CN103397267A - 轧制锂电池保护板用冷轧辊及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轧制锂电池保护板用冷轧辊及其制造方法，冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量为：C0.7～1.0%，Si0.2～1.0%，Mn0.2～0.6%，P≤0.02%，S≤0.02%，Cr 2.0～4.0%，Ni0.2～0.6%，Mo0.2～0.8%，V0.1～0.5%，其余为Fe和不可避免的杂质。制造冷轧辊包括熔铸电渣钢锭、锻造辊坯、调质处理、感应淬火处理、冷处理和最终热处理及机加工等工艺步骤。本发明的冷轧辊具有较高的硬度和耐磨性，在同样强度的使用条件下，该冷轧辊的使用寿命比原来普通铬钢冷轧辊的使用寿命提高了45～55%，冷轧辊辊身表层硬度可达97～105HSD。

Description

轧制锂电池保护板用冷轧辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧辊及其制造方法，具体的说是一种轧制锂电池保护板用冷轧辊及其制造方法。

背景技术

随着人们对快速、便捷的出行方式的要求越来越强烈，电动自行车这种交通工具的使用也越来越普遍。电动自行车的动力输出主要依靠蓄电池，目前在电动自行车上使用的蓄电池主要有铅酸蓄电池和锂电池。传统蓄电池多为铅酸蓄电池，但是由于铅酸蓄电池重量大，造成拆装、搬运不方便，而且容易造成环境污染，而采用锂电池这种高效、轻便、无污染的储能材料时，使电动自行车质量变轻，因此越来越受到人们的欢迎。锂电池也逐渐取代铅酸蓄电池的地位，锂电池主要由锂电池芯和锂电池保护板组成。

生产锂电池所需要的锂电池保护板需要在-20～60℃的环境下长期稳定的工作，因此对锂电池保护板的质量要求较高，对生产锂电池保护板时使用的冷轧辊的质量要求也越来越高，锂电池保护板通常采用两辊轧制进行生产，目前国内外市场上用来制造冷轧辊的材料主要是Cr2、Cr3、Cr5系列，轧制过程中会出现冷轧辊和被轧制材料之间发生打滑的现象；在投入生产使用不久后，冷轧辊的表面粗糙度就急剧降低，影响产品的表面质量以及产品合格率，这些现象多是由于冷轧辊的耐磨性差、表面粗糙度保持能力差造成的。进行生产的冷轧辊需要具有高硬度、高强度和高耐磨性，这些性能要求不仅是保证锂电池保护板质量的前提，同时还能延长换辊周期，提高生产效率。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种用于轧制锂电池保护板的冷轧辊及其制造方法，制造出来的冷轧辊具有高硬度和高耐磨性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

轧制锂电池保护板用冷轧辊，所述冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量为：C 0.7～1.0%，Si 0.2～1.0%，Mn 0.2～0.6%，Cr 2.0～4.0%，Ni 0.2～0.6%，Mo0.2～0.8%，V 0.1～0.5%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。

轧制锂电池保护板用冷轧辊的制造方法包括以下工艺步骤：

A、熔铸电渣钢锭：将生产所需原料在电弧炉中熔炼成钢水，将钢水置于LF+VD精炼炉完成精炼，

钢水精炼完成后，模铸成电极锭，之后利用电渣重熔方法制成电渣钢锭；

B、锻造辊坯：将电渣钢锭锻造经过保温、镦粗和拔长等工序制成锻坯后，进行粗加工得到辊坯；

C、调质处理：对步骤B得到的辊坯进行调质处理：淬火温度为850～950℃；之后进行回火处理，回火温度300～400℃；

D、感应淬火处理：将辊坯进行表面感应淬火处理，淬火加热温度为950～1000℃；

E、冷处理：表面感应淬火之后的辊坯冷却至环境温度后立即进行冷处理，冷处理温度为-80～-30℃，保温时间3～6h；

F、回火处理：将完成冷处理后的辊坯放置在空气中缓慢升温至环境温度后，及时进行回火处理：回火温度为125～135℃，保温时间为80～110h。

完成回火处理后的辊坯进行机加工，得到冷轧辊成品，对成品进行尺寸精度检验和硬度测试。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明中钢的化学组分中，Si提高了钢的硬度、强度和耐磨性，同时提高钢的弹性极限、屈服强度和抗疲劳强度；Cr增加了钢的淬透性并有二次硬化作用，提高了钢的硬度和耐磨性而且不会使钢变脆；Mo提高了钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，保持钢的硬度稳定，增加了钢对变形、开裂和磨损等的抗力；V细化了钢的组织和晶粒，提高晶粒的粗化温度，增加了钢的强度和耐磨性。本发明提高了C、Si的含量，并通过调整Cr和C的质量百分含量的比例，配合调整Mo、V的质量百分含量，提高了产品的硬度，增加了产品热处理后的耐磨性。

采用本发明材料制得的冷轧辊，具有较高的硬度和耐磨性，在同样强度的使用条件下，本发明制得的冷轧辊的使用寿命比原来普通铬钢系列材料制得的冷轧辊的使用寿命提高了45～55%，冷轧辊辊身表层硬度可达97～105HSD。

冷处理大幅度提高了辊坯的稳定性，降低了淬火应力，防止辊坯开裂，提高了辊坯强度。

淬火后的辊坯冷却至环境温度后进行冷处理，避免辊坯开裂；冷至环境温度后立即进行冷处理，促进辊坯中奥氏体向马氏体的转变，提高辊坯的硬度，增加耐磨性能。

冷处理后缓慢升至环境温度，防止因升温太快导致辊坯开裂；及时进行回火处理，防止了辊坯内部因残余应力过大导致辊坯开裂，保证产品质量，提高了产品的合格率。

具体实施方式

轧制锂电池保护板用冷轧辊，所述冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量为：C 0.7～1.0%，Si 0.5～1.0%，Mn 0.2～0.6%，Cr 2.0～4.0%，Ni 0.2～0.6%，Mo0.2～0.8%，V 0.1～0.5%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。

上述化学组分及其质量百分含量可以进一步优选为：C 0.8～1.0%，Si0.7～1.0%，Mn 0.3～0.6%，Cr 2.5～3.8%，Ni 0.35～0.6%，Mo 0.25～0.5%，V 0.3～0.4%，P≤0.015%，S≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

轧制锂电池保护板用冷轧辊，所述冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量设计目标为：C 0.8～0.9%，Si 0.8～0.9%，Mn 0.5～0.6%，Cr 3.3～3.5%，Ni 0.5～0.6%，Mo 0.4～0.5%，V 0.3～0.4%，P≤0.015%，S≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述冷轧辊的制造方法包括以下工艺步骤：

A、熔铸电渣钢锭：按照冷轧辊所要求的化学成分及其质量百分含量进行原料配比，将生产所需原料采用电弧炉进行初步熔炼，熔炼成钢水之后在LF+VD精炼炉完成钢水的精炼，

精炼后的钢水进行浇注、模铸成电极锭；将模铸得到的电极锭进行退火处理，之后利用电渣重熔方法将电极锭熔铸成电渣钢锭。

对电渣钢锭进行化学成分分析，得到电渣钢锭的化学成分及其质量百分含量为：C 0.8%，Si 0.8%，Mn 0.6%，Cr 3.3%，Ni 0.6%，Mo 0.5%，V 0.4%，P 0.01%，S 0.01%。

B、锻造辊坯：将电渣钢锭加热进行锻造，经过保温、镦粗和拔长等生产工序锻造制成锻坯，锻造过程中加热为1230℃～1300℃，锻造比应大于3；之后在机加工车间进行车削粗加工，得到辊坯。

C、调质处理：将步骤B得到的辊坯进行调质处理：调质处理中的淬火加热温度850～950℃，淬火后水冷降温，之后进行回火处理，回火温度300～400℃。

D、感应淬火处理：采用双频或工频感应圈感应加热方式对辊坯进行表面感应淬火处理，淬火加热温度为950～1000℃，之后水冷降温。

E、冷处理：待预备热处理完成后的辊坯冷却至环境温度时，立即进行冷处理，冷处理温度为-80～-30℃，保温时间为3～6h。

F、回火处理：将完成冷处理后的辊坯放置在空气中，使辊坯升温，当辊坯的温度缓慢升至环境温度后及时进行回火处理：将辊坯加热到125～135℃后，保温80～110h，随炉冷却至环境温度。

回火完成后，按照冷轧辊的要求尺寸对辊坯进行精加工，得到冷轧辊成品，对成品进行超声波检测、硬度测试、金相组织检验。

本实施例中得到的冷轧辊采用专用的轧辊肖氏硬度计测定，测得辊身表层硬度为97～100HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。采用本实施例制得的冷轧辊，具有较高的硬度和耐磨性，在同样强度的使用条件下，本发明制得的冷轧辊的使用寿命比原来普通铬钢系列材料制得的冷轧辊的使用寿命提高了53%。

实施例2

实施例2中的工艺步骤与实施例1中相同，其区别在于：

本实施例中所述冷轧辊的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：C0.8～0.9%，Si 0.8～0.9%，Mn 0.5～0.6%，Cr 3.3～3.5%，Ni 0.5～0.6%，Mo 0.4～0.5%，V 0.3～0.4%，P≤0.015%，S≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。

对步骤A得到的电渣钢锭进行化学成分分析，得到电渣钢锭中的化学组分及其质量百分含量为：C 1.0%，Si 0.5%，Mn 0.2%，Cr 2.5%，Ni 0.35%，Mo 0.2%，V 0.5%，P 0.02%，S 0.003%。

本实施例中得到的冷轧辊采用专用的轧辊肖氏硬度计测定，测得辊身表层硬度为98～102HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。本发明制得的冷轧辊的使用寿命比原来普通铬钢系列材料制得的冷轧辊的使用寿命提高了55%。

实施例3

实施例3中的工艺步骤与实施例1中相同，其区别在于：

本实施例中所述冷轧辊的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：C0.8～0.9%，Si 0.8～0.9%，Mn 0.5～0.6%，Cr 3.3～3.5%，Ni 0.5～0.6%，Mo 0.4～0.5%，V 0.3～0.4%，P≤0.015%，S≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。

对步骤A得到的电渣钢锭进行化学成分分析，得到电渣钢锭中的化学组分及其质量百分含量为：C 0.9%，Si 1.0%，Mn 0.35%，Cr 2.0%，Ni 0.2%，Mo 0.8%，V 0.1%，P 0.01%，S 0.02%。

本实施例中得到的冷轧辊采用专用的轧辊肖氏硬度计测定，测得辊身表层硬度为97～102HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。本发明制得的冷轧辊的使用寿命比原来普通铬钢系列材料制得的冷轧辊的使用寿命提高了48%。

实施例4

实施例4中的工艺步骤与实施例1中相同，其区别在于：

本实施例中所述冷轧辊的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：C0.8～0.9%，Si 0.8～0.9%，Mn 0.5～0.6%，Cr 3.3～3.5%，Ni 0.5～0.6%，Mo 0.4～0.5%，V 0.3～0.4%，P≤0.015%，S≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。

对步骤A得到的电渣钢锭进行化学成分分析，得到电渣钢锭中的化学组分及其质量百分含量为：C 0.95%，Si 0.7%，Mn 0.3%，Cr 3.8%，Ni 0.5%，Mo 0.25%，V 0.3%，P 0.015%，S 0.015%。

本实施例中得到的冷轧辊采用专用的轧辊肖氏硬度计测定，测得辊身表层硬度为100～105HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。本发明制得的冷轧辊的使用寿命比原来普通铬钢系列材料制得的冷轧辊的使用寿命提高了53%。

实施例5

实施例3中的工艺步骤与实施例1中相同，其区别在于：

本实施例中所述冷轧辊的化学组分及其质量百分含量的设计目标为：C0.8～0.9%，Si 0.8～0.9%，Mn 0.5～0.6%，Cr 3.3～3.5%，Ni 0.5～0.6%，Mo 0.4～0.5%，V 0.3～0.4%，P≤0.015%，S≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质。

对步骤A得到的电渣钢锭进行化学成分分析，得到电渣钢锭中的化学组分及其质量百分含量为：C 0.7%，Si 0.85%，Mn 0.5%，Cr 4.0%，Ni 0.45%，Mo 0.4%，V 0.35%，P 0.013%，S 0.008%。

本实施例中得到的冷轧辊采用专用的轧辊肖氏硬度计测定，测得辊身表层硬度为99～103HSD，超声波检测及金相组织均达到要求。本发明制得的冷轧辊的使用寿命比原来普通铬钢系列材料制得的冷轧辊的使用寿命提高了45%。

Claims (2)

1.轧制锂电池保护板用冷轧辊，其特征在于所述冷轧辊中的化学组分及其质量百分含量为：C 0.7～1.0%，Si 0.2～1.0%，Mn 0.2～0.6%，Cr 2.0～4.0%，Ni0.2～0.6%，Mo 0.2～0.8%，V 0.1～0.5%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.权利要求1所述的轧制锂电池保护板用冷轧辊的制造方法，其特征在于所述冷轧辊的制造方法包括以下工艺步骤：

A、熔铸电渣钢锭：将生产所需原料在电弧炉中熔炼成钢水，将钢水置于LF+VD精炼炉完成精炼，

钢水精炼完成后，模铸成电极锭，之后利用电渣重熔方法制成电渣钢锭；

B、锻造辊坯：将电渣钢锭经过保温、镦粗和拔长等锻造工序制成锻坯后，进行粗加工得到辊坯；

C、调质处理：对步骤B得到的辊坯进行调质处理：淬火温度为850～950℃；之后进行回火处理，回火温度300～400℃；

D、感应淬火处理：将辊坯进行表面感应淬火处理，淬火加热温度为950～1000℃；

E、冷处理：表面感应淬火之后的辊坯冷却至环境温度后立即进行冷处理，冷处理温度为-80～-30℃，保温时间3～6h；

F、回火处理：将完成冷处理后的辊坯放置在空气中缓慢升温至环境温度后，及时进行回火处理：回火温度为125～135℃，保温时间为80～110h；

完成回火处理后的辊坯进行机加工，得到冷轧辊成品，对成品进行尺寸精度检验和硬度测试。