CN102672447B - 一种高纯镍带的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种高纯镍带的制造方法，它对未经过熔炼的镍板热轧开坯，然后再通过至少一次退火工序和至少一次冷轧工序将开坯后的半成品加工成所需厚度的镍带。该制造方法不但能够保持材料高纯度、降低能耗和降低镍过程损耗，而且能够有效地修复电解镍原料板中的分层缺陷，采用现有绝大多数电解镍板生产商所提供的电解镍原料板时成材率高，生产出的镍带一致性好。同时该方法生产效率高，能耗低，轧机部件损耗小。

Description

一种高纯镍带的制造方法

技术领域

本发明涉及高纯镍带的制造方法，更具体地说是直接用电解镍板制造高纯镍带的方法。

背景技术

高纯镍带一般是指含Ni重量百分数在99.9%以上的镍带。与目前常用的Ni200和Ni201(含Ni重量百分数在99.8%以下)带材相比而言，镍的更高纯度将带来常规纯镍材料所无法具备的特性，例如高纯镍具有更高导电性、更佳柔韧性、更低的再结晶温度。高纯镍的市场及应用十分广泛。其中高纯镍板可直接作为添加元素应用于航空和宇宙原子工业的超合金及新合金的开发，用于宇航机、航空机和原子能关联设备中高张力合金零部件加工，喷气发动机和电动机特殊零部件加工，以及飞机等起降轮架加工等；也可通过机械加工工艺制备成高纯镍箔，用于原子反应堆防护材料；除直接应用外，高纯镍板用于制备磁记录、微电子、光电材料和集成电路元器件功能镀膜用高纯镍靶材；在二次电池（包括镍氢、锂电池、聚合物电池）极耳、电池组合连接片（如电动工具、电动车用动力电池）上采用高纯镍材质替代常规纯镍材质，同样外形尺寸的材料具有更低的内阻，换句话说减少用镍量就可达到与常规纯镍材同样的导电性。

镍带的传统生产工艺是先将电解镍板经分切、真空熔炼浇涛成镍锭，经过刨面后加热、进行热轧，对热轧后的半成品进行酸洗，然后再进行多次冷轧、压延、退火和酸洗，达到规定厚度后进行分条，然后对成品进行退火，最后进行包装完成。该方法中的熔炼工艺耗能多，而且会损耗镍，会大大降低镍的纯度，使镍带的内阻增大。

申请号为200510036115.7的中国发明专利公开了一种镍带制造方法，它省去了传统工艺中的熔炼、刨面和热轧工序，直接采用高纯度的电解镍原料板分切、冷轧制造镍带，从而达到了保持材料高纯度、降低能耗和降低镍过程损耗的目的。但该制造方法存在以下技术缺陷：

1、严重受制于原材料的品质，当采用现有绝大多数电解镍板生产商所提供的电解镍原料板时，生产过程及产品易出现分层、脱皮、发脆等缺陷，导致成材率低，生产出的高纯镍带质量差。

由于绝大多数电解镍板生产商所提供的电解镍原料板内部存在明显的分层和/或微气孔缺陷，而将带有内部分层缺陷的板首先分切，分层缺陷将在剪板分切过程中的剪切应力作用下扩大并直接暴露在外界空气中，后续的退火和冷轧过程无法消除这些缺陷甚至会进一步恶化直至材料报废；而有内部气孔缺陷的电解镍板通过冷轧变形和退火，缺陷不但无法愈合而且最终会导致发脆、脱皮、起泡。

目前仅有1～2家国外生产商能批量提供基本无内部分层缺陷或较少微气孔缺陷的电解镍板，这些电解镍板主要获得途径是：⑴电解镍板生产厂家已进行了特殊热处理；⑵在电解过程中需严格控制电流、电解液配方、电解温度、添加剂等相关工艺参数。这些镍板的价格较高。而且由于电解镍板大都用于电镀行业或切成小镍块做合金元素熔炼添加使用（如不锈钢），电解板是否存在明显的分层和/或微气孔对这些应用是不会产生负面影响的，因此大多电解镍板生产厂并没有必要或主动积极去增加设备及生产投入来减少电解镍板内部的分层和/或气孔缺陷。

2、由于采用冷轧开坯，导致生产效率低，能耗高且轧机各部件损耗严重。

实践证明在镍带开坯阶段用冷轧是不合适的。原因有以下几点：⑴镍具有高的冷加工硬化率特性决定了镍在粗轧开坯阶段变形抗力随道次数的增加而迅速增大，因而冷加工道次变形率一般都较低且越往后越小（单道次均在20%以下），这对电解镍板的厚度而言严重影响了生产效率；⑵对于厚板开坯轧制而言，冷轧较热轧能耗高30%以上且轧机各部件损耗严重。⑶镍板热轧过程所产生的板带材氧化现象实际上在后续热处理过程中可完全消除，因为在后续镍板带材一般都是在保护气氛（如H2或氨分解气）条件下进行高温热处理，实践证明是非常容易得到表面无氧化的光亮镍板带材的，完全不需要酸洗等复杂工序。

3、采用常规焊接方式，接头附近的纯度较低，厚度波动较大，会影响高纯镍带的使用一致性。

对高纯镍带而言，焊接工艺是至关重要的，因为焊接接头其实也是高纯镍带的质量缺陷隐患之一所在，除非板材本身就不需要焊接直接单块镍板往下加工。据了解，目前市面上的高纯镍带均采用加填充料的TIG焊接（即钨极氩弧焊），其原因是无填充料的TIG焊所形成的焊接接头非常弱容易造成后续加工断带，这与TIG焊所提供的自由电弧能量小、温度低（仅为5000~8000K）有关，此时纯镍流动性差不容易形成牢固接头。而所用填充料一般为高镍含量（95%左右）的镍合金丝，其中必须添加增强流动性且防止焊接裂纹的元素（如Ti、Al、Cu等），虽然经过加填充料的TIG焊接接头基本可以保证后续加工不断带，但接头附近的较低纯度实际上已无法保证整卷镍带材料高纯度的一致性，此时接头附近较正常母材强度高导致整卷材料厚度在接头附近波动较大而超差，另外接头附近纯度降低意味着该处材料的导电性、柔韧性、耐蚀性等物理及化学性能变差，严重影响高纯镍板带材的使用一致性，这对最终产品应用中的质量稳定性是十分不利的。

申请号为200710303401.4的中国发明专利公开了一种电解镍板的组织调整及脱气工艺，它省去了传统工艺中的熔炼、刨面和热轧工序，直接采用电解镍原料板分切、冷轧制造镍带，保持了材料高纯度，降低了能耗和镍过程损耗。但该工艺仍存在以下缺陷：

1、采用冷轧开坯，生产效率低，能耗高且轧机各部件损耗严重。而且对于内部存在分层和/或微气孔缺陷的电解镍板，首先进行较小变形量的冷轧，将在内部缺陷附近产生较大剪切力，容易导致材料裂纹缺陷加速扩展直至分层破坏。

2、其工艺中多次使用间歇式作业的真空热处理炉，会严重影响以薄带为主的高纯镍带材的产量。

3、经过几次冷轧过程电解镍板沿长度方向会延长至数米以上（原料电解镍板一般都在1米长左右）而且无法打卷，而能够进行如此形状和长度尺寸板材热处理的高温真空热处理炉由于造价太高在生产实践中实际上是无法采纳使用的。

上述现有技术由于在高纯镍带批量化生产实践中仍存在较大缺陷，因此迄今仍无法大规模得到应用和推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种高纯镍带的制造方法，该制造方法不但能够保持材料高纯度、降低能耗和降低镍过程损耗，而且采用现有绝大多数电解镍板生产商所提供的电解镍原料板时成材率高，生产出的镍带一致性好。

本发明总的发明构思是在分切和冷轧前首先消除电解镍原料板内部的分层缺陷，以提高成材率及产品的质量，具体可采取高温扩散热处理的方式或对整块板进行热轧开坯的方式来消除电解镍原料板内部的分层缺陷；采用热轧开坯来大大降低生产能耗；采用特定的焊接工艺来提高焊接处的纯度和保证焊接处厚度的一致性，从而提高产品的质量。本发明具体的技术方案如下： 

一种高纯镍带的制造方法，该方法是：对未经过熔炼的镍板热轧开坯，然后再通过至少一次退火工序和至少一次冷轧工序将开坯后的半成品加工成所需厚度的镍带。

可以将镍板生产厂家提供的整块电解镍板直接进行热轧开坯，利用热轧开坯消除镍板内部的分层缺陷。

也可以在热轧开坯前将镍板生产厂家提供的整块电解镍板先进行高温扩散热处理，消除镍板内部的分层缺陷，然后再进行热轧开坯，即在热轧开坯前增加高温扩散热处理工序，该方案对品质差的镍板能够产生较好的效果。

为提高生产效率和降低生产成本，还可以进一步在高温热扩散热处理工序前增加分选工序，分选工序采用超声波探伤方式将镍板分为有分层缺陷的镍板和无分层缺陷的镍板，所述高温扩散热处理工序仅处理有分层缺陷的镍板。

上述方案均是将未分切的整块电解镍板直接进行热轧开坯，由于没有分切的电解镍板较宽（通常为600～1000mm），所需的轧机价格较高，设备投资较多。因此，本发明还提供了先分切再热轧开坯的技术方案，进一步，按高温热扩散热处理工序前是否对镍板进行分选又分为两种方案，一种方案是：在热轧开坯前包括高温扩散热处理工序和分切工序，不包括分选工序，将镍板生产厂家提供的全部电解镍板都进行高温扩散热处理，再通过分切工序将所述高温热扩散热处理后的镍板剪切成指定宽度的镍板，然后再进行热轧开坯；第二种方案是：在热轧开坯前包括分选工序、高温扩散热处理工序和分切工序，将镍板生产厂家提供的全部电解镍板分为有分层缺陷的镍板和无分层缺陷的镍板，对有分层缺陷的镍板高温扩散热处理，然后用分切工序将分选后无分层缺陷的镍板和所述高温扩散热处理后的镍板剪切成指定宽度的镍板，然后再进行热轧开坯。

上述高温扩散热处理工序可以优选以下三种方案：采用热处理炉处理、或热压烧结炉处理、或直接通电处理。采用热处理炉处理的工艺过程为：将镍板置于热处理炉中，于真空气氛、或还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛，600～1400℃条件下，保温2～5小时，然后冷却至100℃以下出炉；采用热压烧结炉处理的工艺过程为：将镍板置于热压烧结炉中，在镍板两板面施加30～70MPa压力，并于真空气氛、或还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛，600～1400℃条件下，保温0.5～1.5小时，然后冷却至100℃以下出炉；直接通电处理的工艺过程为：给镍板直接通电加热至1000～1450℃，保温10～20分钟。

上述热轧开坯可以优选以下两种方案：采用热处理炉加热或中频感应线圈加热。采用热处理炉加热的工艺过程为：将镍板放入热处理炉，在还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛下加热至600～1200℃，保温1分钟～1小时，将镍板出炉后立即送入热轧机轧制，其中，第一道次轧制变形率为20%～50%。采用中频感应线圈加热的工艺过程为：利用中频感应线圈于500～10000Hz下将镍板加热至500～1100℃，然后立即送入热轧机轧制，其中，第一道次轧制变形率为20%～50%。

本发明优选在进行第一次退火前或后还包括焊接工序及焊接后的成卷工序，所述焊接工序采用无填充料式的焊接方式将多块热轧后的镍板或第一次退火后的镍板依次首尾相接成一条镍带，所述无填充料式的焊接方式为冷压焊、等离子焊、电子束焊和激光焊中的任意一种。此外，对于那些较厚（例如5mm以上）的高纯镍板产品而言，由于非常难以成卷生产，因此这些特殊情况下无需焊接成卷工序而可以单镍板加工成形。

本发明优选采用多次退火工序和多次冷轧工序，退火工序和冷轧工序交替进行，其中相邻两次退火工序之间的单道次轧制变形率为5%～35%，总轧制变形率为50%～90%；所述退火工序在间歇式热处理炉和/或连续式光亮热处理炉中、还原保护气氛下进行，其中，在间歇式热处理炉中的退火工艺参数为：300～900℃保温2～6小时，然后冷却至100℃以下出炉；在连续式光亮热处理炉中的退火工艺参数为：温度450～1150℃，带材走速为0.5～20米/分钟。

本发明高纯镍带制造方法采用热轧开坯，并可进一步在分切前对有分层缺陷的电解镍原料板进行高温扩散热处理，有效地修复了电解镍原料板中的分层缺陷，从而能够用现有绝大多数电解镍板生产商所提供的电解镍原料板生产出高质量、一致性好的高纯镍带，而且成材率可达88%，可见对原材料适应性好。同时，由于采用热轧开坯，生产效率高，能耗低，且轧机部件损耗小。

其采用无填充料式的焊接方式，解决了焊口附近纯度严重下降、厚度公差难控制等一致性性能差的问题，大大提高了镍带的品质。

此外，由于其不需要传统工艺中的熔炼工序，因此，能够保持材料高纯度，能够降低能耗和降低镍过程损耗。

附图说明

图1是本发明实施例1的工艺流程图。

图2是本发明实施例2的工艺流程图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明。

本发明提出了制造高纯镍带的方法，其技术方案是：除了特殊情况下高纯镍板不需要进行焊接成卷工序外，整个高纯镍带制造过程主要包括电解镍板分选、分切、热轧开坯、焊接成卷、过程热处理（即退火）、冷轧等所有工序或除去分选和/或分切以外的所有其他工序。对分选出来带有分层缺陷的电解镍板，随后对整块板采取高温扩散热处理或进行热轧开坯；对分选出来无分层但有微气孔缺陷的电解镍板，随后可进行分切或对整板进行热轧开坯；无论电解镍板是否进行分选，即无论是否存在分层和/或微气孔缺陷，后续均采用热轧开坯方式；焊接成卷工序采用无填充料式焊接工艺。

对于那些较厚（例如5mm以上）的高纯镍带产品而言，由于非常难以成卷生产，因此这些特殊情况下无需焊接成卷而可以单镍板加工成形；但对于大多情况，整个高纯镍带制造过程应包括电解镍板分选、高温扩散热处理、分切、热轧开坯、焊接成卷、过程热处理（即退火）、冷轧等所有工序或除去分选和/或分切以外的所有其他工序。其中，可省略分选工序的情况有：⑴热轧前不分切电解镍板，将整块镍板直接进行热轧；⑵电解镍板的质量非常稳定或内部缺陷类型固定。当然，对提高产品质量稳定和成材率的保障性而言，建议还是有必要加上对电解镍板的分选工序。此外，高纯镍带的最终产品一般都需要经过分条/切边、表面清洗去油才能满足用户要求，但这些工艺和技术都是本领域公知常识，在此不再赘述。

电解镍板的分选工序采用超声波探伤方式。电解镍板是在一个电解槽中通过做阴极的电镍始极片（0.5～2mm厚）上两板面电沉积镍至一定厚度（电解镍板总厚一般在5～18mm范围内）所得到的，目前市场上大量供应的电解镍板的镍纯度一般都在3N（99.9%）以上，甚至达到了4N（99.99%）。虽然纯度已满足高纯镍成分要求，但各生产厂家由于电流参数、电解液配方、电解液温度、添加剂的不同导致电解镍板内部质量存在较大差异。一方面在阴极沉积镍的同时很容易析氢造成电解镍板内部形成微气孔；另一方面始极片的表面处理工艺不当或工艺控制不稳定或电解过程断电都易造成板内部出现或大或小面积的叠层（或称分层），大部分分层发生在原始始极片开始电沉积镍的厚度位置附近。上述两种内部缺陷对绝大多数生产厂家而言，或单独出现或同时存在，只不过严重程度不同而已。由于电解镍板大多用于电镀或切成小镍块做合金元素（例如不锈钢）添加使用，上述缺陷对这些应用是没有什么负面影响的，因此绝大多数厂家不会专门针对高纯镍板带的应用做工艺改进来提升适用性。另外从整块制成的电解镍板外部观察也很难用肉眼发现上述缺陷，除非由于气孔太大在板面形成鼓泡（该情况可直接报废）。分层及气孔这些缺陷对于使用成熟的超声波探伤技术而言则非常容易被发现并予以标识分选，目前在一些大型钢铁及有色金属板带材生产厂家已成功采用高效率的全自动超声波无损探伤设备和技术用于铸造出的中厚板材内部质量缺陷的分选。经分选的电解镍板有利于采取不同的后续工序手段以显著提高对最终板带材产品的适用性。

对分选出来带有分层缺陷的电解镍板，随后应采取高温扩散热处理或对整块板进行热轧开坯方式，只有这样才有可能消除分层缺陷。而如果直接对有分层缺陷的电解镍板按一定宽度进行分切，其结果是剪切到分层部位时直接造成板材整体离层或剪出的板材侧面局部位置离层。整块离层的板虽然可以将分开后的若干块板继续往下各自加工，但这意味着后续焊接接头增多且各块板之间的厚度波动范围增大进而导致轧制工艺不稳定性增加，这些均不利于提高产品品质。侧面局部离层的那些镍板则很难在后续加工过程中愈合分层缺陷，这是因为电解镍原板均属于厚板，而厚板开坯难以实现超过60%以上的冷轧道次变形率（这样的设备投入太高，而60%以上的大变形率冷加工对形成材料间物理冶金键合即分层愈合是必需的）。此时即使采用热轧工艺，但由于从暴露在空气中的局部分层处非常容易氧渗入导致这些区域在高温加热中形成NiO，而不利于分层缺陷处愈合。因此对分选出来有分层缺陷的电解镍板，先必需通过高温扩散热处理或对整块板进行热轧开坯方式来消除分层缺陷，以下提供五种消除分层缺陷的具体方法：

⑴将整块电解镍板放入热处理炉中进行高温扩散热处理，在真空气氛、或还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛下，加热至600～1400℃，保温2～5小时，炉冷至100℃以下出炉。此时高温条件再加上合适的处理时间，使分层缺陷附近的原子扩散加速最终使缺陷愈合。另外由于镍的氧化层属于致密型的，形成稳定的NiO层厚后会防止镍基材的进一步氧化，而且由于没有分切则氧难以从整块电解镍板的侧面渗入，即氧化只在整块镍板的外表面形成，这对板内部的分层缺陷消除是没有负面影响的，因此高温扩散热处理实际上在微氧化气氛条件下进行也完全可行。

⑵将整块电解镍板放入热压烧结炉中进行高温扩散热处理，在真空气氛、或还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛下，同时在电解镍板两板面加上30～70MPa压力，加热至600～1400℃，保温0.5～1.5小时，炉冷至100℃以下出炉。这种在压力和温度同时作用下的镍原子扩散会较⑴途径进一步加剧，从而有利于分层缺陷加速愈合甚至获得更高的物理冶金键合强度。

⑶将整块电解镍板直接通电加热进行高温扩散热处理。一般是加热至1000～1450℃，保温10～20分钟。该方法简单易行且效率高、质量稳定，可获得无内部分层缺陷的电解镍板。

⑷将整块镍板在热处理炉加热后进行热轧开坯。该方法是将整块电解镍板放入热处理炉中，随后马上出炉进行热轧加工。热处理炉可以选择电加热炉或燃料加热炉中任意一种，通入还原气氛、惰性气氛、微氧化气氛的任意一种，镍板加热至600～1200℃并保温1分钟～1小时后立即出炉热轧，第一道次的轧制变形率在20%～50%。其温度和轧制变形率的选择原理如下：已知变形温度提高有利于降低材料的变形抗力，而这对纯镍材料是非常显著的（例如，纯镍的屈服强度从室温条件下的90MPa下降到800℃时的60Mpa）； 而热轧复合工艺的单道次临界轧制变形率（临界轧制变形率是指能够实现多层金属材料层间牢固结合，即消除分层的最低轧制变形率）必须在20%以上，因此采用该工艺不但可高效、低耗能地获得迅速减薄的镍板材，而且有利于消除原来在电解镍板中所存在的内部分层缺陷。

⑸将整块电解镍板通过热轧机前的中频感应线圈进行感应加热后立即进轧机轧制，感应加热参数为：频率500～10000Hz，加热温度500～1100℃，热轧第一道次的轧制变形率同⑷的要求。感应加热具有升温速度快、氧化程度低、能耗低等显著特点。采用该方式的参数选择基于以下原理：选用500～10000Hz是根据镍板厚5～18mm时热透所对应的频率来选定的，板材越厚则所选频率应越低；其加热温度较⑷稍低是因为感应加热较常规加热出炉后的温降小；轧制变形率的选择则与⑷相同。

总之，只有将整块电解镍板的内部分层缺陷通过上述处理途径之一消除后才能继续往下加工，其总的原则是绝不能在分层缺陷愈合前先分切。因为内部分层缺陷只有在与外界空气隔绝和封闭的情况下才容易通过高温扩散热处理或合适的热轧变形实现愈合。否则，如分选后先分切，将使这些分层缺陷很容易直接暴露到外界空气环境中，此时的缺陷愈合难以实现甚至很容易通过后续的轧制加工恶化发展。

对分选出来无分层但有微气孔缺陷的电解镍板，是否分切对后续的分层现象已不存在任何相关性，因此完全可进行分切再热轧开坯或者对整块板直接进行热轧开坯。在设备投资较少情况下，采用分切再热轧开坯工艺路线是较为合适的，毕竟满足600～1000mm宽的整块电解镍板热轧的轧机较分切后再热轧的轧机贵1～3倍以上。与带分层缺陷的电解镍板一样，带微气孔缺陷的电解镍板也应采用热轧开坯工艺，这是因为工艺参数合适的情况下，热轧有利于消除微气孔缺陷：一方面，微气孔在高温与塑性变形的同时作用下会沿晶界位置加速扩散并溢出；另一方面，足够的塑性变形与热同时作用所带来的强大能量可以强制气孔所形成的气隙破裂闭合直至达到金属原子间的物理冶金键合，即致密度增加且微气孔消失。而这些有利于消除微气孔缺陷的因素对冷轧开坯而言是难以实现的，而一旦微气孔缺陷因冷轧加工所提供的能量不足以消除并且很容易恶化扩展，就会导致气孔在镍板表层附近因加工变形破裂形成脱皮或退火过后气孔长大形成起泡，更严重的是在镍板带材内局部位置积聚的微气孔造成材料发脆现象。

以上所述同时也可以看出，电解镍板存在分层和/或微气孔缺陷，后续均应采用热轧开坯方式；另一方面，即使来料电解镍板本身不存在分层和/或微气孔缺陷，从提高生产效率、减少设备损耗、降低能耗等综合角度出发，采用热轧开坯方式完全可最终得到满足用户要求的外观和内在质量的高纯镍板带材。换而言之，无论是否对电解镍板进行分选，即无论是否存在分层和/或微气孔缺陷，后续均应采用热轧开坯方式。

一般而言，高纯镍板带材热轧开坯至一定厚度后需要焊接成卷。本发明采用无填充料式的焊接方式，改变了现有高纯镍板带材生产实践中常采用的带填充料的TIG焊接方式，从而解决了焊口附近纯度严重下降、厚度公差难控制等一致性性能差的问题。本发明选用冷压焊、等离子焊、激光焊、电子束焊等先进焊接工艺，而焊接过程完全无需填充焊丝。

冷压焊的原理是利用压力使欲焊位置的金属产生足够塑性变形，从而将待焊面的氧化膜挤出焊缝以外，最终达到金属原子间引力距离（4～6×10^-9mm）形成牢固接头。而且在焊接过程中不需要通电加热和加任何焊剂，因此焊口附近无热影响区和杂质，即在保证接头强度的同时对纯度无任何影响。冷压焊对塑性好、强度低的金属线材、带材的焊接是非常合适的，目前可焊接的最大截面积已达到2000mm²。作为塑性很好且强度较低的高纯镍材（软态高纯镍的延伸率可达50%，抗拉强度低于380Mpa）而言，冷压焊工艺完全可满足部分截面尺寸适中的高纯镍板带材生产过程中的焊接成卷需要。

等离子焊（PAW）实际上是在TIG焊基础上发展起来的一种新型焊接技术，它与TIG焊所形成的自由电弧不同，其用于焊接的能量来源是等离子电弧。其基本原理是通过离子气被电离成高温离子化气体，然后经过水冷喷嘴机械压缩并从喷嘴小孔穿出形成等离子电弧。等离子电弧的能量密度可达10⁵～10⁶W/cm²，其瞬间温度可达18000～24000K，远高于自由电弧(5000～8000K)，而更高的瞬间温度有利于镍原子在熔池中充分流动和扩散，并在快速冷却凝固速度条件下迅速形成牢固的焊接接头，而且电弧能量集中有利于减小热影响区和焊接变形，几乎可焊所有的金属并得到TIG焊无法达到的焊接质量。目前，无填充料的等离子焊已成功应用于铜、钛、不锈钢等金属板、带、管材的焊接来替代原来的TIG焊工艺，因此对高纯镍板带的焊接也是完全可行的。

激光焊、电子束焊是分别用激光束和电子束作为热源，直接轰击或照射工件，使其局部熔化达到焊接目的。它们均具有能量密度高（达到10⁴～10⁸ W /cm²）、加热面积小（聚集的束斑直径可控制在10^-2mm左右）的特点，因此可得到一次性焊透深（可达到几十毫米）、焊缝熔区深宽比大（可达50：1）、焊缝热影响区小、焊缝区域结晶状态变化小的焊接质量，这是加填充料的TIG焊无法实现的焊接效果。目前激光焊、电子束焊技术已成功应用于如钢铁、镍基材料等金属板带材的在线连续自动焊接，对于高纯镍板带的焊接也是适用的。

在此值得指出的是，与冷压焊焊口附近为加工变形组织结构不同，等离子焊、激光焊、电子束焊得到的焊口附近为金属凝固组织（即从液态至固态快速凝固），这三种焊接方法的凝固组织可通过后续的加工及退火逐渐演化成为加工组织，即与母材的加工变形组织结构一致化。另外等离子焊、激光焊、电子束焊较冷压焊而言，可获得更大焊接截面积的带材，完全满足高纯镍板带材的焊接成卷需要。

成卷后的高纯镍带的后续加工与常用的Ni200/Ni201等纯镍带的后续加工（指熔炼及热轧开坯之后的加工）实质上并无大的差异，均采用过程热处理（即退火）与多道次冷轧交替工艺路线。在此值得一提的是，焊接成卷可在对高纯镍板带第一次过程退火前或退火后进行，各有优点：退火前焊接成卷，方便入炉热处理从而提高生产效率；退火后再焊接成卷，则有利于减小材料内部应力从而提高焊接接头质量。

过程热处理的目的有以下几点：⑴为了消除材料加工应力，提高材料后续的塑性加工能力；⑵根据最终用户要求，控制材料力学性能，目前一般有成品全软态退火和成品半硬态退火两种。对高纯镍带而言，可采用间歇式热处理炉和/或连续式光亮热处理炉进行过程热处理，大多数工厂两种炉分别使用：材料厚度在1mm以上时用间歇式热处理炉，而厚度在1mm以下时用连续式光亮热处理炉处理材料更为合适。无论何种处理炉，对高纯镍带的处理应通入还原保护气氛（如：纯氢或氨分解气）才能获得表面光亮的材料。其中，间歇式热处理炉可以是罩式炉或井式炉，获得完全软态的高纯镍带的退火工艺参数为：加热温度至300～900℃，保温时间2～6小时，炉冷至100℃以下出炉；连续式光亮热处理炉进行过程退火的工艺参数：加热温度至450～1150℃，带材走速为0.5米/分钟～6米/分钟。对以上退火温度和时间（或走速）参数选择的原则是根据材料厚度、力学性能要求来制订的，一般厚度越薄或高硬度要求的带材热处理时退火温度越低、时间越短或走带速度越快；反之亦然。

冷轧加工可高效得到表面质量好、尺寸精度佳、力学性能（硬度）均匀的金属带材。对于高纯镍带而言，数道次冷轧与过程热处理交替，如此反复，直至按最终用户的力学性能要求在最后一次热处理后进行一定道次变形率的冷轧变形或以最后热处理状态交货，单道次轧制变形率一般在5%～35%之间选择，而两次过程退火间的总轧制变形率可在50%～90%范围内选择。

实施例1：制备0.2mm厚、100mm宽的软态高纯镍带。原材料为10块电解镍板，基本尺寸：厚度15mm×宽度600mm×长度1200mm，成分：Ni重量百分比≥99.97%。

参见图1，实施例1制造高纯镍带的方法包括以下步骤：

⑴超声波探伤分选。对10块来料电解镍板进行全自动超声波无损探伤，结果发现其中有5块板内部只有分层缺陷无其它缺陷，2块板既有分层缺陷又有微气孔缺陷（微气孔直径基本在1mm左右），3块板无分层和微气孔缺陷，即分选后发现7块电解镍板有分层缺陷，3块板没有任何内部缺陷。

⑵根据分选结果进行相应处理。其中，有分层缺陷的7块板进罩式热处理炉，通入氮气惰性气体保护，加热至850℃并保温5小时后冷却，冷却至80℃出炉，再次过全自动超声波检测，确认7块经高温扩散热处理后均无分层（如仍有分层缺陷则不能继续往下加工，只能做其它用途），然后进行分切，用剪板机沿整板的长度方向切成105mm宽的镍板；前面分选出来无分层的3块板同样也全部切成105mm宽的镍板。

⑶热轧开坯。全部切好后的镍板放入炉温为950℃的箱式电阻炉进行热轧开坯前的加热，保温30分钟后立即逐块出炉轧制，箱式电阻炉位于热轧机入口侧附近以尽量减小温降，每块镍板均经过5道次热轧，从15mm 轧至2.5mm厚，其中第一道次变形率为35%，其它道次的轧制变形率在25%～40%范围内选择，得到了约7m长左右的镍板。

⑷等离子焊接成卷。通过全自动等离子焊机将所有的镍板进行头尾依次相连的焊接，并通过后面的收卷机收卷。

⑸过程退火与多道次冷轧交替进行。过程退火分别在2.5mm（焊接成卷后）、0.5mm、0.2mm三个厚度情况下进行：2.5mm厚时在罩式退火炉中进行，通入氨分解保护气氛，升温至600℃并保温4小时，然后冷却至80℃出炉高纯镍板材；0.5mm和0.20mm厚时则均在连续式光亮退火炉中进行，通入氨分解保护气氛，退火温度均为750℃，带材走速分别为3.5m/分钟、5m/分钟。冷轧工艺如下：在2.5mm退火后10个道次冷轧至0.5mm过程中，道次轧制变形率在15%～25%间选择，可获得良好的板形和厚度精度的带材质量；0.5mm退火后5个道次冷轧至0.2mm过程中，道次轧制变形率在11%～25%间选择，可获得满足用户要求的厚度精度的带材质量。

高纯镍带材在0.2mm退火前或退火后经过分条/切边工序，切成100mm宽，获得满足力学性能、表面质量、尺寸精度、性能一致性等用户要求的高品质的高纯镍带产品，经检验后包装出库。

按上述工艺对数批电解镍板进行高纯镍带材的加工，证明采用本发明实例工艺，得到了较现有高纯镍带制备工艺质量更有保障的产品，采购的电解镍板原材料适用性明显增强，平均成材率达到88%，较原来获得同样尺寸和状态要求的高纯镍带的最高成材率68%已提升了20%以上。

实施例2：制备0.15mm厚、19mm宽的1/2硬态高纯镍带。原材料为10块电解镍板，基本尺寸：厚度15mm×宽度600mm×长度1200mm，成分：Ni重量百分比≥99.97%。

参照图2，实施例2制造高纯镍带的方法包括以下步骤：

⑴整块电解镍板进行热轧开坯。整块电解镍板依次放入链式连续加热炉，炉内通入保护性气氛（氨分解气），加热温度为1050℃，整个加热时间为15分钟，出炉后立即轧制。每块镍板均经过5道次热轧，从15mm 轧至2.5mm厚，其中第一道次变形率为35%，其它道次的轧制变形率在25%～40%范围内选择，得到了约7m长左右的镍板。

⑵激光焊接成卷。通过激光焊机将所有的镍板进行头尾依次相连的焊接，并通过后面的收卷机收卷。

⑶过程退火与多道次冷轧交替进行。过程退火分别在2.5mm（焊接成卷后）、0.5mm、0.2mm三个厚度情况下进行：2.5mm厚时在罩式退火炉中进行，通入氨分解保护气氛，升温至600℃并保温4小时，然后冷却至80℃出炉高纯镍板；0.5mm和0.2mm厚时则均在连续式光亮退火炉中进行，通入氨分解保护气氛，退火温度均为850℃，带材走速分别为4m/分钟、6m/分钟。冷轧工艺如下：在2.5mm退火后10个道次冷轧至0.5mm过程中，道次轧制变形率在15%～25%间选择，可获得良好的板形和厚度精度的带材质量；0.5mm退火后5个道次冷轧至0.2mm过程中，道次轧制变形率在15%～25%间选择。最后在0.2mm退火后进行两个道次的冷加工，轧至0.15mm, 可获得满足用户要求的厚度精度及力学性能的带材质量。

在得到0.15mm厚1/2H状态的高纯镍带材后，经过表面去油清洗、分条/切边工序，得到0.15mm厚×19mm宽的高纯镍带成品，该成品完全满足用户力学性能、表面质量、尺寸精度、性能一致性等要求，经检验后包装出库。

按上述工艺对数批电解镍板进行高纯镍带的加工，证明采用本发明实例工艺，得到了较现有高纯镍带制备工艺质量更有保障的产品，采购的电解镍板原材料适用性明显增强，平均成材率达到82%，较原来获得同样尺寸和状态的高纯镍带制备工艺的最高成材率水平68%已提升了14%以上。

Claims (8)

1.一种高纯镍带的制造方法，其特征在于：对未经过熔炼的镍板热轧开坯，然后再通过至少一次退火工序和至少一次冷轧工序将开坯后的半成品加工成所需厚度的镍带；

所述热轧开坯前还包括高温扩散热处理工序；所述高温扩散热处理工序前还包括分选工序，分选工序采用超声波探伤方式将镍板分为有分层缺陷的镍板和无分层缺陷的镍板，所述高温扩散热处理工序仅处理有分层缺陷的镍板。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：热轧开坯前还包括分切工序，分切工序用于将所述高温扩散热处理后的镍板剪切成指定宽度的镍板。 

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：热轧开坯前还包括分切工序，分切工序用于将分选后无分层缺陷的镍板和所述高温扩散热处理后的镍板剪切成指定宽度的镍板。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其特征在于：在进行第一次退火前或后还包括焊接工序及焊接后的成卷工序，所述焊接工序采用无填充料式的焊接方式将多块热轧后的镍板或第一次退火后的镍板依次首尾相接成一条镍带，所述无填充料式的焊接方式为冷压焊、等离子焊、电子束焊和激光焊中的任意一种。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其特征在于：所述高温扩散热处理工序采用热处理炉处理、或热压烧结炉处理、或直接通电处理，

采用热处理炉处理的工艺过程为：将镍板置于热处理炉中，于真空气氛、或还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛，600～1400℃条件下，保温2～5小时， 然后冷却至100℃以下出炉；

采用热压烧结炉处理的工艺过程为：将镍板置于热压烧结炉中，在镍板两板面施加30～70MPa压力，并于真空气氛、或还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛，600～1400℃条件下，保温0.5～1.5小时，然后冷却至100℃以下出炉；

直接通电处理的工艺过程为：给镍板直接通电加热至1000～1450℃，保温10～20分钟。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其特征在于：所述热轧开坯采用热处理炉加热或中频感应线圈加热， 

采用热处理炉加热的工艺过程为：将镍板放入热处理炉，在还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛下加热至600～1200℃，保温1分钟～1小时，将镍板出炉后立即送入热轧机轧制，其中，第一道次轧制变形率为20%～50%；

采用中频感应线圈加热的工艺过程为：利用中频感应线圈于500～10000Hz下将镍板加热至500～1100℃，然后立即送入热轧机轧制，其中，第一道次轧制变形率为20%～50%。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其特征在于：所述退火工序和冷轧工序均为多次，退火工序和冷轧工序交替进行，其中相邻两次退火工序之间的单道次轧制变形率为5%～35%，总轧制变形率为50%～90%；

所述退火工序在间歇式热处理炉和/或连续式光亮热处理炉中、还原保护气氛下进行，其中，在间歇式热处理炉中的退火工艺参数为：300～900℃保温2～6小时，然后冷却至100℃以下出炉；在连续式光亮热处理炉中的退火工艺参数为：温度450～1150℃，带材走速为0.5～20米/分钟。

8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：

所述高温扩散热处理工序采用热处理炉处理、或热压烧结炉处理、或直接通电处理，

采用热处理炉处理的工艺过程为：将镍板置于热处理炉中，于真空气氛、或还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛，600～1400℃条件下，保温2～5小时， 然后冷却至100℃以下出炉；

采用热压烧结炉处理的工艺过程为：将镍板置于热压烧结炉中，在镍板两板面施加30～70MPa压力，并于真空气氛、或还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛，600～1400℃条件下，保温0.5～1.5小时，然后冷却至100℃以下出炉；

直接通电处理的工艺过程为：给镍板直接通电加热至1000～1450℃，保温10～20分钟；

所述热轧开坯采用热处理炉加热或中频感应线圈加热， 

采用热处理炉加热的工艺过程为：将镍板放入热处理炉，在还原气氛、或惰性气氛、或微氧化气氛下加热至600～1200℃，保温1分钟～1小时，将镍板出炉后立即送入热轧机轧制，其中，第一道次轧制变形率为20%～50%；

采用中频感应线圈加热的工艺过程为：利用中频感应线圈于500～10000Hz下将镍板加热至500～1100℃，然后立即送入热轧机轧制，其中，第一道次轧制变形率为20%～50%；

所述退火工序和冷轧工序均为多次，退火工序和冷轧工序交替进行，其中相邻两次退火工序之间的单道次轧制变形率为5%～35%，总轧制变形率为50%～90%；

所述退火工序在间歇式热处理炉和/或连续式光亮热处理炉中、还原保护气氛下进行，其中，在间歇式热处理炉中的退火工艺参数为：300～900℃保温2～6小时，然后冷却至100℃以下出炉；在连续式光亮热处理炉中的退火工艺参数为：温度450～1150℃，带材走速为0.5～20米/分钟。

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