本發(fā)明涉及金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可以抑制脆性材料軋制時邊部開裂的加工方法。

技術(shù)背景

在外力作用下(如拉伸、沖擊等)僅產(chǎn)生很小的變形即破壞斷裂的材料被稱為脆性材料。在金屬材料領(lǐng)域典型的脆性材料包括Ti₃Al基合金、TiAl基合金、Ti₂AlNb基合金、Ni₃Al基合金、Fe₃Al基合金以及Fe-6.5wt.％Si高硅鋼。

Ti₃Al基合金，TiAl基合金以及Ti₂AlNb基合金具有低密度(3.8～5.8g/cm³)、高溫高強度、高鋼度以及優(yōu)異的抗氧化、抗蠕變等優(yōu)點，可以使結(jié)構(gòu)件減重35～50％。Ni₃Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能，展示出極好的應用前景。Fe₃Al基合金具有良好的抗氧化和耐磨蝕性能，在中溫(小于600℃)有較高強度，成本低，是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。Fe-6.5wt.％Si高硅鋼具有非常優(yōu)異的軟磁性能，對于提高電器效率、節(jié)約能源具有非常重要的意義。

脆性材料在機械加工方面一直存在許多困難，而脆性材料在進行軋制時因本身塑性較差導致邊部出現(xiàn)開裂現(xiàn)象便是其中突出的一個。

帶鋼邊部開裂(簡稱邊裂)是冷軋過程中經(jīng)常遇見的問題。帶鋼邊裂直接導致了帶鋼邊部質(zhì)量的下降，降低了鋼材的成材率，造成巨大的資源浪費，而且嚴重的甚至會引發(fā)斷帶事故；冷軋一般是在承受數(shù)十噸的張力和每分鐘數(shù)百米的高速工況下進行的，斷帶引起的巨大沖擊會使生產(chǎn)設(shè)備嚴重損壞，從而導致生產(chǎn)效率降低，造成難以估計的巨大經(jīng)濟損失。

冷軋邊部開裂的影響因素很多，從煉鋼到熱軋再到冷軋工序，涉及范圍較廣，但從冷軋廠的角度分析，造成冷軋邊損邊裂缺陷的原因可分為兩種:冷軋基板質(zhì)量問題和冷軋過程控制問題而冷軋基板質(zhì)量問題包括冷軋基板邊部缺陷和冷軋基板邊部組織不均勻等。

本發(fā)明致力于通過對高硅鋼薄板進行邊部焊接塑性材料來對脆性材料邊部行保護進而抑制脆性材料軋制過程中的邊部開裂現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高脆性材料軋制成形成材率，推進脆性材料連續(xù)化生產(chǎn)的進程。目前尚未見利用邊部焊接法抑制脆性材料邊部開裂行為的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種抑制脆性材料軋制過程中邊部開裂現(xiàn)象的方法，通過邊部焊接塑性材料的方法，可以有效抑制邊部開裂現(xiàn)象，提高脆性材料軋制成形成材率，并最終制得表面質(zhì)量良好邊部無裂紋的合金薄板。

一種抑制脆性材料在冷軋過程中的邊部開裂行為的方法，其特征在于工藝流程為：對脆性材料合金薄板的兩邊與具有一定強度和塑性的材料連接，以強化邊部的塑性加工能力，首先利用軋機對復合板進行溫軋，然后進行室溫冷軋，最終獲得表面質(zhì)量良好，無邊部開裂現(xiàn)象合金薄板；

具體工藝步驟如下：

(1)預處理：將脆性材料合金薄板在一定溫度下進行平整、酸洗，對合金薄板邊部、塑性材料邊部利用磨床進行磨光后，在合金薄板兩邊焊接預制的厚度相同的邊部強化材料，得到復合薄板，加工切割邊部強化材料至一定寬度；

邊部塑性材料：

預制邊部塑性材料為與脆性材料合金薄板厚度相近的塑性材料薄板。

邊部塑性材料在選擇時要滿足三個條件：

a)具有良好的塑性，在相同工藝下單獨軋制，無邊裂發(fā)生，

b)碳當量小于0.62％，與脆性材料焊接性良好，焊縫無裂紋，

c)在同樣的軋制條件下塑性材料軋后伸長率與脆性材料軋后伸長率的差值的絕對值小于80％；

(3)連接：邊部塑性材料與脆性材料采用氬弧焊或激光焊接的方式進行連接，針對脆性合金和邊部塑性材料選用合適的焊接工藝；

(4)線切割：邊部塑性材料的寬度應控制在1-5mm；線切割要切去焊接的引弧處和收弧處；

(5)軋制：軋制前將軋輥預熱，然后根據(jù)脆性材料的不同選用合適的溫軋溫度和溫軋速率及溫軋道次壓下量還有室溫軋制速率，根據(jù)所需厚度選用合適的軋制道次；合金薄板經(jīng)室溫反復軋制，軋至所需厚度；

(6)得到0.04-0.5mm厚的無邊部開裂現(xiàn)象的表面質(zhì)量良好的脆性材料冷軋薄板。

其中步驟(1)所述的脆性材料合金薄板的厚度為0.5mm-1mm，平整溫度為500-1000℃。

步驟(2)所述的塑性材料薄板與脆性材料合金薄板厚度差不超過40％，塑性材料薄板寬度為40-70mm；塑性材料薄板的碳當量小于0.62％。

步驟(5)所述的軋制前預熱溫度為30-100℃，溫軋溫度為50-400℃，溫軋速率20-40m/min，溫軋道次壓下量為20-50％，根據(jù)所需厚度選用合適的軋制道次；室溫軋制速率為20-40m/min。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：利用邊部焊接塑性材料的技術(shù)，對脆性材料易產(chǎn)生開裂的邊部進行強化，克服了脆性材料難冷軋時邊部開裂的問題，得到了完整無缺陷且表面質(zhì)量良好的脆性材料合金薄板，同時邊部焊接塑性材料的技術(shù)提高了脆性材料合金薄板生產(chǎn)的成材率，也大幅度降低了連續(xù)化生產(chǎn)過程中由于邊部開裂問題引起的斷帶傷人事故發(fā)生的可能性。

附圖說明

圖1所示為邊部焊接法制備冷軋薄帶工藝路線圖。

圖2所示為本發(fā)明實施例一制備的Fe-6.5wt.％Si高硅鋼與304不銹鋼焊接復合件焊縫的微觀組織。

圖3所示為本發(fā)明實施例一制備的Fe-6.5wt.％Si高硅鋼與304不銹鋼焊接復合件焊縫的掃描電鏡背散射電子像。

圖4所示為本發(fā)明實施例一制備的0.06mm厚Fe-6.5wt.％Si高硅鋼冷軋薄板焊縫處的微觀組織。

具體實施方式

下文將結(jié)合具體附圖詳細描述本發(fā)明具體實施例。應當注意的是，下述實施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應當被認為是孤立的，它們可以被相互組合從而達到更好的技術(shù)效果。在下述實施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標號代表相同的特征或者部件，可應用于不同實施例中。

實施例一

(1)預處理：將0.5mm厚的Fe-6.5wt.％Si高硅鋼合金薄板放入到溫的箱式電阻爐中的平整夾具內(nèi)，箱式電阻爐溫度850℃，保溫時間5min，然后取出，用兩塊未加溫的不銹鋼板壓著進行冷卻，冷卻至室溫，然后對合金薄板進行酸洗去除表面氧化鐵皮；對合金薄板邊部、塑性材料邊部利用磨床進行磨光。

(2)塑性材料選用304不銹鋼。

(3)連接：采用激光焊接來實現(xiàn)Fe-6.5wt.％Si高硅鋼與304不銹鋼之間的連接；采用專用模具將所述酸洗磨光后的溫軋薄板與塑性材料進行對接；激光焊接采用焊前預熱和焊后緩冷，預熱溫度為150℃，焊后采用石棉對焊接件進行包裹；焊接方式采用雙面焊接即完成一側(cè)焊接后翻轉(zhuǎn)試件進行另一側(cè)的焊接，激光器焊接功率為180W，焊接速度為30mm/s。

(4)焊接復合板的切割：塑性材料的寬度為1mm；線切割切去激光焊接的引弧處和收弧處。

(5)軋制：采用感應加熱裝置來實現(xiàn)對軋輥和合金薄板的加熱；軋制前用感應加熱將軋輥預熱至50℃，感應加熱溫度為150℃，感應加熱功率為17.3KW；溫軋速率30m/min，溫軋道次壓下量為40％，經(jīng)過兩道溫軋后合金薄板厚度在0.15-0.25mm；室溫軋制速率為30m/min，合金薄板經(jīng)室溫反復軋制，得到0.06mm厚的無邊部開裂現(xiàn)象的表面質(zhì)量良好的高硅鋼冷軋薄板。

實施例二

(1)預處理：將0.5mm厚的Fe-6.5wt.％Si高硅鋼合金薄板放入到溫的箱式電阻爐中的平整夾具內(nèi)，箱式電阻爐溫度850℃，保溫時間5min，然后取出，用兩塊未加溫的不銹鋼板壓著進行冷卻，冷卻至室溫，然后對合金薄板進行酸洗去除表面氧化鐵皮；對合金薄板邊部、塑性材料邊部利用磨床進行磨光。

(2)塑性材料選用寶鋼牌號為B50A470的無取向硅鋼片。

(3)連接：采用激光焊接來實現(xiàn)Fe-6.5wt.％Si高硅鋼與B50A470的無取向硅鋼片之間的連接；采用專用模具將所述酸洗磨光后的溫軋薄板與塑性材料進行對接；激光焊接采用焊前預熱和焊后緩冷，預熱溫度為150℃，焊后采用石棉對焊接件進行包裹；焊接方式采用雙面焊接即完成一側(cè)焊接后翻轉(zhuǎn)試件進行另一側(cè)的焊接，激光器焊接功率為180W，焊接速度為30mm/s。

(4)焊接復合板的切割：塑性材料的寬度為1mm；線切割切去激光焊接的引弧處和收弧處。

(5)軋制：采用感應加熱裝置來實現(xiàn)對軋輥和合金薄板的加熱；軋制前用感應加熱將軋輥預熱至50℃，感應加熱溫度為150℃，感應加熱功率為17.3KW；溫軋速率30m/min，溫軋道次壓下量為40％，經(jīng)過兩道溫軋后合金薄板厚度在0.15-0.25mm；室溫軋制速率為30m/min，合金薄板經(jīng)室溫反復軋制，得到0.06mm厚的無邊部開裂現(xiàn)象的表面質(zhì)量良好的高硅鋼冷軋薄板。

實施例三

(1)預處理：將0.5mm厚的Fe-6.5wt.％Si高硅鋼合金薄板放入到溫的箱式電阻爐中的平整夾具內(nèi)，箱式電阻爐溫度850℃，保溫時間5min，然后取出，用兩塊未加溫的不銹鋼板壓著進行冷卻，冷卻至室溫，然后對合金薄板進行酸洗去除表面氧化鐵皮；對合金薄板邊部、塑性材料邊部利用磨床進行磨光。

(2)塑性材料選用寶鋼牌號為B50A800的無取向硅鋼片。

(3)連接：采用激光焊接來實現(xiàn)Fe-6.5wt.％Si高硅鋼與B50A800的無取向硅鋼片的連接；采用專用模具將所述酸洗磨光后的溫軋薄板與塑性材料進行對接；激光焊接采用焊前預熱和焊后緩冷，預熱溫度為150℃，焊后采用石棉對焊接件進行包裹；焊接方式采用雙面焊接即完成一側(cè)焊接后翻轉(zhuǎn)試件進行另一側(cè)的焊接，激光器焊接功率為180W，焊接速度為30mm/s。

(4)焊接復合板的切割：塑性材料的寬度為1mm；線切割切去激光焊接的引弧處和收弧處。

(5)軋制：采用感應加熱裝置來實現(xiàn)對軋輥和合金薄板的加熱；軋制前用感應加熱將軋輥預熱至50℃，感應加熱溫度為150℃，感應加熱功率為17.3KW；溫軋速率30m/min，溫軋道次壓下量為40％，經(jīng)過兩道溫軋后合金薄板厚度在0.15-0.25mm；室溫軋制速率為30m/min，合金薄板經(jīng)室溫反復軋制，得到0.06mm厚的無邊部開裂現(xiàn)象的表面質(zhì)量良好的高硅鋼冷軋薄板。

本發(fā)明的有益效果為：利用邊部焊接塑性材料的技術(shù)，對脆性材料易產(chǎn)生邊部開裂的邊部進行保護，克服了脆性材料難冷軋時邊部開裂的問題，得到了完整無缺陷且表面質(zhì)量良好的脆性材料合金薄板，同時邊部焊接塑性材料的技術(shù)提高了脆性材料合金薄板生產(chǎn)的成材率，也大幅度降低了連續(xù)化生產(chǎn)過程中由于邊部開裂問題引起的斷帶傷人事故發(fā)生的可能性。

本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的幾個實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實施例進行改變。上述實施例只是示例性的，不應以本文的實施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。