образец для калибровки и настройки устройств магнитного контроля и способ его термообработки

Формула изобретения

1. Способ термообработки образца для калибровки и настройки устройств магнитного контроля, в котором осуществляют отжиг стали с выдержкой, промежуточное охлаждение и старение с окончательным охлаждением, отличающийся тем, что температуру отжига принимают 580±10°С или 700±10°С, в зависимости от требуемого градиента нормальной составляющей поля остаточной намагниченности, в течение 10 ч, при этом промежуточное охлаждение в течение 5 ч осуществляют вместе с печью до температуры 250±10°С, а окончательное охлаждение также вместе с печью заканчивают при температуре 20-50°С.

2. Образец для калибровки и настройки устройств магнитного контроля, выполненный в виде пластины из тонколистовой низколегированной стали заданных размеров, прошедший термическую обработку по п.1 при заданном градиенте нормальной составляющей поля остаточной намагниченности, отличающийся тем, что он выполнен квадратным со стороной «а» из стали марок 08ю, 08кп или 08пс с толщиной, равной (0,002...0,008)·а, мм, а градиент нормальной составляющей поля остаточной намагниченности находится в пределах (30...200)·10² А/м².

3. Образец по п.2, отличающийся тем, что а=125...200 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для оснащения средств контроля физико-механических параметров ферромагнитных изделий.

В качеств меры градиента магнитного поля для калибровки и настройки устройств магнитного контроля (также устройства описаны, например, в сборнике под ред. В.Ф.Матюка «Импульсный магнитный метод неразрушающего контроля», Минск, Национ. Академия наук Беларуси (институт прикладной физики), 2001) нередко используют образцы из тонколистовой холоднокатаной стали, прошедшие соответствующую термообработку, особенности которой описаны, в частности, в книге Ю.М.Лахтина «Основы металловедения», М., «Металлургия», 1988.

В настоящее время хорошо изучены связи между магнитными и механическими параметрами листового проката стали, на магнитные свойства которой различные режимы термообработки оказывают существенное влияние.

Известен образец (мера градиента поля), в которой заложен принцип получения магнитного поля с однородным градиентом с помощью кольцевых катушек, обмотки которых создают направленные навстречу друг другу магнитные поля (см. а.с. СССР № 1546897, кл. G01N 27/72, опубл. в БИ № 8, 1990). Недостатки этого образца: требуется регулируемый внешний источник тока; необходимы внешние измерительные приборы; затруднена калибровка и настройка устройств контроля листового проката.

Известен способ термообработки тонколистовой малоуглеродистой стали, при котором ее нагревают со скоростью 50°С/час до 600°С, выдерживают при этой температуре 11...16 часов и повторно нагревают до 700...730°С с выдержкой 14...22 часа с охлаждением до 125°С (см. а.с. НРБ № 32936, кл. С21D, опубл. 30.11.1982).

Однако с помощью этого способа нельзя получить магнитные свойства, обеспечивающие градиент нормальной составляющей поля остаточной намагниченности в пределах (30...200)·10 ² А/м².

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту являются контрольный образец для коэрцитиметра КИФМ-1 и способ его термообработки, описанные в паспорте этого прибора (см. прилагаемые документы).

Известный образец выполнен в виде пластины из конструкционной стали (марок 10, 20, 35 или 45) или подшипниковой стали ШХ15СГ, прошедших термообработку. Недостаток известного образца - неопределенность взаимосвязи его размеров, сложность и дороговизна изготовления, приводящие к росту производственных затрат.

Известный способ термообработки включает отжиг с выдержкой, старение образца с окончательным охлаждением и характеризуется тем, что образец нагревают до 835±10°С в течение 15...20 минут и старение его производят при -70°С в течение 2 часов, а последующий отпуск - при 100...600°С в течение 2 часов. С помощью такой термообработки можно изготовить только образцы для измерения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий.

Технической задачей предлагаемого изобретения является определение оптимальных параметров образца, что повышает достоверность контроля проката и метрологическое обеспечение средств магнитного контроля, а также снижает производственные затраты, и разработка технологии термообработки такого образца.

Для решения этой задачи в способе термообработки образца для калибровки и настройки устройств магнитного контроля, в котором осуществляют отжиг стали с выдержкой, промежуточное охлаждение и старение с окончательным охлаждением, в отличие от ближайшего аналога, температуру отжига принимают 580±10°С или 700±10°С, в зависимости от требуемого градиента нормальной составляющей поля остаточной намагниченности, в течение 10 часов, при этом промежуточное охлаждение в течение 5 часов осуществляют вместе с печью до температуры 250±10°С, а окончательное охлаждение также вместе с печью заканчивают при температуре 20...50°С.

Образец для калибровки и настройки устройств магнитного контроля, выполненный в виде пластины из тонколистовой низколегированной стали заданных размеров, прошедший термическую обработку при заданном градиенте нормальной составляющей поля остаточной намагниченности, в отличие от ближайшего аналога, выполнен квадратным со стороной «а» из стали марок 08ю, 08кп или 08пс с толщиной, равной (0,002...0,008)·а, мм, а градиент нормальной составляющей поля остаточной намагниченности находится в пределах (30...200)·10² А/м²; а=125...200 мм.

Приведенные параметры заявляемого объекта получены при обработке опытных данных и являются эмпирическими.

Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации параметров образца и технологии его термообработки, что позволяет производить настройку и калибровку устройств для магнитного контроля с высокой степенью достоверности свойств листового проката непосредственно в местах установки в технологических линиях, а предлагаемый режим термообработки позволяет сформировать окончательную структуру металла и при этом оптимально распределить по объему образца несовершенства его структуры, изменив в нужную сторону механические и магнитные свойства стали.

Термообработка образца с температурой отжига 580±10°С позволяет получить градиент нормальной составляющей его поля остаточной намагниченности в пределах (90...200)·10 ² А/м², а с температурой 700±10°С - в пределах (30...120)·10² А/м ².

Предлагаемый образец показан на чертеже.

Опытную проверку заявляемого образца осуществляли в лаборатории физико-механических и металлографических испытаний листового проката Центральной лаборатории ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

С этой целью были изготовлены образцы с «а»=125...200 мм из низкоуглеродистых сталей марок 08ю, 08кп, 08пс, конструктивных марок сталей 10, 20, 35, 45 и высокоуглеродистой хромистой подшипниковой стали ШХ15СГ с различными размерными характеристиками, которые испытали на импульсном магнитном анализаторе с определением градиента напряженности постоянного магнитного поля. Результаты оценивали по полученному градиенту нормальной составляющей поля остаточной намагниченности.

Наилучшие результаты градиента нормальной составляющей поля остаточной намагниченности в пределах (30-200)·10 ² А/м² получены для образцов из низкоуглеродистых сталей марок 08ю, 08кп, 08пс. Образцы, выполненные с отклонением от толщины, равной S=(0,002...0,008)·а мм, ухудшали полученные результаты.

Например:

Сталь 08кп при толщине образца 0,0018·а мм, градиента нормальной составляющей поля остаточной намагниченности составил 210·10² А/м ², что соответствует не заданному интервалу градиента напряженности постоянного магнитного поля.

Сталь 08ю при толщине образца 0,0084·а мм, градиент нормальной составляющей поля остаточной намагниченности составил 28·10² А/м ², что не соответствует заданному интервалу градиента напряженности постоянного магнитного поля.

Изготовление образцов из сталей марок 10, 20, 35, 45, ЩХ15СГ привело к их значительному удорожанию.

На образцах с «а»<125 мм появлялся «краевой эффект» искажения магнитного поля, что ухудшало калибровку и настройку КИФМ-1, а при «а»>200 мм происходило удорожание изготовления образца.

Опытную проверку заявляемого способа термообработки осуществляли в термической лаборатории Центральной лаборатории ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». С этой целью образцы из низкоуглеродистых сталей марок 08ю, 08кп, 08пс, конструкционных сталей марок 10, 20, 30, 45 и высокоуглеродистой хромистой подшипниковой стали марки ШХ15СГ, были подвергнуты различным режимам термообработки, затем образцы испытали на импульсном магнитном анализаторе с определением градиента нормальной составляющей поля остаточной намагниченности. Результаты оценивали по полученному градиенту нормальной составляющей поля остаточной намагниченности и его распределению по объему образца.

Наилучшие результаты градиента нормальной составляющей поля остаточной намагниченности в пределах (30-200)·10² А/м² и его распределения по объему образца получены для образцов из низкоуглеродистой стали марок 08ю, 08кп, 08пс. Образцы, полученные с отклонением от заданных режимов термообработки, ухудшали полученные результаты.

Например:

Образец из стали марки 08кп отжигается при температуре 580±10°С в течение 8 часов. Промежуточное охлаждение в течение 5 часов осуществляют вместе с печью до температуры, равной 250±10°С, а окончательное охлаждение вместе с печью заканчивают при температуре, равной (20-50)°С. При этом наблюдается неравномерное распределение, по объему образца, градиента нормальной составляющей поля остаточной намагниченности в пределах (122-146)·10² А/м².

Образец из стали марки 08кп отжигается при температуре 580±10°С в течение 10 часов. Промежуточное охлаждение в течение 3 часов осуществляют вместе с печью до температуры, равной 250±10°С, а окончательное охлаждение вместе с печью заканчивают при температуре, равной (20-50)°С. При этом не наблюдается стабилизации магнитных свойств образца во времени, из-за естественного старения, градиент нормальной составляющей поля остаточной намагниченности изменяется в течение 20 дней с 134·10² А/м ² до 120·10² А/м ².

Для образцов из конструкционных сталей марок 10, 20, 30, 45 и высокоуглеродистой хромистой подшипниковой стали марки ШХ15ГС градиент нормальной составляющей поля остаточной намагниченности составил более 250·10² А/м², что превышает необходимые характеристики градиента нормальной составляющей поля остаточной намагниченности в пределах (30-200)·10² А/м ². При контрольном испытании известного способа термообработки образцов были получены результаты градиента нормальной составляющей поля остаточной намагниченности хуже, чем при реализации заявляемого способа.

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед известными объектами, выбранными в качестве ближайших аналогов (см. выше).

Технико-экономические исследования, выполненные в Центральной лаборатории ОАО «ММК», показали, что использование настоящего изобретения на комбинате позволяет повысить достоверность контроля листового проката и снизить производственные затраты примерно на 20%.

Примеры конкретного выполнения

1. Образец из стали 08кп выполнен квадратным с «а»=150 мм и с толщиной, равной 0,005а=0,005, 160=0,8 мм.

2. Указанный образец отжигается при температуре 580±10°С в течение 10 часов. Промежуточное охлаждение в течение 5 часов осуществляют вместе с печью до температуры, равной 250±10°С, а окончательное охлаждение вместе с печью заканчивают при температуре, равной (20-50)°С. Градиент нормальной составляющей поля остаточной намагниченности составил 134·10² А/м ².

3. Тот же образец отжигается при температуре 700±10°С в течение 10 часов. Промежуточное охлаждение в течение 5 часов осуществляют вместе с печью до температуры, равной 250±10°С, а окончательное охлаждение вместе с печью заканчивают при температуре, равной (20-50)°С. Градиент нормальной составляющей поля остаточной намагниченности составил 92·10 ² А/м².