CN202111351571.6一种取向硅钢电磁性质各向异性的多频电磁无损表征方法

权利要求

1.一种取向硅钢电磁性质各向异性的多频电磁无损表征方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)选取取向硅钢试样晶粒，利用U型传感器探头(附图2)分别测量晶粒与轧制方向成0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°，70°，80°，90°方向的电磁信号(附图3)，记录电磁信号的过零频率值；

(2)建立取向硅钢晶粒各向异性微观有限元模型，见附图4；输入实际测量的磁导率和电导率值，由微观模型计算得到对应的电磁信号过零频率；

(3)利用步骤1测量的结果验证步骤2模型计算结果，验证模型正确性，结果偏差≤5％，证明模型的正确性；

(4)利用步骤(2)建立的模型计算硅钢理想晶粒取向分布对应的电磁信号过零频率值，建立硅钢晶粒取向-测量角度-电磁信号对应关系数据库；

(5)选取任意取向硅钢试样进行测量，输入测量角度以及得到的电磁信号，即可检测出硅钢晶粒取向以及与理想硅钢晶粒取向的偏差值，表征取向硅钢的电磁性质各向异性。

说明书

一种取向硅钢电磁性质各向异性的多频电磁无损表征方法

技术领域

本发明涉及一种取向硅钢电磁性质各向异性的多频电磁无损测量方法，属于电磁无损检测应用范围，同时服务于取向硅钢生产的钢铁企业。

技术背景

显微组织的各向异性是钢铁多晶材料中普遍存在的现象，晶体沿晶格的不同方向，原子排列周期和疏密程度不尽相同，导致材料性质沿不同考察方向呈现较大差异。当钢铁多晶材料内部单晶体的易磁化轴取向随机分布时，钢铁材料具有磁各向同性；在实际应用过程中，受生产、加工工艺影响，晶体往往存在择优取向(织构)，表现出磁各向异性。例如，取向硅钢沿轧制方向具有优越的电磁性能，因晶体具有(100)<001>织构，既晶体的(110)面与钢带平面平行，易磁化的<001>轴与轧制方向平行。取向硅钢在轧制方向上磁导率最高，铁损值最低，大量的应用于变压器、磁放大器等设备的制造。取向硅钢晶体取向的各向异性决定其电磁以及力学性能的优劣，是评价取向硅钢产品质量的关键指标，实际与标准晶体取向的偏差应该成为钢铁生产与加工成型环节中显微组织检测的重要对象之一。

多频电磁无损检测技术基于集肤效应原理，具有设备轻巧，非接触，高效快捷，耐高温，耐腐蚀等特点，是广泛应用于深海钻井平台，石油管道，压力容器，大型金属设备等金属构件的显微结构电磁无损表征技术。多频电磁传感器信号中的过零频率值对钢铁材料磁导率、电导率变化响应十分灵敏，可运用于钢铁材料相组成、相分数的表征应用中。目前针对钢铁材料晶粒取向的电磁无损检测研究较少，且鲜有工业化应用。已有的钢铁显微组织调控技术主要以温度测量或数学模型间接表征为前提，易受生产环境或模型精度影响，不能根据反馈结果动态调节生产制度，无法有效获取理想的晶粒取向等显微结构特征。

取向硅钢等高附加值钢种显微组织较为复杂，生产过程对显微组织调控技术要求较高，利用多频电磁无损信号表征生产过程晶粒取向的演变过程，从而可根据信号的变化对生产工艺进行实时动态调控，达到先进钢的生产要求。电磁无损检测对取向硅钢晶体取向的表征研究，是实现钢铁材料电磁和力学性能各向异性在线监测和调控的前提和关键。

发明内容

基于多频电磁传感器技术，利用U型传感器探头沿不同方向测量取向硅钢试样，获取不同角度对应的电磁信号值。根据实际取向硅钢微观结构，建立取向硅钢晶粒各向异性数值模型，输入实际测量磁导率和电导率值，计算得到对应的电磁信号。测量结果验证数值模型，证明模型的正确性。利用模型计算硅钢理想晶粒取向分布对应的电磁信号值，建立硅钢晶粒取向-测量角度-电磁信号对应关系数据库。取任意取向硅钢进行实际测量，输入测量角度以及得到的电磁信号，即可检测出硅钢晶粒取向以及与理想硅钢晶粒取向的偏差值，表征取向硅钢的电磁性质各向异性。本发明具体测量流程见附图1。

本发明方法具体实施步骤如下：

1.选取取向硅钢试样晶粒，利用U型传感器探头(附图2)分别测量晶粒与轧制方向成0°，10°，20°，30°，40°，50°，60°，70°，80°，90°方向的电磁信号(附图3)，记录电磁信号的过零频率值。

2.建立取向硅钢晶粒各向异性微观有限元模型，见附图4。输入实际测量的磁导率和电导率值，由微观模型计算得到对应的电磁信号过零频率。

3.利用步骤1测量的结果验证步骤2模型计算结果，验证模型正确性，结果偏差≤5％，证明模型的正确性。

4.利用步骤2建立的模型计算硅钢理想晶粒取向分布对应的电磁信号过零频率值，建立硅钢晶粒取向-测量角度-电磁信号对应关系数据库。

5.选取任意取向硅钢试样进行测量，输入测量角度以及得到的电磁信号，即可检测出硅钢晶粒取向以及与理想硅钢晶粒取向的偏差值，表征取向硅钢的电磁性质各向异性。

附图说明

图1为本发明方法具体实施步骤流程图

图2为U型传感器探头与模型对比示意图

图3为取向硅钢晶粒分布以及测量方向示意图

图4为取向硅钢晶粒各向异性微观有限元模型中磁感应强度分布图

图5为考虑不同晶粒度(50，200，400，600，800，1000)的微观有限元模型

图6为有效磁导率值随晶粒尺寸变化规律并且与实际测量值对比

图7为取向硅钢(a)轧制方向以及(b)垂直方向EBSD测量结果，有效磁导率模拟结果(c)轧制方向以及(d)垂直方向，(e)取向硅钢与轧制方向不同角度的有效磁导率模拟结果与多频电磁传感器测量值对比

本发明旨在提出一种取向硅钢电磁性质各向异性的多频电磁无损表征方法，该方法基于已多频电磁传感器测量技术，建立取向硅钢晶粒取向各向异性的有限元模型。该方法建立的有限元模型以及数据库操作简单，高效，操作方便，能够根据实际取向硅钢显微结构更新扩充，一经验证便能重复快速使用。通过本发明所阐述的方法都够检测取向硅钢与理想硅钢显微结构的差别，保证生产质量，判断及预测钢铁产品电磁、力学性能。构建准确的取向硅钢晶粒取向各向异性的电磁无损表征系统，为深化高附加值钢种显微组织预测方法研究与产品在线性能调技术控奠定基础。

具体实施方式

实施例1

以取向硅钢高斯织构未研究对象，利用步骤2建立的取向硅钢晶粒各向异性微观有限元模型，预测不同晶粒度下的微观结构磁导率数值，进而根据步骤4得到不同晶粒度下多频电磁传感器信号值。附图5显示不同晶粒度微观有限元模型，附图6显示了不同晶粒度模型的有效磁导率值，平且与幂律定律函数吻合。

实施例2

选取取向硅钢试样，采用发明步骤1测量不同方向电磁信号的过零频率值，利用步骤2-步骤4建立并验证的的微观模型计算任意取向硅钢试样的硅钢晶粒取向-测量角度-电磁信号对应关系，计算结果、实际多频电磁传感器测量结果与EBSD预测结果对比，见附图7。显示微观模型计算结果准确，能够准确测量取向硅钢电磁性质各向异性。