CN110983115A - 一种改进3003铝合金带材及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进3003铝合金带材及其制备方法和应用，属于铝合金带材制备技术领域。其成分包括：Si 0.5～0.7％，Fe 0.6～0.8％，Cu 0.05～0.2％，Mn 1.0～1.5％，Mg 0～0.02％，Zn 0～0.02％，且Mg+Zn＜0.03％，其余为Al，以及不可避免的杂质。其制备步骤包括：熔铸、铸锭均匀化处理、热轧、冷轧、拉伸弯曲矫直和裁切。本发明的改进3003铝合金带材，通过合理控制合金成分配比，同时对传统生产工艺进行改进，得到强度适中、结构均匀、性能稳定，且易于冲压成型和表面细腻的铝合金带材，提高了焊接的效果，保证焊接时的安全，还满足了后续工序的刻码和识别，具有推广实用性。
Description
技术领域
本发明属于铝合金带材制备技术领域，具体涉及一种改进3003铝合金带材及其制备方法和应用。
背景技术
电动汽车因电池蓄电量相对固定，故电池越轻、散热效果越好，越有利于提高其续航里程。经测试，铝合金材料散热性能是不锈钢材料的3倍以上，但密度仅为不锈钢材料的三分之一，可较好满足电动汽车轻量化的需求。
现有的3003铝合金的合金元素为锰，其具有极佳的成形加工特性、良好的耐腐性和导热性能，是动力电池外壳用铝合金材料的首选。但动力电池壳体和盖板最终需经焊接组装成为一体，由于原铝矿及冶炼工艺等的影响，使得合金中含有Mg、Zn等杂质元素，其含量达到一定比例时，焊接时容易形成焊点爆炸，从而影响电池盖板和壳体的焊接效果，导致电池密封性不良。
同时，由于汽车安全等原因，每块动力电池需要具有生产流程可追溯性，故盖板上需刻有易识别的二维码。但按常规工艺生产的2.0mm以上合金带材表面粗糙，条纹较多，不利于二维码的刻写和识别。因此，受焊接和表面粗糙度条件的限制，使得常规工艺生产的3003铝合金动力电池盖板报废率较高。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种改进3003铝合金带材及其制备方法和应用。
有鉴于此，本案发明人经长期研究和大量实践，得出本发明技术方案，如下：
1.一种改进3003铝合金带材，按重量百分比计由以下成分组成：Si 0.5～0.7％，Fe 0.6～0.8％，Cu 0.05～0.2％，Mn 1.0～1.5％，以及Mg 0～0.02％和Zn 0～0.02％且Mg+Zn＜0.03％，其余为Al，以及不可避免的杂质。
优选的，按重量百分比计由以下成分组成：Si 0.6％，Fe 0.7％，Cu 0.1％，Mn1.25％，以及Mg＜0.02％和Zn＜0.02％且Mg+Zn＜0.03％，其余为Al，以及不可避免的杂质。
2.上述改进3003铝合金带材的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔铸：按铝合金成分及重量百分比进行配料，通过熔化、精炼、除渣和除气之后形成合金铝液，然后进行半连续铸造成铝合金扁锭；
S2、铸锭均匀化处理：将扁锭锯切头尾、铣面后在温度为495～605℃的条件下进行第一次均匀化处理7～10h，然后在温度为475～545℃的条件下进行第二次均匀化处理2～4h，即可；
S3、热轧：将S2均匀化处理后的合金制品以开轧温度为400～430℃进行热粗轧，以终轧温度为320～350℃进行热精轧，使合金制品经过热精轧终轧后的厚度为3.0～5.0mm；
S4、冷轧：将S3得到的合金制品，使用粗糙度为0.16～0.25μm的工作辊连续轧至成品厚度，轧制速度为200～400m/min，即可；
S5、矫直和裁切：将S4得到的成品经过拉伸弯曲矫直，然后进行裁切，即得改进3003铝合金带材。
其中，拉伸弯曲矫直的目的在于释放带材的内应力，使板面平整。进行裁切时，需对铝合金带材翻面并覆膜进行分切。
优选的，所述S2中，铸锭第一次均匀化处理的温度为520～580℃，时间为8h。
优选的，所述S2中，铸锭第二次均匀化处理的温度为500～520℃，时间为3h。
其中，铸锭经过两次均匀化处理，可使合金制品中的化合物为均匀分布的组织。且经试验得知，铸锭经一次均匀化处理后得到的合金制品中化合物分布不均匀，经过两次不同温度条件下均匀化处理后的合金制品中化合物成均匀分布。
其中，铸锭均匀化处理优选在推进式加热炉中进行。
优选的，所述S3中，热精轧的终轧温度为340℃，合金制品经热精轧终轧后的厚度为5.0～5.5mm。
优选的，所述S4中，工作辊的粗糙度为0.2μm。
优选的，所述S4中，加工率为25～35％。
其中，通过控制工作辊的粗糙度和加工率，可有效改善铝合金带材表面的细腻度。
优选的，所述S5中，改进3003铝合金带材的厚度为1.8-3.5mm，抗拉强度为150～170MPa，屈服强度为135～155MPa，延伸率为18～22％。
3.上述改进3003铝合金带材在汽车动力电池中作为电池壳盖板的应用。
本发明的改进3003铝合金可同时应用于动力电池壳的壳体材料，因动力电池壳体和盖板最终需经焊接组装成为一体，两者应用同一材料，可进一步提高焊接效果。
本发明中采用的原料铝的纯度为99.95～99.99％。
本发明制备过程中所述原料均可直接从市场上购得。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的改进3003铝合金带材通过改变原有铝合金带材的中合金各成分的配比进行调整，以Mn为主要合金元素，并通过合理控制熔体中Mg和Zn的含量，使得焊接时不再出现焊点爆炸的情况，从而得到各项力学性能适合汽车动力电池壳盖板及电池壳体用的铝合金带材；
2)本发明的改进3003铝合金带材的制备方法，铸锭通过两次均匀化处理，消除铸锭内部偏析，减少粗大的第二相化合物，保证铸锭组织的均匀分布，根据最终冷轧成品厚度及性能要求，控制热精轧终轧温度与厚度，获得晶粒细小的均匀再结晶组织，冷轧后不需要成品退火即可获得良好的利于冲压的性能，可降低生产成本，控制各道次的变形量、轧制速度和轧辊粗糙度，从而获得细腻的轧制表面；
3)本发明的改进3003铝合金带材，通过合理控制合金成分配比，同时，对传统生产工艺进行改进，得到强度适中、结构均匀、性能稳定，且易于冲压成型和表面细腻的铝合金带材，提高了焊接的效果，保证焊接时的安全，还满足了后续工序的刻码和识别，在工业上有利于推广应用。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
本实施例的改进3003铝合金带材的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔铸：按重量百分比为Si 0.6％，Fe 0.7％，Cu 0.1％，Mn 1.25％，Mg 0.01％，Zn 0.01％，其余为Al，通过熔化、精炼、除渣和除气之后形成合金铝液，最后进行半连续铸造成铝合金扁锭；
S2、铸锭均匀化处理：将扁锭锯切头尾、铣面后在温度为550℃的推进式加热炉中进行第一次均匀化处理9h，然后在温度为500℃的条件下进行第二次均匀化处理3h，即可；
S3、热轧：将S2均匀化处理后的合金制品以开轧温度为420℃进行热粗轧，以终轧温度为340℃进行热精轧，使合金制品经过热精轧终轧后的厚度为4.5～5.0mm；
S4、冷轧：将S3得到的合金制品，使用粗糙度为0.2μm的工作辊连续轧至成品厚度，轧制速度为100m/min，加工率为30～35％，即可；
S5、将S4得到的成品经过拉伸弯曲矫直，然后进行裁切，即得改进3003铝合金带材。
经过检测分析，本实施例制得的改进3003铝合金带材的厚度为3.2mm，力学性能具体表现为室温拉伸屈服强度为155MPa，抗拉强度为168MPa，延伸率为22％，表面粗糙度为0.20μm。
实施例2
本实施例的改进3003铝合金带材的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔铸：按重量百分比为Si 0.5％，Fe 0.6％，Cu 0.1％，Mn 1.25％，Mg 0.01％，Zn 0.01％，其余为Al，通过熔化、精炼、除渣和除气之后形成合金铝液，最后进行半连续铸造成铝合金扁锭；
S2、铸锭均匀化处理：将扁锭锯切头尾、铣面后在温度为550℃的推进式加热炉中进行第一次均匀化处理8h，然后在温度为500℃的条件下进行第二次均匀化处理2h，即可；
S3、热轧：将S2均匀化处理后的合金制品以开轧温度为410℃进行热粗轧，以终轧温度为330℃进行热精轧，使合金制品经过热精轧终轧后的厚度为3.0～3.5mm；
S4、冷轧：将S3得到的合金制品，使用粗糙度为0.25μm的工作辊连续轧至成品厚度，轧制速度为200m/min，加工率为25～30％，即可；
S5、将S4得到的成品经过拉伸弯曲矫直，然后进行翻面裁切，即得改进3003铝合金带材。
经过检测分析，本实施例制得的改进3003铝合金带材的厚度为2.0mm，力学性能具体表现为室温拉伸屈服强度为150MPa，抗拉强度为165MPa，延伸率为20％，表面粗糙度为0.25μm。
对照实施例1
传统的3003铝合金带材的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔铸：按重量百分比为Si 0.5％，Fe 0.6％，Cu 0.1％，Mn 1.25％，Mg 0.02％，Zn 0.02％，其余为Al，通过熔化、精炼、除渣和除气之后形成合金铝液，最后进行半连续铸造成铝合金扁锭；
S2、铸锭均匀化处理：将扁锭锯切头尾、铣面后在温度为550℃的推进式加热炉中进行第一次均匀化处理6h，然后在温度为480℃的条件下进行第二次均匀化处理2h，即可；
S3、热轧：将S2均匀化处理后的合金制品以开轧温度为480℃进行热粗轧，以终轧温度为280℃进行热精轧，使合金制品经过热精轧终轧后的厚度为4.0～5.0mm；
S4、冷轧：将S3得到的合金制品，使用粗糙度为0.30μm的工作辊连续轧至成品厚度，轧制速度为400m/min，加工率为25～35％，即可；
S5、清洗：将S4得到的冷轧卷材经过清洗机列清除表面油污；
S6、退火：将S5得到的卷材经过退火炉在290℃进行热处理；
S7、将S6得到的成品经过拉伸弯曲矫直，然后进行裁切，即得传统工艺生产的3003铝合金带材。
本发明的改进3003铝合金带材解决了因传统工艺制得的铝合金带材在焊接时容易形成焊点爆炸，导致密封性不良，不易冲压成型，以及表面条纹较多，不利于刻码和识别的问题，满足了市场对产品的质量要求和加工要求。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种改进3003铝合金带材，其特征在于，按重量百分比计由以下成分组成：Si 0.5～0.7％，Fe 0.6～0.8％，Cu 0.05～0.2％，Mn 1.0～1.5％，以及Mg 0～0.02％和Zn 0～0.02％且Mg+Zn＜0.03％，其余为Al，以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述一种改进3003铝合金带材，其特征在于，按重量百分比计由以下成分组成：Si 0.6％，Fe 0.7％，Cu 0.1％，Mn 1.25％，以及Mg＜0.02％和Zn＜0.02％且Mg+Zn＜0.03％，其余为Al，以及不可避免的杂质。
3.如权利要求1或权利要求2所述的改进3003铝合金带材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、熔铸：按铝合金成分及重量百分比进行配料，通过熔化、精炼、除渣和除气之后形成合金铝液，然后进行半连续铸造成铝合金扁锭；
S2、铸锭均匀化处理：将扁锭锯切头尾、铣面后在温度为495～605℃的条件下进行第一次均匀化处理7～10h，然后在温度为475～545℃的条件下进行第二次均匀化处理2～4h，即可；
S3、热轧：将S2均匀化处理后的合金制品以开轧温度为400～430℃进行热粗轧，以终轧温度为320～350℃进行热精轧，使合金制品经过热精轧终轧后的厚度为3.0～5.0mm；
S4、冷轧：将S3得到的合金制品，使用粗糙度为0.16～0.25μm的工作辊连续轧至成品厚度，轧制速度为200～400m/min，加工率为25～35％，即可；
S5、矫直和裁切：将S4得到的成品经过拉伸弯曲矫直，然后进行裁切，即得改进3003铝合金带材。
4.根据权利要求3所述改进3003铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述S2中，铸锭第一次均匀化处理的温度为520～580℃，时间为8h。
5.根据权利要求3所述改进3003铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述S2中，铸锭第二次均匀化处理的温度为500～520℃，时间为3h。
6.根据权利要求3所述改进3003铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述S3中，热精轧的终轧温度为340℃，合金制品经热精轧终轧后的厚度为3.0～5.0mm。
7.根据权利要求3所述改进3003铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述S4中，工作辊的粗糙度为0.2μm。
8.根据权利要求3所述改进3003铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述S5中，3003铝合金带材的厚度为1.8-3.5mm，抗拉强度为150～170MPa，屈服强度为135～155MPa，延伸率为18～22％。
9.如权利要求1或权利要求2所述的改进3003铝合金带材在汽车动力电池中作为电池壳盖板的应用。
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