CN108393370A - 一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺 - Google Patents

一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，包括有以下步骤：（1）铜熔炼：铜金属熔炼在潜流式工频感应炉中进行熔炼，形成合格熔体；（2）水平连续铸锭：采用水平连铸机铸造出所需尺寸的铜锭；（3）卧式挤压：采用卧式挤压机对铜锭进行热挤压；（4）打卷；（5）铜杆冷轧：采用连续冷轧机对铜杆进行冷轧；（6）中间拉拔：采用拉拔机对冷轧后的铜杆进行拉拔，以达到所需尺寸；（7）软化退火：对拉拔后的铜杆进行软化退火处理；（8）高精拉拔。通过上述步骤制作得到的铜棒材晶粒细小，组织致密，产品塑性好，后续拉拔不易拉断，铜材高温焊接不产生气泡，冲压性能突出，几乎没有废品产生，制备电池正负极引出端子性能优良。

Description

一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺
技术领域
本发明涉及铜材生产领域技术，尤其是指一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺。
背景技术
随着新能源领域的快速发展，越来越多场合将若干电池组成电池组形成较大输出功率，来满足动力汽车等的需要。将电池组成电池组的正负极引出端子要求具有较好的导电和成型性能，一般采用高导紫铜棒材（规格范围：Φ4.0-Φ16mm）直接冲压而成。然而由于端子的形状较为复杂，除了要求有足够的导电性能和硬度外，对端子材料的冲压性能更是提出了较高要求，一般的铜材难以满足综合性能的需要。
目前用于生产Φ4.0-Φ16mm范围的紫铜棒材的工艺一般选用国标T1牌号，采用“上引铜杆-连续拉拔-退火-成品拉拔”的工艺。这些铜杆由铜锭直接通过多道拉拔制作形成，其存在组织为铸造组织，且组织不致密，产品韧性差，后续冲压成型过程容易开裂，废料率过高。因此，有必要对目前的电池正负极引出端子铜材进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，其能有效解决现有之电池正负极引出端子铜材存在铸造组织不致密、产品韧性差、后续冲压过程容易产生裂纹、产品成品率低的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，包括有以下步骤：
（1）铜熔炼：铜金属熔炼在潜流式工频感应炉中进行熔炼，形成合格熔体；
（2）水平连续铸锭：采用水平连铸机铸造出所需尺寸的铜锭；
（3）卧式挤压：采用卧式挤压机对铜锭进行热挤压，以得到所需尺寸的铜杆；
（4）打卷：采用打卷机对挤压后的铜杆进行打卷；
（5）铜杆冷轧：采用连续冷轧机对铜杆进行冷轧；
（6）中间拉拔：采用拉拔机对冷轧后的铜杆进行拉拔，以达到所需尺寸；
（7）软化退火：对拉拔后的铜杆进行软化退火处理；
（8）高精拉拔：采用另外的拉拔机对退火后的铜杆进行高精度成品拉拔，达到最终棒材产品的规格。
作为一种优选方案，所述铜金属熔炼在潜流式工频感应炉中进行熔炼，在其它元素的成分范围控制在国家标准GBT5231中关于T1的基础，添加金属锡，使锡的成分范围为50-80ppm，熔体的氧含量控制在10ppm以下。
作为一种优选方案，所述水平连铸铜锭：采用水平连铸机铸造出所需尺寸的铜锭，同时通过连铸工艺确保铸锭密度不小于8.88g/cm3。
作为一种优选方案，所述卧式挤压根据不同的挤制规格，挤压工艺规定为：挤压比大于50，挤压温度680-720℃，挤压速度50-80cm/min，同时保证出模温度为480-550℃。
作为一种优选方案，所述铜杆冷轧的单道次变形量为10%-13%，累计变形量为75%-85%。
作为一种优选方案，所述中间拉拔变形量为15%-35%。
作为一种优选方案，所述软化退火其工艺为采用井式退火炉，抽真空，然后充入氮气保护，经过90-120分钟，把炉内温度升至410℃-420℃，在这个温度范围内保温60分钟，将炉胆放入空气中冷却到45℃以下出炉，确保材料的晶粒度范围为20μm以下。
作为一种优选方案，所述高精拉拔的变形量为9%-11%，同时完成棒材的校直。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
通过上述步骤制作得到的铜棒材晶粒细小，组织致密，产品塑性好，后续拉拔不易拉断，冲压性能突出，几乎没有废品产生，制备电池正负极引出端子性能优良。
本发明能获得如此优良的效果，其原理在于：
（1）相对于传统端子铜材，本发明在成分上进行了优化提升，适当增加微量锡，在不降低铜材导电性的情况下，提高了合金的再结晶温度，为后续挤压过程和退火过程中较细晶粒度的控制提供了保障，此外，微量锡有助于水平连续铸锭过程中的金属流动，有利于减少铸锭疏松，提高铸锭密度。将氧含量规定小于10ppm，可进一步确保铜材的韧性。
（2）采用潜流式水平连铸的目的在于对熔体的充分保护，将铸锭密度控制在8.88g/cm3以上，有助于保障后续的冲击韧性，减少裂纹的产生。
（3）采用挤压比大于50的工艺，可确定挤压过程铜材密度的提高。采用挤压温度680-720℃，挤压速度50-80cm/min，同时保证出模温度为480-550℃的工艺，可保证挤压材的晶粒度在10-30μm，为后续成型打下基础。
（4）挤压后将铜杆进行冷轧，采用单道次变形量为10%-13%，累计变形量为75%-85%的工艺，可对铜材进行深度冷变形。相对于采用铸杆直接拉拔或轧制，本工艺可让铜材的冷变形过程内外均匀，晶粒破碎均匀。同时连续冷轧的生产效率高，满足工业生产的需要。
（5）冷轧后安排中间拉拔工序，采用拉拔变形量为15%-35%，可对铜杆进行尺寸的精确控制，同时提高铜材表面质量。
（6）采用井式退火炉，抽真空，然后充入氮气保护，经过90-120分钟，把炉内温度升至410℃-420℃，在这个温度范围内保温50-60分钟，将炉胆放入空气中冷却到45℃以下出炉的软化退火工艺，确保材料的晶粒度范围为20μm以下，将进一步提高材料的各向同性，并保证材料后续的冲压韧性。
（7）采用变形量为9%-11%高精成品拉拔，可保证成品铜棒材的硬度在HB83±5，精度在±0.015mm。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之较佳实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
请参照图1所示，其揭示了本发明一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，包括有以下步骤：
（1）铜熔炼：铜金属熔炼在潜流式工频感应炉中进行熔炼，形成合格熔体；所述铜金属熔炼在潜流式工频感应炉中进行熔炼，在其它元素的成分范围控制在国家标准GBT5231中关于T1的基础，添加金属锡，使锡的成分范围为50-80ppm，熔体的氧含量控制在10ppm以下。
（2）水平连续铸锭：采用水平连铸机铸造出所需尺寸的铜锭；所述水平连铸铜锭：采用水平连铸机铸造出所需尺寸的铜锭，同时通过连铸工艺确保铸锭密度不小于8.88g/cm3。
（3）卧式挤压：采用卧式挤压机对铜锭进行热挤压，以得到所需尺寸的铜杆；所述卧式挤压根据不同的挤制规格，挤压工艺规定为：挤压比大于50，挤压温度680-720℃，挤压速度50-80cm/min，同时保证出模温度为480-550℃。
（4）打卷：采用打卷机对挤压后的铜杆进行打卷。
（5）铜杆冷轧：采用连续冷轧机对铜杆进行冷轧；所述铜杆冷轧的单道次变形量为10%-13%，累计变形量为75%-85%。
（6）中间拉拔：采用拉拔机对冷轧后的铜杆进行拉拔，以达到所需尺寸；所述中间拉拔变形量为15%-35%。
（7）软化退火：对拉拔后的铜杆进行软化退火处理；所述软化退火其工艺为采用井式退火炉，抽真空，然后充入氮气保护，经过90-120分钟，把炉内温度升至410℃-420℃，在这个温度范围内保温60分钟，将炉胆放入空气中冷却到45℃以下出炉，确保材料的晶粒度范围为20μm以下。
（8）高精拉拔：采用另外的拉拔机对退火后的铜杆进行高精度成品拉拔，达到最终棒材产品的规格。所述高精拉拔的变形量为9%-11%，同时完成棒材的校直。
下面以多个实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
一种电池正负极引出端子用铜棒材，其铜原料选择1号阴极铜和1号金属锡为原料，具体制备方法包括如下步骤：
（1）将阴极铜和锡在潜流式工频感应电炉的熔化仓内进行熔化和均匀化，确保锡的成分范围为50-80ppm，在潜流式工频感应电炉的隔仓内通入一氧化碳和氮气的混合气体，进行脱氧除气处理，确保氧含量在10ppm以内，将潜流式工频感应电炉的保温仓的温度控制为1140～ 1180℃。
（2）将步骤（1）制备所得铜液经水平连铸法生产出直径为180mm的无氧铜锭坯。
（3）将步骤（2）制备所得铜锭坯裁断为500mm长的锭子，装入到油气加热炉内进行加热，加热炉内温度控制在680℃-720℃。
（4）将步骤（3）制备的铜锭装入到卧式挤压机模筒内，将挤压速度控制为70cm/min，得到直径为25mm的铜杆。
（5）将步骤（4）制备的铜杆进行打卷成盘。
（6）将步骤（5）制备所得铜杆经两辊冷轧机冷轧成直径为13mm的铜杆，并打卷成盘。
（7）通过铜杆巨拉机将步骤（6）制备所得铜杆通过一道模具拉拔成直径为11.8mm铜线，并收卷成盘。
（8）将步骤（7）制备所得铜杆装入到井式退火炉炉胆内，抽真空，充氮气，100分钟的升温时间，将炉内温度加热到415℃，保温60分钟，将炉胆放入空气中冷却到45℃以下出炉，产品硬度控制在HB60-68。
（9）最后通过铜线大拉机将步骤（8）制备所得铜线进一步拉拔成直径为11.3mm。
本实施例的一种电池正负极引出端子用铜棒材，其晶粒度为11.3μm，密度为8.92g/cm3，导电率达102%IACS以上，硬度达HB80-83内，尺寸精度高，表面质量优良，产品塑性好，冲压性能突出，制备电池正负极引出端子性能优良。
实施例2
一种电池正负极引出端子用铜棒材，其铜原料选择标准阴极铜和1号金属锡为原料，具体制备方法包括如下步骤：
（1）将阴极铜和锡在潜流式工频感应电炉的熔化仓内进行熔化和均匀化，确保锡的成分范围为50-80ppm，在潜流式工频感应电炉的隔仓内通入一氧化碳和氮气的混合气体，进行脱氧除气处理，确保氧含量在10ppm以内，将潜流式工频感应电炉的保温仓的温度控制为1140～ 1180℃ 。
（2）将步骤（1）制备所得铜液经水平连铸法生产出直径为180mm的无氧铜锭坯。
（3）将步骤（2）制备所得铜锭坯裁断为500mm长的锭子，装入到油气加热炉内进行加热，加热炉内温度控制在680℃-720℃。
（4）将步骤（3）制备的铜锭装入到卧式挤压机模筒内，将挤压速度控制为70cm/min，得到直径为17mm的铜杆。
（5）将步骤（4）制备的铜杆进行打卷成盘。
（6）将步骤（5）制备所得铜杆经两辊冷轧机冷轧成直径为7.5mm的铜杆，并打卷成盘。
（7）通过铜杆巨拉机将步骤（6）制备所得铜杆通过二道模具拉拔成直径为6.1mm铜线，并收卷成盘。
（8）将步骤（7）制备所得铜杆装入到井式退火炉炉胆内，抽真空，充氮气，100分钟的升温时间，将炉内温度加热到410℃，保温50分钟，将炉胆放入空气中冷却到45℃以下出炉，产品硬度控制在HB60-68。
（9）最后通过铜线大拉机将步骤（8）制备所得铜线进一步拉拔成直径为5.8mm。
本实施例的一种电池正负极引出端子用铜棒材，其晶粒度为5.8μm，密度为8.92g/cm3，导电率达103%IACS，硬度达HB83-88内，尺寸精度高，表面质量优良，产品塑性好，冲压性能突出，制备电池正负极引出端子性能优良。
通过上述步骤制作得到的铜棒材晶粒细小，组织致密，产品塑性好，后续拉拔不易拉断，冲压性能突出，几乎没有废品产生，制备电池正负极引出端子性能优良。
本发明能获得如此优良的效果，其原理在于：
（1）相对于传统端子铜材，本发明在成分上进行了优化提升，适当增加微量锡，在不降低铜材导电性的情况下，提高了合金的再结晶温度，为后续挤压过程和退火过程中较细晶粒度的控制提供了保障，此外，微量锡有助于水平连续铸锭过程中的金属流动，有利于减少铸锭疏松，提高铸锭密度。将氧含量规定小于10ppm，可进一步确保铜材的韧性。
（2）采用潜流式水平连铸的目的在于对熔体的充分保护，将铸锭密度控制在8.88g/cm3以上，有助于保障后续的冲击韧性，减少裂纹的产生。
（3）采用挤压比大于50的工艺，可确定挤压过程铜材密度的提高。采用挤压温度680-720℃，挤压速度50-80cm/min，同时保证出模温度为480-550℃的工艺，可保证挤压材的晶粒度在10-30μm，为后续成型打下基础。
（4）挤压后将铜杆进行冷轧，采用单道次变形量为10%-13%，累计变形量为75%-85%的工艺，可对铜材进行深度冷变形。相对于采用铸杆直接拉拔或轧制，本工艺可让铜材的冷变形过程内外均匀，晶粒破碎均匀。同时连续冷轧的生产效率高，满足工业生产的需要。
（5）冷轧后安排中间拉拔工序，采用拉拔变形量为15%-35%，可对铜杆进行尺寸的精确控制，同时提高铜材表面质量。
（6）采用井式退火炉，抽真空，然后充入氮气保护，经过90-120分钟，把炉内温度升至410℃-420℃，在这个温度范围内保温50-60分钟，将炉胆放入空气中冷却到45℃以下出炉的软化退火工艺，确保材料的晶粒度范围为20μm以下，将进一步提高材料的各向同性，并保证材料后续的冲压韧性。
（7）采用变形量为9%-11%高精成品拉拔，可保证成品铜棒材的硬度在HB83±5，精度在±0.015mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，其特征在于：包括有以下步骤：
（1）铜熔炼：铜金属熔炼在潜流式工频感应炉中进行熔炼，形成合格熔体；
（2）水平连续铸锭：采用水平连铸机铸造出所需尺寸的铜锭；
（3）卧式挤压：采用卧式挤压机对铜锭进行热挤压，以得到所需尺寸的铜杆；
（4）打卷：采用打卷机对挤压后的铜杆进行打卷；
（5）铜杆冷轧：采用连续冷轧机对铜杆进行冷轧；
（6）中间拉拔：采用拉拔机对冷轧后的铜杆进行拉拔，以达到所需尺寸；
（7）软化退火：对拉拔后的铜杆进行软化退火处理；
（8）高精拉拔：采用另外的拉拔机对退火后的铜杆进行高精度成品拉拔，达到最终棒材产品的规格。
2.根据权利要求1所述的一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，其特征在于：所述铜金属熔炼在潜流式工频感应炉中进行熔炼，在其它元素的成分范围控制在国家标准GBT5231中关于T1的基础，添加金属锡，使锡的成分范围为50-80ppm，熔体的氧含量控制在10ppm以下。
3.根据权利要求1所述的一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，其特征在于：所述水平连铸铜锭：采用水平连铸机铸造出所需尺寸的铜锭，同时通过连铸工艺确保铸锭密度不小于8.88g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，其特征在于：所述卧式挤压根据不同的挤制规格，挤压工艺规定为：挤压比大于50，挤压温度680-720℃，挤压速度50-80cm/min，同时保证出模温度为480-550℃。
5.根据权利要求1所述的一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，其特征在于：所述铜杆冷轧的单道次变形量为10%-13%，累计变形量为75%-85%。
6.根据权利要求1所述的一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，其特征在于：所述中间拉拔变形量为15%-35%。
7.根据权利要求1所述的一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，其特征在于：所述软化退火其工艺为采用井式退火炉，抽真空，然后充入氮气保护，经过90-120分钟，把炉内温度升至410℃-420℃，在这个温度范围内保温60分钟，将炉胆放入空气中冷却到45℃以下出炉，确保材料的晶粒度范围为20μm以下。
8.根据权利要求1所述的一种电池正负极引出端子用铜棒材生产工艺，其特征在于：所述高精拉拔的变形量为9%-11%，同时完成棒材的校直。
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