非标四辊冷轧机制造精密恒力发条用不锈钢带的方法与流程

本发明涉及冷轧基板材料制造领域，特别涉及一种非标四辊冷轧机制造精密恒力发条用不锈钢带的方法。

背景技术：

恒力发条是弹簧的一种，其由不锈钢带卷制并且使其定型而成，当外力将其拉直后，恒力发条会自然回卷并且产生弹力，相较于传统线性弹簧，恒力发条弹簧具有下列优点：首先，恒力发条在极小的装置空间内，就能够达到极高的弹力，其次，恒力发条的预力行程极短，并且在所有行程中均维持一定的弹力，再次，只需要较短的行程就能够达到所需的弹力，其原始长度远小于线性弹簧，并且行程无限制。

恒力发条的制作材料比较多样，碳钢、合金钢、不锈钢都能够作为恒力发条的制作材料，从耐腐蚀性、价格等多方面进行考虑，公差控制较为容易、制作完成后性能较好、制作工艺简单的不锈钢材料在恒力发条生产中应用较为广泛。

目前，公开号为CN101239357的中国专利公开了一种不锈钢带的生产方法，它的大致步骤是选用不锈钢带坯料经第一次轧程，轧制成半成品不锈钢带，然后将半成品不锈钢带进入退火炉，同时充入保护气体，退火炉内的温度分为六个区域和预热段，退火结束后，再经第二次轧程，将半成品不锈钢带轧制成厚度为0.2～0.5mm的成品不锈钢带，最后将轧制后的不锈钢带经拉直矫平，裁剪、包装为成品。

这种不锈钢带的生产方法虽然能够减少轧制道次，并且使用较大的涨力进行拉伸矫平和较小的压力进行轧制，虽然在一定程度上降低生产成本，提高产品的产量，降低了轧机的符合，但是由于其减少了轧制的道次，所生产的不锈钢带材料的致密性不足，难以达到较高的硬度，其冷轧成形后的一般硬度在HV570以下，由此，这种不锈钢带制成的恒力发条弹性较低，衰减较快，使用寿命较短。

技术实现要素：

本发明的一目的是提供一种精密恒力发条用不锈钢带的制造方法，运用其制作的不锈钢带及恒力发条具有硬度高、弹性强、衰减慢的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种精密恒力发条用不锈钢带的制造方法，依次包括以下步骤：

S1：材料选备，取用厚度为1.0～1.5mm的301S或301B不锈钢冷轧钢带，其表面为2B面，并经过固溶处理；

S2：留底轧制，采用四辊冷轧机对所述材料以微涨力轧制的方式进行正反面的反复轧制，直至留底厚度，该过程中，所述材料的留底变形量不少于40％，公差控制在±0.003mm；

S3：退火处理，将留底轧制后的不锈钢带置于连续式光亮退火炉内，根据留底厚度的不同以17m～47m/min之间的线速度进行四段温度的退火处理；

S4：成品轧制，采用四辊冷轧机将退火后的半成品进行正反面反复轧制，使不锈钢带的总变形量控制在75％～82％之间，并根据轧制道数的不同将不锈钢带的硬度控制在570～600之间。

S5：整平，采用四辊冷轧机在70t～80t的轧制力下将成品轧制后的不锈钢材料进行再次轧制，使其表面平整，平整厚度的变化量在±0.0025mm以内；

S6：分切修边，按照需要采用滚剪机将整平后的不锈钢带进行分切，分切宽度公差在±0.02mm以内，再根据不锈钢带的厚度使用修边半径不同的修边刀进行修边，确保不锈钢带边缘为圆弧状，并得到不锈钢带成品。

如此设置，由于301不锈钢带是一种亚稳奥氏体不锈钢，在充分固溶的条件下，具有完全奥氏体组织，在奥氏体不锈钢中，301是最易冷变形强化的钢种，通过冷变形加工可使钢的强度、硬度提高，并且保留足够的塑、韧性，加之此钢在大气条件下具有良好的耐锈性，兼之其价格较为低廉，是较为适合制作恒力发条用不锈钢带的钢种，2B面是指不锈钢仅由抛光辊经过一道轻度冷轧，以取得光泽的表面，是最常用的加工表面，而不锈钢的固溶处理是将不锈钢加热到1050℃～1150℃后水淬，可以将碳化物溶于奥氏体中，并且将此状态保持至室温，可以大大提高不锈钢的耐蚀性，使制成的不锈钢带具有更好的机械性能和耐腐蚀性能；现有的不锈钢带的制造方法中，特别是硬态不锈钢的制造过程中，为了减少加工工序，降低冷轧机的负荷，缩短加工的时间，一般通过较大的涨力将不锈钢原材进行拉伸，同时对不锈钢原材进行轧制，从而减小轧制所需的压力，降低对轧机和轧辊的损伤，并且在涨力和压力的双重作用下，不锈钢原材轧制的速度较快，而采用微涨力轧制的方法进行轧制，则是在很小的涨力或者没有涨力的作用下将不锈钢原材进行轧制，这样虽然轧制所需的压力较大，但是轧制后所得的不锈钢带的致密性更高，得到的纤维结构更加理想，保证其晶粒度，增加不锈钢带的韧性，能够使不锈钢带具有更加优越的机械性能，大大提升了不锈钢带成品的硬度和弹性，减缓了不锈钢带制成的恒力发条的衰减，提升了不锈钢恒力发条的品质，能够使制得的不锈钢带硬度在HV580～HV610之间，而单面反复轧制可以使不锈钢带的一面致密性增加，加大整体的机械性能，另一面则保持与原来相差不大的弹性和硬度，方便后续恒力发条生产过程中的弯曲和加工；

不锈钢带经过留底轧制后，其内的组织和成分发生变化，碳化物和各种金属元素在不锈钢内分布不均匀，经过退火处理后，能够得到更加纯粹的奥氏体组织，并且效果轧制后的加工硬化，消除内应力，降低抗拉强度，便于继续加工，还能够使不锈钢恢复固有的耐蚀性能；

成品轧制时的正反面反复轧制可以减少不锈钢带表面的不平整位置，尽量减少不锈钢带的厚度公差，并且在条件允许的情况下尽量增加不锈钢带的厚度变化，变形量需要使轧制的压力达到极大的状态，这样对冷轧机的负荷极大，因此将变形量控制在75％～82％较为合适；

整平是将不锈钢带的半成品进行进一步的修整，使用较小的轧制压力使不锈钢带的表面进行轧制，从而使得不锈钢带表面的厚度变化量更小。进一步减小厚度公差，将变化量控制在0.002mm可以减轻轧机的负担，同时使不锈钢的厚度变化量更小，更容易进行调整。

进一步设置：所述留底轧制的轧制涨力为0.5KN～2KN，轧制压力为70t～80t，轧制速度为20～30m/min。

如此设置，相对于目前采用的方法，本发明的轧制涨力更小，轧制压力更大，轧制速度更慢，这样可以使轧制的过程放慢，使不锈钢带的轧制更加充分，变形量更大，制得的不锈钢更加致密，增加其疲劳寿命，使其硬度和弹性更加良好。

进一步设置：所述成品轧制的轧制道数为9～13道，轧制速度为20～30m/min。

如此设置，可以根据不同厚度的不锈钢原材选择不同的轧制道数进行轧制，对于厚度较薄的不锈钢，经过9道轧制就能够达到较为致密的状态，而对于较厚的不锈钢，则需要较多的轧制道数进行轧制。

进一步设置：所述不锈钢带成品的厚度控制在0.08mm～0.6mm之间，其厚度公差控制在±0.0025mm。

如此设置，由于目前的恒力发条对于力值的要求越来越高，因此将不锈钢进行分切时将宽度公差和厚度公差控制在±0.0025mm之内可以为用户提供尺寸、力值更加精准的不锈钢带，提升产品质量，不锈钢带厚度从0.08mm～0.6mm可以满足各种用户的需求，扩大不锈钢带的适用面积。

进一步设置：S2、S4和S5中所述的轧制过程中均采用水基轧出油含量为5％的冷却液进行冷却和润滑，冷却温度控制在20～45℃之间。

如此设置，轧出油具有良好的润滑性，冷却性和退火清净性，可用于中低速可塑轧机及普通冷连轧上使用，浓度控制在5％就能够达到留底轧制所需的冷却和润滑效果，冷却温度控制在20～45℃之间可以更方便操作人员控制不锈钢带的形变量，从而达到更加良好的轧制效果，S5中的轧制由于施加压力小，形变量低，所散发的热量较少，因此使用同样的冷却液就能够将温度控制，并且还可以对不锈钢表面进行冲洗，带走不锈钢表面的杂质和油污。

本发明的另一目的是提供一种四辊冷轧机，其具有能够对不锈钢带表面施加更大轧制力的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于轧制上述不锈钢带的四辊冷轧机，所述四辊冷轧机包括两根支撑辊和两根直接与不锈钢带接触的工作辊，工作辊与支撑辊的直径比在1∶3～1∶6之间。

进一步设置：所述支撑辊的直径在180mm～210mm之间，工作辊的直径在35～58mm之间。

如此设置，支撑辊带动工作辊旋转，不锈钢带从两根工作辊之间通过，从而使工作辊对不锈钢表面进行轧制，支撑辊与工作辊的直径比越大，其变形区域的面积越小，工作辊对不锈钢表面施加单位面积的压强越大，就能够使不锈钢额度轧制越加完全，达到更好的轧制效果。

进一步设置：所述工作辊的截面半径由中间向两边逐渐递减，工作辊的侧边线形状满足如下方程：

x²+y²＝1138²

如此设置，由于工作辊对不锈钢带施加了较大的压力，因此工作与不锈钢带的接触部位即中间位置会发生形变，将轧辊设置成弧面形状能够弥补受力过程中轧辊的变形和轻微的压扁，从而达到更加良好的轧制效果，这样能够减小不锈钢带的中间与两边厚度变化的差距，从而使不锈钢带表面更加平整。

作为优选，所述工作辊的长度为200mm。

如此设置，在相同的直径下，工作辊的长度越低，则其刚性越大，将工作辊的长度设置在200mm可以在不影响其正常运作的情况下达到较高的刚度，使其工作时的变形区域的面积减小，从而达到更为良好的轧制效果。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

以更小的轧制涨力和更大的轧制压力轧制后所得的不锈钢带的致密性更高，得到的纤维结构更加理想，能够使不锈钢带具有更加优越的机械性能，大大提升了不锈钢带成品的硬度和弹性，减缓了不锈钢带制成的恒力发条的衰减，提升了不锈钢恒力发条的品质。

附图说明

图1是实施例4的结构示意图；

图2是支撑辊与工作辊的结构示意图。

图中，1、机架；2、支撑辊；21、上支撑辊；22、下支撑辊；3、工作辊；31、下工作辊；32、上工作辊。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1～3为本发明精密恒力发条用不锈钢带的制造方法的具体实施方式，其中，

实施例3为最佳实施方式。

制造精密恒力发条用不锈钢带的步骤如下：

取用表面为2B面，并经过固溶处理，厚度为1.0～1.5mm的301S或301B不锈钢冷轧钢带进行留底轧制，采用四辊冷轧机对所述材料以微涨力轧制的方式进行正反面的反复轧制，直至留底厚度，留底轧制的轧制涨力为0.5KN～2KN，轧制压力为70t～80t，轧制速度为20～30m/min，留底轧制过程中，所述材料的留底变形量不少于40％，公差控制在±0.003mm；

然后将制得的留底厚度的不锈钢带置于连续式光亮退火炉内以17m～47m/min的线速度进行四段温度的退火处理，退火温度分别为1040℃、1060℃、1080℃、1100℃，再采用四辊冷轧机将退火后的半成品进行正反面反复轧制，轧制道数为9～13道，轧制速度为20～30m/min，使不锈钢带的总变形量控制在75％～82％之间，轧制过程中采用轧出油含量为5％的冷却液进行冷却和润滑，冷却温度控制在20～45℃之间；

之后采用四辊冷轧机在50t～200t的轧制力下将成品轧制后的不锈钢材料进行再次轧制，使其表面平整，平整厚度的变化量小于0.002mm，此时采用冷却液进行冷却，最后将制得的不锈钢材料进行分切修边处理，即按照需要采用滚剪机将整平后的不锈钢带进行分切，分切宽度公差小于±0.02mm，再根据不锈钢带的厚度使用不同的修边刀进行修边，得到不锈钢带成品。

轧制过程中采用的四辊冷轧机包括两根支撑辊和两根直接与不锈钢带接触的工作辊，支撑辊的直径在180mm～210mm之间，工作辊的直径为35～58mm。

根据本行业通用测试标准和常规测试方法，对实施例1～3的主要性能指标进行检测和比较，测试结果参见表1至表3。

表1不同轧制涨力下轧制所得恒力发条的物理性能

表2不同轧制压力下轧制所得不锈钢材料的物理性能

表3不同工作辊与支撑辊比值情况下不锈钢材料的物理性能

结合表1至表3，可以发现，在实施例3的情况下，不锈钢材料的物理性能最好，因此，在轧制涨力为0.5N，轧制压力为80t，工作辊与支撑辊比值为1∶6的情况下能够得到性能最佳的恒力发条。

实施例4，一种带箔冷轧机，如图1和图2所示，支撑辊2包括上支撑辊21和下支撑辊22，工作辊3包括上工作辊31和下工作辊32。支撑辊2和工作辊3在机架1内的设置如下：上支撑辊21、上工作辊31、下工作辊32、下支撑辊22。挤压装置包括压块、压块顶端固定的蜗杆、机架1顶部设置的带有蜗轮的电机。

在实际工作过程中，下支撑辊22在机架1内并不能上下滑动，上支撑辊21在挤压装置的挤压下可以进行向下运动，当挤压力消失的时候，上支撑辊21通过本身设置在机架1上方的弹簧和螺杆进行复位，完成向上运动。上支撑辊21的两端各设置一个挤压装置，在挤压过程中，上支撑辊21两端受到挤压向下运动，同时上支撑辊21中间有一个向上反作用力，上支撑辊21和下支撑辊22形状相同，并且上支撑辊21和下支撑辊22采用从两端到中间辊径逐渐增大的结构设置，这样设置可以保持整个上支撑辊21和工作辊3接触。

由于上支撑辊21中间部分对上工作辊31向下的挤压力，上工作辊31两端有向上运动的趋势，所以上工作辊31也采用从两端到中间辊径逐渐增大的结构设置，使得整个工作辊3和支撑辊2保持接触。这样设置的支撑辊2和工作辊3对经过工作辊3缝隙代加工带箔的整体施加相同的挤压力，支撑辊2与工作辊3的辊径比为6∶1。

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。