CN113042527A - 高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材及其生产方法 - Google Patents

高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种不锈钢箔材的生产方法，包括：对原料钢卷进行包括三个轧程的中间轧程轧制；进行成品轧程轧制；进行成品退火处理和矫直处理。本发明还提供了该方法制备得到的不锈钢箔材。采用本发明的方法能够解决极薄不锈钢箔材的高强度和高塑性难以同时满足的缺点。

Description

高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材及其生产方法
技术领域
本发明涉及极薄精密不锈钢带生产制造技术领域，具体涉及一种高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材及其生产方法。
背景技术
极薄精密不锈钢带目前已进入航空航天、石油化工、医疗电子、通信半导体、汽车零部件、计算机产品等领域，具有非常高的附加值，这对不锈钢的金属特性、耐蚀性、表面质量也提出了更高的要求。特别是，对于宽度600mm以上厚度0.05mm以下的强度高且延伸率至少达到50％的高塑性产品精密不锈钢钢箔产品，目前还没有生产这类产品的工艺技术。目前，只有日本、美国的少数企业可生产出厚度0.05mm不锈钢钢箔产品，但其宽度受限，只能生产出宽度为450mm以下的产品，并且箔材延伸率均＜50％。
一方面，市场上对高性能不锈钢箔材存在极大的需求，但另一方面，目前缺少幅宽超过600mm精密不锈钢钢箔的轧制工艺。因此，开发一种宽度600mm以上厚度0.05mm以下高强度高塑性精密不锈钢钢箔，填补技术空白，满足市场需求，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材的生产方法以及由该生产方法制备得到的高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材。
具体来说，本发明通过如下技术方案实现的：
一种不锈钢箔材的生产方法，包括：
S1：对原料钢卷进行包括三个轧程的中间轧程轧制；
S2：进行成品轧程轧制；
S3：进行成品退火处理和矫直处理。
可选地，所述原料钢卷是301L钢卷。
可选地，所述中间轧程包括：第一轧程，变形量45％-55％；第二轧程，变形量50％-60％；第三轧程，变形量50％-60％；
优选地，在第一轧程、第二轧程和第三轧程完成之后，分别立即进行高温中间柔性化光亮退火；
更优选地，退火温度为950-1150℃，退火TV值是2.5-15，三次退火的TV值逐步减小。
可选地，所述中间轧程的每个轧程都采用5道次轧制；
其中，首道次采用高粗糙度拉丝处理轧辊，轧辊材质选择为M2，粗糙度Ra为1.5～3.0μm，单道次变形量23％～28％；剩余道次采用粗糙度Ra为0.1～0.5μm的轧辊。
可选地，所述成品轧程依次包括：第一道次轧制，变形量25％-30％；第二道次轧制，变形量20％-28％；第三道次轧制，变形量15％-20％；第四道次轧制，变形量5％-10％；
优选地，在完成第三道次轧制之后，进行TA去应力热处理，热处理温度是600～800℃，TV值不小于1然后再进行第四道次轧制。
可选地，所述成品轧程的轧制张力是230～300N/mm2，轧制力≤500KN。
可选地，所述成品轧程采用的工作辊的直径采用
Figure BDA0002988536110000021
材质选择为M2，粗糙度Ra为0.1～0.25μm，表面硬度是HRC63～68。
可选地，所述成品退火处理的温度是900～1100℃。
可选地，所述矫直处理采用二十三辊拉伸弯曲矫直，开口度是-1.5～-2.0mm，延伸率是0.3％～0.45％，矫直辊辊径是12～16mm。
一种不锈钢箔材，采用上述的不锈钢箔材的生产方法得到，所述不锈钢箔材的厚度≤0.05mm，宽度≥600mm，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥50％。
相比于现有技术，本发明的高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材及其生产方法，至少具有如下有益效果：
在选料步骤中，通过热处理后强度、延伸率对比的分析进行原料选择；在生产流程和中间退火晶粒组织设计步骤，进行中间轧程的柔性化退火工艺设计，通过工艺创新使晶粒细化至9～10级，为超细晶成品奠定基础；在中间工序及成品轧程轧制工艺步骤中，设计TA去应力工序新增设计，使得成品轧程变形量更加充分，内部组织结构更加均匀，同时进行成品轧程工作辊工艺参数优化、道次设计和轧制力与轧制张力控制；在成品退火工艺步骤中，设计低温快速退火的热处理工艺，抑制晶粒长大，实现3～5μm超细晶粒组织控制；在矫直平整工艺步骤中，设计采用二十三辊拉伸弯曲矫直工艺，开口度-1.5～-2.0mm，延伸率0.3％～0.45％。由此，实现了厚度0.05mm以下高强度高塑性精密不锈钢箔材生产工艺平稳生产，钢带表面质量良好，性能均匀稳定，满足高品质的需求。
附图说明
图1是本发明高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材生产方法的工艺流程图。
图2是本发明一种实施方案中成品轧程轧制采用的工作辊的示意图。
图3是德国桑德威(SUNDWIG)四立柱二十辊可逆式轧机的轧制辊系简图。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
不锈钢带材而言，常规工艺下材料强度提升同时材料的塑性将降低，塑性和强度存在较大的矛盾。以奥氏体不锈钢为例，强度超过700MPa，其塑性(通长用延伸率衡量)均低于50％。常规工艺下，获得高强度的方法主要是通过一定比例的加工硬化，加工硬化将直接导致塑性急剧下降。目前，常规工艺无法实现高强度同时高塑性。
针对目前宽幅极薄精密不锈钢箔材无法同时具备高强度和高塑性的问题，本发明的发明人通过研究，对工艺进行创造性地改进，从而提出了一种高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材的生产方法。该方法能够实现内部组织结构微细化，从而在保障带材塑性基础上提升材料的强度。
本发明的高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材的生产方法包括：对原料钢卷进行包括三个轧程的中间轧程轧制，成品轧程轧制以及成品退火处理和矫直处理。
本发明采用四轧程-中间柔性化退火-成品轧程大变量轧制+过程TA热处理-成品低温快速退火工艺流程，实现了厚度≤0.05mm、宽度≥600mm、抗拉强度≥650MPa并且延伸率≥50％的不锈钢箔材的生产。
图1示出了本发明高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材生产方法的工艺流程图。下面结合图1，对本发明的高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材生产方法进行详细说明。
本发明的高强度高塑性极薄精密不锈钢箔材生产方法可适用于任何牌号的原料钢卷。在实施过程中，为了能够实现最好的效果，在执行本发明的方法之前先进行准备步骤，即步骤S0：选择原料钢卷。
在步骤S0中，通过不同材质原料的轧制、热处理后性能以及代表性成分分析，来选择最适合应用于本发明生产方法的轧制原料。
通过发明人的研究，本发明的生产方法优选采用301L(GB牌号)的原料钢卷。
以301L为例，通过不同材质原料的轧制和热处理分析，可以看到，随着C元素含量减少，在变形量50％的情况下，301L的强度减少幅度较小，但延伸率相对较高；在相同变形量情况下，301L钢种轧制变形抗力小，其塑性韧性强，有利于轧制及热处理工序生产。因此，选择301L作为本发明生产方法的原料。
优选地，为了保证本发明的生产方法得到的不锈钢箔材的各项性能指标和板型，原料钢卷的厚度≥0.5mm(优选0.5～1.0mm)、宽度500～650mm、表面光洁度为2B(亚光表面，GB/T 3280)。
随后，开始执行本发明的不锈钢箔材的生产方法，包括：
步骤S1：对原料钢卷进行中间轧程轧制。
中间轧程包括三个轧程：第一轧程，变形量45％-55％；第二轧程，变形量50％-60％；第三轧程，变形量50％-60％。在第一轧程、第二轧程和第三轧程完成之后，分别立即进行高温中间柔性化光亮退火，退火温度为950-1150℃，退火TV值(即钢卷厚度与钢卷运行速度的乘积)：2.5-15，并且，三次退火的TV值逐步减小，从而确保中间退火后晶粒组织微细化。
每个轧程都采用5道次轧制。其中，首道次采用高粗糙度拉丝处理轧辊，轧辊材质选择为M2(即钼系高速钢)，粗糙度Ra为1.5～3.0μm，单道次变形量23％～28％，剩余道次采用常规轧辊，粗糙度Ra为0.1～0.5μm，剩余4道次单道次变形量逐步减少，保证整体变形量即可。
通过“轧制-退火-轧制-退火-轧制-退火-轧制”工艺，中间轧程总变量可以达到87.5％-93％，保证带材原始组织足够的变形量，通过三次高温快速退火，抑制内部晶粒粗大，调整内部组织晶粒大小和均匀性。在内部晶粒细化到9-10级后，为最后60％级以上变形量成品轧制提供良好的加工性，晶粒组织如果出现9级以下特别是7级以下组织，材料加工性将无法满足成品轧制大变量的要求，带材极大可能出现断带等问题。经过三次“轧制-退火”轧程设计，带材内部均匀性可以得到保障，同时为薄带均匀变形提供可能。每个轧程首道次设计了粗糙度Ra为1.5～3.0μm，单道次变形量23％～28％工艺，确保实现轧制过程中快速组织转变。
步骤S2：进行成品轧程轧制。
在步骤S2中，轧制采用的工作辊的直径是
Figure BDA0002988536110000051
工作辊材质选择为M2(即钼系高速钢)，工作辊粗糙度Ra为0.1～0.25μm，工作辊表面硬度达到HRC63～68。作为一个具体的实例，步骤S2中采用的工作辊如图2所示，其长度例如是780mm，两端支撑段例如各为110mm。
步骤S2的成品轧程分为四道次轧制，各道次变形量逐步减小。具体地，第一道次轧制，变形量25％-30％；第二道次轧制，变形量20％-28％；第三道次轧制，变形量15％-20％；第四道次轧制，变形量5％-10％。优选地，在完成第三道次轧制之后，进行TA去应力热处理(即张力低温去应力热处理)，热处理温度是600～800℃，TV值不大于1，然后再进行第四道次轧制。
在步骤S2中，成品轧程轧制的轧制张力控制在230～300N/mm2，轧制力控制在500KN以下。
在步骤S2中，增加TA去应力工序，确保在前三道次变形量较大情况下消除带材内应力，减小最后道次的变形抗力，提高成品轧制尺寸精度和轧制板型，从而实现超过60％以上的成品轧制变形量，组织结构更加碎化，确保成品热处理过程中固溶过程更多的形核点，从而细化晶粒，是成品3-4μm晶粒组织的基础。TA去应力处理后，带材内部变形抗力减小，极大促进最后道次的轧制力及张力的稳定控制，确保带材内部组织细化。
S3：进行成品退火处理和矫直处理。
完成成品轧程轧制之后，对钢箔进行低温快速退火处理，退火温度900～1100℃，TV值不小于2。通过低温快速退火处理，抑制晶粒长大，实现3～5μm超细晶粒组织控制。
退火处理之后，进行矫直平整处理。采用二十三辊拉伸弯曲矫直工艺，开口度是-1.5～-2.0mm，延伸率是0.3％～0.45％，矫直辊辊径是12～16mm。
本发明的生产方法可采用德国桑德威(SUNDWIG)四立柱二十辊可逆式轧机进行。图3示出了SUNDWIG四立柱二十辊可逆式轧机的轧制辊系简图，轧制辊系主要由一对工作辊1、两对第一中间辊2、三对第二中间辊3、四组背衬轴承4构成，该轧机独特的四立柱机架结构使得轧制过程中可以根据卷材实际情况采用倾斜轧制，保证卷材的板型良好，减少轧制过程中的板型波动。当然，这只是示例性的，本发明的方法也可采用其它轧机来实施。
采用上述生产方法能够解决高强度和高塑性互相矛盾的问题，实现高强度和高塑性双向调控，并且使箔材表面质量良好，性能均匀稳定。具体地，不锈钢箔材的厚度≤0.05mm，宽度≥600mm，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥50％。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述各实施例和对比例中各参数的检测都参考GB/T228.1(金属材料拉伸试验标准)来进行。
下述各实施例和对比例都采用德国桑德威(SUNDWIG)四立柱二十辊可逆式轧机进行。
实施例1
本实施例的方法包括如下步骤：
S0，选择原料钢卷：选择规格为厚度0.5mm×宽度615mm、表面光洁度为2B(亚光)的301L不锈钢钢卷作为轧制原料。
S1，中间轧程轧制：中间轧程轧制设计参数以及相关技术要求如表1所示：
表1
道次 来料厚度 轧制后厚度 变形量 退火温度要求 其他技术要求
第一轧程 0.5mm 0.22mm 56.0％ 1080℃，TV值8.8 轧制前切边
第二轧程 0.22mm 0.1mm 54.5％ 1050℃，TV值4.5
第三轧程 0.1mm 0.05mm 50.0％ 1000℃，TV值2.6 轧制前切边
每个轧程都采用5道次轧制。其中，首道次采用高粗糙度拉丝处理轧辊，轧辊材质选择为M2(即钼系高速钢)，粗糙度Ra为1.65μm，单道次变形量25％，剩余道次采用常规轧辊，粗糙度Ra为0.28μm，剩余4道次单道次变形量逐步减少，保证整体变形量即可。
S2，成品轧程轧制：
采用的工作辊直径是
Figure BDA0002988536110000071
工作辊材质选择为M2，工作辊粗糙度Ra为0.15μm。
成品轧程依次包括：第一道次，由0.05mm轧制至0.036mm；第二道次，由0.036mm轧制至0.027mm；第三道次，由0.027mm轧制至0.022mm；TA去应力热处理，温度720℃；第四道次，由0.022mm轧制至0.02mm。成品轧程道次设计参数以及相关技术要求如表2所示：
表2
道次 来料厚度 轧制后厚度 变形量 备注
第一道次 0.05mm 0.036mm 28％
第二道次 0.036mm 0.027mm 25％
第三道次 0.027mm 0.022mm 18.5％
TA处理 0.022mm 热处理温度720℃
第四道次 0.022mm 0.02mm 9.1％
成品轧程轧制张力控制在280N/mm2，轧制力控制在450KN。
S3：进行低温快速热处理，热处理温度是950℃，控制晶粒尺寸3～5μm，成品晶粒尺寸必须严格控制和检测；然后采用二十三辊拉伸弯曲矫直处理，开口度-1.6mm，延伸率0.45％，辊径12mm。
对本实施例得到的箔材进行检测，工作侧厚度实测为0.019mm，传侧厚度实测为0.02mm(整体尺寸是0.02mm，带材两端厚度均代表全力要求的限定厚度)，宽度600mm，抗拉强度700MPa，延伸率50％。
对比例
S0，选择原料钢卷：选择规格为厚度0.35mm×宽度615mm、表面光洁度为2B(亚光)的301L不锈钢钢卷作为轧制原料。
S1，中间轧程轧制：中间轧程轧制设计为三道次，第一道次由0.35mm轧制至0.15mm，第二道次由0.15mm轧制至0.07mm，第三道次由0.07mm轧制至0.035mm，退火温度为1050℃。
S2，成品轧程轧制：采用的工作辊直径是
Figure BDA0002988536110000081
工作辊材质选择为M2，工作辊粗糙度Ra为0.15μm。
成品轧程具体包括：第一道次由0.035mm轧制至0.029mm，第二道次由0.029mm轧制至0.025mm，第三道次由0.025mm轧制至0.022mm，第四道次由0.022mm轧制至0.02mm，退火温度为1050℃。张力控制在300N/mm2，轧制力控制在450KN。
对得到的箔材进行检测，工作侧厚度实测为0.019mm，传侧厚度实测为0.02mm，宽度580mm，抗拉强度590MPa，延伸率40％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不锈钢箔材的生产方法，其特征在于，包括：
S1：对原料钢卷进行包括三个轧程的中间轧程轧制；
S2：进行成品轧程轧制；
S3：进行成品退火处理和矫直处理。
2.根据权利要求1所述的不锈钢箔材的生产方法，其特征在于，所述原料钢卷是301L钢卷。
3.根据权利要求1所述的不锈钢箔材的生产方法，其特征在于，所述中间轧程包括：第一轧程，变形量45％-55％；第二轧程，变形量50％-60％；第三轧程，变形量50％-60％；
优选地，在第一轧程、第二轧程和第三轧程完成之后，分别立即进行高温中间柔性化光亮退火；
更优选地，退火温度为950-1150℃，退火TV值是2.5-15，三次退火的TV值逐步减小。
4.根据权利要求3所述的不锈钢箔材的生产方法，其特征在于，所述中间轧程的每个轧程都采用5道次轧制；
其中，首道次采用高粗糙度拉丝处理轧辊，轧辊材质选择为M2，粗糙度Ra为1.5～3.0μm，单道次变形量23％～28％；剩余道次采用粗糙度Ra为0.1～0.5μm的轧辊。
5.根据权利要求1所述的不锈钢箔材的生产方法，其特征在于，所述成品轧程依次包括：第一道次轧制，变形量25％-30％；第二道次轧制，变形量20％-28％；第三道次轧制，变形量15％-20％；第四道次轧制，变形量5％-10％；
优选地，在完成第三道次轧制之后，进行TA去应力热处理，热处理温度是600～800℃，TV值不小于1然后再进行第四道次轧制。
6.根据权利要求1所述的不锈钢箔材的生产方法，其特征在于，所述成品轧程的轧制张力是230～300N/mm2，轧制力≤500KN。
7.根据权利要求1所述的不锈钢箔材的生产方法，其特征在于，所述成品轧程采用的工作辊的直径采用
Figure FDA0002988536100000011
材质选择为M2，粗糙度Ra为0.1～0.25μm，表面硬度是HRC63～68。
8.根据权利要求1所述的不锈钢箔材的生产方法，其特征在于，所述成品退火处理的温度是900～1100℃。
9.根据权利要求1所述的不锈钢箔材的生产方法，其特征在于，所述矫直处理采用二十三辊拉伸弯曲矫直，开口度是-1.5～-2.0mm，延伸率是0.3％～0.45％，矫直辊辊径是12～16mm。
10.一种不锈钢箔材，采用权利要求1～9任一项所述的不锈钢箔材的生产方法得到，其特征在于，所述不锈钢箔材的厚度≤0.05mm，宽度≥600mm，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥50％。
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