微米級(jí)鉭箔材軋制工藝優(yōu)化

薛少博，舒瀅，張國(guó)霞，薛小田，張潔，閆西安

(西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016）

微米級(jí)鉭箔材軋制工藝優(yōu)化

薛少博，舒瀅，張國(guó)霞，薛小田，張潔，閆西安

(西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016）

本文主要介紹了以厚度0.2mm鉭帶為坯料，采用六輥冷軋機(jī)開坯+二十輥軋機(jī)冷軋和二十輥軋機(jī)直接開坯兩種加工工藝方式，并試驗(yàn)選取合適的中間熱處理制度，生產(chǎn)出0.008mm微米級(jí)鉭箔材。通過(guò)兩種加工工藝對(duì)比，得出采用六輥冷軋機(jī)開坯+二十輥軋機(jī)冷軋軋制方法，坯料的板型、表面質(zhì)量及橫向厚差得到優(yōu)化，因此可以提高坯料及后續(xù)的微米級(jí)鉭箔材軋制效率，提高成品率。

微米級(jí)；鉭箔；軋制；熱處理

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，稀有金屬箔材在航空航天和電子通訊等行業(yè)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，需求也在日益增多，尤其是高精度超薄的鉭箔材具有更廣闊的應(yīng)用前景。鉭箔材主要用于通訊、航空、海底電纜、高級(jí)電子裝置、民用電器等領(lǐng)域使用的電解電容器和高級(jí)化工防腐設(shè)備。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)對(duì)于尺寸規(guī)格為0.003～0.008mm×100mm×Lmm的鉭箔材需求量大，但所需產(chǎn)品主要靠從國(guó)外進(jìn)口解決，成本極高。

本研究主要通過(guò)工藝試驗(yàn)對(duì)比，不僅軋制出表面平整、尺寸精度高的0.008mm微米級(jí)鉭箔材，同時(shí)，提高生產(chǎn)率，減少軋制周期。試驗(yàn)以0.2mm的鉭帶材為坯料，采用六輥冷軋機(jī)開坯+二十輥軋機(jī)冷軋和二十輥軋機(jī)直接開坯軋制的兩種加工工藝方式，通過(guò)試驗(yàn)選取合適熱處理制度，生產(chǎn)出0.008mm微米級(jí)鉭箔材。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 鉭箔坯料狀態(tài)

坯料采用厚度為0.2×120×Lmm的鉭帶。狀態(tài)為“M”，化學(xué)成分符合GB/T3629-2006。

1.2 試制流程

試制采用工藝1和工藝2兩種實(shí)驗(yàn)方法，具體見表1。

工藝1共計(jì)三個(gè)軋程，每一軋程都使用二十輥軋機(jī)軋制，加工率60%～75%。半成品熱處理在真空狀態(tài)，試驗(yàn)溫度區(qū)間為920～1150℃。工藝2共計(jì)四個(gè)軋程，第一軋程使用六輥冷軋機(jī)開坯至0.1mm，后續(xù)三個(gè)軋程均用二十輥軋機(jī)進(jìn)行軋制。半成品熱處理在真空狀態(tài)，試驗(yàn)溫度區(qū)間為920～1050℃。

2 結(jié)果及討論

2.1 軋程工藝

工藝1與工藝2均采用帶式軋制方法，兩個(gè)工藝相比較，不同之處在于工藝1的開坯及后續(xù)軋制工序均使用二十輥冷軋機(jī)進(jìn)行軋制。

表1 鉭箔試制工藝路線

工藝1采用二十輥軋機(jī)直接開坯軋制，開坯軋制厚度為0.2mm鉭箔，在工藝10.2mm坯料橫向上任取五點(diǎn)，橫向厚差最大可到0.012mm。盡管其橫向厚度誤差滿足GB/T3629-2006，但由于二十輥冷軋機(jī)能力及特點(diǎn)，坯料的厚度及橫向厚差對(duì)于軋制影響較大，導(dǎo)致坯料軋制道次次數(shù)多，生產(chǎn)效率低。同時(shí)，因坯料均為四輥冷軋機(jī)軋制，與二十輥軋機(jī)相比，四輥冷軋機(jī)軋輥粗糙度大，表面均勻性差，導(dǎo)致帶材表面質(zhì)量降低。在二十輥軋機(jī)開坯過(guò)程中，為了保證帶材表面質(zhì)量，保證后續(xù)軋制，工作輥更換頻率大于軋輥磨削速度，工作量加大，加工成本提高。

工藝2采用六輥冷軋機(jī)開坯+二十輥軋機(jī)冷軋。開坯軋制厚度為0.2mm鉭箔，采用六輥冷軋機(jī)開坯至0.1mm。在工藝2 0.1mm坯料箔材橫向上任取5點(diǎn)，經(jīng)六輥冷軋機(jī)開坯后，工藝2坯料橫向厚差明顯減小，只有0.004mm。箔材的厚度減薄、橫向厚差及表面質(zhì)量?jī)?yōu)化，表面質(zhì)量及粗糙度直接或間接影響箔材的物理、化學(xué)及力學(xué)性能，若箔材擁有高的表面質(zhì)量及較低的粗糙度，在后續(xù)的軋程中，二十輥軋機(jī)軋制道次次數(shù)與換輥頻率將會(huì)減少，生產(chǎn)效率提高。

以上兩種生產(chǎn)工藝均能軋制出0.008mm微米級(jí)鉭箔材，其差別在于采用直接二十輥軋機(jī)開坯軋制方法，由于坯料的板型較差及橫向厚差較大，坯料的軋制效率低，成本較高，并且后續(xù)軋程軋制也會(huì)受其影響，導(dǎo)致廢料增多，成品率降低。

2.2 熱處理工藝

將工藝1中的δ0.2mm鉭坯料在二十輥軋機(jī)上進(jìn)行軋制，對(duì)半成品厚度為δ0.05mm、δ0.02mm的鉭箔選取四個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行熱處理試驗(yàn)。同時(shí)，將工藝2中的δ0.2mm鉭坯料在六輥冷軋機(jī)進(jìn)行軋制，對(duì)半成品厚度為δ0.1mm的鉭箔選取四個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行熱處理試驗(yàn)。圖1為δ0.1mm鉭箔經(jīng)過(guò)四種熱處理制度后的力學(xué)性能，由圖可以看出在保溫1h、溫度在920～1050℃區(qū)間內(nèi)，熱處理溫度的升高會(huì)使得抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度降低，同時(shí)延伸率在四種熱處理制度下沒有明顯的變化。在后續(xù)軋制試驗(yàn)中，熱處理溫度為980℃、1020℃及1050℃時(shí)軋制的板型、道次數(shù)量等方面都要優(yōu)于熱處理溫度為920℃，說(shuō)明在980～1050℃溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行熱處理，便于鉭箔材的后續(xù)軋制。圖2為δ0.05mm鉭箔經(jīng)過(guò)四種熱處理制度后的力學(xué)性能，由圖可以看出在保溫1h，溫度在920～1050℃區(qū)間內(nèi)，隨著熱處理溫度的升高，抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度沒有很明顯的變化，但1050℃熱處理制度下的延伸率明顯低于其他三個(gè)溫度點(diǎn)，說(shuō)明了延伸率會(huì)隨著熱處理溫度升高而升高，但過(guò)高的熱處理溫度會(huì)導(dǎo)致鉭箔晶粒粗大，見圖4，類似鑄狀組織而塑性變差。圖3為δ0.02mm鉭箔經(jīng)過(guò)四種熱處理制度后的力學(xué)性能，圖3與圖1相比，兩者的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度都會(huì)隨著熱處理溫度的升高而降低，但圖3中抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度變化幅度遠(yuǎn)大于圖1，其中圖3中抗拉強(qiáng)度最大相差112MPa,屈服強(qiáng)度最大相差123MPa，而圖1中的抗拉強(qiáng)度最大相差58MPa，屈服強(qiáng)度最大相差31MPa，說(shuō)明了在相同的熱處理制度下，同種材料的不同規(guī)格尺寸，其力學(xué)性能變化的趨勢(shì)是有區(qū)別的。

以上熱處理試驗(yàn)說(shuō)明，箔材加工中合理的熱處理制度是獲得機(jī)械加工性能的重要因素。

圖1 δ0.1熱處理制度與箔材力學(xué)性能的關(guān)系

圖2 δ0.05熱處理制度與箔材力學(xué)性能的關(guān)系

圖3 δ0.02熱處理制度與箔材力學(xué)性能的關(guān)系

圖4 0.05mm鉭箔熱處理溫度1050℃后顯微組織

3 結(jié)語(yǔ)

（1）采用六輥冷軋機(jī)開坯+二十輥軋機(jī)冷軋和二十輥軋機(jī)直接開坯軋制的加工方式均能夠生產(chǎn)出微米級(jí)鉭箔材，并且在尺寸公差、箔材表面質(zhì)量都符合要求。

（2）采用直接二十輥軋機(jī)開坯軋制方法與采用六輥冷軋機(jī)開坯+二十輥軋機(jī)冷軋方法相比，坯料的軋制效率低，成本較高，并且在后續(xù)軋程軋制也會(huì)受其影響，導(dǎo)致廢料增多，成品率降低。

（3）合理的熱處理制度與軋程是軋制出符合質(zhì)量要求的微米級(jí)鉭箔材的必要條件。

[1]劉相華，宋孟，孫祥坤，趙啟林，于慶波.極薄帶軋制研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2017 (10).

[2]賈東明，李惠萍，尹勝利，饒璽.TC4鈦合金箔材軋制工藝研究[J].中國(guó)鈦業(yè)，2014(4).

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