本发明涉及合金材料成形加工领域,具体涉及一种高强度合金带箔材高平整度调整控制的矫平方法。
背景技术:
1、高强度合金带箔材(如不锈钢、镍基合金、钛合金等)广泛应用于精密电子、航空航天、新能源电池、医疗器械等领域。随着高端制造业的发展,对带箔材的厚度精度和表面平整度要求日益严格,例如,新能源光伏太阳能、汽车电池(如不锈钢、铜箔等)要求平整度≤1.0mm/两倍宽度,厚度公差达到±0.005mm以确保涂覆均匀性。电子通讯用带材(如不锈钢箔等)需控制不平度≤0.5mm/两倍宽度,厚度公差达到±0.003mm以匹配微米级装配精度。航空航天等领域用带材(如高温合金、不锈钢、钛合金箔等)要求平整度≤0.2mm/两倍宽度,厚度公差达到±0.002mm以确保高温、腐蚀等流体的密封效果。
2、传统的二十辊精密轧机虽然具有高的刚度,能够轧制出厚度精度满足要求的带材,但对于高强度合金(如高温合金gh4169、gh4145、gh3230、3j21等,沉淀硬化不锈钢0cr17ni7al等,超高强度钢7c27mo2等)的变形抗力大(>1500mpa),存在轧制时辊系弹性变形,入口/出口张力梯度(如前后张力差>5%)或动态加减速时张力失稳,高强度合金加工硬化指数和塑性各向异性导致轧制时晶粒取向差异,轧制力横向分布不均等,会导致局部塑性变形不均,导致带材边缘或中部出现周期性波浪。常规矫直技术难以施加有效塑性应变,存在平整效果差、应力释放不充分、张力系统不协调、高回弹率导致翘曲残留等问题。特别是在0.05~0.15mm厚度范围内,微小压下力变化即可显著影响最终平整度,造成板形不稳定和加工重复率高的问题。
3、授权公告号为cn101961740b的发明专利《镍氢电池负极基片用带材的拉伸弯曲矫直设备》中,提到了一种在恒温条件下,通过弯曲辊和矫平辊对厚度不大于0.035mm带箔材进行拉伸弯曲矫直的设备,制备的带箔材不平度为0.5mm/两倍宽度。但该技术针对的材料种类、带材的尺寸规格均与高强度合金带箔材不同,且未优化弯曲矫直工艺,其平整度控制水平>0.1mm/两倍宽度,难以满足高强度合金带箔材平整度控制需求。授权公告号为cn115255034b发明专利《一种厚度0.05mm以下特种合金精密箔材超平张力拉伸弯曲矫直方法》中,采用了精密矫直机,设置了初矫、产品矫直两道工序并通过控制矫直张力、延伸率、压下量等矫直工艺参数,获得了不平度为0.1mm/两倍宽度的精密合金带箔材。但该技术针对的材料种类、带材的尺寸规格均与高强度合金带箔材不同,并且该专利重点关注带材的横向不平度调整,未对纵向不平度调整和来料尺寸精度及状态控制进行说明。发明专利3:申请公布号为cn119387316a的发明专利《一种沉淀硬化马氏体sus630不锈钢冷轧钢带板形控制方法》中,采用三组辊式拉矫机进行拉弯矫直,通过控制矫直辊张力、拉矫辊压下角度和延伸率,获得了不平度≤3mm/两倍宽度的sus630不锈钢带箔材。但该技术针对的材料种类、带材的尺寸规格均与高强度合金带箔材不同,且该专利重点关注带箔材全流程制备中板形质量控制,平整度控制水平>0.1mm/两倍宽度,难以满足高强度合金带箔材平整度控制需求。
4、因此,获得高平整度的高强度合金带箔材以满足消费电子、集成电路等领域的带箔材需求,是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对上述存在的问题,本发明提供一种高强度合金带箔材高平整度控制方法,通过该方法能够有效制备获得尺寸精度、平整度等指标均满足精密电子、航空航天、新能源电池、医疗器械等领域的高强度合金带箔材。
2、本发明的技术方案为:一种高强度合金带箔材高平整度控制方法,包括以下步骤;
3、1)利用精密矫直机对高强度合金带箔材坯料进行第一次矫直,用于调节带箔材坯料的横向不平度,以消除带箔材坯料存在的边浪或四分之一浪或中浪的纵向板形缺陷,所述第一次矫直包括至少两道次辊压,其中每道次辊压后均对带箔材坯料进行去应力退火,各道次辊压根据带箔材坯料的厚度δ、宽幅w及屈服强度设置拉矫张力t,得到横向不平度符合要求的第一次矫直带箔材坯料;
4、2)利用精密矫直机对得到的第一次矫直带箔材坯料进行第二次矫直,用于调节带箔材坯料的纵向不平度,以消除带箔材坯料存在的弯曲或翘曲的横向板形缺陷,所述第二次矫直包括至少两道次辊压,其中每道次辊压后均对带箔材坯料进行去应力退火,各道次辊压根据第一次矫直带箔材坯料的厚度δ、宽幅w及屈服强度设置拉矫张力t,得到纵向不平度符合要求的第二次矫直带箔材坯料;
5、3)利用该精密矫直机对得到的第二次矫直带箔材坯料进行第三次矫直,用于调节带箔材坯料的整体不平度,所述第三次矫直包括至少两道次辊压,其中每道次辊压后均对带箔材坯料进行去应力退火,各道次辊压根据第二次矫直带箔材坯料的厚度δ、宽幅w及屈服强度设置拉矫张力t,得到整体不平度符合要求的高强度合金带箔材成品。
6、优选地,所述第一次矫直带箔材坯料的横向不平度≤0.2mm/两倍宽度,厚度精度公差保持±3μm,所述第二次矫直带箔材坯料的纵向不平度≤0.2mm/两倍宽度,厚度精度公差保持±3μm,所述高强度合金带箔材成品的整体不平度≤0.1mm/两倍宽度,厚度精度公差保持±3μm。
7、优选地,所述第一次矫直、第二次矫直设置的拉矫张力t为:进口张力t0调节范围15~30kn,出口张力调节范围12~25kn,延伸率调节范围0.3%~0.6%,矫直速度调节范围5~15m/min,工作辊压下量为-4.5~-7.5mm,所述第一次矫直的拉矫张力t的支撑辊凸度根据带箔材坯料的板型设置,弯曲矫直辊盒倾角0°,所述第二次矫直的拉矫张力t的支撑辊凸度分别为5.0mm、5.0mm、5.0mm、5.0mm、5.0mm,弯曲矫直辊盒倾角根据第一次矫直带箔材坯料的板型设置;所述第三次矫直设置的拉矫张力t为:进口张力t0调节范围10~15kn,出口张力调节范围8~13kn,延伸率调节范围0.1%~0.3%,矫直速度调节范围15~25m/min,工作辊压下量为-1.5~-4.5mm,支撑辊凸度的范围均为4.5~5.5mm,弯曲矫直辊盒倾角根据第二次矫直带箔材坯料的板型设置。
8、优选地,所述第一次矫直的拉矫张力t的支撑辊凸度根据带箔材坯料的板型设置,具体为:
9、若带箔材坯料的板型为单侧边浪,且当浪高大于1.0mm/两倍宽度时,支撑辊凸度调整范围分别为3.0~4.0mm、4.0~6.0mm、6.0~7.0mm、4.0~6.0mm、4.0~6.0mm;
10、若带箔材坯料的板型为双侧边浪,且当浪高大于1.0mm/两倍宽度时,支撑辊凸度调整范围分别为3.0~4.0mm、5.0~7.0mm、6.0~7.0mm、5.0~7.0mm、3.0~4.0mm;
11、若带箔材坯料的板型为四分之一浪,且当浪高大于1.0mm/两倍宽度时,支撑辊凸度调整范围分别为5.0~7.0mm、3.0~4.0mm、6.0~7.0mm、3.0~4.0mm、5.0~7.0mm;
12、若带箔材坯料的板型为中浪,且当浪高大于1.0mm/两倍宽度时,支撑辊凸度调整范围分别为6.0~7.0mm、5.0~7.0mm、3.0~4.0mm、5.0~7.0mm、6.0~7.0mm。
13、优选地,所述第二次矫直的拉矫张力t的弯曲矫直辊盒倾角根据第一次矫直带箔材坯料的板型设置,具体为:
14、若第一次矫直带箔材坯料的板型为正向弯曲,则弯曲矫直辊盒倾角调节范围为-5°~-2°;
15、若第一次矫直带箔材坯料的板型为反向弯曲,则弯曲矫直辊盒倾角调节范围为2°~5°。
16、优选地,所述第三次矫直的拉矫张力t的弯曲矫直辊盒倾角根据第二次矫直带箔材坯料的板型设置,具体为:
17、若第二次矫直带箔材坯料的板型为正向弯曲,则弯曲矫直辊盒倾角调节范围为-2°~0°;
18、若第二次矫直带箔材坯料的板型为反向弯曲,则弯曲矫直辊盒倾角调节范围为0°~2°。
19、优选地,所述带箔材坯料在保护气氛中去应力退火处理,去应力退火温度低于高强度合金的相变温度,退火温度范围为300~450℃。
20、一种用于实现上述控制方法的精密矫直机,包括弯曲矫直辊箱、进口张力辊组、出口张力辊组、平整度检测仪,所述出口张力辊组与平整度检测仪之间设有保护气氛热处理箱,用于去应力退火处理。
21、优选地,所述弯曲矫直辊箱1中对称设有三组压辊,分别是上工作辊7和下工作辊8,上中间辊9和下中间辊10,上支撑辊11和下支撑辊12,其中上工作辊7和下工作辊8的直径均为16mm,精度±0.002mm,硬度hrc61~63。
22、优选地,所述下支撑辊12下方设有均匀分布的5组活动楔块,各组活动楔块的调节范围为0~10.0mm,用于调整支撑辊凸度。
23、本发明的优点在于:本发明采用精密矫直机,通过拉弯矫直结合去应力退火处理,在三次矫直中分别调节精密矫直机的拉矫张力参数,得到厚度在δ0.05~1.0mm,宽幅大于300mm,强度超过1500mpa,厚度公差达到±0.003mm,不平度达到0.1mm/两倍宽度,表面光亮干净,无划痕、折叠、起皮、凹坑、麻点、氧化色等缺陷的高强度合金带箔材产品。矫直时需通过控制工作辊压下量,合理设置拉矫张力、延伸率和矫直速度,调整支撑辊凸度和弯曲矫直辊盒倾角,并辅以中间去应力退火,最终矫直成厚度为δ0.05~1.0mm,宽幅大于300mm,厚度精度公差为±3μm,整体不平度达到0.1mm/两倍宽度的高强度合金带箔材,以满足精密电子、航空航天、新能源电池、医疗器械等领域对高平整的高强度合金带箔材的高质量需求,保证了生产效率与产品质量,利于工业化推广。