CN114273423A

CN114273423A - 一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法

Info

Publication number: CN114273423A
Application number: CN202111607907.0A
Authority: CN
Inventors: 宋孟; 陈旭阳; 曹学云; 黄贞益; 刘相华
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本发明公开了一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，属于金属材料加工领域。本发明的特点是将极薄带轧制过程分为三个阶段：大压下量粗轧、小压下量板形调控轧制过程、边部裂纹展直和裂纹消除轧制过程。在边部裂纹展直过程，利用多段变阶曲线凸度工作辊，结合边部负辊缝轧制方法，使极薄带边部在三向压应力作用下，极薄带边部裂纹在轧制过程中能逐渐得到展直。该发明可有效去除极薄带轧制过程中的边部裂纹缺陷，去掉了切边过程，可大幅提升轧制过程的稳定性，提高产品的成材率，降低生产成本。

Description

一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，更具体地说，涉及一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法。

背景技术

金属极薄带也称箔材，不同的国家、不同行业对不同种类箔材的规定也不尽相同。中国规定的铜、钢、镍等金属箔材的最大厚度为0.05mm，而美国规定的精密合金箔的最大厚度为0.127mm。

箔材的用途非常广泛，比如不锈钢及合金箔主要用于航空航天、精密仪表等部门的零部件；而制作微型高频脉冲变压器铁芯一般采用铁镍软磁合金箔材；钛合金箔一般用于航天飞机的防热瓦；哈氏合金不锈钢箔可用于发动机的隔片和长尺寸高温超导电缆；铜箔可用于电动汽车的动力电池。高质量的箔材是一个国家微成形、微制造能力的重要标志之一。

但金属极薄带在轧制过程中，由于累计变形量较大，轧件边部往往产生较为严重的裂纹缺陷，如果不及时消除，容易发生断带事故，严重影响生产正常进行。目前，多数企业主要采用切边剪，将边部裂纹及有可能发展为裂纹的缺陷区域(如微裂纹)剪切去除。但上述工艺虽然对切边后轧制时的边裂有一定的抑制作用，但对切边前的轧制道次出现边裂没有作用，仍不能完全避免断带。而且切边会降低极薄带的成材率，严重影响企业的经济效益。

经检索，申请号2015105140667的申请案公开了一种异速比可在线调节的金属极薄带负辊缝轧制方法，在人机界面上对上、下工作辊速度进行相同初始值设定，对异速比调节步长进行设定；对轧件施加初始张力和初始预压紧力；同步启动上、下工作辊；待轧制速度稳定后，在线增大轧件的初始张力，使初始张力增大至设定张力；在线压下辊缝，直到轧制力达到稳定轧制设定范围，开始目标轧制力下的负辊缝同步轧制；轧制结束前，根据轧制道次选择在线增大或减小上工作辊速度使异速比等于1；在线抬起辊缝，减小轧制力至停机前设定范围，在线减小设定张力至初始张力；在轧件厚区同步停止上、下工作辊，实现停机前设定范围轧制力及初始张力下的轧件厚区同步停机；重复上述步骤，直至轧件减薄至目标厚度。但实践中该申请案仍难以克服上述提到的极薄带边裂问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于针对目前极薄带加工中容易出现边裂问题的现状，拟提供一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，能够在不需要切边的前提下，利用轧制工艺，将极薄带边部裂纹展直，有效消除极薄带轧制过程中的边部裂纹缺陷，提高极薄带的成材率，降低生产成本，提高企业的经济效益。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，包括：

S1、大压下量粗轧：经5～15道次冷轧，将轧件厚度减薄至0.1mm～0.15mm；

S2、小压下量板形调整轧制：经1～4道次小压下量轧制，每道次压下量为5～15％，将轧件轧至厚度为0.09～0.075mm；

S3、边部裂纹展直轧制：调整轧辊辊缝至辊端压靠，压紧轧件边部，将轧件进一步减薄至0.03～0.01mm；利用边部负辊缝轧制方法，使轧件边部受三向压应力，使由于超大变形导致的边部裂纹在轧制过程中在三向压应力作用下，由于金属横向流动，使裂纹尖端由V型转变为U型，裂纹逐渐得到展直。

更进一步地，S1轧制过程中，下部的轧辊凸度为0～2μm，上部的轧辊凸度为40～70μm。

更进一步地，S2中穿带完成后，先施加预压紧力50～200kN，初始张力为相同厚度轧件屈服应力的10～20％，然后开始进行轧制。

更进一步地，轧件选用厚度为1～10mm的金属材料，包括无氧铜或工业纯钛或镍或镁合金。

更进一步地，S2中所用的轧辊直径为90～300mm，轧辊辊面宽度为200～600mm。

更进一步地，S3中所使用的轧辊为定制轧辊，定制轧辊的中部理论直径d为20-90mm，理论辊面宽度l为100-650mm，定制轧辊的1/4辊面曲线为分段函数，x表示沿轧辊中部至轧辊一端方向的距离，y表示与x值对应的轧辊实际半径：

式中：B-轧件宽度；H-轧件厚度；l-轧辊理论辊面长度；d-轧辊中部理论直径。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的展直止裂方法，在极薄带轧制过程中，采用大压下量粗轧、小压下量板形调整轧制和边部裂纹展直轧制三步法，并结合多段变阶曲线凸度工作辊，能有效将极薄带边部裂纹展直，起到消除边部裂纹的目的，提高金属极薄带的生产效率，降低生产成本，提高企业的经济效益，对金属极薄带轧制工艺发展有较强的推动作用。

附图说明

图1为常规轧制与本发明的负辊缝轧制状态示意图，其中(a)为常规轧制方式，(b)为负辊缝轧制方式；

图2为本发明中大压下量粗轧、小压下量板形调整轧制和边部裂纹展直轧制过程示意图，其中(a)为大压下量粗过程，(b)为小压下量板形调整轧制过程，(c)为边部裂纹展直轧制过程；

图3为多段变阶轧辊1/4表面曲线图；

图4为实施例1中的多段变阶轧辊1/4表面曲线图；

图5为本发明的极薄带边部裂纹展直过程图。

示意图中的标号说明：

100、轧辊；200、轧件。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1-图5所示，本实施例的一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，包括：

S1、大压下量粗轧：选用厚度8mm，宽度120mm的工业纯钛，经12道次冷轧，将轧件200厚度减薄至0.15mm，轧制过程中，所用的下部的轧辊100凸度为2μm，上部的轧辊100凸度为50μm。

S2、小压下量板形调整轧制：穿带完成后，施加预压紧力100kN，初始张力为相同厚度金属材料屈服应力的15％。所用的轧辊100直径90mm，辊面宽度200mm，经2道次小压下量轧制，每道次压下量为10％，将金属板带轧至厚度为0.08mm。

S3、边部裂纹展直轧制：调整所用的轧辊100辊缝至辊端压靠，压紧轧件200边部，利用特殊的定制轧辊，将轧件200进一步减薄至0.03mm；利用边部负辊缝轧制方法，使轧件200边部受三向压应力，使由于超大变形导致的边部裂纹在轧制过程中在三向压应力作用下，由于金属横向流动，使裂纹尖端由V型转变为U型，U型裂纹底部金属按照Mises流动法则朝着边端流动，裂纹逐渐得到展直，从而达到消除边部裂纹的目的。

具体地，本实施例中的S3中所用的定制轧辊，中部理论直径为50mm，理论辊面宽度为250mm，其1/4辊面曲线为以下所示的分段函数，x表示沿轧辊中部至轧辊一端方向的距离，y表示与x值对应的轧辊实际半径：

实施例2

本实施例的一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，基本同实施例1，更具体地，本实施例中选用厚度为10mm，宽度为140mm的无氧铜金属材料，过程如下：

S1、大压下量粗轧：经15道次冷轧，将轧件200厚度减薄至0.12mm，轧制过程中，所用的下部的轧辊100凸度为1μm，上部的轧辊100凸度为70μm。

S2、小压下量板形调整轧制：穿带完成后，施加预压紧力200kN，初始张力为相同厚度金属材料屈服应力的20％。所用的轧辊100直径300mm，辊面宽度600mm，经4道次小压下量轧制，每道次压下量为15％，将金属板带轧至厚度为0.09mm。

S3、边部裂纹展直轧制：调整所用的定制的轧辊100辊缝至辊端压靠，压紧轧件200边部，利用特殊的定制轧辊，将轧件200进一步减薄至0.02mm；具体地，本实施例中的S3中所用的定制轧辊，中部理论直径为90mm，理论辊面宽度为650mm，同理，根据分段函数确定其实际轧辊的1/4辊面曲线。

实施例3

本实施例的一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，基本同实施例1，更具体地，本实施例中选用厚度为1mm，宽度为50mm的镍或镁合金材料为轧件200，过程如下：

S1、大压下量粗轧：经5道次冷轧，将轧件200厚度减薄至0.1mm，轧制过程中，所用的下部的轧辊100凸度为0μm，上部的轧辊100凸度为40μm。

S2、小压下量板形调整轧制：穿带完成后，施加预压紧力50kN，初始张力为相同厚度金属材料屈服应力的10％。所用的轧辊100直径120mm，辊面宽度300mm，经1道次小压下量轧制，道次压下量为5％，将金属板带轧至厚度为0.075mm。

S3、边部裂纹展直轧制：调整所用的定制的轧辊100辊缝至辊端压靠，压紧轧件200边部，利用特殊的定制轧辊，将轧件200进一步减薄至0.01mm；具体地，本实施例中的S3中所用的定制轧辊，中部理论直径为20mm，理论辊面宽度为100mm，同理，根据分段函数确定其实际轧辊的1/4辊面曲线。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，其特征在于，包括：

S1、大压下量粗轧：经5～15道次冷轧，将轧件(200)厚度减薄至0.1mm～0.15mm；

S2、小压下量板形调整轧制：经1～4道次小压下量轧制，每道次压下量为5～15％，将轧件(200)轧至厚度为0.09～0.075mm；

S3、边部裂纹展直轧制：调整轧辊(100)辊缝至辊端压靠，压紧轧件(200)边部，将轧件(200)进一步减薄至0.03～0.01mm；利用边部负辊缝轧制方法，使轧件(200)边部受三向压应力，使由于超大变形导致的边部裂纹在轧制过程中在三向压应力作用下，由于金属横向流动，使裂纹尖端由V型转变为U型，裂纹逐渐得到展直。

2.根据权利要求1所述的一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，其特征在于：S1轧制过程中，下部的轧辊(100)凸度为0～2μm，上部的轧辊(100)凸度为40～70μm。

3.根据权利要求1所述的一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，其特征在于：S2中穿带完成后，先施加预压紧力50～200kN，初始张力为相同厚度轧件(200)屈服应力的10～20％，然后开始进行轧制。

4.根据权利要求1所述的一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，其特征在于：轧件(200)选用厚度为1～10mm的金属材料，包括无氧铜或工业纯钛或镍或镁合金。

5.根据权利要求1所述的一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，其特征在于：S2中所用的轧辊(100)直径为90～300mm，辊面宽度为200～600mm。

6.根据权利要求1所述的一种轧制极薄带时消除边部裂纹的展直止裂方法，其特征在于：S3中所使用的轧辊(100)为定制轧辊，定制轧辊的中部理论直径d为20-90mm，理论辊面宽度l为100-650mm，定制轧辊的1/4辊面曲线为分段函数，x表示沿轧辊中部至轧辊一端方向的距离，y表示与x值对应的轧辊实际半径：

式中：B-轧件宽度；H-轧件厚度；l-轧辊理论辊面宽度；d-轧辊中部理论直径。