CN109750239B

CN109750239B - 一种0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺

Info

Publication number: CN109750239B
Application number: CN201910192591.XA
Authority: CN
Inventors: 武会宾; 徐建勋
Original assignee: Wuxi Toyon New Materials Co ltd
Current assignee: Wuxi Toyon New Materials Co ltd
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2039-03-14
Also published as: CN109750239A

Abstract

本发明涉及一种0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，制备过程依次为：熔炼、锻造、热轧、退火、五次冷轧与四次退火以及清洗和拉矫，最后制备得到厚度为0.01~0.05mm，厚度精度+/‑0.001mm，晶粒度级别达13.0~13.5级，表面光洁度良好的超薄纯镍N6箔材。本发明采用压延法制备出厚度规格在0.05mm以下的超薄N6纯镍箔材，相比传统的羟基法和电解法，大幅提高了超薄纯镍箔材的生产效率，降低了生产成本，并可实现批量成产，满足工业发展需求。

Description

一种0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，属于纯镍合金及其制备技术领域。

背景技术

纯镍具有优良的耐蚀性、焊接性能及加工性能，较高的电真空性能和电磁控制性能，被广泛应用于化工、机械、电子，以及集成电路中电子、磁性薄膜、高纯试剂、标样等的制备，是现代工业不可或缺的重要材料，在国民经济、国防建设及现代化、信息化社会中起着及其重要的作用。N6是纯镍的一种，又称六号镍，其Ni含量大于99.5%，是工业上应用最广的纯镍材料。工业纯镍N6的杨氏模量为207GPa，剪切模量是76GPa，泊松比0.31，退火状态下拉伸强度300~500MPa，伸长率为10~40%，具有良好的加工性能，可加工成管、棒、线、板、带、箔材产品。

N6镍箔是电子、通讯、仪器等工业基础材料之一，镍箔表面光洁度高，具有良好的耐蚀性能和机械性能，广泛应用于电磁屏蔽、高储能密度碱性蓄电池、磁载体、面电阻、铁芯、装饰品、防水日用品等领域，经过处理还可作为防火、防潮、防磁的新型包装材料。降低镍箔厚度，可提高材料利用率，扩大材料应用范围，减轻质量，提高柔性，增大比表面积。近年来，随着工业的发展，对镍箔特别是超薄镍箔的需求不断增长，镍箔向着更薄的方向发展。

现有的镍箔制备方法主要包括压延法（机械法）、羟基法（化学法）和沉积法（电解法），而0.05mm以下超薄镍箔的制备方法主要为羟基法和沉积法。例如，CN108103533A公开了一种电沉积法制备镍箔的工艺方法，以镍板作为阳极，可旋转的钛辊筒作为阴极，控制电解槽内电镀溶液的温度为50~60℃，控制电流为15~20A/dm2，并调节电镀溶液的ph值为2.5~3.0，阴极辊的转速为1.2~1.4m/min，生产出的纯镍箔幅宽达1350mm，最小厚度为5μm。CN102719801A公开了一种羟基法制取镍箔的工艺方法，制备过程采用含镍的水淬合金为原料，在合成釜内与一氧化碳气体进行羰化反应制取羰基镍气体；再将制得羰基镍气体在分解器内进行分解，将分解的镍沉积在悬于分解器中部的基板上，经降温、出釜、剥离得到镍箔，最薄规格达0.02mm。电解法虽然具有设备简单、低能耗、低排放以及原材料的可循环利用等优点，但生产工艺复杂，生产成本高、效率低，受环境影响大。羟基法虽然生产效率高，但羟基化过程对生产工艺和设备要求较高，且容易引起毒气泄漏，造成环境污染。若能通过压延法生产出0.05mm以下超薄纯镍N6箔材，且实现批量生产，不仅能大幅提高生产效率，降低生产成本，从而满足工业化需求，还能降低环境污染，具有显著的社会及经济效益。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺。

本发明采用如下技术方案：一种0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，包括如下步骤：

（1）熔炼：将原料Ni板和超低碳炉料经烘烤后，装入双室结构电子束冷床炉中进行熔炼得到铸坯；

（2）锻造：将所得铸坯进行锻造开坯，锻造温度为1000℃~1100℃，锻造过程采用二轻一重的操作方法，避免局部变形不均匀；

（3）热轧：所得锻坯加热至1100~1150℃，保温2h，随后进入双辊可逆式热轧机进行5道次往返热轧，控制热轧温度为1000~1100℃，制备得到4.0~6.0mm的热轧板坯；

（4）退火：将所得热轧板坯放入真空热处理炉中进行半硬态退火，退火温度为550~600℃，保温时间120min，随后冷却到200℃出炉空冷至室温，得到半硬态冷轧原料；

（5）五次冷轧与四次退火：将所得4.0~6.0mm半硬态冷轧原料在二十辊冷轧机上，经五道次依次轧到2.0~2.5mm、0.5~0.8mm、0.2~0.4mm、0.05~0.15mm、0.01~0.05mm，单道次压下量大于50%，道次间分别将冷轧板放入光亮退火炉中进行离线退火处理，退火温度为600~700℃，保温时间10~20min；

（6）清洗：将冷轧板进行脱脂清洗，得到0.01~0.05mm半成品硬态纯镍箔；

（7）拉矫：半成品硬态纯镍箔进行拉矫处理，最终得到厚度规格0.01~0.05mm，厚度精度+/-0.001mm，宽幅500~1400mm，晶粒度级别达13.0~13.5级，表面光洁度良好的超薄纯镍N6箔材。

进一步的，所述步骤（1）中的双室结构电子束冷床炉采用电子束能量为10³~10⁶W/cm²，真空度小于10^-3Pa，炉料熔融状态时间大于30min，使得精炼、洁净化的过程可以充分进行。

进一步的，所述步骤（2）中锻造过程中锻坯宽度在600~640mm，锻坯厚度80~120mm，板坯宽高比为5~8，最大锻坯重量达1200kg。

进一步的，所述步骤（3）热轧过程中锻坯拉速为1~3m/min，平均道次压下量为40~50%。

进一步的，所述步骤（7）中的拉矫速度为100~120m/min，延伸率1~2%。

进一步的，所述步骤（7）得到的超薄纯镍N6箔材中包括有Ni、C、Si、Mn、Mg、Ti、Al、S、P、Fe几种组分，各组分的化学成分质量百分含量为Ni≥99.5%，C 0.002~0.01%，Si 0.02~0.1%，Mn 0.01~0.05%，Mg 0.01~0.03%，Ti 0.01~0.1%，Al 0.01~0.1%、S≤0.005%，P≤0.002%，Fe 0.01~0.1%。

进一步的，所述超低碳炉料中C含量低于0.01%。

本发明与现有技术相比具有如下优点：（1）本发明采用高温区大压下热轧配合半硬态退火工艺，通过提高冷轧原料的硬度，改善了成品箔材的表面质量和力学性能；通过二十辊冷轧机五次冷轧、四次退火，不仅解决了纯镍板变形抗力大的难题，也降低了成品镍箔的极限厚度规格；

（2）采用本发明的制备方法生产出厚度规格0.01~0.05mm，厚度精度+/-0.001mm，宽幅500~1400mm，晶粒度级别达13.0~13.5级，表面光洁度良好的超薄纯镍N6箔材；

（3）本发明采用压延法制备出厚度规格在0.05mm以下的超薄N6纯镍箔材，与传统的羟基法和电解法相比，大幅提高了超薄纯镍箔材的生产效率，降低了生产成本，并可实现批量成产，满足工业发展需求。

附图说明

图1为本发明的生产流程示意图。

图2为实施例一中N6镍板经不同道次冷轧后的截面组织形貌图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明中的超低碳炉料外购于中国有色金属研究总院。

实施例一：

本实施例中N6纯镍的各组分的质量百分含量为Ni≥99.5%，C 0.002~0.008%，Si0.05~0.1%，Mn 0.01~0.03%，Mg 0.01~0.03%，Ti 0.02~0.06%，Al 0.01~0.05%、S≤0.005%，P≤0.002%，Fe 0.03~0.07%。

其中，C的质量分数为0.002-0.008%。C作为主要的脱氧剂，可以改善纯镍的铸造性能，但Ni-C可以形成低熔点共晶物，使得热塑性受到一定影响。当C含量大于0.15%时，还能引起冷脆性。

S在原材料中的质量分数控制在0.005%以下。S是强烈破坏工业纯镍N6热加工性能的有害杂质，这是由于S在Ni中的溶解度极低，能与Ni形成低熔点共晶物，多以离异共晶的形式分布于晶粒间界。

Mn和Mg的质量分数分别均为0.01~0.03%。Mn和Mg在高温下对S有很大的亲和力，是理想的脱S剂，反应产物MnS和MgS的熔点分别高达1610℃和2000℃以上，形成的难熔化合物呈点状弥散分布。可以消除S对冷、热加工的有害影响，还可起到一定的细化晶粒作用。然而Mg含量过高时，会生成Ni-Ni2Mg共晶，会恶化热加工性能。

Ti和Al的质量分数分别为0.02~0.06%、0.01~0.05%。Al、Ti是γ相的主要形成元素，还有一定的脱氧作用。当这两种元素含量较少时，对提高纯镍的高温强度和热腐蚀性能都是有益的，而当其含量过高时容易出现粗大片状Ni3(Al, Ti)C，使得纯镍脆化，塑形急剧降低。

本实施例所述的0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备方法如下：

（1）熔炼：将原料Ni板和超低碳炉料经烘烤后，装入双室结构电子束冷床炉中进行熔炼。采用电子束能量为10⁵W/cm²，真空度为5×10^-4Pa，炉料熔融状态时间60min；

（2）锻造：将上述所得铸坯进行锻造开坯，开锻温度为1073℃，终锻温度为1034℃锻造过程采用二轻一重的操作方法，避免局部变形不均匀；锻坯宽度为640mm，锻坯厚度80mm，锻坯宽高比为8，得到锻坯重量为1150kg；

（3）热轧：将上述所得锻坯加热至1150℃，保温2h，随后进入双辊可逆式热轧机进行5道次往返热轧，开轧温度为1092℃，终轧温度为1023℃，锻坯拉速为2m/min，平均道次压下量为46%，得到5.5mm厚的热轧板坯；

（4）半硬态退火：将上述所得热轧板放入真空热处理炉中进行半硬态退火，退火温度为600℃，保温时间120min，随后冷却到200℃出炉空冷至室温，得到半硬态冷轧原料；

（5）五道次冷轧及退火：将上述所得半硬态冷轧原料在二十辊冷轧机上，经五道次依次轧到2.0mm、0.6mm、0.2mm、0.05mm、0.02mm，不同道次冷轧后镍板的截面组织形貌如图2所示，各道次间分别将冷轧板放入光亮退火炉中进行离线退火处理，退火温度为650℃，保温时间20min；

（6）脱脂清洗：将上述所得到的冷轧板进行脱脂清洗，得到0.02mm半成品硬态纯镍箔；

（7）拉矫：将上述所得到的半成品纯镍箔进行拉矫处理，拉矫速度为120m/min，延伸率1.5%，最终得到厚度规格0.02mm，厚度精度+/-0.001mm，宽幅1300mm，晶粒度级别达13.5级，表面光洁度良好的超薄纯镍N6箔材。

实施例二：

本实施例中N6纯镍的各组分的质量百分含量为Ni≥99.5%，C 0.002~0.008%，Si0.03~0.05%，Mn 0.02~0.05%，Mg 0.01~0.03%，Ti 0.02~0.08%，Al 0.01~0.05%、S≤0.005%，P≤0.002%，Fe 0.05~0.1%。

本实施例所述的0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备方法如下：

（1）熔炼：将原料Ni板和超低碳炉料经烘烤后，装入双室结构电子束冷床炉中进行熔炼，采用电子束能量为10⁵W/cm²，真空度为5×10^-4Pa，炉料熔融状态时间60min；

（2）锻造：将上述所得铸坯进行锻造开坯，开锻温度为1081℃，终锻温度为1065℃锻造过程采用二轻一重的操作方法，避免局部变形不均匀，锻坯宽度为600mm，锻坯厚度100mm，锻坯宽高比为6，得到锻坯重量为1100kg；

（3）热轧：将上述所得锻坯加热至1150℃，保温2h，随后进入双辊可逆式热轧机进行5道次往返热轧，开轧温度为1089℃，终轧温度为1034℃，锻坯拉速为2m/min，得到5.0mm厚的热轧板坯；

（4）半硬态退火：将上述所得热轧板放入真空热处理炉中进行半硬态退火，退火温度为550℃，保温时间120min，随后冷却到200℃出炉空冷至室温，得到半硬态冷轧原料；

（5）五道次冷轧及退火：将上述所得半硬态冷轧原料在二十辊冷轧机上，经五道次依次轧到2.0、0.5、0.15、0.05、0.01mm，各道次间分别将冷轧板放入光亮退火炉中进行离线退火处理，退火温度为680℃，保温时间20min；

（6）脱脂清洗：将上述所得到的冷轧板进行脱脂清洗，得到0.01mm半成品硬态纯镍箔；

（7）拉矫：将上述所得到的半成品纯镍箔进行拉矫处理，拉矫速度为120m/min，延伸率1.0%，最终得到厚度规格0.01mm，厚度精度+/-0.001mm，宽幅1350mm，晶粒度级别达13.5级，表面光洁度良好的超薄纯镍N6箔材。

Claims

1.一种0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，其特征是：包括如下步骤：

（1）电子束冷床炉熔炼：将原料Ni板和超低碳炉料经烘烤后，装入双室结构电子束冷床炉中进行熔炼得到铸坯；

（3）在线补温热轧：所得锻坯加热至1100~1150℃，保温2h，随后进入双辊可逆式热轧机进行5道次往返热轧，控制热轧温度为1000~1100℃，制备得到4.0~6.0mm的热轧板坯；

（4）半硬态退火：将所得热轧板坯放入真空热处理炉中进行半硬态退火，退火温度为550~600℃，保温时间120min，随后冷却到200℃出炉空冷至室温，得到半硬态冷轧原料；

（5）五次冷轧与四次退火：将所得4.0~6.0mm半硬态冷轧原料在二十辊冷轧机上，经五道次依次轧到2.0~2.5mm、0.5~0.8mm、0.15~0.4mm、0.05~0.14mm、0.01~0.05mm，单道次压下量大于50%，道次间分别将冷轧板放入光亮退火炉中进行离线退火处理，退火温度为600~700℃，保温时间10~20min；

（6）脱脂清洗：将冷轧板进行脱脂清洗，得到0.01~0.05mm半成品硬态纯镍箔；

2.如权利要求1所述的0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，其特征是：所述步骤（1）中的双室结构电子束冷床炉采用电子束能量为10³~10⁶W/cm²，真空度小于10^-3Pa，炉料熔融状态时间大于30min，使得精炼、洁净化的过程可以充分进行。

3.如权利要求1所述的0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，其特征是：所述步骤（2）中锻造过程中锻坯宽度在600~640mm，锻坯厚度80~120mm，板坯宽高比为5~8，最大锻坯重量达1200kg。

4.如权利要求1所述的0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，其特征是：所述步骤（3）热轧过程中锻坯拉速为1~3m/min，平均道次压下量为40~50%。

5.如权利要求1所述的0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，其特征是：所述步骤（7）中的拉矫速度为100~120m/min，延伸率1~2%。

6.如权利要求1所述的0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，其特征是：所述步骤（7）得到的超薄纯镍N6箔材中包括有Ni、C、Si、Mn、Mg、Ti、Al、S、P、Fe，各组分的化学成分质量百分含量为Ni≥99.5%，C 0.002~0.01%，Si 0.02~0.1%，Mn 0.01~0.05%，Mg 0.01~0.03%，Ti0.01~0.1%，Al 0.01~0.1%、S≤0.005%，P≤0.002%，Fe 0.01~0.1%。

7.如权利要求1所述的0.01~0.05mm超薄N6纯镍箔的制备工艺，其特征是：所述超低碳炉料中C含量低于0.01%。