袁選利

（永鑫精密材料（無錫）有限公司技術研發(fā)中心， 江蘇 無錫 214183）

生產(chǎn)實踐·應用技術

發(fā)光二極管支架用低碳鋼帶冷軋生產(chǎn)工藝探索

袁選利

（永鑫精密材料（無錫）有限公司技術研發(fā)中心， 江蘇 無錫 214183）

研究采用低碳鋼代替銅帶用于制作LED（發(fā)光二極管）引線支架，為了滿足其對厚度公差、硬度（HV要在140～160之內）以及表面粗糙度的要求，通過對軋制工藝優(yōu)化，采用創(chuàng)新的軋輥拋光研磨工藝技術，設定成品的壓下量，設計提高板形質量的半成品、成品軋制時的輥型參數(shù)等關鍵技術，探索出一套包括：選料、張力復卷、半精軋制、松卷及脫脂清洗烘干、熱處理、光亮平整消除屈服平臺、精軋制和縱剪分切成品的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出的鋼帶產(chǎn)品經(jīng)客戶使用滿足技術要求，可以代替銅帶用做支架材料。研究結果表明：通過拋光軋輥對提供鋼帶表面光潔度十分有效，合理的成品壓下率能夠保證鋼帶的硬度要求，同時驗證了原材料公差波動對鋼帶成品公差的影響。

LED 低碳鋼 冷軋鋼帶 生產(chǎn)工藝

1 技術要求

LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保和使用壽命長等優(yōu)勢，被公認為第四代照明光源，屬于國家推廣發(fā)展的領域[1]。但是其引線通常為銅質材料，成本過高成為LED照明制約普及和推廣使用領域的主要原因之一。隨著技術不斷發(fā)展，為了降低材料成本、推廣擴大LED的使用領域，LED生產(chǎn)廠開始采用低碳鋼鋼帶代替銅質材料。但是國內目前生產(chǎn)的低碳鋼鋼帶一般為軟態(tài)，其硬度（HV）為 80～100；或者為硬態(tài)，其硬度（HV）為180～220，且材料表面的粗糙度通常為Ra=0.15～0.25μm。其無法滿足如下特殊要求：厚度公差為（0.15±0.005）mm、（0.20±0.005）mm，適用多工位高速沖制成型，因此厚度精度要求很高；機械性能要求嚴格，既要保證支架剛性又要沖制時塑性好，因此材料硬度（HV）要求范圍為140～160、抗拉強度420～480MPa、延伸率≥20%；表面光亮無任何細微擦傷，無氧化、銹點、斑點，無凹凸點、黑白線條，且表面粗糙度要求Ra=0.05～0.08μm。

根據(jù)上述的技術要求，結合多年高精度精密冷軋極薄帶生產(chǎn)實踐，通過對軋制工藝、工作棍采取特殊工藝拋光研磨、根據(jù)材料要求的硬度范圍設計成品前壓下量、軋制時設計不同的軋輥輥型，確定凸度值和彎輥參數(shù)等關鍵技術，經(jīng)反復研究試驗，研發(fā)出一套完整的適合生產(chǎn)LED行業(yè)用的低碳鋼精密冷軋鋼帶生產(chǎn)工藝方法。

2 工藝流程

選擇原料卷→張力復卷→半精軋制→松卷及脫脂清洗烘干→熱處理→光亮平整消除屈服平臺→精軋制→縱剪分切成品。

2.1 選擇原料卷

成品鋼帶表面要求無銹點、無斑點、無凹凸點、無氧化色、無黑白線。若原料卷的表面存在缺陷將會直接影響最終成品鋼帶的表面質量，因此，選擇寶鋼集團公司生產(chǎn)的牌號為SPCC軋硬卷[2]。這種軋硬卷，表面無氧化、無色差、無夾渣、粗糙度Ra=0.25～0.35 um，適用于高質量表面產(chǎn)品使用，鋼卷厚度公差波動?。?.60±0.01）mm，同板差不大于0.02mm，寬度405 mm（由1250mm寬帶分切而成），其化學成分見表1。

表1 化學成分 %

2.2 張力復卷

對已分剪后的鋼帶卷在復卷機上進行張力復卷，張力控制在2 500～3 000 kg,以便后續(xù)恒張力軋制時鋼帶卷不因過松導致表面挫傷從而影響鋼帶表面質量。速度控制在60～80m/min。將鋼帶復卷到鋼套上以備半精軋制使用。

2.3 半精軋制

采用意大利引進的高剛度精密四輥可逆冷軋機對已張力復卷的鋼卷進行半精軋制。

2.3.1 成品前壓下量設定

根據(jù)低碳鋼冷作硬化的特性，設定成品前壓下率約為23%，即0.15mm成品前設為0.195mm厚；0.20 mm成品前設為0.259mm厚，來保證軋制到成品后其鋼帶材料的硬度（HV）范圍在140～160之內。

2.3.2 軋制道次

將0.60mm厚鋼帶經(jīng)4～5道次軋制到0.195 mm或0.259mm。開始幾個道次采用普通磨削的工作棍表面，通常為Ra=0.10～0.15μm，不允許軋輥表面有螺旋紋、傾紋等影響最終成品鋼帶表面質量。最后一個道次經(jīng)過特別工藝處理，即用3M拋光砂帶拋光處理后Ra=0.08～0.10μm的工作輥軋制最后一道次，提高鋼帶表面的細致度和光亮度，消除鋼帶表面的軋輥紋路。不允許鋼帶表面出現(xiàn)凹凸點、黑線條，如果發(fā)現(xiàn)有此類情況應及時更換有凸點或凹點的支承輥，或更換工作輥等措施來保證二次軋制時不會影響最終成品鋼帶的光亮度和一致性。

2.3.3 工作輥

采用合金鋼材質，軋制普通表面質量的鋼帶時軋輥硬度（HS）通常為85～90即可，軋輥硬度低時易在軋制當中出現(xiàn)凹凸點，嚴重時會產(chǎn)生落槽現(xiàn)象，直接影響鋼帶的板形質量，出現(xiàn)鋼帶邊浪，鋼帶產(chǎn)生邊部減薄現(xiàn)象也叫“邊降”。因此在生產(chǎn)高質量要求的產(chǎn)品時選擇硬度高即硬度（HS）為90～95的材質，輥面磨削粗糙度控制在Ra=0.10～0.15μm，用于軋制除最后一道次的其他道次軋制。

2.3.4 輥形設計

由于該產(chǎn)品板形要求高，且原料為軋硬卷，材料本身硬度就較高，繼續(xù)軋制時變形抗力就很大。因此，在工藝上采用工作輥正彎曲且采用大凸度輥型軋制半成品的工藝技術，其工作輥上輥凸度控制在0.03～0.04mm[3]，從而避免半成品出現(xiàn)邊浪過大現(xiàn)象。否則會導致二次冷軋成品時鋼帶邊浪無法完全消除，產(chǎn)品達不到高板形平直度的要求。因此實踐證明必須將軋輥凸度設計的大一些，一方面減小軋制力，另一方面不易出現(xiàn)鋼帶邊浪[4]。

2.3.5 冷卻潤滑

由于采用0.60mm軋硬卷軋制半成品，因此變形抗力較大、軋制熱量高，除采用型號為PT-T專用軋制油做為軋制時冷卻潤滑劑外，還采用列管式加外部冷卻塔方式對軋制油在線冷卻。軋制當中如果由于變形熱的產(chǎn)生沒能有效控制軋制油的溫度會出現(xiàn)軋輥中凸現(xiàn)象，導致鋼帶出現(xiàn)中部減薄也就是通常鋼帶出現(xiàn)中浪或中泡，板形變差，嚴重時不但導致鋼帶板形不合格，而且也會出現(xiàn)軋制時鋼帶邊部延伸小于中部延伸，隨著道次的增加，邊部拉裂導致斷帶事故。因此確保冷軋時油溫控制在30～40℃，軋制力設定為300～400 t，速度設定為 250～350 m/min，張力按25～35 kg/mm2視道次及板形調整。

2.4 松卷及脫脂清洗烘干

對經(jīng)過半精軋的冷軋半成品鋼帶卷進行開卷并通過加有型號為F-8300堿性除油粉與水配制為含40 g/L的堿性脫脂液兩道次噴淋脫脂表面，其脫脂溫度為60～65℃。脫脂后經(jīng)過兩道清水噴淋擠干之后烘干表面。鋼帶半成品軋制后收卷張力很大，如果不經(jīng)過脫脂時松卷，到罩式爐退火時因高溫下鋼帶隨爐冷卻時會收縮導致層間黏結，不但影響質量，嚴重時會導致材料報廢。因此為防止退火黏鋼采取單位張力為5～8 kg/mm2收卷。

2.5 熱處理

對脫脂清洗松卷烘干的鋼卷，采用強對流罩式光亮爐進行再結晶退火軟化處理[5]，使鋼帶恢復塑性變形能力。為保證退火后鋼帶光亮無任何氧化，采用φ(H2)=75%+φ(N2)=25%且露點為-60℃的氨分解氣體為還原保護氣氛，而消除鋼帶的氧化措施主要是保證爐臺的密封性及退火時要先抽干凈爐內的氧氣并通入還原保護氣體[6]，從而提高鋼帶表面光亮度。退火的工藝溫度控制在590～610℃，保溫10～12 h，隨爐冷卻到50℃后出爐。

2.6 光亮平整消除屈服平臺

采用前后帶“S”輥張力控制的平整機，對經(jīng)過光亮熱處理已恢復塑性的鋼卷進行消除鋼帶屈服平臺（指強度拉伸試驗曲線上的水平區(qū)段），由于鋼帶再結晶退火軟化后，如果不平整直接二次冷軋易出現(xiàn)邊部折線印即鋼帶表面滑移線缺陷，因此對于LED支架材料表面要求非常高的產(chǎn)品，必須在二次軋制前經(jīng)光亮平整工藝處理，消除鋼帶表面滑移線的缺陷。

平整輥表面特殊處理：平整輥硬度（HS）選為90～95，輥面采取3M砂帶拋光處理，粗糙度Ra=0.08～0.10μm，以便保證后續(xù)壓延時鋼帶表面具有很光亮的表面。為保證平整后的鋼帶板形平直無中浪、邊浪或者1/4波浪，平整輥磨削時輥形控制在具有0.03～0.04mm凸度值，張力控制在5～10kg/mm2，速度控制在 100～120m/min[7]。

2.7 精軋制

高剛度精密四輥可逆冷軋機具有AGC厚控系統(tǒng)、恒張力、恒速控制功能。對經(jīng)過退火軟化處理和光亮平整消除屈服平臺后的鋼帶進行二次精軋制成品[8]。

2.7.1 工作輥表面精拋光研磨

工作輥硬度（HS）選為93～97，為達到最終成品鋼帶表面光亮，且粗糙度達到Ra=0.05～0.08 μm，通常的軋輥磨削工藝是無法達到該產(chǎn)品要求的光亮且具有很細的粗糙度要求。必須對輥面進行研磨處理，采用3M砂帶加絨面砂帶拋光特種工藝處理，使軋輥表面粗糙度達到Ra=0.005～0.008 μm，即為超精細光亮面，以便保證成品鋼帶表面光亮無砂輪磨削紋路。

2.7.2 軋制道次

成品前厚度為0.195mm或0.259mm的鋼帶卷因為表面光澤度要求高，平整時采用光亮平整，成品軋輥也采取研磨拋光處理，軋制時軋制力比通常鋼帶的同樣壓下量軋制力要降約30%左右，因此采取一道次壓延到（0.15±0.005）mm或（0.20±0.005）mm厚成品。設計道次多，容易出現(xiàn)表面缺陷，而且軋輥表面處理的狀態(tài)也會隨之改變影響成品鋼帶的光澤度。工作輥需選用經(jīng)表面精拋光研磨處理過的工作輥。

2.7.3 輥形設計

由于鋼帶卷經(jīng)過光亮平整處理后板形是較平直的，退火軟化后SPCC壓下率為23%，變形抗力非常小，軋制時軋制力為80～100 t，因此軋制成品時采用工作輥微正彎曲且小凸度輥形，其凸度值為0.01～0.02mm。

2.7.4 冷卻和刮油

選用型號為PT-T軋制油做為冷軋潤滑劑，配有的冷卻裝置使油溫控制到30～40℃。由于該產(chǎn)品表面光亮光滑，軋制時易劃傷、軋制油刮不干凈鋼帶會跑偏，從而產(chǎn)生銹斑[9]。為此特采用表面帶溝槽的硅膠條氣動刮油裝置對鋼帶表面進行刮油，來確保軋制時刮掉鋼帶表面的軋制油而且不會導致鋼帶表面產(chǎn)生細小劃傷[10]。

2.8 縱剪分切成品

根據(jù)客戶要求的寬度及公差，選用盤式滾刀縱剪機組，對軋制到成品的鋼帶分剪成（60.80±0.05）mm，為防止劃傷鋼帶表面，張力臺采用絨布包裹毛氈的工藝措施，有效防止劃傷缺陷產(chǎn)生。經(jīng)檢驗產(chǎn)品主要性能指標見表2。

3 結論

1）按照上述的生產(chǎn)工藝技術方案經(jīng)過實際生產(chǎn)實踐，成功生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。同時也驗證了工作輥平整輥采取特殊工藝拋光研磨技術對提高鋼帶光亮度和粗糙度十分有效；成品前壓下量設計完全在要求的硬度范圍內；半成品、成品軋制時的輥型設計合理有效，板形平整度高。采用維氏硬度計、粗糙度儀、萬能拉伸試驗機、數(shù)顯千分尺檢測鋼帶表面粗糙度、厚度寬度公差、硬度和機械性能及表面質量均達到客戶產(chǎn)品技術要求。

2）產(chǎn)品經(jīng)客戶實際使用滿足要求，完全可以代替銅材做為LED引線支架材料使用。

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Research on Cold-rolled Process of the Low-carbon Steel Strip for the LED Bracket

Yuan Xuanli
（Technology R&D Centre of Yongxin Precision M aterial（W uxi）Co.,Ltd.,W uxi Jiangsu 214183）

In order tomeet the requirements of thickness tolerance,hardness （HV is within 140～160）and surface roughness,low carbon steel is used instead of copper strip to make LED（light-emitting diode）lead bracket.This paper adopts the key technology research such as the innovation of the roll polishing grinding technology,quantity of the set of finished product,roll shape parameters setting in semi-finished products,finished product design when rolling to improve the quality of strip shape.A set of production processis explored,including sorting raw material,tension rewind,semi-finish rolling,coil opening and degreasing cleaning drying,heat treatment,yield platform eliminating by light level and smoothness,finish rolling and slitting cutting of finished product.The steel strip products by the customer usingmeet technical requirements and can replace copper strip used as scaffold materials.The results show that polishing roll is very effective for surface finishmentof steel strip.Reasonable reduction rate of finished

products can ensure the hardness of steel strip requirement,at the same time verify the influence of raw material

tolerance fluctuation on finish product tolerance.

LED;low-carbon steel;cold-rolled strip;production process

TF777

A

1672-1152（2017）05-0084-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.32

2017-06-28

袁選利（1959—）男，大專，工程師，主要從事不銹鋼和碳鋼精密冷軋極薄鋼帶生產(chǎn)工藝技術及產(chǎn)品研發(fā)。

（編輯：王瑾）