微米级钽箔材轧制工艺优化

2017-09-28薛少博舒滢张国霞薛小田张洁闫西安

中国设备工程 2017年18期

关键词：坯料轧机热处理

薛少博，舒滢，张国霞，薛小田，张洁，闫西安

(西北有色金属研究院，陕西西安 710016）

微米级钽箔材轧制工艺优化

薛少博，舒滢，张国霞，薛小田，张洁，闫西安

(西北有色金属研究院，陕西西安 710016）

本文主要介绍了以厚度0.2mm钽带为坯料，采用六辊冷轧机开坯+二十辊轧机冷轧和二十辊轧机直接开坯两种加工工艺方式，并试验选取合适的中间热处理制度，生产出0.008mm微米级钽箔材。通过两种加工工艺对比，得出采用六辊冷轧机开坯+二十辊轧机冷轧轧制方法，坯料的板型、表面质量及横向厚差得到优化，因此可以提高坯料及后续的微米级钽箔材轧制效率，提高成品率。

微米级；钽箔；轧制；热处理

随着现代工业的飞速发展，稀有金属箔材在航空航天和电子通讯等行业的应用范围不断扩大，需求也在日益增多，尤其是高精度超薄的钽箔材具有更广阔的应用前景。钽箔材主要用于通讯、航空、海底电缆、高级电子装置、民用电器等领域使用的电解电容器和高级化工防腐设备。据了解，国内对于尺寸规格为0.003～0.008mm×100mm×Lmm的钽箔材需求量大，但所需产品主要靠从国外进口解决，成本极高。

本研究主要通过工艺试验对比，不仅轧制出表面平整、尺寸精度高的0.008mm微米级钽箔材，同时，提高生产率，减少轧制周期。试验以0.2mm的钽带材为坯料，采用六辊冷轧机开坯+二十辊轧机冷轧和二十辊轧机直接开坯轧制的两种加工工艺方式，通过试验选取合适热处理制度，生产出0.008mm微米级钽箔材。

1 试验材料及方法

1.1 钽箔坯料状态

坯料采用厚度为0.2×120×Lmm的钽带。状态为“M”，化学成分符合GB/T3629-2006。

1.2 试制流程

试制采用工艺1和工艺2两种实验方法，具体见表1。

工艺1共计三个轧程，每一轧程都使用二十辊轧机轧制，加工率60%～75%。半成品热处理在真空状态，试验温度区间为920～1150℃。工艺2共计四个轧程，第一轧程使用六辊冷轧机开坯至0.1mm，后续三个轧程均用二十辊轧机进行轧制。半成品热处理在真空状态，试验温度区间为920～1050℃。

2 结果及讨论

2.1 轧程工艺

工艺1与工艺2均采用带式轧制方法，两个工艺相比较，不同之处在于工艺1的开坯及后续轧制工序均使用二十辊冷轧机进行轧制。

表1 钽箔试制工艺路线

工艺1采用二十辊轧机直接开坯轧制，开坯轧制厚度为0.2mm钽箔，在工艺10.2mm坯料横向上任取五点，横向厚差最大可到0.012mm。尽管其横向厚度误差满足GB/T3629-2006，但由于二十辊冷轧机能力及特点，坯料的厚度及横向厚差对于轧制影响较大，导致坯料轧制道次次数多，生产效率低。同时，因坯料均为四辊冷轧机轧制，与二十辊轧机相比，四辊冷轧机轧辊粗糙度大，表面均匀性差，导致带材表面质量降低。在二十辊轧机开坯过程中，为了保证带材表面质量，保证后续轧制，工作辊更换频率大于轧辊磨削速度，工作量加大，加工成本提高。

工艺2采用六辊冷轧机开坯+二十辊轧机冷轧。开坯轧制厚度为0.2mm钽箔，采用六辊冷轧机开坯至0.1mm。在工艺2 0.1mm坯料箔材横向上任取5点，经六辊冷轧机开坯后，工艺2坯料横向厚差明显减小，只有0.004mm。箔材的厚度减薄、横向厚差及表面质量优化，表面质量及粗糙度直接或间接影响箔材的物理、化学及力学性能，若箔材拥有高的表面质量及较低的粗糙度，在后续的轧程中，二十辊轧机轧制道次次数与换辊频率将会减少，生产效率提高。

以上两种生产工艺均能轧制出0.008mm微米级钽箔材，其差别在于采用直接二十辊轧机开坯轧制方法，由于坯料的板型较差及横向厚差较大，坯料的轧制效率低，成本较高，并且后续轧程轧制也会受其影响，导致废料增多，成品率降低。

2.2 热处理工艺

将工艺1中的δ0.2mm钽坯料在二十辊轧机上进行轧制，对半成品厚度为δ0.05mm、δ0.02mm的钽箔选取四个温度点进行热处理试验。同时，将工艺2中的δ0.2mm钽坯料在六辊冷轧机进行轧制，对半成品厚度为δ0.1mm的钽箔选取四个温度点进行热处理试验。图1为δ0.1mm钽箔经过四种热处理制度后的力学性能，由图可以看出在保温1h、温度在920～1050℃区间内，热处理温度的升高会使得抗拉强度与屈服强度降低，同时延伸率在四种热处理制度下没有明显的变化。在后续轧制试验中，热处理温度为980℃、1020℃及1050℃时轧制的板型、道次数量等方面都要优于热处理温度为920℃，说明在980～1050℃温度区间内进行热处理，便于钽箔材的后续轧制。图2为δ0.05mm钽箔经过四种热处理制度后的力学性能，由图可以看出在保温1h，温度在920～1050℃区间内，随着热处理温度的升高，抗拉强度与屈服强度没有很明显的变化，但1050℃热处理制度下的延伸率明显低于其他三个温度点，说明了延伸率会随着热处理温度升高而升高，但过高的热处理温度会导致钽箔晶粒粗大，见图4，类似铸状组织而塑性变差。图3为δ0.02mm钽箔经过四种热处理制度后的力学性能，图3与图1相比，两者的抗拉强度与屈服强度都会随着热处理温度的升高而降低，但图3中抗拉强度与屈服强度变化幅度远大于图1，其中图3中抗拉强度最大相差112MPa,屈服强度最大相差123MPa，而图1中的抗拉强度最大相差58MPa，屈服强度最大相差31MPa，说明了在相同的热处理制度下，同种材料的不同规格尺寸，其力学性能变化的趋势是有区别的。

以上热处理试验说明，箔材加工中合理的热处理制度是获得机械加工性能的重要因素。