, мм.

В таблице 2 представлены для примера результаты расчета по уравнению (5) максимально возможной ошибки измерения магнитной характеристики при расширении сортамента измеряемых листов по толщине.

Видно, что для листов толщиной 8-10 мм величина возможной ошибки составляет 2,5% что соизмеримо с величиной ошибки прибора КИФМ-1, как отмечается в прототипе. Расширение сортамента измеряемых листов относительно 8-10 мм, как в сторону уменьшения толщины (до 5 мм), так и в сторону увеличения (до 20 мм), приводит к значительному повышению возможной ошибки измерения. При измерении магнитной характеристики на листах толщиной 5-20 мм (наиболее распространенный сортамент толстолистового проката) без учета влияния толщины максимальная ошибка измерения может быть 15%
Для приведения измеренной магнитной характеристики к постоянной толщине, что исключает ошибку измерения, связанную с изменением толщины проката, уравнение (4) преобразовано в виде:
, (6)
где М_н величина магнитной характеристики, приведенная к постоянной толщине Н;
M_h величина магнитной характеристики, измеренная на прокате толщиной;
H постоянная толщина, мм;
h толщина измеряемого проката, мм;
K коэффициент, зависящий от типа прибора, используемого для измерения магнитной характеристики и вида магнитной характеристики.

Учет влияния толщин путем приведения измеряемой величины к постоянной толщине по уравнению (2) позволяет повысить точность измерения магнитной характеристики, т. к. исключает долю влияния толщины, как геометрического фактора, в результате чего коэффициент корреляции магнитной характеристики с показателем механических свойств увеличивается. Так, для проката толщиной 5-20 мм из стали марки РСА по ГОСТ 5521-86 коэффициент корреляции тока размагничивания с показателем механических свойств, в частности, временным сопротивлением разрыву составил 0,74 вместо 0,65 без приведения к постоянной толщине. Увеличение коэффициента корреляции обеспечивает расширение области применения способа, поскольку согласно ОСТ 14-1-184-86 возможность применения метода определяется минимально допустимым уровнем коэффициента корреляции.

Для совокупного учета влияния температуры и толщины листа на величину измеряемой магнитной характеристики, провели преобразование уравнений (6) и (3). Подставляя в уравнение (6) вместо М_h из уравнения (3) значения М_T получаем общее уравнение (1), обеспечивающее учет влияния температуры и толщины проката на величину измеряемой магнитной характеристики.

В результате совокупного учета влияния температуры и толщины проката на величину измеряемой магнитной характеристики по предлагаемому уравнению (1) повышается точность измерения и в конечном счете увеличивается коэффициент корреляции уравнений регрессии, что расширяет область применения способа.

Таким образом, предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что измеряемая магнитная характеристика проката приводится по уравнению (1) к постоянным температуре и толщине.

Пример реализации способа. Для листового проката толщиной 5-20 мм из сталей марок Ст 3сп, Ст 3пс и Ст 3кп по ГОСТ 14637-89 измеряли магнитную характеристику (ток размагничивания) с помощью коэрцитиметра КИФМ-1 при температурах до 773 K в потоке стана. Затем измеренное значение приводили к постоянной температуре 273 K по уравнению (1). Полученные значения приводили к постоянной толщине 20 мм по уравнению (2) и рассчитывали уравнения регрессии. Коэффициенты корреляции тока размагничивания с контролируемыми параметрами механических свойств проката; временное сопротивление разрыву, пределом текучести, относительным удлинением и ударной вязкостью получены соответственно 0,56; 0,48; 0,33; 0,35, что отвечало требованиям ОСТ 14-1-184-86. Без учета влияния толщины, коэффициент корреляции по относительному удлинению составлял 0,27, что меньше требуемого по стандарту 0,30 и исключало возможность контроля механических свойств для листового проката из указанных марок стали.

Применение способа обеспечивает возможность контроля механических свойств проката непосредственно в потоке прокатного стана для всего диапазона толщин и при повышенных температурах металла, что позволяет получить высокий экономический эффект.

Формула изобретения

Способ контроля механического проката, включающий измерение структурно-чувствительной магнитной характеристики, температуры и толщины проката в месте контроля с последующим приведением измеренной магнитной характеристики к номинальной температуре, установление зависимости между значениями приведенной магнитной характеристики и физико-механическими свойствами металла, отличающийся тем, что измеренную магнитную характеристику приводят к номинальным температуре и толщине по зависимости

где М_тн величина магнитной характеристики, приведенная к номинальным температуре и толщине;
М_th величина магнитной характеристики, измеренная при данной температуре и толщине проката;
Т номинальная температура, К;
t температура проката при измерении магнитной характеристики, К;
Н номинальная толщина, мм;
h толщина измеряемого проката, мм;
K коэффициент чувствительности магнитной характеристики к толщине измеряемого проката;
Θ температура точки Кюри, К.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2