Способ производства ленты для химических источников тока Советский патент 1992 года по МПК B23K20/04 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству биметаллических лент, и может быть использовано при производстве химических источников тока.

Известен способ изготовления химических источников тока, заключающийся в вырубке кружка из листового металла, изготовление стаканчика и последующее, его покрытие никелем гальваническим способом.

Недостатком известного способа является неравномерное покрытие внутренней поверхности стаканчика, разъедание его в процессе эксплуатации и выход источника тока из строя.

Известен также способ получения биметалла для глубокой вытяжки, при котором

производят холодное плакирование стальной основы латунью, производят термообработку, докатывают биметалл до заданных размеров и осуществляют окончательную термообработку при температуре 650...720°С в течение 2...6 ч и охлаждение до температур 250...350°С с выдержкой при этой температуре в течение 0,5...2,0 ч.

Недостатком известного способа является неприменимость данного биметалла в качестве электрода для химических источников тока, а использование этого способа для производства биметалла никель-сталь- никель не обеспечивает высокого качества сцепления их между собой.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления многоVIСА) 00 СП СП СП

слоимой плакированной ленты никель-железо-никель, состоящий в том, что в качестве основы берут сталь 08 Ю и после подготовки ленты производят плакировку, а затем холодную прокатку, причем после плакировки и холодной прокатки производят ступенчатые отжиги с выдержкой 2...3 ч при 540...580°С, а затем с выдержкой 3...6 ч при 630...670°С.

Недостатком данного способа являются: негарантированная прочность сцепления слоев, так как в процессе пластической деформации в плакирующем проходе возможен выход алюминия на поверхность зерен основы.

Последующая термическая обработка также не обеспечивает получения гарантированного сцепления, что вызывает расслой в процессе работы источника тока и преждевременный выход его из строя.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение качества ленты за счет улучшения сцепления слоев.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве материала основы используют сталь 11 кп, суммарную толщину лент плакировки выполняют равной 7...13% от толщины основы, плакирование осуществляют со степенью деформации 2,5...3,0, прокатку на окончательный размер производят в два этапа, на первом этапе - со степенью деформации 2,0...2,2, а на втором - 2,1...2,85, а отжиг после каждой операции осуществляют при температуре 675...700°С в течение 370-400 мин с последующим охлаждением с печью до температуры ниже 150°С.

Кроме того,плакирование осуществля- ютс натяжением слоев, при этом суммарное заднее натяжение лент плакировки выбирают равным 12...36% от величины натяжения стальной основы, а переднее - 26...40% от величины суммарного заднего натяжения.

Экспериментально установлено, что технологическая схема прокатки 3 не обеспечивает высокого качества сцепления никелевого сплава с основой из стали 08 Ю. Основная причина состоит в неблагоприятном сочетании режима отжигов для зон сцепления слоев. Низкая температура первой ступени и недостаточная температура выдержки приводит к частым случаям локального расслоя по границе сцепления слоев уже после плакирования. Локальное разрушение граничного слоя имеет место и в процессе холодной прокатки. Испытания стаканчиков, изготовленных из биметалла, полученного по указанной технологии, показали существенное количество случаев

выхода из строя химических источников тока (батареек) по причине отслоения никеля на внутренних поверхностях стаканчиков. Металлографические исследования позволили определить еще одну причину локального расслоения. Как известно железо и никель при взаимодействии образуют непрерывный ряд твердых растворов. Сочетание деформационного и диффузионного

0 взаимодействий компонентов биметалла может приводить к- внутренней нестабильности с образованием при этом хрупких и малопластичных зон. В данном случае сочетание низкой температуры разогрева и

5 недостаточной температуры отжига способствует выходу атомов алюминия на поверхность основы и приводит к охрупчиванию их скопления, которые в процессе деформации дают микротрещины и локальный рас0 -слой.

Прочность сцепления слоев существенным образом зависит от количества зародышей схватывания, нарастания фронта схватывания, вызванного оптимизирован5 ным сочетанием степени деформации при плакировании, холодной прокатке и температурном режиме отжига. Оптимизации условий получения сплошного фронта схватывания способствует рациональный

0 выбор соотношений величин натяжений никелевых лент и основы, обеспечивающих их взаимное скольжение в зоне отставания очага деформации при плакировании, а также соотношений величин переднего и за5 днего натяжений. Режим натяжений при холодной прокатке оказывает влияние только на энергосиловые параметры. Однако превышение определенных порогов степени деформации может приводить к локальным

0 разрывам в межслойном промежутке.

В предлагаемом техническом решении реализован оптимизированный режим совместной деформации компонентов в биметалле никель-сталь-никель с основой из

5 стали Ч1 кп. Широкая гамма опытных прока- ток по данному режиму позволила оптимизировать указанные условия и обеспечить гарантированное качество сцепления слоев как в процессе деформации, так и яри рабо0 чих режимах в источниках тока.

Существенным условием получения качественного сцепления является толщина исходной никелевой ленты в сочетании с толщиной стальной основы из стали 11 кп

5 относительно конечной толщины биметалла, предназначенного для изготовления химических источников тока. Суммарную толщину исходных никелевых лент выбирают в интервале (7... 13%) от исходной толщи- ны стальной основы. Выбор толщины,

меньшей нижнего предела, приводит к резкому удорожанию процесса получения никелевой ленты, снижению эффективности плакирования и возможным локальным разрывам ее в зоне отставания очага деформации при плакировании. Увеличение толщины выше 13% ведет к перерасходу никеля без улучшения качества биметалла и удорожанию процесса.

В процессе плакирования степень деформации пакета за проход выбирают в ин- террале 2,5...3,0. За степень деформации принято отношение исходной толщины к конечной толщине полисы. Опытным путем установлено, что при степени деформации ниже 2,5 имеют место случаи локального расслоя ленты с основой. Увеличение степени деформации свыше 3,0 приводит к резкому росту нагрузки и появлению отдельных дефектов на поверхности проката.

Холодная прокатка биметаллического подката в общем случае обеспечивает не только заданную толщину готовой бмметал- пической ленты, но и является эффективным средством управления прочностью сцепления слоев. Экспериментально установлено, .TO суммарная степень деформации при холодной прокатке биметалла НП2 - сталь 11 кп - НП2 в диапазоне 4,2..,6,2 обеспечивает увеличение прочности сцепления слоев в среднем на 2,0...3,0 кг/мм2. При этом наилучшие результату по увечи екию прочности сцепления погуадотся пры холодной прокатке в два этапа со степенью деформации по этапам соответственно 2,0...2,2 и 2,1..,2,85. Изменение указанных соотношений в меньшую и большую стороны приводит к снижению эффекта увеличения прочности сцепления слоев (существенно ниже 3 кг/мм2). Распределение степеней деформаций между этапами холодной прокатки в указанных диапазонах обеспечивает дополнительный прирост прочности сцепления на 1,0...1,5 кг/мм2. Общее увеличение прочности сцепления слоев при холодной прокатке достигает 4.0...4.5 кг/мм2.

После плакирования и каждого этапа холодной прокатки производят отжиг биметаллической ленты, выдерживая ее при температуре 675...700°С в течение 370... 400 мин с последующим охлаждением с печью ниже 150°С. Выдержка при температуре ниже 675°С не во всех случаях гарантирует отсутствие расслоя и снижает прочность сцепления слоев. Выдержка при большей, чем 700°С температуре, приводит к неоправданным энергозатратам без ощу- тимых 1 регшущ«ст5 гто гшочтестм.

Создание условий скольжения соединяемых поверхностей при холодном плакировании обеспечивает регламентированное . соотношение задних натяжений обеих никелевых лент на уровне (12...36)% от величины натяжения стальной основы. Изменение этого отношения в сторону менее 12% резко снижает взаимное скольжение соединяемых поверхностей в зоне отставания очэга

0 деформации, сокращая при этом количество зародышей схватывания и за счет этого прочность сцепления слоев в процессе плакирования.

Увеличение натяжения сверх 36% при5 водит к появлению микротрещин на поверхности никелевых лент, что отрицательно сказывается на качестве готовой продукции.

Выбор величины переднего натяжения

0 (26...40%) от величины суммарного заднего натяжения всех трех лент обусловлен тем, что при величине переднего натяжения менее 26% от суммарного заднего резко возрастает удельное давление в нейтральном

5 сечении очага деформации и появляется вероятность проскальзывания металла относительно валков. Рост величины переднего натяжения свыше 40% от суммарного заднего существенно снижает среднее удель0 ное давление по очагу деформации, уменьшая зону отставания, что в свою оче- педь приводит к ухудшению условий взаимного сцепления поверхностей.

Способ реализуют следующим образом.

Исходные материалы: лента из стали 11 кп по ТУ 14-1-628-73 с химсоставом по ГОСТ 1050-74 с размерами 4,4 х 260 мм и лента никелевая марки НП2 по ГОСТ 2170- 73, мягкая, с химсоставом по ГОСТ 492-73,

0 размером 0,2 х 270 мм.

Стальную ленту перед плакированием очищают от окалины, масляных и других загрязнений методами химического обезжиривания, травления и сухой зачистки

5 металлическими щетками на агрегате непрерывного травления стальной ленты.

Никелевую ленту обезжиривают раствором технического моющего средства МС - 8 при температуре 60...80°С, подвер0 га ют струйной промывке водой с температурой 60...80°С, сушат горячим (свыше 100°С) воздухом, а затем зачищают с одной стороны металлическими щетками до блеска. Подачу на плакирование производят не поз5 днее 24 ч после зачистки.

Двустороннее плакирование за один пропуск производят на стане кварто 400/1000 х 500 мм путем совместной прокатки двух никелевых и одной стальной лент. Валки с хромовым покрытием. Верхний рабочий валок с выпуклостью 0,1 мм, а остальные цилиндрические. В процессе плакирования подают смазку П - 28 сверху - капельным способом, а снизу - валиком. Пакет 0,2 + 4,4 + 0,2 4,8 мм прокатывают на 5 размер 1,8 мм со скоростью (0,3...0,8) м/с. Заднее натяжение стальной ленты - 43 кН, а каждой никелевой ленты - 3,9 кН. Их доля составляет 18,1%. Суммарное заднее натяжение 50,8 кН. Переднее натяжение 18 кН. 10 Его доля - 35,4%. Полученные руяоны подката подвергают промежуточному отжигу в колпаковых электропечах СГЗ - 16.16/7Ц- XI в среде азота в течение 370...380 мин при температуре печи 680°С. После снятия кол- 15 пака остывание рулонов идет под муфелем до температуры 140°С.

Холодную прокатку ведут из биметаллического прдката 1,8 мм до толщины 0,32 мм. Причем на первом этапе за пять пропусков 20 получают промежуточную толщину 0,85 мм по режиму 1,5; 1,3; 1,1; 0,95; 0,85 с задним атяжением 18... 9 кН и передним 15...8 кН Суммарная степень деформации 2,12. На втором этапе после отжига по вышеуказан- 25 ному режиму производят холодную прокатку из 0,85 мм до толщины 0,32 мм по режиму: 0,60; 0,43; 0,32. Заднее натяжение (8...4) кН, а переднее (6...3.5) «Н. Скорость прокатки при установившемся режиме (2...4) м/с. Сте- 30 пень деформации 2,65.

После холодной прокатки производят окончательный отжиг по вышеуказанному режиму, а затем проводят дрессировку биметаллической ленты 0,3 ± 0,03 мм. Про- 35 дольный роспуск ленты производят согласно заказам.

Прокатанный по указанным режимам металл соответствует требованиям ТУ и обеспечивает повышение качества ленты, надежности и долговечности работы химических источников тока.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

1.Способ производства ленты для химических источников тока, включающий подготовку контактных поверхностей ис-1 ходных лент, двухстороннее плакирование стальной ленты основы лентами плакировки из никелевого сплава методом холодной прокатки, прокатку, на конечный размер и отжиг после каждой операции, о т л и ч а - ю щ и и с я тем, что. с целью повышения качества ленты за счет улучшения сцепления слоев, в качестве материала основы используют сталь 11 КП, суммарную толщину лент плакировки выполняют равной 7...13% от толщины основы, плакирование осуществляют со степенью деформации 2,5...3,0, прокатку на окончательный размер производят в два этапа, на первом этапе - со степенью деформации 2,0...2,2, а на втором 2,1...2,85, а отжиг после каждой операции осуществляют при температуре 675...700°С в течение 370...400 мин с последующим охлаждением с печью до температуры ниже 150°С.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что плакирование осуществляют с натяжением слоев, при этом суммарное заднее натяжение лент плакировки выбирают равным (12...36)% от величины натяжения основы, а переднее (26...40)% от величины суммарного заднего натяжения.

Использование: в металлургии для изготовления биметаллических лент. В качестве основы используют ленту из стали 11КП, в качестве плакировки - ленты из никелевого сплава. Подготовку контактных поверхностей, составляющих двухстороннее плакирование основы никелевыми лентами. осуществляют со степенью деформации 2,5...3,0. Суммарную толщину плакировки выполняют равной 7...13% от толщины основы. Плакирование осуществляют с натяжением слоев, суммарное заднее натяжение выбирают равным (12...36)% от величины натяжения основы, а переднее 26...40% от величины суммарного заднего натяжения. Прокатку на конечный размер осуществляют в два,этапа, на первом - со степенью деформации 2,0...2,2, а на втором - 2,1...2,85. Отжиг проводят после каждой операции по режиму: температуре 675...700°С в течение 370...400 мин с последующим охлаждением с печью до температуры ниже 150°С. Прокатанный по указанным режимам металл обеспечивает лучшее сцепление слоев за счет устранения выхода алюминия на поверхность зерен стальной основы. 1 з.п. ф-лы. СП с