膨脹合金4J29生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制

摘要：介紹了熱軋、冷軋膨脹合金4J29鋼帶生產(chǎn)過(guò)程中的主要工藝參數(shù)及影響膨脹合金4J29鋼帶質(zhì)量、性能的相關(guān)因素。并針對(duì)生產(chǎn)中常見(jiàn)的一些質(zhì)量問(wèn)題，提出了應(yīng)采取的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞:熱軋冷軋膨脹合金4J29工藝參數(shù)產(chǎn)品質(zhì)量影響因素

1 概況

膨脹合金4J29具有在-70℃至焊接溫度之間為單相奧氏體組織，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms低于-70℃，合金不含有易揮發(fā)的雜質(zhì)元素，封接后在真空度狀態(tài)不影響真空度，有良好的沖壓、焊接性能，氧化處理后生成致密的氧化膜和基體結(jié)合牢固的特性，因此在電子工業(yè)及電真空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。硬玻璃封接膨脹合金4J29在膨脹合金生產(chǎn)中產(chǎn)量為最大。

近年來(lái)用戶除對(duì)4J29的性能要求提高外，對(duì)其表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高，為了適應(yīng)市場(chǎng)要求，根據(jù)自身的設(shè)備條件，精密合金冷軋帶鋼廠摸索出了一套4J29定膨脹合金軋制工藝制度，產(chǎn)品質(zhì)量滿足了市場(chǎng)的需要。

精密合金冷軋帶鋼廠生產(chǎn)線主要由以下設(shè)備組成：半連續(xù)式重油加熱爐、四輥可逆熱軋機(jī)、8.2m2臺(tái)車(chē)爐、修磨機(jī)、氨分解連續(xù)光亮退火機(jī)組、四輥可逆冷軋機(jī)、十二輥可逆冷式軋機(jī)、滾銑機(jī)、分剪機(jī)。

厚度≥1.0mm的冷態(tài)帶鋼，簡(jiǎn)要工藝流程：熱軋開(kāi)坯→熱處理→酸洗→修磨精整→四輥可逆冷軋機(jī)冷初軋→連續(xù)爐光亮退火→滾銑刷料→四輥可逆冷軋機(jī)冷精軋→剪邊分條。厚度≤1.0mm的軟鈦鋼帶，冷軋卷剪邊→連續(xù)爐光亮退火→滾銑刷料→十二輥可逆冷式軋機(jī)→連續(xù)爐光亮退火→剪邊分條→檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。

本文根據(jù)工藝流程對(duì)影響熱軋、冷軋膨脹合金4J29鋼帶質(zhì)量和性能的因素進(jìn)行分析。

2 熱軋

熱軋開(kāi)坯工序由半連續(xù)式重油加熱爐、四輥可逆熱軋帶坯機(jī)組成。

帶坯加熱工藝制度：4J29入爐溫度＜800℃，加熱溫度1180~1200℃，預(yù)熱時(shí)間30~40min，保溫時(shí)間＜10min，開(kāi)軋溫度＞1160℃，終軋溫度＞900℃，終軋后空冷。

軋機(jī)選用四輥可逆熱軋帶坯機(jī)，最大軋速180m/min，工作輥規(guī)格：φ180~195×450mm，支持輥規(guī)格：φ415~435×450mm允許最大軋制力1568KN，軋制所用坯料規(guī)格：30~40×70~320×800~1200mm，軋制成品規(guī)格：3.0~10×70~320×2000~6000mm。

軋制工藝：40→35→29→23→18→14→10→8→6→4.5mm，總變形量88.75%，9個(gè)道次。

熱軋帶卷的質(zhì)量在很大程度上影響著冷軋產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

鍛鋼鍛造修磨后的板坯經(jīng)半連續(xù)式重油加熱爐加熱，嚴(yán)格執(zhí)行帶坯加熱工藝制度，保溫區(qū)要勤翻鋼，防止產(chǎn)生過(guò)熱或鋼坯加熱溫度不均勻缺陷。加熱過(guò)程中爐內(nèi)氣氛應(yīng)保持正壓，減少氧化，要勤調(diào)風(fēng)量、油量。嚴(yán)謹(jǐn)重油，直接噴到鋼坯上，避免發(fā)生局部過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象。

加熱后的帶坯經(jīng)四輥可逆式熱軋機(jī)熱軋。四輥可逆式熱軋機(jī)為了確保熱軋帶坯表面質(zhì)量，操作要求如下：

工作輥質(zhì)量應(yīng)一班一換，軋制過(guò)程中因工作輥表面損壞造成帶坯表面產(chǎn)生缺陷時(shí)要及時(shí)換工作輥，支持輥的表面質(zhì)量應(yīng)逐班檢查，支持輥表面缺陷應(yīng)及時(shí)磨削。前后導(dǎo)位寬度一般比帶坯最終寬度大10~15mm。軋制過(guò)程中帶坯產(chǎn)生鐮刀彎，如因坯料尺寸，溫度不均勻造成時(shí)，下一道次應(yīng)翻鋼軋制；如因左右壓下不一致時(shí)，要及時(shí)調(diào)整，確保熱軋帶坯平直。

四輥可逆熱軋開(kāi)坯機(jī)易出現(xiàn)的表面質(zhì)量問(wèn)題：①氣皮是由于鍛鋼鍛造后板坯表面裂紋未修磨干凈，要求鍛鋼修磨必須徹底清除板坯表面裂紋。②裂邊是由于帶坯邊部過(guò)熱、過(guò)燒，板坯在半連續(xù)重油加熱爐加熱溫度過(guò)高，生產(chǎn)中必須嚴(yán)格執(zhí)行板坯加熱工藝制度。③氧化皮壓入是由于加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。加熱過(guò)程中嚴(yán)格保溫時(shí)間，不能過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短。④輥包、粘輥、掉渣是由于工作輥表面損壞，發(fā)現(xiàn)后及時(shí)更換工作輥。⑤劃傷，導(dǎo)位寬度不合適，調(diào)整導(dǎo)位寬度。

4J29在冷軋帶鋼廠的表面缺陷90%來(lái)自半連續(xù)式重油加熱爐和四輥可逆熱軋開(kāi)坯機(jī)，這一工序?qū)?J29的表面質(zhì)量起著決定性的作用。

3 熱處理、酸洗

3.1 鋼帶熱處理工藝參數(shù)：熱軋開(kāi)坯完的鋼帶采用8.2m2臺(tái)車(chē)爐熱處理退火，退火最高工作溫度1000℃。熱處理工藝制度：4J29加熱溫度900~920℃，保溫2~3h，空冷冷卻。

3.2 熱處理后的鋼帶經(jīng)堿浸、水淬、三酸洗、高壓水沖洗、中和去除熱加工氧化皮。堿液配比（重量百分比）：NaOH80%，NaNO320%。用重油加熱至熔融狀態(tài)，堿液溫度480~540℃。三酸酸洗液配比：H2SO4250~300g/L、NaNO340~50g/L、NaCL30~40g/L，用蒸汽加熱，酸洗液溫度65~80℃。中和溶液配比：Na2CO33.5~5.0g/L、NaNO33~4.5g/L，用蒸汽加熱，中和溶液溫度≥90℃。鋼帶堿浸、酸洗前要逐支松卷、卷層間不能有相互粘貼現(xiàn)象。堿浸鋼帶時(shí)，鋼帶必須全部被堿液浸沒(méi)，以保證堿液與氧化皮充分反應(yīng)，使氧化皮充分疏松易于氧化皮在三酸中被洗掉。酸洗時(shí)嚴(yán)防鋼帶“貼臉”，帶鋼酸洗后，應(yīng)無(wú)氧化皮、氧化膜，表面呈金屬本色。不允許出現(xiàn)過(guò)酸的針眼狀缺陷存在。鋼帶酸洗后應(yīng)馬上經(jīng)＞0.304Mpa（3atm）的高壓水沖洗，隨后放入清水槽中進(jìn)行水洗。

4 修磨

針對(duì)熱軋開(kāi)坯、熱處理、酸洗產(chǎn)生的缺陷，要在本工序予以清除，同時(shí)焊接成卷，供給冷軋機(jī)軋制半成品、成品帶材。

工藝流程：開(kāi)頭→矯直→水磨→干拋→切頭→焊接→沖洗→烘干打卷。

酸洗過(guò)的鋼帶經(jīng)開(kāi)卷、水磨、干拋光、等離子焊接、打卷形成初軋鋼卷。水磨機(jī)砂輪轉(zhuǎn)數(shù)1470r/min，砂輪粒度：100~120，砂輪材質(zhì)：樹(shù)脂或粘土結(jié)合劑的砂輪。砂輪的寬度一般大于或等于鋼帶寬度3~5mm。鋼帶每面水磨次數(shù)應(yīng)≥4次，直至鋼帶表面粗糙度達(dá)到Ra=2~3μm，表面沒(méi)有劃傷、裂紋、起皮等缺陷。水磨的原則是多道次小壓下輕磨，強(qiáng)行壓下修磨易于把砂輪面壓入鋼帶表面，影響鋼帶表面質(zhì)量。經(jīng)水磨后，個(gè)別鋼帶仍存在局部缺陷，采用手把砂輪清除，該類局部缺陷指凹坑、重皮、嚴(yán)重劃傷，局部修磨后，應(yīng)圓滑過(guò)渡，不能形成新的凹坑和產(chǎn)生新的類似劃傷的缺陷。

作為表面質(zhì)量要求高的膨脹合金4J29帶鋼產(chǎn)品，水磨后應(yīng)經(jīng)拋光機(jī)干拋。干拋必須整面徹底拋兩遍，拋后的4J29表面如鏡面。

焊接前，將待焊的鋼帶壓牢，對(duì)好焊縫，力爭(zhēng)焊后各支鋼帶相對(duì)平直，防止因焊縫沒(méi)有對(duì)好產(chǎn)生側(cè)彎，并清除焊縫處油污。焊接時(shí)焊口不得出現(xiàn)缺口、漏焊、虛焊以免造成后工序冷軋斷帶。

對(duì)于已修磨的鋼帶，能否生產(chǎn)出合乎標(biāo)準(zhǔn)的成品帶材，關(guān)鍵是修磨把所有前工序的缺陷能否徹底清除。對(duì)一批4J29冷態(tài)成品做實(shí)驗(yàn)，緊把修磨工序表面質(zhì)量關(guān)到成品成材率如表1：

成品率為75.63%，比計(jì)劃71%提高了4.63%。

5 冷軋

影響冷軋鋼帶表面質(zhì)量、性能主要因素有：軋制面、軋制速度、軋制道次、壓下率、乳化液、軋輥材質(zhì)及表面精度等。

軋機(jī)選用四輥可逆冷軋機(jī)，最大軋速90m/min，工作輥規(guī)格：φ175~190×500mm，支持輥規(guī)格：φ430~450×500mm允許最大軋制力2940KN，實(shí)測(cè)為2254KN。軋制所用坯料規(guī)格：2.5~6.0mm×100~320mm，軋制成品規(guī)格：0.35~3.0mm×100~300mm。

十二輥可逆冷式軋機(jī)，工作輥規(guī)格：φ36~43×350mm，中間傳動(dòng)支持輥規(guī)格：φ45.5~50×301mm，外支持輥規(guī)格：φ120×80mm，最大軋速90m/min， 軋制所用坯料規(guī)格：＜0.6mm×60~270mm，軋制成品規(guī)格：0.05~0.3mm×60~270mm。

5.1 中間軋程和成品軋程軋制時(shí)原軋制的下表面需改為本次軋制的上表面上料，便于去掉上次軋制時(shí)產(chǎn)生的表面缺陷。

5.2 軋制速度越高，軋后鋼帶表面粗糙度越大。

5.3 軋制道次越多，鋼帶表面粗糙度越小，表面越光潔；為了提高表面質(zhì)量和尺寸公差精確度，允許適當(dāng)增加道次。例如：由1.2mm厚鋼帶軋制到0.4mm厚軋制了7個(gè)道次。

5.4 壓下率越大，冷軋鋼帶表面粗糙度越小，膨脹合金4J29壓下率≥72%時(shí)產(chǎn)生冷軋織構(gòu)，沖壓成型時(shí)晶體延著一定方向取向，延一定方向產(chǎn)生制耳，這樣的沖壓零件若和陶瓷封接時(shí)，金屬體本身會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。如果冷變形量過(guò)?。ɡ?0%），材料處于臨界變形狀態(tài)，退火后生成粗大再結(jié)晶晶粒。因此成品軋程變形量最好控制為65%以內(nèi)。由于膨脹合金的交貨公差均為負(fù)公差，軋制時(shí)尺寸控制一定要在負(fù)公差帶的中線進(jìn)行控制。

5.5 乳化液粘度越大，鋼帶表面粗糙度越大，在冷軋中要求乳化液具有很高的工藝?yán)錆?rùn)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、易于從鋼帶表面去除；要根據(jù)月生產(chǎn)量和污染程度及時(shí)更換，不得湊合使用。嚴(yán)格執(zhí)行乳化液配法：煤油84%，三乙醇胺6%，油酸10%，溶液：水=1:2，配溶液溫度≥40℃。

5.6 工作輥表面粗糙度越小、越光潔，則鋼帶表面粗糙度越小。冷軋膨脹合金4J29軋輥材質(zhì)采用滾動(dòng)軸承9Cr2，為了獲得高質(zhì)量表面的帶材，要求軋輥表面有最高的光潔度。一般工作輥為Ra=0.025~0.100μm，支撐輥為Ra=0.100~0.40μm。工作輥硬度為HRC63~67，支撐輥硬度為HRC58~62。為了減少?gòu)闹屋伇砻鎮(zhèn)鹘o工作輥的各種缺陷，一般支撐輥硬度比工作輥低15~20%。另外，同一根軋輥的硬度差應(yīng)小于2HRC。

5.7 半成品、成品一律要墊紙。如果重卷下料時(shí)，要在重卷時(shí)墊紙。

鋼帶軋制中常見(jiàn)的表面缺陷：壓入、劃傷和勒傷、輥印和壓痕、起皮和掉渣；板形缺陷：?jiǎn)芜吚?、鐮刀彎、雙邊浪、瓢曲、斜波紋、振紋；軋輥問(wèn)題的產(chǎn)生及消除方法。

5.7.1 壓入是帶坯表面受到污染，上料夾子、卷筒、導(dǎo)軌、夾送輥上有污物、布毛所致。

5.7.2 勒傷是倒料上卷時(shí)張力過(guò)小，帶卷較松，在給定張力時(shí)帶卷各圈之間產(chǎn)生相互的錯(cuò)動(dòng)造成的緊卷劃傷，軋制倒料時(shí)夾板要求干凈夾緊、鋼帶卷要求墊紙即可。劃傷為倒料時(shí)導(dǎo)輥不動(dòng)所致。

5.7.3 軋輥本身淬火不均勻造成的軟點(diǎn)在軋制帶材表面反應(yīng)出來(lái)的周期性的鼓包形成輥印、軋制中帶材嚴(yán)重跑偏產(chǎn)生硌輥后繼續(xù)軋制在帶材表面反應(yīng)出來(lái)的周期性的壓痕。發(fā)現(xiàn)輥印只有立即換輥重磨。

5.7.4 冶煉過(guò)程中吸氣過(guò)多且彌散分布，在冷軋過(guò)程中氣泡破裂造成。掉渣在冷態(tài)膨脹合金4J29表現(xiàn)較多，是由于帶坯加熱過(guò)程中局部過(guò)熱、過(guò)燒造成的。

5.7.5 軋制中軋機(jī)兩邊壓下不均勻或坯料厚度不均產(chǎn)生單邊浪，輕微時(shí)產(chǎn)生鐮刀彎。

5.7.6 雙邊浪主要是帶材橫向變形不均勻，兩邊的壓下大于中間的造成的，主要原因軋輥無(wú)凸度或凸度值小。調(diào)節(jié)凸度機(jī)構(gòu)或增加軋輥的凸度便可消除雙邊浪。

5.7.7 瓢曲主要是帶材橫向變形不均勻，中部的壓下大于邊部造成的，嚴(yán)重的瓢曲會(huì)形成帶材中部波浪，主要原因軋輥凸度選用過(guò)大、坯料中部厚度較大、軋輥中部溫升大等。調(diào)節(jié)凸度機(jī)構(gòu)或減少軋輥的凸度便可消除雙瓢曲。

5.7.8 斜波紋是由于軋輥凸度過(guò)大或前張力小、軋輥系統(tǒng)不穩(wěn)定、帶材的振動(dòng)造成斜波紋。加大壓下量和增大張力可使此種缺陷消除或改善。

5.7.9 振紋是由于4J29軟態(tài)時(shí)σb≤570MPa質(zhì)軟，壓下量大時(shí)軋輥會(huì)發(fā)生顫動(dòng)，使帶材的表面出現(xiàn)橫向條紋。消除的辦法是減少壓下和后張力，增加前張力。

5.7.10 軋輥磨削時(shí)進(jìn)給量要避免突然吃刀和大的進(jìn)給量，以防止軋輥過(guò)熱或燒裂，軋制時(shí)形成輥印影響鋼帶表面質(zhì)量。走刀痕跡的產(chǎn)生，一般是由于床子本身精度差或橫動(dòng)機(jī)構(gòu)有缺陷造成的。砂輪硬度不均也會(huì)產(chǎn)生這一缺陷。振紋一般不易發(fā)現(xiàn)，只有在軋輥旋轉(zhuǎn)時(shí)或從軋出帶材的表面可以看出。造成振紋的主要原因有：磨床本身的動(dòng)態(tài)剛性不夠，動(dòng)作不準(zhǔn)確，軋輥本身振動(dòng)或支架不穩(wěn)，以及外部振動(dòng)等。

確定合理的換輥周期，對(duì)工作輥需細(xì)心研磨、檢查，防止波紋、螺旋線、輥棱、劃傷和麻點(diǎn)。

6 光亮退火

光亮退火采用保護(hù)氣氛以防止或減少合金在高溫退火時(shí)的氧化，用于表面要求高的帶材的中間退火或軟狀態(tài)交貨的成品帶材退火，是膨脹合金4J29帶鋼生產(chǎn)極為重要的環(huán)節(jié)。中間退火消除冷軋中產(chǎn)生的加工硬化，提高金屬塑性，降低變形抗力，以利后續(xù)加工。成品退火的目的是控制產(chǎn)品的最終性能，保證符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足用戶要求。精密合金冷軋帶鋼廠采用350mm保護(hù)氣氛光亮退火機(jī)組進(jìn)行半成品軟化退火和成品退火。半成品退火后進(jìn)行清刷、成品退火后即進(jìn)行分條。

6.1 熱處理工藝制度 膨脹合金4J29半成品加熱溫度1050℃，成品加熱溫度950℃，材料厚度和運(yùn)行速度見(jiàn)表2。生產(chǎn)線的機(jī)械設(shè)備線速度最大15m/min。

6.2 保護(hù)氣氛控制 光亮退火工作氣氛氨分解氣氛75%的氫氣和25%氮?dú)饣旌蠚怏w，氨分解氣體最大消耗45m3/h，氨分解氣體露點(diǎn)≤-60℃，氨分解氣體殘氧≤10ppm，氨分解氣體殘氨≤5ppm。

6.3 張力、鋼帶出爐溫度 光亮退火爐加熱區(qū)張力78~2695N，鋼帶出爐溫度≤90℃。

6.4 清洗除油 鋼帶經(jīng)過(guò)除油劑清洗機(jī)，漂洗機(jī)，空氣干燥機(jī)去除鋼帶表面油污干燥后進(jìn)入加熱室保溫室熱處理。

上料時(shí)一定使帶卷中心與生產(chǎn)線中心成一條直線，防止生產(chǎn)中鋼帶跑偏。

6.5 半成品軟化退火后必須進(jìn)行清刷，以提高帶鋼的表面質(zhì)量，清刷刷子采用鋼絲刷，必須正反面刷2便經(jīng)常檢查保證鋼帶表面清刷均勻，嚴(yán)格防止張力緊卷劃傷。

6.6 成品分剪時(shí)嚴(yán)防鋼帶運(yùn)動(dòng)時(shí)表面劃傷，對(duì)刀要準(zhǔn)確毛刺小，張力合適必須墊紙。精確調(diào)整刀片的間隙量和重疊量，保證分條的毛刺、側(cè)彎和板形符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

7 結(jié)論

經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐得出，膨脹合金4J29由于鋼帶材質(zhì)較軟，表面質(zhì)量問(wèn)題一直是生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制的重點(diǎn)。對(duì)于厚度1.0mm~1.5mm的冷態(tài)鋼帶易于出現(xiàn)表面掉渣，異物壓入，同板差超差現(xiàn)象。對(duì)于厚度0.2mm~1.0mm的鋼帶易于出現(xiàn)異物壓入后形成的色斑。

從整個(gè)生產(chǎn)流程來(lái)看，各工序會(huì)產(chǎn)生各式各樣的缺陷。熱軋是產(chǎn)生90%表面缺陷的主要工序，因此熱軋是生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制重點(diǎn)工序。修磨精整、清刷是提高鋼帶表面關(guān)鍵工序。

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