CN100374583C - 用于制造铁-镍基合金薄板材的方法 - Google Patents

用于制造铁-镍基合金薄板材的方法 Download PDF

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CN100374583C CNB2005101041851A CN200510104185A CN100374583C CN 100374583 C CN100374583 C CN 100374583C CN B2005101041851 A CNB2005101041851 A CN B2005101041851A CN 200510104185 A CN200510104185 A CN 200510104185A CN 100374583 C CN100374583 C CN 100374583C
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Abstract

本发明提供一种用于制造铁-镍基合金薄板材的方法，所述薄板材用于引线框材料、引线材料等中，所述薄板材即使很宽，比如具有不小于60mm的宽度，该薄板材也具有优异的平整性。所述方法包括：用平整机矫直最后冷轧的薄板；然后，将所述矫直薄板在连续退火炉中退火，以除去其应力；然后，将所述薄板纵切成板材。优选地，将不大于20N/mm2的张力施加到在连续退火炉中退火以除去应力的薄板上，更优选地，将所述薄板在400～700℃范围内的温度下进行退火以除去应力。

Description

用于制造铁-镍基合金薄板材的方法
技术领域
本发明涉及用于制造铁-镍基合金薄板材(strip)的方法，所述薄板材用于引线框材料、引线材料等。
背景技术
迄今为止，已经公开了用于制造由铁-镍基合金板材制成的引线框的多种方法。其中，集中在热收缩和残余应力的文献包括例如JP-A-05-109960和JP-A-06-145811。
JP-A-05-109960中公开了包括如下步骤的制造方法：
(1)使铁-镍合金或铁-镍-钴合金冷轧成具有制品厚度(product thickness)的薄板；
(2)然后，将薄板纵切成具有制品宽度(product width)的板材；和
(3)然后，将这些板材在600～700℃的温度下退火1～3分钟，以除去由于纵切导致的应力，同时将5kg/mm2或更低、优选2kg/mm2或更低的张力施加其上。
另一方面，JP-A-06-145811公开了包括如下步骤的制造方法：
(1)将薄板进行轧制，进行最后加工(finishing)；
(2)然后，将其纵切成板材；
(3)然后，在630～700℃范围内的温度下将这些板材充分退火，以除去由于纵切引起的应力；和
(4)随后，将这些板材用平整机矫直，
这与此前采用的下列工艺相反：
(1)热轧铁-镍合金板；
(2)然后冷轧该薄板；
(3)然后将其退火一次，以使其软化；
(4)然后以50％或更低的压缩速率(reduction rate)进行轧制，进行最后加工；
(5)然后，将其剪切(纵切)，以制造具有预定宽度的板材；和
(6)随后，将这些板材在600℃或更低的温度下退火，以除去由于纵切导致的应力。
发明内容
如上所述，常规使用的方法是将具有制品宽度的钢板材进行退火，以除去由于纵切导致的应力。这些制造方法有下列问题。
传统制造方法的技术理念是想通过作为最后工艺的热处理来减少由于纵切和冷轧导致的应力。然而，当在板材被纵切成制品宽度之后进行热处理时，应力释放会产生波浪形的变形，导致板材平整性下降。
此外，当对多个纵切成制品宽度后的原料板材同时进行热处理时，这些板材之间的张力不同，因而难于稳定地控制这些板材。此外，由于板材在炉子中弯曲(meander)，因此板材变形和损伤是不可避免的。当这些板材逐一进行热处理时，不会造成张力控制和弯曲的问题，但是生产率明显降低。
因此，尽管能够通过热处理而减少由于纵切导致的应力，但是在纵切之后将板材退火以除去应力的传统制造方法的最差缺点是不能获得引线框材料所需的稳定热收缩和平整性，所述的稳定热收缩是由稳定的张力控制导致的。
在JP-A-06-145811中，为了确保平整性，随后用平整机进行矫直。然而，如上所述，不能稳定地控制热收缩。此外，通过使用平整机矫直在热处理中的变形部分，在纵切成制品宽度的钢带中产生局部残余应力，这样可能会在用于制造引线框的冲压或蚀刻之后导致引线变形。
例如，当板材具有约30mm或更低的常规窄宽度时，尽管有一些起伏，但是该板材也能够用于例如引线框材料。然而，因为板材宽度由于最近增加的ICs效率而需要加宽，其宽度为60mm或更大，因而对平整性的需要变得更加严格。因此，采用传统制造方法非常难以确保平整性。
本发明的一个目的是提供一种用于制造铁-镍基合金薄板材的方法，所述薄板材用于引线框材料、引线材料等，即使对于例如60mm或更大的宽度，该方法也能够特别解决热收缩的问题，并获得优异的平整性。
本发明是鉴于上述问题而提供的。
本发明提供一种用于制造铁-镍基合金薄板材的方法，其中该方法包括：通过平整机矫直最后冷轧过的薄板；然后将该矫直薄板在连续退火炉中退火，以除去该矫直薄板的应力；然后，将该薄板纵切成板材。
优选地，当在连续退火炉中将薄板退火以除去应力时，将不大于20N/mm2的张力施加到薄板上。
更优选地，将薄板在400～750℃范围内的温度下进行退火，以除去应力。
而且，在本发明中，优选使用协同操作的一对上下圆盘切刀纵切薄板，所述每个圆盘切刀的直径都是被纵切的铁-镍基合金板厚度的750倍或更大。
更优选地，在纵切成板材过程中，上下圆盘切刀的重叠部分为被纵切的铁-镍基合金板厚度的5～50％。
构成本发明中铁-镍基合金的优选组成的是不大于0.1％的碳、不大于1.0％的硅、不大于1.2％的锰、30～50％的镍，其余基本上为铁，这些组成均以质量百分比计。
通过应用本发明的制造方法，更确定能够解决热收缩问题，而且能够获得具有优异平整性的铁-镍基合金薄板材。因此，能够易于获得用于引线框材料、引线材料等的铁-镍基合金薄板材，而不可避免地要对所述板材进行微加工(micro-fabricating)。
下面将详细描述本发明中限定的一些限制。
根据本发明，为了确保薄板材的平整性，将最后冷轧过的薄板用平整机矫直，以使用于引线框材料、引线材料等的铁-镍基合金薄板材变直，随后将薄板在连续退火炉中退火，以除去薄板的应力。
此处所指的“平整机”是将某个张应力施加到处于纵向中的钢板的整个宽度上，以消除板材中的长度差异的装置。考虑到铁-镍基合金薄板材的厚度，在本发明中实际使用的平整机优选张力平整机。也可以使用用于弯曲和张力的组合平整机。该张力可以在50～500N/mm2的范围。
根据本发明，能够将具有例如300～1200mm宽度的铁-镍基合金板在连续退火炉中退火，以除去应力，这是因为合金板是在被纵切成具有制品宽度的板材之前进行退火的。因此，只有薄板自身重量加载在铁-镍基合金板的整个宽度上，与多个具有窄宽度的钢带同时通过炉中的情形相比，这样可以易于控制张力。
因此，能够抑制铁-镍基合剂板中热收缩的常规局部变化，因而获得稳定热收缩。此外，与多个铁-镍基合金薄板材同时通过炉中的情形相比，也能够易于控制材料的弯曲，从而也能够消除板材变形和损伤的可能性。
尽管本发明中典型的连续退火炉可以是垂直或水平的，但是在这两种炉中都能够控制张力，以实现提高生产率的优点。
尤其是，当使用其中钢板纵向是垂直的垂直连续退火炉时，能够抑制钢板的松弛，因而获得更稳定的热收缩。
当将薄板退火以除去应力时，优选在炉中向该薄板施加不超过20N/mm2的张力。如果张力在这个范围，则在加压冲压中进行的中间热处理过程中或在半导体包装制造过程中产生的热收缩能够被最小化，因而更能够防止由于尺寸改变导致的缺陷。
如果炉中的张力大于20N/mm2，则当中间热处理例如在加压冲压中进行时，热收缩增加，因而易于出现由于尺寸改变而导致的缺陷。因此，将炉中的张力限制在不大于20N/mm2。
另一方面，张力下限改变程度取决于所使用的连续退火炉是垂直的还是水平的。例如，当使用垂直炉时，薄板能够在没有张力的情况下退火，这是因为它可以通过其自身重量而不需要施加额外的张力而垂下。然而，鉴于加工的稳定性，垂直炉和水平炉的下限都可以是0.5N/mm2，并且为了更确定地获得上述效果，优选1～15N/mm2范围内的张力。
优选上述用于除去应力的退火是在400～750℃范围内的温度下进行的。
在这个温度范围内，能够获得在冷轧和矫直中引入的应力松弛效果。优选的温度范围是500～700℃。尽管退火时间在此处没有具体限制，但是退火时间可以为10～120秒。
此外，这种退火可以在露点为-70～-5℃的还原气氛中或在惰性气体如氮气中进行。该气氛的选择可取决于薄板所需要的性质。例如，如果首先改善耐腐蚀性是重要的，则在惰性气体中退火更有利，而在还原气氛中退火时，能够首先提供防止薄板表面被氧化的作用。
根据本发明，在为除去应力而进行如上所述的退火之后，将薄板纵切成例如具有制品宽度的板材。
在本发明中，由于平整性和热收缩在纵切成板材之前得以改善，因此在将薄板纵切成板材中不向薄板过度施加应力是适宜的。可以使用将薄板纵切成含有小应力的板材的任何方法，例如通过激光束加工的方法，但是将薄板用协同操作的一对上下圆盘切刀进行纵切是方便的。
用于纵切的上下圆盘切刀中的每一个都优选其直径为铁-镍基合金板厚度的750倍或更大。这是因为如果切刀的直径小于薄板厚度的750倍，则剪切角可以变大，因而残余应力在纵切成板材的过程中增加。
因此，在本发明中，为了显著降低由于纵切导致的应力，上下圆盘切刀直径为铁-镍基合金板厚度的750倍或更大，优选为900倍。
此外，上下圆盘切刀的重叠部分可以是薄板厚度的5～50％，以进一步降低纵切导致的应力。如果重叠部分增加，则剪切角变大，因而纵切导致的残余应力增加。如果重叠部分太小，则切刀不能完全切割薄板，导致切口缺陷。
此处所指的“铁-镍基合金”表示含有作为主要元素的铁和镍的合金。典型的组成是如含有27～52质量％的镍、其余基本为铁的合金，还包括不大于7％的铬的合金，或者用不大于20％的钴代替上述镍的合金。
其中，优选基本上由铁和镍构成的合金。下面描述其中包含元素的优选范围及其原因。
碳：不超过0.1％
碳是损害可以进行蚀刻的铁-镍基合金薄板材的蚀刻性质的元素。因此，碳的上限限定为不超过0.1％。碳的优选上限为0.03％。
硅：不超过1.0％，且锰：不超过1.2％
为了脱氧目的，铁-镍基合金中包含有痕量的硅和锰。如果这些元素过量加入，则它们可能被分离。因此，将硅限定为不超过1.0％，而锰限定为不超过1.2％。
镍：30～50％
当铁-镍基合金薄板材用作例如引线框时，由于镍起着调节热膨胀系数的作用，因而其是显著影响低热膨胀性质的元素。如果镍的量低于30％或高于50％，都不会出现降低热膨胀系数的效果。
其余基本上为铁。
虽然除上述元素之外其余基本上是铁，但是在制造中的材料内包含有杂质是不可避免的。另外，为了改善加压冲压性质，可以含有0.005～0.020％用于改善易切削性质的元素如硫，或者可以含有0.0005～0.0050％用于改善热加工性质的元素如硼。
附图说明
图1A所示为解释用于测定纵切所引起应力的方法的示意性顶视图。
图1B所示为解释用于测定纵切所引起应力的方法的示意性侧视图。
具体实施方式
本发明将用下面的实施例进行详细描述。
通过真空熔融、锻造和热轧制造用于冷轧的铁-镍基合金板，该合金板用于引线框。然后，将铁-镍基合金板在还原气氛中重复进行退火和冷轧，以制造出厚度为0.125mm且宽度为700mm的铁-镍基合金薄板。退火温度为950℃，最终冷轧的压缩比为25％。所使用张力平整机的施加张力范围为200～400N/mm2。
然后，通过本发明方法和传统方法，由这种铁-镍基合金板制造用于引线框材料的铁-镍基合金薄板材。每一块薄板都用协同操作的一对上下圆盘切刀纵切成板材。这些板材的所有切口宽度都为100mm。
在比较实施例中，在从薄板纵切之后对薄板材进行退火。在工艺编号7和编号8中，将三个板材同时退火，以除去应力，而在工艺编号9中，板材是一个接一个地进行退火的。
表1所示为化学组成，表2所示为制造条件。
表1
(质量％)
  C   Si   Mn   Ni   S   其余
  0.007   0.11   0.45   40.89   0.003   铁和不可避免的杂质
表2
  编号   工艺   退火条件   纵切条件
  温度(℃)   时间(秒)   气体(<sup>*</sup>)   张力(N/mm<sup>2</sup>)   炉子(<sup>**</sup>)   切刀直径(mm)   重叠部分；与薄板厚度的比(％)
本发明方法 1   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切 600 30 H<sub>2</sub> 1.5 垂直 250 15
2   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切 520 45 N<sub>2</sub> 11.4 水平 190 10
3   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切 650 25 AX 15.7 垂直 250 25
4   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切 670 30 AX 1.5 垂直 120 7
本发明方法 5   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切 580 60 AX 2.5 垂直 190 35
6   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切 480 75 N<sub>2</sub> 11.4 水平 120 20
  比较实施例 7   最后冷轧→纵切→退火以除去应力→平整机 600 20 AX 29.4 水平 80 20
8   最后冷轧→纵切→退火以除去应力 620 30 AX 19.6 水平 80 50
9   最后冷轧→纵切→退火以除去应力 650 30 AX 17.6 水平 80 35
*)气体符号H2：纯氢气，N2：纯氮气，AX：75％H2+25％N2
**)用以除去应力的退火是在连续退火炉中进行的。
纵切之后，对于在每一制造条件下制造的用于引线框材料的铁-镍基合金薄板材测量其热收缩量。
在热收缩量的测定中，在每个样品中划出标线。在轧制方向上的两条标线之间的距离为180mm，该距离是使用工具制造厂显微镜测定的。在将样品在650℃加热(在氢气中)10分钟之后，再次使用工具制造厂显微镜测定该距离，以确定收缩量。将收缩量除以加热之前标线之间的距离并乘以100，以表示评估值。
如图1A和1B所示，在离用于引线框材料的铁-镍基合金薄板材1的切口边缘2A和2B 1.5mm距离的位置上用钢丝剪剪出长150mm的切口4，然后将切割之后的板材1放置在平台3上，使用刻度尺测定切口边缘2A和2B的顶端的升高值R，从而测定出由纵切所引起的应力量。
为了测定平整性，在将样品在长度方向上切割500mm后，将其放置在平台上，使用激光距离传感器测定最大的升高值(以毫米计)。
测定从每一块薄板中纵切出的六个用于引线框材料的铁-镍基合金薄板材中的每一个。表3示出测定结果。
表3
编号 工艺   产品特性
  热收缩量(％)   应力量(mm) 平整性(mm)
  边缘A(2A)   边缘B(2B)
  本发明方法   1   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切   1   0.021   4   8   0.08
  2   0.021   7   4   0.08
  3   0.020   8   3   0.10
  4   0.022   4   5   0.09
  5   0.021   9   7   0.06
  6   0.024   4   6   0.09
  2   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切   1   0.027   8   10   0.07
  2   0.027   5   4   0.06
  3   0.028   9   8   0.08
  4   0.030   11   4   0.10
  5   0.029   9   7   0.07
  6   0.029   6   8   0.08
3   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切   1   0.025   3   6   0.10
  2   0.022   8   7   0.12
  3   0.024   2   8   0.15
  4   0.025   7   9   0.11
  5   0.020   5   4   0.10
  6   0.021   7   8   0.12
-继续-
  本发明方法 4   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切   1   0.011   9   12   0.15
  2   0.009   14   6   0.17
  3   0.012   7   10   0.12
  4   0.012   11   8   0.15
  5   0.009   8   6   0.16
  6   0.011   11   5   0.14
  5   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切   1   0.015   10   10   0.12
  2   0.015   7   9   0.12
  3   0.016   11   8   0.14
  4   0.016   10   4   0.10
  5   0.014   7   12   0.14
  6   0.013   5   9   0.15
6   最后冷轧→张力平整机→退火以除去应力→纵切   1   0.027   11   15   0.06
  2   0.029   12   7   0.08
  3   0.030   5   8   0.10
  4   0.030   9   14   0.08
  5   0.028   13   9   0.09
  6   0.028   12   10   0.10
  比较实施例   7   最后冷轧→纵切→退火以除去应力→平整机   1   0.043   20   23   0.29
  2   0.041   25   20   0.31
  3   0.045   27   22   0.27
  4   0.048   18   27   0.29
  5   0.039   20   24   0.35
  6   0.049   25   19   0.27
-继续-
比较实施例 8   最后冷轧→纵切→退火以除去应力   1   0.030   24   29   0.37
  2   0.035   28   23   0.39
  3   0.028   27   21   0.40
  4   0.029   22   28   0.41
  5   0.030   24   25   0.38
  6   0.027   26   24   0.47
9   最后冷轧→纵切→退火以除去应力   1   0.027   23   27   0.48
  2   0.028   24   22   0.50
  3   0.030   20   25   0.52
  4   0.028   27   28   0.48
  5   0.033   27   20   0.47
  6   0.029   24   27   0.58
如表3所示，根据本发明方法制造的用于引线框材料的铁-镍基合金薄板材具有不大于0.03％的小的热收缩量。
在纵切之后进行退火以除去应力的比较实施例中，工艺编号7中的收缩量大。这是因为在除去应力的退火中施加了高的张力，而且平整机又引入了另外的应力。
在工艺编号8中，一些样品的热收缩量不大于0.03％，但是批间偏差大。这是因为当多个板材同时在炉子中通过时，对于每个板材不能单独控制张力的缘故。
在工艺编号9中，批间偏差相对较小，这是因为板材在除去应力的退火中是一个接一个地通过的。然而，因为板材是在纵切之后进行退火以除去应力的，因此释放应力导致板材的平整性变差。
在测定由纵切引起的应力中，在本发明的纵切条件下制造的用于引线框材料的铁-镍基合金薄板材具有不大于15mm的小的由纵切所引起的应力量。
关于平整性，根据本发明方法，对于100mm宽度达到了不大于0.2mm的平整性，而在比较实施例中产生了0.27～0.58mm的升高值。这是因为当每个薄板材中的应力通过纵切之后的热处理释放时，不存在环境束缚(constresst)，因而薄板材容易成波浪形。尤其是，在宽材料如宽度为100mm情况下，可看到显著的平整性差异。
本发明具有优异的低热收缩性和低的由纵切所引起的应力，因此本发明能够应用于使用铁-镍合金薄板材的应用中，而该板材不可避免会被微加工。

Claims (3)

1.一种用于制造铁-镍基合金薄板材的方法，其中所述方法包括：
用平整机矫直最后冷轧的薄板；
然后，将所述矫直薄板在连续退火炉中在400～750℃范围内的温度下退火，以除去其应力；和
然后，用一对协同操作的上下圆盘切刀将所述薄板纵切成板材，每个圆盘切刀的直径是被纵切铁-镍基合金板厚度的750倍，上下圆盘切刀的重叠部分为被纵切铁-镍基合金板厚度的5～50％。
2.如权利要求1所述的方法，其中当将所述薄板在连续炉中退火以除去应力时，将不大于20N/mm2的张力施加到薄板上。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述铁-镍基合金由下列以质量百分比计的元素构成：
碳：不大于0.1％
硅：不大于1 0％
锰：不大于1.2％
镍：30～50％，且
其余基本上为铁。
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