CN115228937A - 一种超导带材用哈氏合金精密箔材及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种哈氏合金精密箔材的生产方法，包括中间轧程轧制步骤、成品轧程轧制步骤、清洗步骤、拉矫步骤、抛光步骤和纵切分条步骤，其中，中间轧程轧制步骤包括至少两个轧程，每个轧程的轧制变形量是35％～55％，并且，后一个轧程的轧制变形量不大于前一个轧程的轧制变形量。本发明还提供了一种哈氏合金精密箔材。本发明实现了哈氏合金C276精密箔材的连续稳定量产，生产的哈氏合金精密箔材具有优异的尺寸精度、表面粗糙度、力学性能。

Description

一种超导带材用哈氏合金精密箔材及其生产方法
技术领域
本发明涉及精密箔材生产制造技术领域，具体涉及一种超导带材用哈氏合金精密箔材及其生产方法。
背景技术
哈氏合金C276是一种镍基耐腐蚀合金，其主要成分为镍铬钼合金。因哈氏合金具有良好的抗腐蚀性和热稳定性，因此可作为金属基带应用于制备第二代高温超导带材。
经过长期研发我国第二代高温超导实现了规模化、产业化制备，在组分和设备上具有自主知识产权和国际竞争优势。但是，哈氏合金C276作为第二代高温超导带材的金属基带，由于目前轧制水平限制和其表面粗糙度较大问题，极大限制了第二代高温超导带材国产化进程。
因此，目前亟需提供一种超导带材用哈氏合金精密箔材的生产方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种超导带材用哈氏合金精密箔材及其生产方法。
具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种哈氏合金精密箔材的生产方法，包括中间轧程轧制步骤、成品轧程轧制步骤、清洗步骤、拉矫步骤、抛光步骤和纵切分条步骤，其中，所述中间轧程轧制步骤包括至少两个轧程，每个轧程的轧制变形量是35％～55％，并且，后一个轧程的轧制变形量不大于前一个轧程的轧制变形量。
可选地，在所述中间轧程轧制步骤中，在每个轧程之后进行退火处理；所述退火处理在全氢保护气体条件下进行，退火温度是1100～1150℃，退火速度是20～35m/min。
可选地，在所述中间轧程轧制步骤中，每个轧程包括至少两个道次，各个道次的轧制变形量不超过32.5％，并且，各个道次的轧制变形量依次递减。
可选地，所述成品轧程轧制步骤的轧制变形量是35％。
可选地，在所述清洗步骤中，采用浓度是3％～5％的碱性脱脂剂进行清洗。
可选地，在所述拉矫步骤中，延伸率是0.8％～1.3％。
可选地，采用厚度是0.3～0.6mm、宽度是500～650mm的哈氏合金C276作为原料。
一种哈氏合金精密箔材，采用上述的生产方法制备得到。
可选地，所述哈氏合金精密箔材的厚度不超过0.05mm，表面粗糙度Ra＜0.05μm。
可选地，所述哈氏合金精密箔材的力学性能是RP0.2＞780MPa，Rm是1100～1300MPa。
由上述技术方案可知，本发明的超导带材用哈氏合金精密箔材及其生产方法，至少具有如下优点：
本发明的超导带材用哈氏合金精密箔材及其生产方法通过全工序系统性研究，可实现哈氏合金C276精密箔材的连续稳定量产，开发的哈氏合金C276精密箔材具有优异的尺寸精度、表面粗糙度、力学性能。生产的哈氏合金C276精密箔材能够满足超导带材行业的要求。
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。除非另有说明，否则本发明中涉及的术语均具有本领域技术人员通常理解的含义。
在本发明中，“哈氏合金C276”、“镍基C276合金”、“C276合金”都具有相同的含义，可互换使用。
哈氏合金C276属于镍-钼-铬-铁-钨系镍基合金，是现代金属材料中最耐蚀的一种。哈氏合金C276的精密箔材在高温超导带材中用作金属基带。但是，镍基C276合金的力学性能非常突出，它具有高强度、高韧性的特点，所以在生产加工方面有一定的难度，而且其应变硬化倾向极强，当变形率达到15％时，约为18-8不锈钢(304不锈钢)的两倍。因此相比于普通不锈钢箔材生产方法，其轧程变形量设计区别于普通不锈钢箔材轧制方法。同时镍基C276合金是高温合金，钼含量15.0％～17.0％，钨含量3.0％～4.5％，其析出相碳化物具有高熔点和高稳定性，需950℃以上开始溶解，高于不锈钢碳化铬溶解温度850℃。由于哈氏合金C276的自身特性以及对轧制变形量、固溶温度等工艺参数的要求，使得现有的不锈钢精密箔材生产方法无法适用于哈氏合金C276。
为了获得具有优异的尺寸精度、表面粗糙度和力学性能的哈氏合金C276精密箔材，以满足第二代高温超导带材使用要求，本发明的发明人结合哈氏合金C276的性质对生产方法进行了深入的研究，从而创造性的提出了一种哈氏合金精密箔材的生产方法。
在本发明的生产方法中，根据最终产品的成分、性能和规格要求，选择厚度是0.3mm～0.6mm、宽度是500mm～650mm的哈氏合金C276卷材作为原料。
本发明的哈氏合金精密箔材的生产方法包括：中间轧程轧制、成品轧程轧制、清洗、拉矫、抛光和纵切分条。具体如下：
(1)对原料钢卷进行中间轧程轧制。
中间轧程采用小变形量多轧程轧制。
中间轧程包括多个轧程，例如两个轧程、三个轧程、四个轧程等。各个轧程的轧制变形量分别是35％～55％，并且，后一个轧程的轧制变形量不大于前一个轧程的轧制变形量。
在每一个轧程中，都采用多道次轧制，并且，各道次轧制变形量先大后小。
在每一个轧程结束之后，先进行退火处理(即固溶处理)，然后再进行下一个轧程的轧制。退火处理在立式光亮连续退火炉进行，该立式光亮退火炉的马弗炉罩内为高纯度(99.999％)全氢气保护气体，以防止钢带表面氧化，退火处理的温度是1100～1150℃，设置波动±5℃，退火速度是20～35m/min。
在一种优选的实施方案中，中间轧程依次包括：第一轧程、第一次退火处理、第二轧程、第二次退火处理、第三轧程和第三次退火处理。
第一轧程的轧制变形量是52％～54％，包括三个道次，各道次的轧制变形量依次是：30％～32％、19％～20％、15％～16％。
第二轧程的轧制变形量是52％～54％，包括三个道次，各道次的轧制变形量依次是：30％～32％、19％～20％、15％～16％。
第三轧程的轧制变形量是37％～39％，包括两个道次，各道次的轧制变形量依次是：22％～23.5％、20％～21％。
第一次退火处理、第二次退火处理和第三次退火处理的温度优选是1100～1140℃，并且，第一次退火处理、第二次退火处理和第三次退火处理的温度依次降低。
基于C276合金应变硬化倾向极强的特性和发明人进行的现场轧制研究，单轧程各道次变形量设计采用先大后小的轧制方法，否则后道次变形量出现无法正常压下的情况。多轧程采用变形量依次降低的方法是因带材厚度随着轧程逐渐减薄，薄料大变形量轧制易出现断带等问题，因此为了解决薄料轧制断带问题，采用多轧程变形量逐渐减少的方法。哈氏合金C276属于镍-钼-铬-铁-钨系镍基合金，为耐高温、耐腐蚀合金，其钼、钨等高熔点合金元素含量高使其固溶温度区别于同规格奥氏体不锈钢固溶温度，发明人通过热处理工艺摸索和轧制试验研究，中间轧程退火温度最佳温度为1100～1150℃，其退火温度随中间轧程厚度减少而降低。
(2)成品轧程轧制
中间轧程轧制得到的钢带进行成品轧程轧制，成品轧程采用固定变形量轧制，优选地，成品轧程采用35％的轧制变形量。
在一种优选的实施方案中，成品轧程包括三个道次，各道次均采用小变形量并且依次递减，例如，10％～15％。
中间轧程和成品轧程的轧制采用的是四立柱二十辊轧机，借此，能够对成品厚度和板型进行精准控制，例如，采用四立柱二十辊轧机多轧程轧制将原料钢卷轧制成成品厚度是0.05mm、厚度公差满足±0.005mm带材。各道次轧制时工作辊采用高速钢轧辊。
(3)清洗
成品轧程得到的带钢使用化学喷洗液进行清洗，对带钢表面进行脱脂。化学喷洗液采用碱性脱脂剂，浓度配置为3～5％(重量)。碱性脱脂剂可以参考现有技术中的方案，本领域技术人员在实际生产过程中能够根据需要进行合理选择，此处不作限定。
清洗过程中采用的预喷淋、刷洗机、高压喷淋水箱水温设置60～80℃，经烘干机烘干后表面洁净无轧制油残留。
(4)拉矫
经过除油清洗后的带钢进行板型拉矫，例如，采用二十三辊拉矫机进行板型拉矫。拉矫过程采用延伸率模式，利用拉矫机的张力控制装置和板型控制系统，执行延伸率0.8～1.3％，拉矫后板型平直和无明显轧制浪。
因带材为冷硬态成品，其力学性能RP0.2＞780MPa，Rm是1100～1300MPa，为高强度材料，小延伸率无法有效改善板型质量。因此采用大张力大延伸模式可以有效消除带材轧制时产生的边浪和板中浪等缺陷，实现带材板型平直和无明显轧制浪。
(5)抛光
对矫直后带材进行表面抛光处理，使带材表面粗糙度Ra＜0.05μm。例如，表面抛光处理可以采用全自动精密镜面生产线采用布轮抛光，抛光去除厚度约1μm，过线速度约100m/h。
通常，在精密箔材的制备过程中，通过采用特定直径、材质、粗糙度和表面硬度的工作辊来控制产品带材表面粗糙度。在本发明中，通过增加抛光处理步骤来获得期望的表面粗糙度，这样不仅能降低对工作辊的要求，使轧制过程顺利进行，而且解决了因带材表面粗糙度低在轧制、清洗、拉矫中因辊道打滑出现擦划伤等表面缺陷问题，能有效改善带材表面质量。
(6)纵切分条
对拉矫后的钢带在纵切机组进行分条生产，成品宽度在10mm，钢带宽度公差控制在-0.1～0.1mm之间，毛刺高度控制在5％以内。
采用上述生产方法得到的哈氏合金C276精密箔材具有优异的尺寸精度、表面粗糙度、力学性能。其厚度不超过0.05mm，厚度公差满足±0.005mm，表面粗糙度Ra＜0.05μm，力学性能是RP0.2＞780MPa，Rm是1100～1300MPa。
实施例
下面对实施例中使用的各个物质的来源进行说明，如果没有特别说明，所使用的原料和仪器均是商购获得，是本领域常规使用仪器和原料，只要其能满足实验需要即可。
实施例1
本实施例的目标成品的厚度为0.05mm，钢种为哈氏合金C276。
本实施例选用厚度为0.6mm、宽度600mm的C276冷轧不锈钢卷为原料，经四轧程冷轧后成品钢带厚度为0.05mm。
本实施例包括：
(1)中间轧程轧制
中间轧程依次包括：第一轧程、第一次退火处理、第二轧程、第二次退火处理、第三轧程和第三次退火处理。
第一轧程：对厚度0.6mm的哈氏合金C276原料采用四立柱二十辊轧机进行轧制，经3道次轧至0.28mm，轧制厚度依次为0.6mm→0.41mm→0.33mm→0.28mm，各道次轧制工作辊采用高速钢轧辊。
第一次退火处理：采用立式连续光亮退火炉以23m/min的速度，1140℃±5℃温度进行固溶处理，并采用高纯度(99.999％)的全氢气保护气体，风机冷却速度2200～2400r/min。
第二轧程：采用四立柱二十辊轧机进行第二次轧程，钢带厚度由0.28mm经3道次轧制轧至0.13mm，轧制厚度依次为0.28mm→0.19mm→0.153mm→0.13mm，各道次轧制工作辊采用高速钢轧辊。
第二次退火处理：采用立式连续光亮退火炉以33m/min的速度，1130℃±5℃温度进行固溶处理，并采用高纯度(99.999％)的全氢气保护气体，风机冷却速度2000r/min。
第三轧程：采用四立柱二十辊轧机进行第三次轧程，钢带厚度由0.13mm经2道次轧制轧至0.08mm，轧制厚度依次为0.13mm→0.10mm→0.08mm，各道次轧制工作辊采用高速钢轧辊。
第三次退火处理：采用立式连续光亮退火炉以33m/min的速度，1100℃±5℃温度进行固溶处理，并采用高纯度(99.999％)的全氢气保护气体，风机冷却速度1000r/min。
(2)成品轧程轧制
采用四立柱二十辊轧机进行成品轧程，钢带厚度由0.08mm经3道次轧制轧至0.05mm，轧制厚度为0.08mm→0.068mm→0.058mm→0.05mm，各道次轧制工作辊采用高速钢轧辊。
(3)清洗
对轧制完成后的成品使用化学喷洗液清洗带钢表面进行脱脂，化学喷洗液碱性脱脂剂，浓度配置为5％。预喷淋、刷洗机、高压喷淋水箱水温设置60～80℃，经烘干机烘干后表面洁净无轧制油残留。
(4)拉矫
经过除油清洗后采用二十三辊拉矫机进行板型拉矫，采用延伸率模式，采用矫直机具备独有的工艺张力控制装置和板型控制系统，执行延伸率1.0％，拉矫后板型平直和无明显轧制浪
(5)抛光
对矫直后带材进行表面抛光处理，使带材表面粗糙度Ra＜0.05μm。
(6)分条
对抛光后的钢带在纵切机组进行分条生产，成品宽度10mm，钢带宽度公差控制在-0.1～0.1mm之间，毛刺高度控制在5％以内。
检测得到的产品的性能，结果如下：
1)厚度偏差：0.05mm，即(-0.005，0.005)mm；
2)力学性能：RP0.2是1150MPa，Rm是1270MPa；
3)表面粗糙度：Ra是0.035μm。
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)

1.一种哈氏合金精密箔材的生产方法，包括中间轧程轧制步骤、成品轧程轧制步骤、清洗步骤、拉矫步骤、抛光步骤和纵切分条步骤，其特征在于：
所述中间轧程轧制步骤包括至少两个轧程，每个轧程的轧制变形量是35％～55％，并且，后一个轧程的轧制变形量不大于前一个轧程的轧制变形量。
2.根据权利要求1所述的哈氏合金精密箔材的生产方法，其特征在于，在所述中间轧程轧制步骤中，在每个轧程之后进行退火处理；
所述退火处理在全氢保护气体条件下进行，退火温度是1100～1150℃，退火速度是20～35m/min。
3.根据权利要求1所述的哈氏合金精密箔材的生产方法，其特征在于，在所述中间轧程轧制步骤中，每个轧程包括至少两个道次，各个道次的轧制变形量不超过32.5％，并且，各个道次的轧制变形量依次递减。
4.根据权利要求1所述的哈氏合金精密箔材的生产方法，其特征在于，所述成品轧程轧制步骤的轧制变形量是35％。
5.根据权利要求1所述的哈氏合金精密箔材的生产方法，其特征在于，在所述清洗步骤中，采用浓度是3％～5％的碱性脱脂剂进行清洗。
6.根据权利要求1所述的哈氏合金精密箔材的生产方法，其特征在于，在所述拉矫步骤中，延伸率是0.8％～1.3％。
7.根据权利要求1所述的哈氏合金精密箔材的生产方法，其特征在于，采用厚度是0.3～0.6mm、宽度是500～650mm的哈氏合金C276作为原料。
8.一种哈氏合金精密箔材，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的生产方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的哈氏合金精密箔材，其特征在于，所述哈氏合金精密箔材的厚度不超过0.05mm，表面粗糙度Ra＜0.05μm。
10.根据权利要求8所述的哈氏合金精密箔材，其特征在于，所述哈氏合金精密箔材的力学性能是RP0.2＞780MPa，Rm是1100～1300MPa。
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