在无损检测和工业质量控制中，磁性测量正变得越来越重要。尤其对铁磁材料来说，直流磁性能参数不仅关系到前期设计，也直接影响后期成品分析。软磁材料直流磁性能测量常用的标准包括 GJB937-1990、ASTM A341/A341M、A342、GB13012-2008、GB/T 3656-2008、GB/T 13888-2009 等，涵盖环形样品、弱磁磁导率、开路矫顽力、磁导计法等多种方法。

但近年来，开路样品的直流磁性能测量需求越来越迫切。原因很简单：它更适合评估原材料、材料处理工艺，也方便考核器件加工工艺。不过，开路测量始终绕不开一个难题——退磁场。

开路测量：方便，但退磁场是最大障碍

为了避免磁极产生退磁场，传统做法通常是把样品做成环形，或者用磁轭把直条样品连成闭合磁路。这目前仍是争议较少的测试方法。杆件测量则多采用 A 类或 B 类磁导计，但标样难求、结果准确性难以验证等问题一直存在。

如果采用螺线管对开路条形样品进行磁化，再用套在样品中截面处的线圈测量感生电动势积分，从而确定磁化强度，并对其进行科学退磁修正，就能获得更真实的磁化强度—磁场关系曲线。这种修正不是人为指定一两个退磁因子，而是采用随曲线每点微分磁化率变化的磁通计法退磁因子来准确计算。

这样一来，不仅可能诞生一种与磁导计法不同的新测量方法，还有望为磁导计法提供鉴定依据，甚至提供真正意义上的高可信标准样品。

退磁因子：一个研究了一百多年的问题

开路测量受退磁场影响，这个认识可以追溯到 1870 年代。当时冲击检流计开始用于圆柱铁样品磁性测量，人们就知道磁极产生的退磁场与磁化强度方向相反并成正比，比例系数就是退磁因子。长径比越大，退磁因子越小。

到 1890 年，研究者已经把退磁因子区分为磁强计法退磁因子 Nm和磁通计法退磁因子 Nf。1900 年进一步确认，两种退磁因子都与材料磁化率有关。此后几十年，德国学者在 1923—1939 年间对大长径比、不同磁化率下的 Nf 做了近似计算。Bozorth 和 Chapin 整理后，1951 年发表在 Bozorth 的经典著作《Ferromagnetism》中。虽然这张图被广泛引用，但数据既不准确也不完整，很难用于精确退磁修正。

后续重要进展包括：1960 年 Taylor 计算 Nm；1966 年 Joseph 给出严格计算 Nf 的公式；1987 年 Templeton 和 Arrott 计算大范围 Nf。陈笃行、Pardo 等人又系统推导了矩形棒横向退磁因子，并给出了决定 Nf 计算误差的方法。2006 年，一张更合理、更完整、精度约 0.1% 的 Nf 数据表得以发布，内插后任意长径比和磁化率下的 Nf 精度可达 0.3%，基本满足实际需要。

铁磁材料退磁修正的三个难点

把退磁修正用于铁磁材料，并不简单。

第一，Nf 是长径比 r 和磁化率 x 的函数。面对未知材料、未知样品，必须准确计算任意 r、x 下的 Nf。

第二，修正公式中含有修正后的磁化率，需要多次迭代才能求解。这一方法已在铁磁样品弱场磁化率退磁修正中成功使用。

第三，铁磁材料磁化具有非线性和回线性，没有单一的 Nf 值可以像顺磁材料那样直接修正。对此，作者团队在 JMMM 发表的文章中给出了一种方法，能对全曲线做出相当准确的退磁修正。

实验验证：长径比越大，修正后曲线越接近

研究团队用同一 Q235 材料制作了四个长径比依次增大的样品，测量磁化强度对外加磁场的关系曲线，并进行退磁修正。

结果发现：修正前，当长径比从 10.7 增至 53.0，最大微分磁化率和剩磁均增大约 800%；修正后，最大微分磁化率只增大约 80%，剩磁只增大约 9%。尤其是长径比较大的三条回线，几乎完全重合。长径比从 19.2 增至 53.0 时，剩磁只增 2.8%。

这说明，该退磁修正方法基于准确算出的磁通计退磁因子和曲线上定义的微分磁化率，修正结果对每条曲线是唯一的。随着长径比加大，偏差越来越小。该方法适用于半软半硬磁性材料检测，可作为磁导计法的补充，并有望为后者提供急需的标准样品。

与磁导计法对比：磁滞回线高度吻合

为进一步验证，团队制作了一台 B 类磁导计，磁通测量采用与螺线管退磁修正法同一台磁通计，另一台磁通计测量 Hcoil 磁场。两台磁通计均溯源至 Lakeshore 480，不确定度 0.3%；测试线圈溯源贝尔 6010 高斯计，不确定度优于 0.5%。

测试样品包括：1# DT4 纯铁（长径比 50）、2# Q235 钢（长径比 50）、3# 进口 Cr17 钢（长径比 62.5）、4# 国产 Cr17 钢（长径比 62.5）、5# DT4 纯铁（长径比 100）、6# Q235 钢（长径比 100）。所有样品长度 500 mm，在长度 1000 mm、直径 20 mm 的螺线管中测试，保证足够均匀区。

对比发现，两种方法获得的磁滞回线几乎全同，再次证明螺线管磁通计退磁修正法的科学性和准确性。同时，研究也发现磁导计法尚不能对样品完全退磁，会存在初始 Bi 点偏离问题。与德国 C-750 磁导计对比，初始磁化曲线退磁也存在偏差，但磁滞回线高度吻合。

意义：不是替代，而是相辅相成

螺线管退磁修正法的价值，不只是多了一种测量手段。

与环样相比，这种开路测量把磁场范围扩展到 20 kA·m⁻¹ 以上，磁导计法可扩展到 60 kA·m⁻¹ 以上；样品横截面内磁场均匀性更好；不必对每个样品绕线，有望加快测量速度；条形样品还便于进行退火、温度、张力、压力等条件试验；对样品表面平整性要求也可放宽。

更重要的是，螺线管法和磁导计法可以相辅相成：一方面用磁导计法测试一定长径比铁磁材料不同位置的磁化强度—磁场曲线，考察样品均匀性；另一方面用螺线管磁通计退磁修正法测试真实磁化强度—磁场曲线，并利用长样品对其他公司磁导计设备进行鉴定或校准，从而获得真正意义上的标准样品。

据悉，湖南省永逸科技有限公司已于 2018 年 6 月首发 FE-2100SD3 软磁材料直流磁性能测量系统给中南大学材料学院。由于螺线管退磁修正法设备价格相对便宜，近几年已向用户提供多台，用于 Cr 导磁不锈钢的磁性能测量。

可以说，这项工作的意义在于：它不仅补充了现有磁导计法，也有望推动 IEC 标准、GB 标准不断完善，为铁磁材料直流磁性能测量提供更可靠、更可溯源的方案。