CN100518979C - 生产金属带材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产具有优质立方结构并基于镍、铜、铝、银或这些金属合金，包括奥氏铁镍合金的金属带材的方法。本发明的方法使得可以在后续的退火处理过程中，以及在较低的总体变形度情况下，得到其品质与使用常规辊压变形而得到产品相当的再结晶立方体层，并且还能制得具有相当总体变形度的更高质量的立方结构。为此目的，提供一种变形方法，在该方法中将材料通过冷拉而在其再结晶退火处理前变形，由此使其具有高品质。

Description

生产金属带材的方法

技术领域

本发明涉及一种生产基于镍、铜、铝、银或这些金属的合金的金属带材的方法，具有包括立方体层的优质退火结构。

该方法基本上可用于所有的在经过冷或热拉伸以及紧接着的再结晶后，趋于形成立方织构的金属材料。因此，这些包括具有立方面心晶格的金属材料，如镍、铜、金和在特殊条件下的银以及它们合金的部分，包括奥氏Fe—Ni合金。在另一方面，铝在经过轧制热拉伸后所述的方法才可应用。

用这种新方法所生产制得的带材，可以用作诸如具有优质微结构取向的物理/化学涂层的衬板。在这一点，这种结构作为基质上沉积层晶体相定向生长的基底。这类衬板适用作，例如，可用于高温超导领域中陶瓷涂层的基材。作为晶体取向生长(epitactic)衬板的基材功能与几乎完美的结构状态相关，因此需要最大可能取向度的多晶结构。这种基质带材用作层状超导体，用在超导磁体、变压器、电动机、断层X光摄影装置或超导电流通路中。

背景技术

已公知的是，具有立方面心晶格的多晶金属，如铜、镍、金，和某种特殊条件下的银，在经过滚轧而事先强烈地冷拉伸后，就可以形成一种具有立方体层明确的结构(G.Wassermann：金属材料的结构，Springer，Berlin，1939；H.Hu等：Trans.ASM 224(1962)96-105)。基础工作(W.

：Z.Metallkde.18(1926)112-116)和进一步的研究(R.D.Doherty等：材料科学与工程A257(1998)18-36)则是基于带材轧制，随后退火处理进行的。

以这种通过轧制和退火的方式而结构化的金属带材，特别是镍和银的带材，如今也可作为金属涂层、陶瓷过渡层和陶瓷超导层的衬板来用(US 5741377)。金属带材作为基质材料的适宜性主要取决于可达到的结构化程度以及直接表面上的品质。

已公知的还有，通过将纯金属和其他元素合金化，结构化程度一般随着合金含量的增加而大幅下降(R.E.Smallman：Joum.Inst.Metals84(1955—56)10—18)。例如，10到300ppm含量很小的铁可使铝的再结晶温度升高，因此立方织构明显下降(W.B.Hutchinson，H.-E.

：材料科学技术6(1990)1103-1111)。也熟知镁对结构化镍的能力具有非常强的负效应(K.Detert等：Z.Metallkde.54(1963)263-270)。为避免形成立方织构，少到600原子ppm就足够了。所述元素也显示出增加镍的再结晶温度(K.Detert，G.Dressler：金属学报13(1965)845-853)。例如，对于铬和钼作为合金元素的情况也是同样的。另一方面，它们对于退火结构的清晰度和热稳定性的具体影响，特别是对于它们在镍中的可溶解性还不是很清楚。现已发现，在钼含量为3原子％的情况下，就不再可能得到立方织构(K.Detert等：Z.Metallkde.54(1963)263-270)。

在更高合金含量的情况下，可以预期，比如，所形成的作为立方织构的镍初级再结晶结构，就不太象在镍—钼以及镍—钨合金上所显示出来的那样完美(J.Eickemeyer等：超导科学与技术14(2001)152-159)。此外，可以预期由于二次再结晶过程，已经生长的初级立方织构会分解(R.E.Smallman，C.S.Lee：材料科学与工程A184(1994)97-112)。在一般的切割条件下，当在超导层沉积的情况下，存在的事实是可达到700℃到800℃如此更高的温度。

除了结构品质会受到合金的化学影响外，再结晶立方织构的形成，重要的是，也与具体的机械变形的必要条件相联系。在冷轧过程中，高的最小变形度是必不可少的，具有微粒状初始结构的变形材料是有利的。对于铜来说，最小变形度为82％(O.Dahl，F.Pawlek：Z.Metallkde.28(1936)266-271)。但是，在一些情况下为实现优质的结构，要应用明显更高的变形度，厚度变形超过99％。这种技术上非常昂贵的生产方法目前仍然在使用，原因就在于近几十年来没有发展出可供替代的技术。

因此，不同于轧制的其他变形方法目前在具有立方织构的金属带的制造中没有任何作用。这里的原因之一就在于，对于用于带材生产的其他变形方法适合性缺少试验研究，因为在带材生产中轧制显示出的效果，所以以前对此研究不感兴趣。

有关应力状态和变形状态对金属，更具体的是有关镍、铜、金和银的变形和退火结构形成的影响的普适理论目前还没有。因此也就不可能可靠地估计变形方法对变形和退火结构的影响。另外，被变形材料和变形设备之间的摩擦条件也会以过去还不可预见的方式影响带材，特别是薄带材中的结构结构形成。

对于作为很长半单晶基材(超导层导体)场合使用的带材的在很大程度上理想化的退火结构不断增加的兴趣同时与这样的要求相联系，即，人们要求不仅要在带材内部，也特别是要在这种涂层衬板的表面上具有几乎完美的结构。出于这些理由，就需要严格评价可能影响结构形成的的全部因素，如果可能，要防止。最后，但也相当重要的是，这些原则适用于优化在材料变形过程中以前限制于轧制参数的工艺条件。

发明内容

本发明的目的是开发一种能用于生产具有优质立方织构并基于镍、铜、铝、银或这些金属合金的金属带材的方法。与普通轧制变形过程相比，该方法能以较小的总体变形度在随后退火过程中实现品质相同的再结晶立方态，或者说该方法在可比总体变形度下生产出品质更优的立方织构。

根据本发明，将材料通过冷拉在其再结晶退火处理前，进行广泛的变形，其中作为设备来用的是

a)带有轴向平行的平滑辊轮对的非驱动的辊轮设备，或是带有两个辊轮对的绳索饰结构造或者

b)固定相互倾斜的拉伸爪。

根据本发明所提供的非驱动辊轮对的设备类型记载在如F.Dohmann，R.Kopp和J.Mittendorff：Durchziehen in：Umformatechnik，Plastomechanik and Werkstoffkunde，出版商，W.Dahl，R.Kopp和O.Pawelski，Verlag Stahleisen，Düsseldorf，1993，792页。

有关非驱动的绳索饰结形设备的知识，本领域的普通技术人员可以在诸如J.A.Schey：金属加工摩擦学，ASM，Metals Park，Ohio，1984，第352页中找到。

本发明所提供的固定拉伸爪的描述在诸如S.Kalpakjian的工程材料的制造工艺中，Addison—Wesley出版公司，阅读材料.，1991，第384页。

根据本发明的一个实施方式，冷拉伸过程以ε_h>50％，优选ε_h>90％的厚度减少量来进行。

有利的是，冷拉伸可以结合通常用于很难变形合金的轧制变形。

在这一点，主要应使用冷拉伸方法。

有利的是，借助精轧或借助不同的表面精加工方法，特别是借助抛光对带材的进行最后的表面光洁度处理。

抛光的类型记载在诸如W.Machu的：铁和非铁金属的表面预处理，Geest & Portig专业出版公司，Leipzig，1957，第850页。

利用本发明方法处理的金属材料随后要经在还原或非氧化气氛中经受再结晶退火处理，用以得到立方织构。再结晶退火处理在本领域的普通技术人员公知的温度下进行。

通过本发明的方法，在经历冷拉和退火处理之后可实现这样的立方体层结构化的相对程度，其厚度减少明显要比当使用以前的冷拉伸时所使用的那些小。深冲相对于轧制所具有的这一优点，既能体现在借助辊子设备的辊拉伸中，又能体现在滑动拉伸中，辊拉伸更有效。

尽管深冲的方法是早已公知的变形方法，但其对于金属带材的变形和退火结构的影响以前未能充分研究。原因在于，从制造和经济方面考虑，带材的制造明显属于轧制变形领域。因此，对于比如要得到优质立方织构的特殊处理，拉伸工艺，特别是轧制拉伸工艺的正面影响惊奇地显现出来。

因此，对于将本发明的方法用在生产基质带材上而言，可能会生产出这样的带材，由于结构化困难而不能经由冷扎和退火处理生产成所需品质。由于前面的冷拉处理促进了退火过程中结构的形成，而因技术的可能性可以拓展。新方法的本质和特别的优点就在于此。另外，在立方织构度相同的情况下，拉伸的带材不需轧制带材那么多的变形过程。由此导致节省了必要的能量和生产成本。

待结构化的金属和合金的冶炼生产，优选在铜制铸模中浇铸进行。经由冷和热恒压的粉末金属冶炼过程，对于原料来说，也是适合于熔融金属冶炼生产的另一选择方法。

在随后的常规热拉伸处理开始前，浇铸体或模制体，可以通过均匀的退火处理以提供有利的初始结构，以及用于随后苛刻冷拉伸的控制的粒度。热拉伸度，以及退火的温度和持续时间都可以由本领域的普通技术人员从良好的冷拉伸性的观点出发很容易地优化出来。明智的是，适用于再结晶的退火气氛是还原或惰性气氛。退火温度和时间则随着合金含量的增加而往往趋于更高的值，并同样可由本领域的普通技术人员毫无问题地设定。

旨在改善结构形成，在辊拉伸过程中的拉伸变形既可以作为用以结构化的唯一变形方法，又可以作为结合其他方法，如滑动拉伸或轧制的主要方法。本领域的普通技术人员可估计为了能最大限度发挥本发明方法的积极效果，待结构化带材的变形能力能在多大程度上允许辊拉伸或滑动拉伸。

借助于轧制而生产的结构化带材已经以RABiTS(辊压辅助双轴结构化基材)的商品名受到了保护。另一方面，申请人为本发明生产制得的带材引入了一个新的缩写名称DABiTS(拉伸辅助双轴结构化基材)。

附图说明

以下将通过实施例进一步详细阐述本发明。所附的附图为：

图1：具有立方织构的镍的X射线(111)的极点图，所述的结构通过扎拉伸具有不同的厚度减小量(WZ 0.5＝95％；WZ 0.18＝98.2％；WZ 0.08＝99.2％)，且在600℃下在氢气中再结晶处理30min，

图2：具有立方织构的镍的X射线(111)的极点图，所述的结构在冷拉(WZ 0.5＝95％；WZ 0.18＝98.2％；WZ 0.08＝99.2％)后具有不同的厚度减小量，且在600℃下在氢气中再结晶处理30min，

图3：具有立方织构的镍带材的X射线(111)极点半宽，所述的带材在辊拉伸、滑动拉伸和轧制后具有不同的厚度减小量，随后在800℃下在氢气氛中再结晶处理30min，

图4：变形方法和变形度对镍带材中再结晶立方织构形成程度的影响示意图。在该图中，使用Lodgering因子I₍₁₀₀₎来表征立方织构度而不是极点图。

具体实施方式

实施例1

将纯度为99.9原子％的镍和10mm×10mm原始大小的工业纯镍棒材灼烧软化。接着，为制造立方织构，通过自由转动辊将棒辊拉到0.5mm(ε_h＝95％)的带材厚度，并在600℃下退火。这样就形成了一种清晰的立方织构，如图1所证实。在极点图(WZ 0.5 RK6)中所测得的强度明显比以前轧制变形(图2，W 0.5 RK6)后所测得的要高。在辊拉和退火处理后，强度最大值为1211，而在轧制和退火处理后，最大值为876。因此，辊拉导致最大的强度，其比冷扎得到的强度高38％。表示结构清晰度的半宽(FWHM值)，由于使用拉伸而得到明显改进(图3)。在相同的ε_h＝95％的厚度减小值的情况下，在经历800℃下的热处理后得到如下FWHM值：a)轧制：12.21，b)滑动拉伸：10.41以及c)辊拉：9.46。因此，借助轧制而得到的FWHM值要比借助辊拉得到的值低29％(图3)。在更低变形率情况下，辊拉的积极效果甚至表现得更为清楚。对于带厚为1mm(ε_h＝90％)，辊拉后的Lodgering因子I₍₁₀₀₎＝0.88，而轧制后的I₍₁₀₀₎＝0.63。通过辊拉处理，相对改善值为40％(图4)。

如图4所示，在历经辊拉后，在厚度减小量为95％后已经得到I₍₁₀₀₎≈1.0，而对于轧制则须要达到约99％。为了能够通过轧制也能达到由于辊拉而得到的材料厚度为500μm的结构状态，有必要再进一步变形到约100μm(图4)。

如图3和4中所证实，为了在镍中形成立方织构，辊拉和滑动拉伸都比轧制要更有利。滑动拉伸的这种有益效果是惊人的，因为早先，铜的滑动拉伸效果等同于轧制的效果(W.M.Baldwin：ASM学报39(1947)737-739)，这也就使得其在工业上不具有吸引力并且显然也因此不会对其进行进一步研究。

实施例2

纯度为99.9原子％的工业纯镍浇铸入约40mm×40mm截面积的铜制铸模中后，通过去毛刺再加工，然后热轧成20mm×20mm的尺寸，并在1050℃下退火以使其均匀。为提供微粒状结构，冷扎10mm×10mm的横截面并退或以使其结晶。从10mm厚度开始，样品被滑动拉伸成2.5mm的厚度。随后通过辊拉冷变形到最终厚度为0.25mm。紧接着在800℃下接受热处理，以在镍带材中制造出优质的立方织构。

实施例3

含有5原子％钨的镍合金从(20×20)mm²的截面尺寸冷轧到3mm的厚度，并在850℃下进行再结晶以形成微晶结构。3mm的厚度被辊拉到0.15mm的厚度，并在1000℃下退火以得到优质的立方织构。但也可以只将辊拉进行到0.20mm的厚度，用精扎辊最后轧制到0.15mm，以得到具有最小粗糙度且表面品质尽可能高的带材来。

实施例4

厚度为10mm的铜制薄片在初始退火处理后，然后再通过自由转动的辊将其冷拉至0.08mm的最后尺寸，以制造出柔软的结构。在随后400℃下半小时的热处理中，在带材中形成清晰的立方织构。

Claims (6)

1.一种用于生产具有再结晶立方织构基于镍、铜、铝、银或这些金属的合金，包括奥氏铁镍合金的金属带材的方法，特征在于在其再结晶退火处理前，使材料通过冷拉而以ε_h>50％的厚度减少量进行变形，

a)具有轴向平行的平滑辊对的非驱动辊轮设备，或是具有两个辊轮对的十字头形构造，或者

b)固定且相互倾斜的夹具，

作为设备。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述厚度减少量ε_h>90％。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于将冷拉和适用于难变形合金的轧制变形结合。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于对于冷拉和轧制变形的结合应用，冷拉法以主要比例应用。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于通过精轧或通过不同的表面精加工方法，对带材进行最后表面光洁度的处理。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于所述的表面精加工方法为抛光。

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