CN110541123B - 一种电池壳用冷轧带钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池壳用冷轧带钢及其制备方法，属于新材料技术领域，本发明实施例提供的一种电池壳用冷轧带钢，按重量百分比计，所述钢化学成分为：0.03％≤C≤0.06％，Si≤0.03％，0.15％≤Mn≤0.25％，P≤0.012％，S≤0.010％，0.03％≤Cr≤0.05％，0.0004％≤B≤0.0008％，0.06％≤Alt≤0.09％，N≤0.003％，O≤0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

Description

一种电池壳用冷轧带钢及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料技术领域，特别涉及一种电池壳用冷轧带钢及其制备方法。
背景技术
电池钢壳用钢主要用于生产高端碱性电池钢壳和充电电池钢壳，是一种品质要求极高的精密冷轧带钢，冲制过程一般包括7-10道次拉伸并减薄，因此对带钢材质纯净度、各向异性、性能均匀性以及尺寸精度、表面质量等各项技术指标均提出了严格要求。由于苛刻的加工条件，目前我国电池壳用钢主要依赖于国外进口，因此本领域亟需研发出一种低成本且能达到各项技术指标的电池壳用钢。
中国专利CN1940109A采用低碳成分生产了一种平面各向同性优良的电池壳用钢，其主要化学成分范围为：0.01≤C(％)≤0.05，Si(％)≤0.03，0.1≤Mn(％)≤0.5，P(％)≤0.02，S(％)≤0.015，0.01≤Alt(％)≤0.10，0.005≤Ti(％)≤0.020，0.002≤N(％)≤0.007，其各向异性指数△r＜0.3，较好解决了电池壳冲制过程中的“制耳”缺陷。该专利文件未就该钢种材质纯净度关键指标即夹杂物控制水平做出明确说明，实际冲制过程中存在因大尺寸夹杂物导致的“砂眼”缺陷。
中国专利CN102286699A采用超低碳成分生产了一种冲压速度≥150个/min电池壳用钢，其主要化学成分范围为：0.0001≤C(％)≤0.0050，0.10≤Mn(％)≤0.20，0.01≤Al(％)≤0.05，0.0001≤N(％)≤0.0040，0.010≤Nb(％)≤0.030，并控制：P(％)≤0.020，S(％)≤0.015，Cu(％)≤0.05，Ni(％)≤0.05，Cr(％)≤0.08，Mo(％)≤0.05，Si(％)≤0.02。其氮含量≤30ppm，夹杂物尺寸≤10μm，屈强比≤0.6，各向异性指数△r＜0.3，能满足高速冲床快速加工成型的需要。该专利文件采用超低碳的成分设计，提高了冶炼成本，且罩式退火采用700℃高温退火工艺，提高了粘结的风险，不利于成品表面质量的改善。
专利(No.CN109136444A)采用超低碳成分生产了一种快速、减薄冲压加工的新能源汽车电池壳用钢，其主要化学成分范围为：0.003≤C(％)≤0.005，0.10≤Mn(％)≤0.20，Si(％)≤0.03，0.05≤Als(％)≤0.09，0.050≤Ti(％)≤0.070，P(％)≤0.015，S(％)≤0.012，N(％)≤0.004，在新能源电池壳加工领域获得了较好的应用。该专利文件采用超低碳的成分设计，通过在后续连退(CA)工序采用700-740℃低温两相区退火来获得不完全退火组织，专利所涉的两相区退火工艺对实现微观组织的精准控制和通卷高的性能均匀性较为不利。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的电池壳用冷轧带钢及其制备方法。
本发明实施例提供一种电池壳用冷轧带钢，按重量百分比计，所述钢化学成分为：0.03％≤C≤0.06％，Si≤0.03％，0.15％≤Mn≤0.25％，P≤0.012％，S≤0.010％，0.03％≤Cr≤0.05％，0.0004％≤B≤0.0008％，0.06％≤Alt≤0.09％，N≤0.003％，0≤0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
进一步的，所述钢金相组织为铁素体和游离渗碳体。
进一步的，按体积百分比计，所述铁素体含量≥95％，其余为游离渗碳体。。
进一步的，所述铁素体的晶粒度为10.0-11.0级，夹杂物平均尺寸＜20μm。
进一步的，所述钢的厚度为0.30-0.50mm。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种电池壳用冷轧带钢的制备方法，包括冶炼、连铸、铸坯加热、热轧、酸轧、罩式退火、平整工序；
所述冶炼中，按照所述钢化学成分调配钢水成分，并采用KR-LD-RH-CC工艺；
所述连铸拉速为1.2-1.4m/min；
所述铸坯加热中，铸坯出炉温度为1180-1220℃；
所述热轧中，终轧温度为850-890℃，热轧凸度为20-60μm；
所述酸轧中，冷轧总压下率为82-89％；
所述罩式退火中，热点温度为650-660℃，冷点温度为600-610℃；
所述平整延伸率为0.9-1.1％。
进一步的，所述冶炼中，结晶器稀土喂丝处理，所述稀土添加质量为100-200g/t钢水。
进一步的，所述热轧结束后进行卷取，所述卷取温度为560-600℃。
进一步的，所述酸轧采用五机架连轧，所述五机架中的1-3#机架采用中间辊窜辊，所述中间辊窜辊量UC-δ为25mm。
进一步的，所述罩式退火中，均热时间为10-12h。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的电池壳用冷轧带钢及其制备方法，通过钢化学成分控制及制备工艺，得到了一种屈服强度200≤Rel≤230MPa，抗拉强度330≤Rm≤360MPa，延伸率A50≥36.0％，各向异性△r＜0.30的冷轧电池壳用带钢。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例1中电池壳用钢的金相组织图；
图2是本发明实施例1中电池壳用钢的夹杂物图；
图3是本发明实施例2中电池壳用钢的金相组织图；
图4是本发明实施例2中电池壳用钢的夹杂物图；
图5是本发明实施例3中电池壳用钢的金相组织图；
图6是本发明实施例3中电池壳用钢的夹杂物图；
图7是本发明实施例4中电池壳用钢的金相组织图；
图8是本发明实施例4中电池壳用钢的夹杂物图；
图9是本发明实施例5中电池壳用钢的金相组织图；
图10是本发明实施例5中电池壳用钢的夹杂物图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本申请提供一种电池壳用冷轧带钢，按重量百分比计，所述钢化学成分为：0.03％≤C≤0.06％，Si≤0.03％，0.15％≤Mn≤0.25％，P≤0.012％，S≤0.010％，0.03％≤Cr≤0.05％，0.0004％≤B≤0.0008％，0.06％≤Alt≤0.09％，N≤0.003％，0≤0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本申请中，所述钢金相组织为铁素体和游离渗碳体。
本申请中，按体积百分比计，所述铁素体含量≥95％，其余为游离渗碳体。。
本申请中，所述铁素体的晶粒度为10.0-11.0级，夹杂物平均尺寸＜20μm。
本申请中，所述钢的厚度为0.30-0.50mm。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种电池壳用冷轧带钢的制备方法，包括冶炼、连铸、铸坯加热、热轧、酸轧、罩式退火、平整工序；
所述冶炼中，按照所述钢化学成分调配钢水成分，并采用KR-LD-RH-CC工艺；
所述连铸拉速为1.2-1.4m/min；
所述铸坯加热中，铸坯出炉温度为1180-1220℃；
所述热轧中，终轧温度为850-890℃，热轧凸度为20-60μm；
所述酸轧中，冷轧总压下率为82-89％；
所述罩式退火中，热点温度为650-660℃，冷点温度为600-610℃；
所述平整延伸率为0.9-1.1％。
本申请中，所述冶炼中，结晶器稀土喂丝处理，所述稀土添加质量为100-200g/t钢水。
本申请中，所述热轧结束后进行卷取，所述卷取温度为560-600℃。
本申请中，所述酸轧采用五机架连轧，所述五机架中的1-3#机架采用中间辊窜辊，所述中间辊窜辊量UC-δ设定为25mm。
本申请中，所述罩式退火中，均热时间为10-12h。
本申请中，酸轧是酸洗和冷轧工序的合称。
本发明实施例中，钢化学成分元素的作用如下：
C：C是保证电池壳用钢所需强度的重要元素，碳含量过低，带钢强度不够，无法满足电池壳体耐压强度要求。碳含量过高，碳化物在铁素体晶界和晶粒内部大量沉淀析出，碳化物与母相结合的界面往往成为冲制拉拔过程中微裂纹萌发点，导致冲压性能恶化。为了保证电池壳用钢材的冲压成形性能和壳体基本的强度要求，本发明将C元素含量限定在0.03-0.06。
Si：Si有一定的强化作用，过量的Si往往恶化Ni的可镀性，本发明将Si含量限定在0.03以下。
Mn：Mn可以起到固溶强化进而提高钢的强度的作用，同时也能促使钢中的S以MnS形式沉淀析出。Mn对提高壳体的耐蚀性和Ni镀层的可镀性不利，在充分发挥Mn的固溶强化和固S作用的前提下，本发明将Mn元素含量控制在0.15-0.25。
Alt：Al主要用来固定钢中的N，可以改善电池壳钢的时效性能。钢中Al和N化合形成AIN，可以促进退火过程中获得{111}织构，改善电池壳钢的冲压成形性能。本发明将Al含量限定在0.06-0.09范围。
Cr：电池壳冲制拉拔过程中带钢表面晶粒之间以及碳化物和基体之间形成的微小裂纹往往加速壳体表面腐蚀，钢中添加0.03％以上的Cr可以显著抑制因冲制过程中表面破损导致的壳体耐蚀性恶化。电池壳钢往往在冲制前或冲制后进行表面镀Ni处理，钢中过高的Cr往往会促进基材表面形成一层致密的Cr的氧化膜，导致Ni镀层的可镀性恶化。为兼顾壳体耐蚀性和Ni镀层的可镀性，本发明将将钢中Cr含量限定在0.03-0.05。
B：B可以提高铁素体晶粒之间以及碳化物和基体之间的结合力，抑制拉拔过程中微裂纹的扩展。钢中添加0.0003％以上的B可以改善变薄拉伸成形所伴随的加工脆化现象，B含量超过0.0015％时钢的强度明显上升，此外B含量过高会导致钢中B/N比增大，尤其是B/N超过1.0时，材质各向异性增大，冲压制耳率增大。为改善冲制成形性能，本发明将将钢中B含量限定在0.0004-0.0008。
N：钢中间隙固溶的氮往往导致钢的强度和硬度提高，塑性下降，对冲压成形不利，电池壳钢中N含量应尽量低，本发明将N含量限定在≤0.003。
P：P有严重的偏析倾向，往往导致钢中带状组织加剧，钢的塑性和韧性下降，成形性能恶化，P含量过高也会导致Ni的可镀性变差，本发明将P的含量限定在≤0.0012。
S：S是钢中有害杂质元素，钢中硫化物夹杂处往往成为冲压开裂时的应力源，电池壳钢中S含量应严加控制，本发明将其含量限定在≤0.012。
本发明实施例中，电池壳用冷轧带钢的制备方法主要工序作用如下：
冶炼：冶炼过程采用“KR-LD-RH-CC”的生产工艺，结晶器稀土喂丝处理，稀土牌号RECe-48，稀土加入量控制在100-200g/t，控制连铸拉速1.2-1.4m/min，冶炼获得的铸坯经四面机清扒皮处理后进行热轧。
热轧：热轧在奥氏体区相区完成轧制，板坯出炉温度控制在1180-1220℃，终轧温度控制在850-890℃，采用低温卷曲工艺，将卷取温度控制在560-600℃之间。为保证后续冷轧成品尺寸精度，热轧凸度控制在20-60μm。
酸轧(酸洗和冷轧)：采用酸轧联合机组，或者先酸洗，后进行冷连轧或者多次可逆冷轧。酸轧为五机架连轧时，总压下率控制在82-89％，酸轧1#-3#机架采用中间辊窜辊，中间辊窜辊量UC-δ设定为25mm。。
罩式退火(BA)：冷轧后钢卷经电解脱脂后采用全氢式罩式退火炉进行再结晶退火，罩式退火热点温度控制在650-660℃，冷点温度控制在600-610℃，均热时间控制在10-12h。采用罩式退火(BA)工艺促进了退火过程中主要织构组元{111}＜110>、{111}＜112>等的充分发展，降低了材料各向异性，减少了冲压过程中制耳缺陷的出现。
双机架平整：带钢再结晶退火后的平整可以较好改善冷轧带钢板型，提高冷轧带钢尺寸精度。本发明的电池壳用钢退火后通过采用双机架平整，将平整总延伸率控制在0.9-1.1％以内来满足产品质量设计要求。
下面将结合具体实施例对本申请的电池壳用冷轧带钢进行详细说明。
下述实施例1-5中钢化学成分(Wt％)如表1所示。
表1
实施例 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Alt(％) Cr(％) B(％) N(％) 0(％)
实施例1 0.06 0.01 0.15 0.008 0.006 0.06 0.04 0.0005 0.002 0.002
实施例2 0.04 0.02 0.2 0.007 0.005 0.08 0.03 0.0007 0.0018 0.0022
实施例3 0.03 0.01 0.22 0.006 0.009 0.07 0.04 0.0006 0.0019 0.0018
实施例4 0.04 0.01 0.14 0.008 0.005 0.06 0.04 0.0004 0.0017 0.0016
实施例5 0.03 0.02 0.25 0.006 0.008 0.09 0.05 0.0008 0.0025 0.0022
下述实施例1-5中主要轧制工艺参数如表2所示。
表2
实施例 出钢温度(℃) 终轧温度(℃) 卷取温度(℃) 冷轧压下率(％)
实施例1 1210 875 572 84
实施例2 1200 886 585 87
实施例3 1220 877 579 89
实施例4 1180 881 580 82
实施例5 1198 879 582 85
下述实施例1-5中退火及平整工艺参数如表3所示。
表3
实施例 热点温度(℃) 冷点温度(℃) 均热时间(h) 平整延伸率(％)
实施例1 650 602 12 1.1
实施例2 652 600 10 1.0
实施例3 659 610 12 1.1
实施例4 653 604 11 0.9
实施例5 660 607 12 1.0
实施例1
本实施例中，冶炼过程采用“KR-LD-RH-CC”的生产工艺，结晶器稀土喂丝处理，稀土牌号REce-48，控制稀土加入量为180g/t，控制连铸拉速1.2m/min，板坯化学成分如附表1实施例1所示。
连铸坯四面机清扒皮处理，在热轧经加热、粗轧、精轧、层冷及卷取后通过酸洗+冷连轧机组生产冷轧板，热轧凸度40μm，酸轧1#-3#机架采用中间辊窜辊，中间辊窜辊量UC-δ设定为25mm，具体工艺参数如附表2实施例1所示。
冷轧带钢在全氢式罩式退火炉中进行再结晶退火，退火完成后经双机架进行平整，退火及平整工艺参数如附表3实施例1所示。
平整后成品卷检测轧向、45°方向、横向三向力学性能，力学性能实绩如附表4实施例1所示。
本实施例生产的电池壳用钢晶粒度控制在10.5级，夹杂物平均尺寸控制在5μm，横向厚差CW10控制在6μm，成品性能稳定，成功应用于电池壳冲制生产线，使用过程未见明显砂眼、开裂和起皱等缺陷。
实施例2
本实施例中，冶炼过程采用“KR-LD-RH-CC”的生产工艺，结晶器稀土喂丝处理，稀土牌号RECe-48，控制稀土量为120g/t，控制连铸拉速1.4m/min，板坯化学成分如附表1实施例2所示。
连铸坯四面机清扒皮处理，在热轧经加热、粗轧、精轧、层冷及卷取后通过酸洗+冷连轧机组生产冷轧板，热轧凸度30μm，酸轧1#-3#机架采用中间辊窜辊，中间辊窜辊量UC-δ设定为25mm，具体工艺如附表2实施例2所示。
冷轧带钢在全氢式罩式退火炉中进行再结晶退火，退火完成后经双机架进行平整，退火及平整工艺参数如附表3实施例2所示。
平整后成品卷检测轧向、45°方向、横向三向力学性能，力学性能实绩如附表4实施例2所示。
本实施例生产的电池壳用钢晶粒度控制在10.0级，夹杂物平均尺寸控制在4μm，横向厚差CW10控制在5μm，成品性能稳定，成功应用于电池壳冲制生产线，使用过程未见明显砂眼、开裂和起皱等缺陷。
实施例3
本实施例中，冶炼过程采用“KR-LD-RH-CC”的生产工艺，结晶器稀土喂丝处理，稀土牌号RECe-48，控制稀土加入量为100g/t，控制连铸拉速1.3m/min，板坯化学成分如附表1实施例3所示。
连铸坯四面机清扒皮处理，在热轧经加热、粗轧、精轧、层冷及卷取后通过酸洗+冷连轧机组生产冷轧板，热轧凸度58μm，酸轧1#-3#机架采用中间辊窜辊，中间辊窜辊量UC-δ设定为25mm，具体工艺如附表2实施例3所示。
冷轧带钢在全氢式罩式退火炉中进行再结晶退火，退火完成后经双机架进行平整，退火及平整工艺参数如附表3实施例3所示。
平整后成品卷检测轧向、45°方向、横向三向力学性能，力学性能实绩如附表4实施例3所示。
本实施例生产的电池壳用钢晶粒度控制在11.0级，夹杂物平均尺寸控制在6μm，横向厚差CW10控制在7μm，成品性能稳定，成功应用于电池壳冲制生产线，使用过程未见明显砂眼、开裂和起皱等缺陷。
实施例4
本实施例中，冶炼过程采用“KR-LD-RH-CC”的生产工艺，结晶器稀土喂丝处理，稀土牌号RECe-48，控制稀土加入量为200g/t，控制连铸拉速1.3m/min，板坯化学成分表如附表1实施例4所示。
连铸坯四面机清扒皮处理，在热轧经加热、粗轧、精轧、层冷及卷取后通过酸洗+冷连轧机组生产冷轧板，热轧凸度28μm，酸轧1#-3#机架采用中间辊窜辊，中间辊窜辊量UC-δ设定为25mm，具体工艺如附表2实施例4所示。
冷轧带钢在全氢式罩式退火炉中进行再结晶退火，退火完成后经双机架进行平整，退火及平整工艺参数如附表3实施例4所示。
平整后成品卷检测轧向、45°方向、横向三向力学性能，力学性能实绩如附表4实施例4所示。
本实施例生产的电池壳用钢晶粒度控制在10.5级，夹杂物平均尺寸控制在5μm，横向厚差CW10控制在5μm，成品性能稳定，成功应用于电池壳冲制生产线，使用过程未见明显砂眼、开裂和起皱等缺陷。
实施例5
本实施例中，冶炼过程采用“KR-LD-RH-CC”的生产工艺，结晶器稀土喂丝处理，稀土牌号RECe-48，控制稀土加入量为100g/t，控制连铸拉速1.2m/min，板坯化学成分如附表1实施例5所示。
连铸坯四面机清扒皮处理，在热轧经加热、粗轧、精轧、层冷及卷取后通过酸洗+冷连轧机组生产冷轧板，热轧凸度50μm，酸轧1#-3#机架采用中间辊窜辊，中间辊窜辊量UC-δ设定为25mm，具体工艺参数见如附表2实施例5所示。
冷轧带钢在全氢式罩式退火炉中进行再结晶退火，退火完成后经双机架进行平整，退火及平整工艺参数如附表3实施例5所示。
平整后成品卷检测轧向、45°方向、横向三向力学性能，力学性能实绩如附表4实施例5所示。
本实施例生产的电池壳用钢晶粒度控制在10.0级，夹杂物平均尺寸控制在5μm，横向厚差CW10控制在6μm，成品性能稳定，成功应用于电池壳冲制生产线，使用过程未见明显砂眼、开裂和起皱等缺陷。
对上述实施例1-5中制得的电池壳用钢进行性能检测，测试结果如表4所示。
表4
Figure BDA0002192446350000091
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种电池壳用冷轧带钢的制备方法，其特征在于，所述钢化学成分为：0.03％≤C≤0.06％，Si≤0.03％，0.15％≤Mn≤0.25％，P≤0.012％，S≤0.010％，0.03％≤Cr≤0.05％，0.0004％≤B≤0.0008％，0.06％≤Alt≤0.09％，N≤0.003％，0≤0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，所述钢金相组织为铁素体和游离渗碳体，按体积百分比计，所述铁素体含量≥95％，其余为游离渗碳体，所述铁素体的晶粒度为10.0-11.0级，夹杂物平均尺寸＜20μm，
所述制备方法依次包括冶炼、连铸、铸坯加热、热轧、酸轧、罩式退火、平整工序；冶炼过程采用“KR-LD-RH-CC”的生产工艺，结晶器稀土喂丝处理，热轧在奥氏体区相区完成轧制，酸轧包括酸洗和冷轧，采用酸轧联合机组，或者先酸洗，后进行冷连轧或者多次可逆冷轧，冷轧后钢卷经电解脱脂后采用全氢式罩式退火炉进行再结晶退火，退火后通过采用双机架平整；
所述连铸拉速为1.2-1.4m/min；
所述铸坯加热中，铸坯出炉温度为1180-1220℃；
所述热轧中，终轧温度为850-890℃，热轧凸度为20-60μm；
所述酸轧中，冷轧总压下率为82-89％；
所述罩式退火中，热点温度为650-660℃，冷点温度为600-610℃；
所述平整延伸率为0.9-1.1％，所述冶炼中，结晶器稀土喂丝处理，所述稀土添加质量为100-200g/t钢水，所述热轧结束后进行卷取，所述卷取温度为560-600℃，所述酸轧采用五机架连轧，所述五机架中的1-3#机架采用中间辊窜辊，所述中间辊窜辊量UC-δ为25mm，所述罩式退火中，均热时间为10-12h。
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