冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测方法及其系统与流程

1.本发明涉及钢板无损检测技术领域，更具体地说，涉及一种冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测方法及其系统。


背景技术：

2.烘烤硬化高强钢，指的是在钢中保留一定量的固溶碳、氮原子，同时可通过添加磷、锰等强化元素来提高强度。加工成形后，在一定温度下烘烤后，由于时效硬化使钢的屈服强度进一步升高。厚度为0.5mm～2.5mm的烘烤硬化高强度冷连轧钢板及钢带通常应用于汽车外覆盖件。
3.当前国内钢铁企业对冷轧烘烤硬化钢的烘烤硬化值(bh2)的检测主要是切样离线试验法，是目前广泛采用的方法。即在一卷带钢的某个部位，如头、尾切样，然后送到实验室进行离线测试，获取试样的烘烤硬化值，由此来推断一卷带钢的烘烤硬化值。烘烤硬化值(bh2)的现有测量方法简介如下：
4.1)试样准备，试样的尺寸、取样方向按力学性能试样的规定。
5.2)试验条件，测量烘烤硬化值时，按照gb/t228的规定，首先对试样进行总延伸为2％的预拉伸，同时测得r
t2.0
。当预拉伸2％的试样完成规定的热处理后，再次对试样进行拉伸试验，测得r
el
或r
p0.2
。
6.为了更好地保持试验结果的一致性，宜采用位移或应变的方式控制拉伸速度，并推荐按照试样平行长度的5％/min的速率设定拉伸速度，从开始拉伸直到测出上述指标过程中，不要进行速度切换。
7.r
t2.0
＝f
t2.0
/a08.r
p0.2
＝f
p0.2
/a19.r
el
＝f
el
/a110.其中，f
t2.0
：试样拉伸变形至总延伸为2％时的拉伸力(n)；
11.f
p0.2
：热处理后的试样非比例延伸为0.2％时的拉伸力(无明显屈服时)(n)；
12.f
el
：热处理后的试样出现下屈服时的拉伸力(n)；
13.a0：为试样原始截面积(mm2)；
14.a1：为2％预应变后的试样截面积(mm2)。
15.3)热处理条件，加热装置温度达到170℃后放入已经过2％预应变的试样，待加热装置重新达到170℃后，保温(20
±
0.5)分钟。温度控制精度保持
±
2℃，温度测量装置的分辨率最大不超过1℃。加热后试样在空气中冷却到室温。
16.4)烘烤硬化值(bh2)的计算，烘烤硬化值(bh2)为试样烘烤后的下屈服强度或非比例延伸0.2％(无明显屈服时)对应的屈服强度与烘烤前同一个试样总延伸2％对应的屈服强度的差值。bh2的计算示意图如图1所示，图1中标号1为2％预应变的应力的应变曲线，图1中标号2为同一试样烘烤后的应力的应变曲线，计算公式如下：
17.bh2＝r
el
(或r
p0.2
)(烘烤后)－r
t2.0
(烘烤前)。
18.切样离线试验法的优点是简单，结果直接，且精度高。但这种方法存在如下弊端：其一，数据时滞大，对生产过程的帮助有限，在线控制更无从谈起。其二，数据不完整，仅能反应一卷带钢头、尾的值。其三，剪切浪费。机组在生产时，由于某种原因停机或者低速生产，为了维持“头、尾合格，则中间也合格”的经验判断，此时通常要切除一段“疑似不合格”的带钢。切多少没有判断标准，只能尽量多切，显然造成了浪费。其四，需要全天候有人在机旁作业，劳动强度高，人工成本高。


技术实现要素：

19.针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测方法及其系统，通过对运行的带钢施加综合的电磁检测，实时获取多个电磁信号，同时考虑了对影响电磁参数的间距进行修正，并考虑了带钢厚度的影响，所开发的方法不依赖机组的工艺实时参数，实现在线精确测量带钢烘烤硬化值的目的。
20.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
21.本发明第一方面提供了一种冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测方法：
22.在线测量一组电磁参数、带钢和电磁检测单元间的间距g的实际波动值、以及当前带钢的厚度；
23.根据一组电磁参数、间距g的实际波动值、以及所述厚度，通过一元线性回归统计模型计算得到烘烤硬化值。
24.较佳的，所述一组电磁参数包括切线磁场谐波检测响应参数、巴克豪森噪声检测检测响应参数、增量磁导率检测响应参数和多频涡流检测响应参数。
25.较佳的，所述切线磁场谐波检测响应参数包括11个电磁参数em1-me11；
26.所述巴克豪森噪声检测响应参数包括7个电磁参数em12-me18；
27.所述增量磁导率检测响应参数包括7个电磁参数em19-me25；
28.所述多频涡流检测响应参数包括16个电磁参数em26-me41。
29.较佳的，所述烘烤硬化值bh2的基本计算如下：
[0030][0031]
上式中，a为电磁参数回归方程中的常数项，n为样本数量，ci为与各电磁参数相对应的系数，xi为各电磁参数集。
[0032]
较佳的，当2mm≤间距g≤6mm时，所述实际波动值输入至所述一元线性回归统计模型中；
[0033]
此时，所述烘烤硬化值bh2的计算为基本计算再加补偿计算，具体如下：
[0034][0035]
上式中，b为补偿系数，g为间距的实际测量值；
[0036]
当间距g＞6mm或间距g＜2mm时，为异常状态，停止检测。
[0037]
本发明第二方面提供了一种冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测系统，包括：
[0038]
电磁检测单元，设于带钢下方的升降装置上，通过对带钢实施电磁检测，以获得多个电磁响应信号；
[0039]
测距仪表，设于所述电磁检测单元上，用以获取所述带钢的下表面与所述电磁检测单元之间的间距g；
[0040]
控制计算机，用以控制所述升降装置的升降、横移运动，所述控制计算机内的一元线性回归统计模型，通过获取所述电磁检测单元、所述测距仪表的数据，计算出烘烤硬化值；
[0041]
所述控制计算机还与生产计算机之间数据交互；
[0042]
利用所述烘烤硬化值在线检测系统以实现所述的冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测方法。
[0043]
较佳的，所述升降装置上还设有限位装置。
[0044]
本发明所提供的一种冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测方法及其系统，可以用来对在线运行的带钢的烘烤硬化值进行在线检测，获取带钢全长高密度的数据值，在10％的相对误差精度范围内，样本合格率为90％以上。还可全面推广到冷轧带钢烘烤硬化值的质量在线检测系统中，实现钢板生产质量的连续检测、分类和记录，对于提高生产效率、产品质量以及产品竟争力将起到非常积极的作用。
附图说明
[0045]
图1是应力-应变的曲线示意图；
[0046]
图2是本发明烘烤硬化值在线检测方法的计算流程示意图；
[0047]
图3是本发明烘烤硬化值在线检测系统的框架示意图；
[0048]
图4是本发明烘烤硬化值在线检测系统中电磁检测单元处于测量状态的示意图；
[0049]
图5是本发明烘烤硬化值在线检测系统中电磁检测单元处于非测量状态的示意图；
[0050]
图6是本发明烘烤硬化值在线检测方法实施例中带钢的全长方向的烘烤硬化值分布示意图。
具体实施方式
[0051]
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0052]
结合图2所示，本发明所提供的一种冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测方法：
[0053]
在线测量一组电磁参数、带钢和电磁检测单元间的间距g的实际波动值、以及当前带钢的厚度，根据一组电磁参数、间距g的实际波动值、以及所述厚度，通过一元线性回归统计模型计算得到烘烤硬化值。
[0054]
电磁参数组为切线磁场谐波分析检测响应参数、巴克豪森噪声检测响应参数、增量磁导率检测响应参数和多频涡流检测响应参数。
[0055]
每一种电磁检测方法输出为一个曲线信号，为了便于应用，上述四种电磁检测结果的曲线信号再通过定义转化为若干量化参数来表征，具体如下表1-4所示。
[0056]
表1激励磁场切线磁场谐波响应参数(共11项，emi，i＝1，
……
，11)
[0057][0058]
表2巴克豪森噪声检测响应参数(共7项，emi，i＝12，
……
，18)
[0059][0060]
表3增量导磁率电磁检测响应参数(共7项，emi，i＝19，
……
，25)
[0061][0062][0063]
表4多频涡流电磁检测响应参数(共16项，emi，i＝20，
……
，41)
[0064][0065]
综上，四种电磁检测结果的曲线信号通过定义最多转化为41个电磁参数。
[0066]
烘烤硬化值bh2的基本计算如下：
[0067][0068]
上式中，a为电磁参数回归方程中的常数项，n为样本数量，ci为与各电磁参数相对应的系数，xi为各电磁参数集。
[0069]
其评价标准为：对于给定的样本数量n，90％的样本的测量精度满足相对误差≤10％。
[0070]
对于带钢和电磁检测单元间的间距g的补偿，补偿有适用的范围，具体如下：
[0071]
当2mm≤间距g≤6mm时，实际波动值输入至一元线性回归统计模型中；
[0072]
此时，烘烤硬化值bh2的计算为基本计算再加补偿计算，具体如下：
[0073][0074]
上式中，a
bh
为电磁参数回归方程中的常数项，单位为mpa，ci为电磁参数，b
bh
为间距g波动的权重系数，单位为mpa/mm；在实际使用中，xi和g
real
是变量，实现在线测量计算。
[0075]
当间距g＞6mm或间距g＜2mm时，导致电磁参数偏差大，此时为异常状态，停止检测。
[0076]
经由数据试验和分析，从44个电磁参数、41个电磁参数扩展项，得到有12项电磁参数可以用于计算带钢的r
p
特性，12项电磁特性参数如下表：
[0077]
xem设备编号emix1em1a3x2em3a7x3em9h
co
x4em10h
ro
x5em11v
mag
x6em13m
mean
x7em20u
mean
x8em23dh25ux9em36mag3x10em41ph4x11em1’a3
x12em2’a5x13em10’h
ro
x14em22’h
cu
x15em27’re2x16em29’re4x17em36’mag3x18em41’ph4
[0078]
且得到的a
bh
、b
bh
分别为：a
bh
＝-126189.61、b
bh
＝20.123，和电磁参数集xi相对应的c系数详见下表：
[0079][0080][0081]
结合图3所示，带钢100通常以0～300m/min的速度运行，带钢100经由两根前后布置的托辊200，实现带钢100的运行轨迹线稳定，本发明还提供了一种冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测系统，包括：
[0082]
电磁检测单元1，通过升降装置2设于带钢100的下方，并位于两个托辊200之间，通过对带钢100实施电磁检测，以获得多个电磁信号；
[0083]
测距仪表3，设于电磁检测单元1上，用以获取带钢100的下表面与电磁检测单元1之间的间距g；
[0084]
控制计算机4，用以控制升降装置2的升降、横移运动，控制计算机4内装有一元线性回归统计模型401、检测传感单元控制器402和探头提升和横移控制403，通过获取电磁检测单元1、测距仪表3的测量数据，最终计算出烘烤硬化值bh2。
[0085]
控制计算机4还与生产计算机5之间数据交互，用以获取当前带钢100的生产信息。
[0086]
升降装置2上还设有限位装置6，保障带钢100的下表面与电磁检测单元1之间的安全距离。
[0087]
利用该烘烤硬化值在线检测系统以实现冷轧烘烤硬化高强钢的烘烤硬化值在线检测方法。
[0088]
带钢100的下表面与电磁检测单元1之间的间距g是关键参数，由于带钢100运行时有抖动，以及薄带钢固有的板性的波动等外部因素影响，带钢100的间距是微幅波动的，通过测距仪表3进行实时测量，其目标值为4mm，允许波动范围为
±
2mm，该参数称为gap，作为检测数学模型的一个输入。特别要说明的是，测量间距g，当2mm≤g≤6mm时，测量有效，可以对检测结果进行修正，如图4所示的电磁检测单元1处于测量位置；当g＞6mm或者g＜2mm时，系统处于异常状态，检测条件不满足，检测无效，如图5所示的电磁检测单元1处于非测量位置。
[0089]
实施例
[0090]
在一条生产线上应用了本发明烘烤硬化值在线检测方法及其系统，应用到一卷带钢的在线检测，该卷带钢的钢种为340bh。厚度为0.7mm，宽度为1585mm，带钢全长为923.5m；在线检测系统有382个输出，也即平均2.5米一个输出。计算如下：
[0091][0092]
其中：带入a
bh
，c系数，b
bh
值，以及实时检测得到的输入参数xi和g，得到的计算结果如下ae电磁参数实际值，间距值，和计算值表格：
[0093][0094]
将模型用于一卷带钢的实时检测，全长方向的烘烤硬化值(bh2)的检测结果如图6所示，比之现有技术的只能剪切试样来测试，数据量和实时性均大大提升。
[0095]
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。