膨脹合金4J29生產過程的質量控制

摘要：介紹了熱軋、冷軋膨脹合金4J29鋼帶生產過程中的主要工藝參數及影響膨脹合金4J29鋼帶質量、性能的相關因素。并針對生產中常見的一些質量問題，提出了應采取的預防措施。

關鍵詞:熱軋冷軋膨脹合金4J29工藝參數產品質量影響因素

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，馬氏體轉變溫度Ms低于-70℃，合金不含有易揮發的雜質元素，封接后在真空度狀態不影響真空度，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合牢固的特性，因此在電子工業及電真空工業中得到廣泛應用。硬玻璃封接膨脹合金4J29在膨脹合金生產中產量為最大。

近年來用戶除對4J29的性能要求提高外，對其表面質量的要求越來越高，為了適應市場要求，根據自身的設備條件，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，產品質量滿足了市場的需要。

精密合金冷軋帶鋼廠生產線主要由以下設備組成：半連續式重油加熱爐、四輥可逆熱軋機、8.2m2臺車爐、修磨機、氨分解連續光亮退火機組、四輥可逆冷軋機、十二輥可逆冷式軋機、滾銑機、分剪機。

厚度≥1.0mm的冷態帶鋼，簡要工藝流程：熱軋開坯→熱處理→酸洗→修磨精整→四輥可逆冷軋機冷初軋→連續爐光亮退火→滾銑刷料→四輥可逆冷軋機冷精軋→剪邊分條。厚度≤1.0mm的軟鈦鋼帶，冷軋卷剪邊→連續爐光亮退火→滾銑刷料→十二輥可逆冷式軋機→連續爐光亮退火→剪邊分條→檢驗→包裝入庫。

本文根據工藝流程對影響熱軋、冷軋膨脹合金4J29鋼帶質量和性能的因素進行分析。

2 熱軋

熱軋開坯工序由半連續式重油加熱爐、四輥可逆熱軋帶坯機組成。

帶坯加熱工藝制度：4J29入爐溫度＜800℃，加熱溫度1180~1200℃，預熱時間30~40min，保溫時間＜10min，開軋溫度＞1160℃，終軋溫度＞900℃，終軋后空冷。

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

熱軋帶卷的質量在很大程度上影響著冷軋產品的最終質量。

鍛鋼鍛造修磨后的板坯經半連續式重油加熱爐加熱，嚴格執行帶坯加熱工藝制度，保溫區要勤翻鋼，防止產生過熱或鋼坯加熱溫度不均勻缺陷。加熱過程中爐內氣氛應保持正壓，減少氧化，要勤調風量、油量。嚴謹重油，直接噴到鋼坯上，避免發生局部過熱或過燒現象。

加熱后的帶坯經四輥可逆式熱軋機熱軋。四輥可逆式熱軋機為了確保熱軋帶坯表面質量，操作要求如下：

工作輥質量應一班一換，軋制過程中因工作輥表面損壞造成帶坯表面產生缺陷時要及時換工作輥，支持輥的表面質量應逐班檢查，支持輥表面缺陷應及時磨削。前后導位寬度一般比帶坯最終寬度大10~15mm。軋制過程中帶坯產生鐮刀彎，如因坯料尺寸，溫度不均勻造成時，下一道次應翻鋼軋制；如因左右壓下不一致時，要及時調整，確保熱軋帶坯平直。

四輥可逆熱軋開坯機易出現的表面質量問題：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熱、過燒，板坯在半連續重油加熱爐加熱溫度過高，生產中必須嚴格執行板坯加熱工藝制度。③氧化皮壓入是由于加熱時間過長。加熱過程中嚴格保溫時間，不能過長或過短。④輥包、粘輥、掉渣是由于工作輥表面損壞，發現后及時更換工作輥。⑤劃傷，導位寬度不合適，調整導位寬度。

4J29在冷軋帶鋼廠的表面缺陷90%來自半連續式重油加熱爐和四輥可逆熱軋開坯機，這一工序對4J29的表面質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：熱軋開坯完的鋼帶采用8.2m2臺車爐熱處理退火，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，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象。堿浸鋼帶時，鋼帶必須全部被堿液浸沒，以保證堿液與氧化皮充分反應，使氧化皮充分疏松易于氧化皮在三酸中被洗掉。酸洗時嚴防鋼帶“貼臉”，帶鋼酸洗后，應無氧化皮、氧化膜，表面呈金屬本色。不允許出現過酸的針眼狀缺陷存在。鋼帶酸洗后應馬上經＞0.304Mpa（3atm）的高壓水沖洗，隨后放入清水槽中進行水洗。

4 修磨

針對熱軋開坯、熱處理、酸洗產生的缺陷，要在本工序予以清除，同時焊接成卷，供給冷軋機軋制半成品、成品帶材。

工藝流程：開頭→矯直→水磨→干拋→切頭→焊接→沖洗→烘干打卷。

酸洗過的鋼帶經開卷、水磨、干拋光、等離子焊接、打卷形成初軋鋼卷。水磨機砂輪轉數1470r/min，砂輪粒度：100~120，砂輪材質：樹脂或粘土結合劑的砂輪。砂輪的寬度一般大于或等于鋼帶寬度3~5mm。鋼帶每面水磨次數應≥4次，直至鋼帶表面粗糙度達到Ra=2~3μm，表面沒有劃傷、裂紋、起皮等缺陷。水磨的原則是多道次小壓下輕磨，強行壓下修磨易于把砂輪面壓入鋼帶表面，影響鋼帶表面質量。經水磨后，個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、嚴重劃傷，局部修磨后，應圓滑過渡，不能形成新的凹坑和產生新的類似劃傷的缺陷。

作為表面質量要求高的膨脹合金4J29帶鋼產品，水磨后應經拋光機干拋。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，對好焊縫，力爭焊后各支鋼帶相對平直，防止因焊縫沒有對好產生側彎，并清除焊縫處油污。焊接時焊口不得出現缺口、漏焊、虛焊以免造成后工序冷軋斷帶。

對于已修磨的鋼帶，能否生產出合乎標準的成品帶材，關鍵是修磨把所有前工序的缺陷能否徹底清除。對一批4J29冷態成品做實驗，緊把修磨工序表面質量關到成品成材率如表1：

成品率為75.63%，比計劃71%提高了4.63%。

5 冷軋

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

軋機選用四輥可逆冷軋機，最大軋速90m/min，工作輥規格：φ175~190×500mm，支持輥規格：φ430~450×500mm允許最大軋制力2940KN，實測為2254KN。軋制所用坯料規格：2.5~6.0mm×100~320mm，軋制成品規格：0.35~3.0mm×100~300mm。

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

5.1 中間軋程和成品軋程軋制時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產生的表面缺陷。

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；為了提高表面質量和尺寸公差精確度，允許適當增加道次。例如：由1.2mm厚鋼帶軋制到0.4mm厚軋制了7個道次。

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%時產生冷軋織構，沖壓成型時晶體延著一定方向取向，延一定方向產生制耳，這樣的沖壓零件若和陶瓷封接時，金屬體本身會發生開裂。如果冷變形量過小（例如30%），材料處于臨界變形狀態，退火后生成粗大再結晶晶粒。因此成品軋程變形量最好控制為65%以內。由于膨脹合金的交貨公差均為負公差，軋制時尺寸控制一定要在負公差帶的中線進行控制。

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冷潤性能、化學穩定性、易于從鋼帶表面去除；要根據月生產量和污染程度及時更換，不得湊合使用。嚴格執行乳化液配法：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軋輥材質采用滾動軸承9Cr2，為了獲得高質量表面的帶材，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。為了減少從支撐輥表面傳給工作輥的各種缺陷，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小于2HRC。

5.7 半成品、成品一律要墊紙。如果重卷下料時，要在重卷時墊紙。

鋼帶軋制中常見的表面缺陷：壓入、劃傷和勒傷、輥印和壓痕、起皮和掉渣；板形缺陷：單邊浪、鐮刀彎、雙邊浪、瓢曲、斜波紋、振紋；軋輥問題的產生及消除方法。

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

5.7.2 勒傷是倒料上卷時張力過小，帶卷較松，在給定張力時帶卷各圈之間產生相互的錯動造成的緊卷劃傷，軋制倒料時夾板要求干凈夾緊、鋼帶卷要求墊紙即可。劃傷為倒料時導輥不動所致。

5.7.3 軋輥本身淬火不均勻造成的軟點在軋制帶材表面反應出來的周期性的鼓包形成輥印、軋制中帶材嚴重跑偏產生硌輥后繼續軋制在帶材表面反應出來的周期性的壓痕。發現輥印只有立即換輥重磨。

5.7.4 冶煉過程中吸氣過多且彌散分布，在冷軋過程中氣泡破裂造成。掉渣在冷態膨脹合金4J29表現較多，是由于帶坯加熱過程中局部過熱、過燒造成的。

5.7.5 軋制中軋機兩邊壓下不均勻或坯料厚度不均產生單邊浪，輕微時產生鐮刀彎。

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，主要原因軋輥無凸度或凸度值小。調節凸度機構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，嚴重的瓢曲會形成帶材中部波浪，主要原因軋輥凸度選用過大、坯料中部厚度較大、軋輥中部溫升大等。調節凸度機構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大或前張力小、軋輥系統不穩定、帶材的振動造成斜波紋。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軟態時σb≤570MPa質軟，壓下量大時軋輥會發生顫動，使帶材的表面出現橫向條紋。消除的辦法是減少壓下和后張力，增加前張力。

5.7.10 軋輥磨削時進給量要避免突然吃刀和大的進給量，以防止軋輥過熱或燒裂，軋制時形成輥印影響鋼帶表面質量。走刀痕跡的產生，一般是由于床子本身精度差或橫動機構有缺陷造成的。砂輪硬度不均也會產生這一缺陷。振紋一般不易發現，只有在軋輥旋轉時或從軋出帶材的表面可以看出。造成振紋的主要原因有：磨床本身的動態剛性不夠，動作不準確，軋輥本身振動或支架不穩，以及外部振動等。

確定合理的換輥周期，對工作輥需細心研磨、檢查，防止波紋、螺旋線、輥棱、劃傷和麻點。

6 光亮退火

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

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℃，材料厚度和運行速度見表2。生產線的機械設備線速度最大15m/min。

6.2 保護氣氛控制 光亮退火工作氣氛氨分解氣氛75%的氫氣和25%氮氣混合氣體，氨分解氣體最大消耗45m3/h，氨分解氣體露點≤-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 光亮退火爐加熱區張力78~2695N，鋼帶出爐溫度≤90℃。

6.4 清洗除油 鋼帶經過除油劑清洗機，漂洗機，空氣干燥機去除鋼帶表面油污干燥后進入加熱室保溫室熱處理。

上料時一定使帶卷中心與生產線中心成一條直線，防止生產中鋼帶跑偏。

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

6.6 成品分剪時嚴防鋼帶運動時表面劃傷，對刀要準確毛刺小，張力合適必須墊紙。精確調整刀片的間隙量和重疊量，保證分條的毛刺、側彎和板形符合標準要求。

7 結論

經過多年的生產實踐得出，膨脹合金4J29由于鋼帶材質較軟，表面質量問題一直是生產過程質量控制的重點。對于厚度1.0mm~1.5mm的冷態鋼帶易于出現表面掉渣，異物壓入，同板差超差現象。對于厚度0.2mm~1.0mm的鋼帶易于出現異物壓入后形成的色斑。

從整個生產流程來看，各工序會產生各式各樣的缺陷。熱軋是產生90%表面缺陷的主要工序，因此熱軋是生產過程質量控制重點工序。修磨精整、清刷是提高鋼帶表面關鍵工序。

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