阅读说明：本技术 一种因瓦合金箔材的制造方法 (Method for manufacturing invar alloy foil ) 是由 宋红宇 刘海涛 王国栋 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：一种因瓦合金箔材的制造方法,属于材料技术领域,按以下步骤进行：(1)冶炼钢水,利用双辊薄带连铸装置,制成因瓦合金铸带；(2)以10~100℃/s的降温速度水冷；(3)酸洗后一次冷轧；对一次冷轧板进行中间退火,再次酸洗后二次冷轧；(4)对二次冷轧板进行最终退火,退火温度为600~900℃,退火时间为5~60min。本发明的方法可有效抑制有害元素的偏聚,减少因瓦合金铸带的氧化,显著提高成材率；可以避免因热塑性差导致的开裂问题,因瓦合金箔材具有硬度低、韧性好、热稳定性好、立方织构强的优势。(A process for preparing the invar alloy foil includes such steps as smelting molten steel, conticasting to obtain the invar alloy casting band by dual-roller conticaster, (2) cooling by 10 ~ 100 deg.C/s, (3) pickling, cold rolling, intermediate annealing, pickling, and cold rolling again, (4) final annealing at 600 ~ 900 deg.C for 5 ~ 60 min.)

一种因瓦合金箔材的制造方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种因瓦合金箔材的制造方法。

背景技术

因瓦合金是一种含Ni约36%（质量分数）的Fe-Ni合金，具有极低的平均线膨胀系数，在低温下仍有较好的强度、塑性和韧性匹配；因此主要用于制造精密仪器仪表、激光谐振腔以及特殊传输电缆，更是液化天然气（LNG）运输船的核心材料。因瓦合金箔材由于具有磁饱和强度大、矫顽力小的特点，且具有良好的耐腐蚀性能，可作为磁屏蔽材料，已广泛应用在电子和信息行业中。

因瓦合金的典型生产工艺主要包括：真空感应熔炼、铸锭、扒皮、加热、锻造、修磨、加热、热轧、固溶处理、酸洗、修磨、拼卷、冷轧、连续光亮热处理、冷轧、连续光亮热处理、冷精轧和包装；生产实践表明，扒皮及修磨处理严重降低了生产效率和成材率，使得从钢锭到冷轧带的综合收得率仅有50%左右，造成大量的资源、能源浪费，更不利于箔材的制备。对此，人们开发了电沉积法制备因瓦合金箔材；但是，采用电沉积法获得的因瓦合金箔材晶粒尺寸在纳米级别，造成电沉积因瓦合金箔材硬度高、韧性差、热稳定性差，产品中还会形成对磁性能不利的γ纤维织构（<111>//ND择优取向）；另一方面，该方法需采用电解液制备箔材，容易造成环境污染，电解液性能不稳定时还会造成产品性能波动；可见，因瓦合金箔材的两种现有生产流程均不符合金属材料工业的绿色化发展方向，如何优化生产工艺，提高成材率、降低成本、提高产品性能成为冶金工作者追求的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种因瓦合金箔材的制造方法，充分发挥薄带连铸技术在因瓦合金组织、织构调控上的优势和潜力，通过调整工艺流程，获得因瓦合金箔材产品，同时具有工艺流程短、成材率高的特点。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、采用中频真空感应炉冶炼钢水，利用双辊薄带连铸装置，将冶炼好的钢水经中间包浇入由两个结晶辊和两块侧封板组成的空腔内形成熔池，熔池内的钢水随着结晶辊的转动凝固并以20~80m/min的速度导出，制成因瓦合金铸带；

2、将因瓦合金铸带经冷却机组以10~100℃/s的降温速度水冷至室温，获得常温铸带；

3、将常温铸带酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行一次冷轧，一次冷轧的压下率为30.0~93.0%，获得一次冷轧板；对一次冷轧板进行中间退火，温度为600~900℃，时间为5~60min，获得中间退火板；将中间退火板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行二次冷轧，二次冷轧压下率为85~98.7%，制成二次冷轧板；

4、对二次冷轧板进行最终退火，退火温度为600~900℃，退火时间为5~60min，制成因瓦合金箔材。

上述的因瓦合金铸带的化学成分按质量百分比含Ni 35~37.5%, C 0.001~0.5%，Si ≤0.6%，Mn ≤0.9%，Ti ≤2.5%，Al ≤1.2%，Zr ≤0.1%，稀土元素≤0.2%，S ≤0.02%，P≤0.02%，余量为Fe和不可避免杂质。

上述的因瓦合金铸带的宽度为100~2000mm。

上述的步骤1中，钢水与结晶辊辊面的接触弧长度为100~250mm，导出时的熔池的液面高度为80~220mm。

上述的步骤3和4中，中间退火和最终退火是在氩气气氛条件下进行。

上述的因瓦合金箔材的厚度0.02~0.1mm。

上述的因瓦合金箔材的宽度100~2000mm。

双辊薄带连铸是将亚快速凝固与轧制变形融为一体，以液态金属为原料直接生产1~10mm厚带材的前沿技术；利用该技术的亚快速凝固特性以及铸后的快速二次冷却，可显著抑制有害元素的偏聚，也大幅减少铸带坯的氧化；由于因瓦合金铸带坯的厚度较小且塑性好，可望取消锻造及热轧工序，从根本上避免因热塑性差导致的开裂问题，显著提高生产效率和成材率；另一方面，由双辊薄带连铸流程制备得到的因瓦合金箔材的晶粒尺寸在微米级别，可避免电沉积因瓦合金箔材的硬度高、韧性差、热稳定性差等问题；而且，通过发挥双辊薄带连铸在织构控制上的优势，也有望避免对磁性能不利的γ纤维织构的形成。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

（1）利用双辊薄带连铸的亚快速凝固特性以及铸后的快速二次冷却，可有效抑制有害元素的偏聚，减少铸带的氧化，显著提高成材率；而且，可以取消传统流程中的锻造及热轧工序，从根本上避免因热塑性差导致的开裂问题，在铸带宽度2000mm的情况下，未出现开裂现象；并可大幅简化制备流程，提高生产效率；

（2）与电沉积制备流程相比，采用双辊薄带连铸制备得到的因瓦合金箔材具有硬度低、韧性好、热稳定性好、立方织构（{001}<100>择优取向）强的显著优势，而且可以大幅减少污染物排放。

附图说明

图1为本发明的一种因瓦合金箔材的制造方法工艺流程示意图；

图2为本发明实施例1中的因瓦合金箔材织构；

图3为本发明实施例1中对比试验的最终退火板织构；

图4为本发明实施例2中的因瓦合金箔材织构；

图5为本发明实施例2中对比试验的最终退火板织构。

具体实施方式

本发明实施例和对比例中采用的双辊薄带连铸装置的结晶辊直径为500~1000mm。

本发明实施例和对比例中得到的因瓦合金铸带的宽度为100~2000mm。

本发明实施例和对比例中退火板的织构检测是在Bruker D8 Discover 型X射线衍射仪上进行的，通过测量样品的{111}、{200}、{220}三个不完整极图，利用级数展开法计算取向分布函数（ODF）；所测样品的尺寸为22mm（轧制方向）×20mm（与轧制方向垂直的宽度方向）。

本发明实施例和对比例中退火气氛为氩气气氛，采用的氩气纯度99.99%以上。

本发明实施例中的因瓦合金箔材的平均晶粒尺寸5~20μm。

本发明实施例中的因瓦合金箔材的硬度120~180HV。

本发明实施例中的因瓦合金箔材的热稳定性良好，在600~900℃退火后，平均晶粒尺寸差值在15μm以内，不会如电沉积因瓦合金箔材发生明显的晶粒长大现象。

本发明实施例中的因瓦合金箔材的织构为强烈的立方织构。

本发明实施例中的因瓦合金铸带和因瓦合金箔材的宽度为100~2000mm。

本发明实施例中和对比例中进行连铸时，钢水与结晶辊辊面的接触弧长度100~250mm，熔池的液面高度80~220mm。

本发明实施例中进行连铸时，控制熔池上表面过热度15~70℃。

本发明实施例中因瓦合金铸带厚度2.5~5mm。

实施例1

流程如图1所示；

采用中频真空感应炉冶炼钢水，利用双辊薄带连铸装置，将冶炼好的钢水经中间包浇入由两个结晶辊和两块侧封板组成的空腔内形成熔池，熔池内的钢水随着结晶辊的转动凝固并以20m/min的速度导出，制成因瓦合金铸带，成分按质量百分比含Ni 35%，C 0.005%，Si0.1%，Mn 0.2%，S 0.01%，P 0.01%，余量为Fe和不可避免杂质；因瓦合金铸带厚度3mm；

将因瓦合金铸带经冷却机组以10~100℃/s的降温速度水冷至室温，获得常温铸带；

将常温铸带酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行一次冷轧，一次冷轧的压下率为88.3%，获得一次冷轧板；在氩气气氛条件下，对一次冷轧板进行中间退火，温度900℃，时间10min，获得中间退火板；将中间退火板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行二次冷轧，二次冷轧压下率为98.3%，制成二次冷轧板；

在氩气气氛条件下，对二次冷轧板进行最终退火，退火温度700℃，退火时间30min，制成因瓦合金箔材，厚度0.05mm，其织构为强烈的立方织构（{001}<100>择优取向），如图2所示；

调整钢水成分按上述步骤进行对比试验，铸锭成分按质量百分比含Ni 32.0%，C 0.6%，Si 0.3%，Mn 0.5%；获得的最终退火板织构漫散，如图3所示。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

（1）因瓦合金铸带的成分按照质量百分比为Ni 37.5%，C 0.5%，Si 0.6%，Mn 0.8%，Ti2.5%，Al 1.0%，S 0.01%，P 0.01%，Zr 0.1%，稀土元素 0.2%；因瓦合金铸带厚度2.5mm；连铸时导出速度60m/min；

（2）一次冷轧的压下率为75%；中间退火温度800℃，时间20min；二次冷轧压下率为96.8%，

（3）最终退火温度900℃，时间20min，因瓦合金箔材厚度0.02mm，其织构为强烈的立方织构（{001}<100>择优取向），如图4所示；

调整工艺步骤按上述方法进行对比试验，酸洗后直接冷轧至0.02mm，即冷轧压下率99.2%，取消中间退火，获得的最终退火板织构漫散，如图5所示。

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

（1）因瓦合金铸带的成分按照质量百分比为Ni 36%，C 0.3%，Si 0.3%，Mn 0.4%，Ti1.5%，Al 0.5%，S 0.02%，P 0.01%，Zr 0.06%；因瓦合金铸带厚度5mm；连铸时导出速度30m/min；

（2）一次冷轧的压下率为80%；中间退火温度700℃，时间30min；二次冷轧压下率为90%，

（3）最终退火温度800℃，时间为10min，因瓦合金箔材厚度0.1mm，其织构为强烈的立方织构（{001}<100>择优取向）；

调整钢水成分按上述步骤进行对比试验，铸锭成分按质量百分比含Ni 32.0%，C 0.1%，Si 0.3%，Mn 0.9%；获得的最终退火板织构漫散。

实施例4

制造方法同实施例1，不同点在于：一次冷轧压下率为50%，中间退火温度为800℃，时间为20min，二次冷轧压下率为98.7%；获得的因瓦合金箔材织构为强烈的立方织构。

实施例5

制造方法同实施例2，不同点在于：最终退火温度为700℃，退火时间为10min；获得的因瓦合金箔材织构为强烈的立方织构。

实施例6

制造方法同实施例3，不同点在于：因瓦合金铸带厚度1.5mm，一次冷轧压下率35%，中间退火温度900℃，时间30min，二次冷轧压下率89.7%，最终退火温度700℃，时间为30min；获得的因瓦合金箔材织构为强烈的立方织构。

实施例7

制造方法同实施例1，不同点在于：因瓦合金铸带的成分按质量百分比含Ni 36%，C0.001%，Si 0.01%，S 0.01%，P 0.02%，因瓦合金铸带厚度2.5 mm；连铸时导出速度30m/min；一次冷轧压下率为30%，中间退火温度为600℃，时间60min，二次冷轧压下率为98%；最终退火温度600℃，时间为60min；因瓦合金箔材厚度0.035mm；获得的因瓦合金箔材织构为强烈的立方织构。

实施例8

制造方法同实施例1，不同点在于：因瓦合金铸带的成分按质量百分比含Ni 36%，C0.03%， Mn 0.9%，Al 1.2%，S 0.01%，P 0.01%，因瓦合金铸带厚度5 mm；连铸时导出速度80m/min；一次冷轧压下率为93%，中间退火温度为900℃，时间5min，二次冷轧压下率为85%；最终退火温度900℃，时间5min；因瓦合金箔材厚度0.053mm；获得的因瓦合金箔材织构为强烈的立方织构。