【摘 要】
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随着微制造、微机电系统在航空航天、精密仪器、电子等领域的广泛应用,对不锈钢极薄带的需求日益增长,并对其表面质量提出了更高的要求。传统的极薄带制备方法为同步轧制,由于受到最小可轧厚度的限制,只能通过减小辊径,增加支撑辊,并辅以中间退火环节的手段增强减薄能力。由于轧制设备结构复杂、维修困难、工艺繁琐,在实际生产中增加了大量成本。基于以上背景,本文在国家自然科学基金项目“极薄带成形中超延展现象的实验与机
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“极薄带成形中超延展现象的实验与机理研究”；
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随着微制造、微机电系统在航空航天、精密仪器、电子等领域的广泛应用,对不锈钢极薄带的需求日益增长,并对其表面质量提出了更高的要求。传统的极薄带制备方法为同步轧制,由于受到最小可轧厚度的限制,只能通过减小辊径,增加支撑辊,并辅以中间退火环节的手段增强减薄能力。由于轧制设备结构复杂、维修困难、工艺繁琐,在实际生产中增加了大量成本。基于以上背景,本文在国家自然科学基金项目“极薄带成形中超延展现象的实验与机理研究”的资助下,致力于探索出一种无需中间退火的低成本不锈钢极薄带异步轧制工艺。主要从降低轧制力、减少轧制道次、减少中间退火环节展开研究;同时研究异步轧制及退火过程中组织性能演变规律,为后续工业化生产提供理论依据。本文采用主要研究手段有:通过对比实验研究异速比、张应力等轧制工艺参数对异步轧制过程的影响;通过对不锈钢极薄带异步轧制过程中的组织演变规律分析其变形机制和力学性能变化机理;通过采用不同热处理工艺研究退火温度、退火时间和冷却方式对不锈钢极薄带组织性能的影响。主要研究工作及成果如下:（1）通过对比实验研究了异速比、前后张应力等轧制工艺参数对轧制力以及终轧厚度的影响:以单道次40%压下率为例,当异速比从1.0增加到1.4时,轧制力从46.996t降低至10.281t,降低了 78.1%;在恒轧制力、相同轧制道次条件下,当异速比由1.05增加到1.40时,终轧厚度降低了 39.5%;后张应力由75MPa增加到150MPa时,轧制力降低13.8%。通过对比实验发现,异速比在降低轧制力上的贡献远大于张应力。因此,在轧薄时,优先增大异速比,当异速比达到设备上限或工况上限后,增大张应力。（2）利用自主研发的四辊可逆式轧机结合异步轧制技术,在无中间退火的情况下,合理匹配轧制工艺参数,通过9道次成功制备出0.02～0.1mm表面质量良好的321不锈钢极薄带。通过对压下率为35%、60%、80%试样进行组织观察与性能检测,发现在异步轧制过程中存在形变诱导马氏体相变的现象,且马氏体含量随压下率的增加先缓慢增加随后快速增加。当压下率增加到50%时,马氏体体积分数由0%增加到9.7%;而当压下率由50%增加到80%时,马氏体体积分数由9.7%快速增加到52.1%。马氏体＜110＞方向织构随压下率增加而增强。与原料相比,80%压下率试样抗拉强度由670MPa增加到1527MPa,断后延伸率由43%降低至0.4%,腐蚀速率从0.0022mm/a增加到0.4986mm/a。（3）通过对压下率为35%、60%、80%冷轧试样进行退火处理,研究退火温度、退火时间及冷却方式对不锈钢极薄带力学性能的影响。结果表明,随退火温度升高,综合力学性能提高;随退火时间增加,综合力学性能降低;随冷却速率增加,综合力学性能提高。（4）通过对35%压下率试样进行1050℃-3min退火后炉冷处理,得到梯度晶粒尺寸组织,其表层由形变诱发马氏体逆转变得到的奥氏体晶粒尺寸为1μm,芯部由未转变奥氏体再结晶得到的奥氏体晶粒尺寸为13μm,其拥有良好的力学性能,抗拉强度可达到704MPa,断后延伸率为31.8%,强塑积达到22.39 GPa·%。
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