阅读说明：本技术 一种高硬高强可折叠不锈钢箔 (High-hardness high-strength foldable stainless steel foil ) 是由 孟利 张宁 杨勇 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：一种高硬高强可折叠不锈钢箔,属于不锈钢箔技术领域。以奥氏体不锈钢薄板为原料,合金成分范围质量百分比：0.1％≤C+N≤0.2％,6％≤Ni+Cu≤8％,0.5％≤Mn≤1.5％,16％≤Cr≤18％,0.01％≤Mo≤0.03％,0.3％≤Si≤1％,余量为Fe；基于M<Sub>D30/50</Sub>和层错能γ<Sub>SF</Sub>公式,在以上的成分范围内调整,通过经3-7道次轧制与退火得到马氏体占比50％-80％的不锈钢箔产品。钢箔厚度为15μm以上50μm以下,硬度≥580HV,抗拉强度≥1800MPa；折弯角度可达到≥170°,承受弯折半径R达到1.5mm-8mm,折叠次数≥200000不断裂。(A high-hardness high-strength foldable stainless steel foil belongs to the technical field of stainless steel foils. The austenitic stainless steel sheet is used as a raw material, and the alloy comprises the following components in percentage by mass: c and N are more than or equal to 0.1 percent and less than or equal to 0.2 percent, Ni and Cu are more than or equal to 6 percent and less than or equal to 8 percent, Mn is more than or equal to 0.5 percent and less than or equal to 1.5 percent, Cr is more than or equal to 16 percent and less than or equal to 18 percent, Mo is more than or equal to 0.01 percent and less than or equal to 0.03 percent, Si is more than or equal to 0.3 percent and less than or; based on M D30/50 And stacking fault energy gamma SF The formula is adjusted in the above composition range, and martensite accounts for 50% by rolling and annealing for 3-7 times80% stainless steel foil product. The thickness of the steel foil is more than 15 mu m and less than 50 mu m, the hardness is more than or equal to 580HV, and the tensile strength is more than or equal to 1800 MPa; the bending angle can reach more than or equal to 170 degrees, the bearing bending radius R reaches 1.5mm-8mm, and the bending frequency is more than or equal to 200000 without fracture.)

一种高硬高强可折叠不锈钢箔

技术领域

本发明属于不锈钢箔技术领域，特别是提供了一种高硬高强可折叠不锈钢箔，厚度在15μm以上50μm以下。

背景技术

伴随着现代高端制造高速发展，高端制品要求更加精密、高度集成、轻量化及高性能，要求其中的箔片更薄且性能更优，如弹簧弹片、垫膜片、精密零部件、蚀刻件、光电护缆、温控器、汽车膨胀阀膜片、弹性发条、精密电子、汽车零部件、照相机零件、空调压力开关膜、电子电器、五金冲压件、空压机弹片、注射针头活塞环膨胀圈等众多领域对高硬高强可折叠可回弹不锈钢箔有广泛的应用需求。尤其，伴随着5G时代的到来，穿戴技术引领大宽屏幕可折叠超薄显示面板采用高性能支撑垫膜片，实现保持整体强度、支撑大屏、稳定承载核心部件的要求，对垫膜金属箔片的性能提出了更高的要求，即高硬度、高耐磨、柔性可折叠、耐蚀及超高强度的特点。

目前不锈钢箔的制备仅有少量报道：

1)CN1109121C，公开了一种厚度25μm或更小的超薄不锈钢箔。对大直径为5μm或更大的夹杂物的个数限定为沿轧制方向的每1mm²截面平均数为3个或更少，解决其在蚀刻加工时的技术问题。但该专利未对钢箔的相、晶粒等组织情况及硬度、强度等力学性能指标进行说明。

2)CN105829567(A，B)，公开了一种厚度为60μm及以下的不锈钢箔及其制造方法。通过控制再结晶比率在90％以上、再结晶晶粒尺度不宜过大(板厚方向上具有3个以上的晶粒)及表层氮浓度得到不锈钢箔，同时通过调整终道次轧制压下率及最终退火条件控制不锈钢箔的相分布情况。

3)CN107923012A、CN108713067A、CN104093872A，分别公开了奥氏体系、马氏体系及铁素体系不锈钢箔及制造方法。但本部分提到的专利均得到主体为再结晶组织的不锈钢箔，适用于电池外壳应用，硬度和强度都不高。

综上可知，迄今高硬高强可折叠不锈钢箔及其制备技术鲜有公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬高强可折叠不锈钢箔，厚度为15μm至50μm，以满足高硬高强可折叠长寿命轻量化金属箔垫片、弹片等应用。

本发明是以奥氏体不锈钢薄板为原料，主要合金成分介于以下范围(质量百分比)：0.1％≤C+N≤0.2％，6％≤Ni+Cu≤8％，0.5％≤Mn≤1.5％，16％≤Cr≤18％，0.01％≤Mo≤0.03％，0.3％≤Si≤1％，余量为Fe。基于下述的M_D30/50和层错能γ_SF公式，在以上的成分范围内调整，通过多道次轧制与退火得到马氏体占比50％-80％的不锈钢箔产品。

M_D30/50为30％的冷变形下生成50％马氏体的温度(℃)，γ_SF为室温层错能(mJ/m²)。许多学者研究认为M_D30/50值越大冷形变诱发马氏体的倾向就越大，γ_SF值小于20mJ/m²时冷形变诱发马氏体的倾向大。

M_D30/50＝551-462(C+N)-29(Ni+Cu)-8.1(Mn)-13.7(Cr)-18.5(Mo)-9.2(Si)-1.42(G-8)(℃)，合金成分为质量分数，G为晶粒度级别数(按照GB/T6394)；

γ_SF＝γ_0SF+1.59Ni-1.34Mn+0.06Mn²-1.75Cr+0.01Cr²+15.21Mo-5.59Si-60.69(C+1.2N)^1/2+26.27(C+1.2N)×(Cr+Mn+Mo)^1/2+0.61[Ni×(Cr+Mn)]^1/2(mJ/m²)，其中γ_0SF＝38mJ/m²。

选择原料厚度0.2mm-2.5mm的钢板，经3-7道次轧制，轧到15μm-50μm厚的钢箔，单道次变形量15％-60％，轧制道次间软化退火及最终去应力退火，得到在钢箔厚度方向上奥氏体与马氏体共存的“三明治”组织，即表层组织以奥氏体相为主，内部组织则以马氏体相为主的分层分布，见图1所示。

本发明提供的不锈钢箔为体心立方(BCC)结构马氏体+面心立方(FCC)结构的奥氏体双相结构，马氏体和奥氏体区域内存在丰富的亚结构(缠结位错组态和小角度晶界)和大量的细小晶粒。马氏体组织由轧制形变诱发形成，奥氏体组织由退火逆转变形成和残余奥氏体组成，终态组织中马氏体组织占比率为50％-80％，其余为奥氏体组织。BCC结构的马氏体组织呈现α线织构(近{223}-{112}<110>组分)与近Taylor织构；奥氏体组织为典型的FCC结构金属铜型({112}<111>)、Goss({011}<100>)及黄铜型({011}<211>)轧制织构。

轧制过程中发生加工硬化，奥氏体向马氏体相变转变，形变相变的马氏体组织确保了钢箔的高硬度与高强度，形变残余奥氏体组织保证了强度和韧性。形变与相变过程中产生了丰富的缠结,位错组态中较高的位错密度保证了钢箔的强度与硬度，细化的晶粒组织促进强度和韧性的提高，尤其在两相交错存在的情况下；同时，由于轧制形变过程中，马氏体与奥氏体两相“碎化”交错存在，两相界面的存在也在一定程度上阻碍了强织构的形成，从而避免形变织构过强导致性能的强各向异性。此外，合适含量的C与N元素促进了奥氏体相与马氏体相的固溶强化及促进加工硬化率；轧制过程中形变组织的“碎化”促进了细晶强化的发生。

综上，通过马氏体相变强化及加工硬化、固溶强化与组织细化的协调作用，得到硬度≥580HV、屈服强度≥1800MPa、抗拉强度≥1800MPa的高硬度高强度不锈钢箔。可折叠，承受折弯角度≥170°，在折弯半径R为1.5mm-8mm时，折叠次数≥200000不断裂；所述不锈钢箔为奥氏体+马氏体双相组织。

附图说明

图1为本发明的钢箔侧面全厚方向的微观组织图(灰色区域为奥氏体相；黑色区域为马氏体相)。

具体实施方式

实施例1

采用原料为1.0mm厚度的固溶态奥氏体不锈钢薄板，经4道次轧成厚度为0.035mm钢箔。不锈钢薄板成分见表1，晶粒度级别数G＝6，合金成分为质量分数，计算M_D30/50≈35.6℃，计算γ_SF＝18.74mJ/m²。测试马氏体含量V_M＝64.8％，奥氏体含量V_A＝35.2％。实测6点维氏硬度分别为：HV595，HV571，HV 601，HV 587，HV 579，HV 602，平均硬度HV589，换算抗拉强度2050Mpa。实测弯折半径R约为4mm，折弯角度～173°，折叠次数≥210000次未断裂。

实施例2

采用原料为0.5mm厚度的固溶态奥氏体不锈钢薄板，经5道次轧成厚度为0.025mm的钢箔，不锈钢薄板成分见表1，晶粒度级别数G＝7，合金成分为质量分数，计算M_D30/50≈35.3℃，计算γ_SF＝19.24mJ/m²。测试马氏体含量V_M＝62.3％，奥氏体含量V_A＝37.7％。实测6点维氏硬度分别为：HV589，HV588，HV 585，HV 583，HV 585，HV 590，平均硬度HV586，换算抗拉强度2040MPa。实测弯折半径R约为2.4mm，折弯角度～174°，折叠次数≥210000次未断裂。

实施例3

采用原料为0.5mm厚度的固溶态奥氏体不锈钢薄板，经5道次轧成厚度为0.02mm的钢箔，不锈钢薄板成分见表1，晶粒度级别数G＝6，合金成分为质量分数，计算M_D30/50≈56.2℃，计算γ_SF＝19.06mJ/m²。测试马氏体含量V_M＝72.4％，奥氏体含量V_A＝27.6％。实测6点维氏硬度分别为：HV 602，HV 599，HV 601，HV 603，HV 601，HV 602，平均硬度HV 601，换算抗拉强度2100MPa。实测当弯折半径R约为2mm，折弯角度～172°，折叠次数≥210000次未断裂。

实施例4

采用原料为0.3mm厚度的固溶态奥氏体不锈钢薄板，经6道次轧成厚度为0.015mm的钢箔，不锈钢薄板成分见表1，晶粒度级别数G＝9，合金成分为质量分数，计算M_D30/50≈30.7℃，计算γ_SF＝19.81mJ/m²。测试马氏体含量V_M＝53.8％，奥氏体含量V_A＝46.2％。实测6点维氏硬度分别为：HV 581，HV 589，HV 577，HV 578，HV 583，HV 582，平均硬度HV 582，换算抗拉强度2026MPa。实测当弯折半径R约为1.7mm，折弯角度～173°，折叠次数≥210000次未断裂。

表1各实施例中板材的化学成分(wt.％)