CN111074110B

CN111074110B - 一种新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法

Info

Publication number: CN111074110B
Application number: CN202010025689.9A
Authority: CN
Inventors: 邢俊杰; 朱勇; 姜小龙; 陈君; 赵阳磊; 庞富伟
Original assignee: Guangxi Baikuang Runtai Aluminum Co ltd
Current assignee: Guangxi Runtai Aluminum Industry Co ltd
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2040-01-10
Also published as: CN111074110A

Abstract

本发明提供了一种新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法，包括以下步骤：铝熔体制备、连铸连轧、均匀化退火、冷轧、中间退火或成品退火，可用于新能源动力电池壳用3003合金板带材“O”、“H12”和“H14”状态产品的生产，且获得的产品能有效提高材料的强度和屈强比。

Description

一种新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法

技术领域

本发明涉及铝合金铸造技术领域，尤其是一种新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法。

背景技术

随着新能源动力电池技术的发展，无论是电动汽车续航里程需求，还是国家新能源补贴政策要求，都对新能源动力电池的比能量提出了更高的要求。在不改变单体电池外尺寸前提下，增加内部有效物质比例是提高电池比能量最为直接有效的方法之一。这就要求壳体壁厚减薄来增加内部空间，并且需提高材料的强度、刚度来防止壳体因减薄而带来的变形。目前市场广泛使用3003合金制造动力电池的壳体，该合金成形性能较好，但强度较低，壳体壁厚太薄的话无法满足壳体强度及刚度的要求。因此，采用强度更高的铝合金材料制造新能源动力电池壳成为必然的发展趋势。

2017年国家质检总局、国家标准委发布了动力电池结构件的标准--《新能源动力电池壳及盖用铝及铝合金板、带材（GB/T33824-2017）》，与2017年12月1日起正式实施。标准中将3003合金及其“O”、“H12”和“H14”状态列为动力电池壳体的常用合金及状态。这进一步说明随着新能源动力电池技术的成熟以及产品的进步和多样性，对新能源动力电池壳用铝及铝合金从单纯的追求深冲性能，演化为在保证深冲性能的前提下提高屈强比，满足不同类型新能源电池壳产品的性能要求。

采用3003合金制备动力电池壳用铝及铝合金板、带材已有相关的研究和报道，授权公告号为CN105714155B的发明专利“一种动力电池壳用铝板、铝带及其生产方法”（专利权人：河南明泰铝业），授权公告号为CN106811628B的发明专利“一种铸轧法生产动力电池外壳用铝带”（专利权人：江苏鼎胜新能源材料股份有限公司），分别从热轧技术和铸轧技术领域阐述了采用3003合金制备“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材的方法。但目前行业内尚未有关于采用3003合金制备“H12”和“H14”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材方法的报道。同时上述技术也具有一定的缺陷：采用热轧技术生产3003合金动力电池壳用铝及铝合金板、带材工序复杂，生产成本高；采用铸轧技术生产3003合金动力电池壳用铝及铝合金板、带材对铸轧生产工序要求严格，且成品冲制拉伸成型制耳率高，难以满足规模化的电池外壳工序生产。

发明内容

本发明提供了一种新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法，可用于新能源动力电池壳用3003合金板带材“O”、“H12”和“H14”状态产品的生产，且获得的产品能有效提高材料的强度和屈强比。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法，包括以下步骤：

S1. 制备铝熔体：熔炼，控制铝熔体中各组分的质量百分比：Si0.08~0.12%，Fe0.35~0.40%，Cu0.10~0.15%，Mn1.00~1.10%，Ti0.015~0.025%，余量为Al；

S2.将步骤S1所得的铝熔体注入连铸机的铸嘴，铝熔体等量、匀速的注入两根相向旋转的钢带内，两根钢带外侧与循环冷却水相连接，铝熔体经连铸冷却获得板坯，连铸时控制连铸机前箱铝熔体的温度为680~700℃，连铸速度为6~9m/min，连铸的板坯厚度为18~20mm，且控制铸造机出口铸坯温度≤560℃；

板坯直接进入三连轧机进行连轧，只采用三连轧机的第一机架进行轧制，第一道次的加工率控制在60~70%，轧制入口温度控制在420~520℃，出口温度控制在360~420℃；卷取温度控制在≧300℃。连轧过程均采用乳化液进行润滑和冷却，乳液压力控制在0.4~0.6Mpa，乳液浓度为3.5~4.5wt%；经第一道次加工制备获得厚度为5~7mm铝卷；

S3. 在步骤S2制得的铝卷插入钢套筒，置于上料架上进入退火炉进行悬空形式的均匀化退火，先用2~4h将炉温升到210~230℃，并保温4~6h，再用4~8h将炉温升到580~590℃，并保温30~40h，然后用2~4h将炉温降到460~480℃，并保温4~6h，最后将炉温降到160~170℃时出炉；

S4.冷轧：

冷轧前先将铝卷浸入轧制油中浸泡5~10min再进行冷轧；

当目标产品为3003合金“O”状态电池壳时，铝带冷轧道次分配方案是：中间道次加工率≥35%；成品道次加工率控制在20~35%；

当目标产品为3003合金“H12”和“H14”状态电池壳时，中间道次加工率≥30%；成品道次加工率控制在20~30%；

S5. 当目标产品为为3003合金“O”状态电池壳时，还包括拉矫清洗切边和成品退火。

进一步的，成品退火或中间退火的步骤为：用2~4h升至210~230℃时，负压除油4~6h，再用3~5h升至360~400℃，并保温30~40h，然后降至160~170℃保温1~2小时出炉。

进一步的，所述步骤S1中，熔炼时，根据合金化学成分要求，将60~70wt%的电解铝液、30~40wt%且铝含量≥99.7wt%的铝锭和合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为735~745℃，经扒渣、精炼和静置得铝熔体。

进一步的，熔炼炉处理后的铝熔体经在线SNIF除气和在线过滤，控制熔体含氢量≤0.012ml/100g Al，主要碱金属Na含量≤2ppm，再转入步骤S2。

进一步的，所述精炼的具体步骤为：将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氯气、氩气的体积比为1:3~5，每次精炼时间为20~30min，精炼次数不少于3次。

进一步的，所述步骤S3中，均匀化退火的工艺为：先用2h将炉温升到220℃，并保温4h，再用6h将炉温升到580℃，并保温30h，然后用2h将炉温降到460℃，并保温4h，最后将炉温降到170℃时出炉。

进一步的，所述步骤S3中，钢套筒的内径为505mm，且退火前用钢带将铝卷打捆加固。

进一步的，所述步骤S4中，冷轧过程中，粗轧道次工作辊粗糙度控制在0.33±0.03μm，成品道次工作辊粗糙度控制在0.20±0.02μm；所述粗轧道次为冷轧的前2个道次或前3个道次或前4个道次，所述成品道次为除粗轧道次后余下的道次。

本发明的有益效果为：

1、本发明根据连铸连轧生产线生产特点及化学成分对产品性能的影响，对3003合金电池壳用铝带化学成分进行了优化调整，在《变形铝及铝合金化学成分(GB/T 3190-2008)》3003合金化学成分要求基础上，充分利用了采用电解铝液加铝锭的加料结构优势，将杂质元素硅含量控制在0.1%左右，铁元素含量控制在0.35%左右，同时锰元素含量按国标下限控制在1.00-1.10%，铜元素含量按中限控制在0.10-0.15%。这种化学成分调整通过降低合金中杂质元素硅、铁含量，控制锰元素的添加量，减少熔炼铸造过程中粗大Al₃FeMn 化合物的产生以及铝合金中游离状态硅数量，提高3003合金塑性，同时由于铁元素不利于立方织构的形成，锰元素的不同存在形式也会抑制立方织构的形成，因此，本发明严格控制铁元素、锰元素的添加量以利于立方织构的形成。另外，按中限加入的铜元素一方面可以作为凝固时的行核质点细化晶粒，另一方面在减少锰元素加入量的情况下可提升产品的抗拉强度。

2、本发明的连轧工艺，将三连轧制改为单机架轧制进行，在轧制时，第二机架和第三机架不参与轧制过程，工作辊升起处于非工作位。根据3003合金连铸连轧坯料厚度设计，采用单机架轧制可以实现单道次大加工率热轧，将热轧加工率控制在60~70%，通过第一机架大加工率轧制进一步改善铸造组织，改善铸坯中部组织疏松。这主要是考虑到传统的三机架轧制工艺中，只有前2机架轧制属于热轧范畴，单道次加工率在30~40%之间，较小的加工率不利于铸造板坯中部组织疏松情况的改善，同时采用3机架轧制，终轧温度低只有150-200℃，板带表面容易存在更多的乳液残留的情况，进而影响后期加工对表面质量的影响。

3、本发明采用均匀化退火+中间退火（成品退火）工艺进行3003合金电池壳用铝带的生产。通过均匀化退火减小了组织的不均匀性，使晶内固溶物分布更加均匀，明显减少了再结晶驱动力，采用此种工艺的3003合金电池壳用铝带1.0-2.0mm厚度成品再结晶温度可降低60~100℃。通过采用的中间退火（成品退火）工艺，以长时间的等温退火方式，使料卷整体温度更加均匀性，保证了料卷的受热均匀，从而实现了3003合金电池壳料成品性能的一致性，利于后续冲制拉伸成型工艺的调整。

4、本发明的坯料均匀化退火工艺，采用了特殊的升温降温曲线，先缓慢升高至210~230℃并保温一段时间，使坯料表面的乳液缓慢挥发出去，减少铝带表面乳液残留对退火表面的影响，提高成品铝带的表面质量。同时将炉温降至170℃出炉，可减少高温料卷直接出炉产生的表面氧化。另外，本发明采用了较高的均匀化退火温度（料温≥580℃），可以使采用连铸连轧生产工艺制备的5.0~7.0mm厚3003合金电池壳用铝带坯料基体内初生化合物回溶增加，减少化合物团聚和流线分布，减少连铸过程中因快速冷却造成的锰元素晶内偏析。≥580℃的高温均匀化退火使坯料基体内经二道次轧制形成的形变织构基本消失，立方织构得到明显增强，这为随后的冷轧及再结晶退火提高立方织构强度创造了条件。

采用均匀化退火，除了改善晶粒组织结构和减少乳液对表面质量的负面影响，同时还可减少中间道次铝带表面轧制油在高温退火情况下的残留，提高成品铝带表面质量。

进行均匀化退火时，铝卷中插入钢套筒，且架在上料架上进行退火，即铝卷实现了悬空退火，可以减少料卷高温退火产生的层间粘伤和料卷内径变形不均匀。

3、本发明在冷轧工序前，即铝卷温度降低后，先将铝卷在轧制油中浸泡一段时间再进行轧制，可有效降低板带表面粘伤的可能性，保证产品的外观质量。

本发明在冷轧工序采用大加工率与小加工率相结合的方式进行生产。“O”状态3003合金电池壳用铝带采用大加工率轧制，道次加工率≥30%；“H12”和“H14”状态采用大加工率与小加工率相结合的方式进行生产，中间道次加工率≥30%，成品道次加工率20~30%。同时通过控制工作辊粗糙度，降低材料表面粗糙度，粗轧道次工作辊粗糙度控制在0.33±0.03μm，成品道次工作辊粗糙度控制在0.20±0.02μm，以提高板带表面光洁度。

4、本发明进一步在铝熔体制备时，采用60~70wt%的电解铝液、30～40 wt%且铝含量≥99.7%的铝锭和各种合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化、扒渣、合金化学成分调整，由于省去了铝锭的铸造和二次重熔过程，可以减少铝液铸成铝锭过程中0.4~0.5%的铝损和铝锭二次重熔过程中2~4%的铝烧损，同时采用了改进型的精炼工艺，保证了铝熔体质量，提高了熔体清洁度。

5、本发明与热轧工艺相比，在连铸连轧工序中，可以省去传统热轧合金大板锭铸造、锭坯锯头铣面再重新加热、大加工量的粗轧机开坯轧制等多道环节，是一种短流程的坯料生产工艺，缩短了生产流程，降低了生产成本，符合当前铝加工环保节能生产技术要求；与铸轧工艺相比，由于采用同样的短流程加工工艺，其直接生产成本基本相当，但可实现单批次大批量3003合金电池壳用铝带坯料的稳定生产，在产品质量方面其组织均匀性更好，晶粒细小，具有更好的可加工深冲成型性能。

6、本发明生产的3003合金电池壳用铝带，“O”状态物料成品性能抗拉强度110～120Mpa，屈服强度60~80Mpa，延伸率≥36％；“H12”状态物料成品性能抗拉强度130~150Mpa，屈服强度110~130Mpa，延伸率≥15％；“H14”状态物料成品性能抗拉强度140~170Mpa，屈服强度130~170Mpa，延伸率≥8％。在产品的力学性能得到明显改观基础上，“O”状态物料还具有良好的冲制拉伸性能，“H12”和“H14”状态物料的屈强比基本达到1:1，可以满足动力电池壳产品需求的多样性。

附图说明

图1a是实施例1制得的1.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材表面晶粒分布图。

图1b是采用热轧技术制得的1.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材表面晶粒分布图。

图2是实施例2制得的1.2mm厚3003合金“H12”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材纵截面晶粒分布图。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。

实施例1

一种1.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材制备方法。

S1.优化的3003合金电池壳用铝带化学成分，按质量百分比计：硅0.1%，铁0.35%，铜0.15%，锰1.05%，钛0.025%，余量为Al。

将70wt%的电解铝液、30wt%且铝含量≥99.7 wt %的铝锭和各种合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化、扒渣、合金化学成分调整、精炼、静置制备铝熔体，熔炼炉处理后的铝熔体经在线SNIF除气和在线过滤，熔体含氢量0.010ml/100g Al，碱金属Na含量1ppm。

精炼时，将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氯气、氩气的体积比为1:4，每次精炼时间为20~30min，精炼次数为3次。

S2.连铸时通过由耐高温的无机非金属材料一体加工成型的铸嘴，将铝熔体等量、匀速的注入两根相向旋转的钢带内，而两根钢带外侧与循环冷却水相连接，铝熔体中的热量通过钢带和冷却水被带走，连铸时铸造机前箱铝熔体的温度685℃，连铸速度控制在6.8m/min，连铸的板坯厚度为18.95mm，铸造机出口铸坯温度530℃。

连铸的板坯直接进入三连轧机进行连轧，三连轧机采用第一机架轧制，道次加工率68.5%，轧制入口温度480℃，出口温度控制在360℃；卷取温度300℃，经一道次加工制备出6mm厚铝卷。连轧过程均采用乳化液进行润滑和冷却，乳液压力0.45Mpa，乳液浓度为3.9wt%。

S3. 将采用连铸连轧工艺制备得的铝卷坯料用钢带打捆进行加固，并插入505mm内径钢套筒放在上料架上直接进退火炉退火，用2h将炉温升到220℃时，并保温6h，再用8h将炉温升到580℃，并保温30h，然后用4h将炉温降到460℃，并保温6h，最后将炉温降到170℃时出炉，均匀化退火后的坯料卷温度风冷至50℃转入轧制工序。

S4. 冷轧：将经均匀化退火处理后的厚度为6.0mm铝卷冷放入轧制油桶中浸泡10分钟，将经均匀化退火处理后的6mm厚铝卷冷轧至成品厚度1.0mm。3003合金“O”状态电池壳用铝带冷轧道次分配方案是：6.0mm→3.8mm→2.3mm→1.5mm→1.0mm，2.3→1.0mm道次工作辊粗糙度控制在0.20±0.02μm，其之前的道次工作辊粗糙度控制在0.33±0.03μm。各冷轧过程要求注意清擦导路中的各根导辊，防止铝卷表面有印痕、粘伤等缺陷，冷轧过程均采用轧制油进行润滑和冷却。

S5. 拉矫清洗切边：拉矫清洗时必须清擦导路中的各个导辊，用酒精或丙酮清擦各个导辊，确保铝卷表面在拉矫过程中不出现印痕、粘铝、擦伤、划伤等问题；根据来料板型情况对延伸率进行适当调整，确保板带不存在边浪、中浪、肋浪等板型缺陷。清洗时要控制水温水压和清洗速度，保证清洗质量，避免退火后铝带表面出现黄油斑，同时观察板带表面是否存在轧制工序造成的印痕、亮条、色差等表面质量缺陷。切边后铝带端面不允许有毛刺、塔形、荷叶边、边部小碎浪等，中间切边错层必须小于2mm。

1.0mm厚3003合金“O”状态铝带成品退火工艺是：用2h升至220℃时负压除油4小时，再用3h升至380℃，并保温30小时，然后降至170℃，并保温1小时出炉，成品退火时检查1.0mm厚铝卷的端面状况，确保封头采用钢带固定并牢固，端面无碰撞。成品退火后料卷经纵剪倒卷即可转入成品检测、包装。

实施例1制备的1.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材成品性能抗拉强度116Mpa，屈服强度80Mpa，延伸率38％。板带表面无影响使用的黑丝黑线，无油斑、麻点等表面质量缺陷。图1a和1b分别为采用连铸连轧技术和热轧技术制备的1.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材表面晶粒分布，由图可以看出采用连铸连轧技术制备的物料表面晶粒尺寸明显较小，晶粒尺寸分布更加均匀。

实施例2

一种1.2mm厚3003合金“H12”和“H14”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材制备方法。

S1.优化的3003合金电池壳用铝带化学成分，各组分的质量百分比为：硅0.1%，铁0.35%，铜0.15%，锰1.00%，钛0.025%，余量为Al。

将70wt%的电解铝液、30wt%且铝含量≥99.7wt%的铝锭和各种合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为735~745℃，扒渣、合金化学成分调整、精炼、静置制备铝熔体，熔炼炉处理后的铝熔体经在线SNIF除气和在线过滤，控制铝熔体含氢量0.010ml/100g Al，碱金属Na含量1ppm。

S2.连轧时，轧制的分配方案为19.0mm→6.5mm，其余同实施例1。

S3同实施例1。

S4.冷轧：将经均匀化退火处理后的厚度为6.5mm铝卷放入轧制油桶中浸泡10分钟，再上轧机冷轧至成品厚度1.2mm。“H12“状态电池壳用铝带冷轧道次分配方案是：6.5mm→4.0mm→2.3mm→1.5mm→拉矫清洗→中间退火→1.2mm， 1.5→1.2mm道次工作辊粗糙度控制在0.20±0.02μm，其之前的道次工作辊粗糙度控制在0.33±0.03μm。“H14“状态电池壳用铝带冷轧道次分配方案是：6.5mm→4.0mm→2.3mm→1.6mm→拉矫清洗切边→中间退火→1.2mm，1.6→1.2mm道次工作辊粗糙度控制在0.20±0.02μm，其之前的道次工作辊粗糙度控制在0.33±0.03μm。

各冷轧过程要求注意清擦导路中的各根导辊，防止铝卷表面有印痕、粘伤等缺陷，冷轧过程均采用轧制油进行润滑和冷却。

其中拉矫清洗同实施例1的拉矫清洗切边步骤，中间退火工艺同实施例1的成品退火工艺。

实施例2制备的1.2mm厚3003合金“H12”状态物料成品性能抗拉强度139Mpa，屈服强度117Mpa，延伸率19％；“H14”状态物料成品7-4.5

性能抗拉强度148Mpa，屈服强度135Mpa，延伸率10.6％。“H12”和“H14”状态物料的屈强比基本达到1:1，在保证产品成型性能基础上，提高了强度，可以满足薄壁电池壳壳体强度及刚度的要求，同时板带表面无油斑、粘伤、麻点等外观质量缺陷，适用于动力电池壳产品多样性的生产需求。图2为采用连铸连轧技术制备的1.2mm厚3003合金“H12”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材纵截面晶粒分布（EBSD），由图可以看出“H12”状态物料纵截面晶粒分布均匀，在成品道次加工率保持20%的小加工率情况下，晶粒已表现出明显的取向性。

实施例3

一种2.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材生产方法。

S1.优化的3003合金电池壳用铝带化学成分，各组分的质量百分比为：硅0.09%，铁0.37%，铜0.14%，锰1.08%，钛0.025%，余量为Al。

将65wt%的电解铝液、35wt%且铝含量≥99.7 wt %的铝锭和各种合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为735~745℃，扒渣、合金化学成分调整、精炼、静置制备铝熔体，熔炼炉处理后的铝熔体经在线SNIF除气和在线过滤，控制铝熔体中含氢量0.010ml/100g Al，碱金属Na含量1ppm。

精炼时，将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氯气、氩气的体积比为1:3，每次精炼时间为20~30min，精炼次数为3次。

S2.连铸时通过连铸机由耐高温的无机非金属材料一体加工成型的铸嘴，将铝熔体等量、匀速的注入两根相向旋转的钢带内，而两根钢带外侧与循环冷却水相连接，铝熔体中的热量通过钢带和冷却水被带走，连铸时控制连铸机前箱铝熔体的温度700℃，连铸速度为7.5m/min，连铸的板坯厚度为19.0mm，且控制连铸机出口铸坯温度为550℃。

连铸的板坯直接进入三连轧机进行连轧，三连轧机采用第一机架轧制，道次加工率63.2%，轧制入口温度500℃，出口温度控制在370℃；卷取温度300℃，经一道次加工制备出7mm厚铝卷。连轧过程均采用乳化液进行润滑和冷却，乳液压力0.44Mpa，乳液浓度为4.2wt%。

S3.将采用连铸连轧工艺制备得的铝卷坯料用钢带打捆进行加固，并插入505mm内径钢套筒放上料架直接进退火炉退火，将厚度为7.0mm的冷轧卷放入退火炉内，用2h将炉温升到225℃，并保温5h，再用7h将炉温升到585℃，并保温35h，然后用3.5h将炉温降到470℃，并保温6h，最后将炉温降到170℃时出炉，均匀化退火后的坯料卷温度风冷至50℃转入轧制工序。

S4.冷轧：将经均匀化退火处理后的厚度为7.0mm铝卷放入轧制油桶中浸泡10分钟，再上轧机冷轧至成品厚度2.0mm。3003合金“O“状态电池壳用铝带冷轧道次分配方案是：7.0mm→4.5mm→2.8mm→2.0mm，2.8→2.0mm道次工作辊粗糙度控制在0.20±0.02μm，其之前的道次工作辊粗糙度控制在0.33±0.03μm。各冷轧过程要求注意清擦导路中的各根导辊，防止铝卷表面有印痕、粘伤等缺陷，冷轧过程均采用轧制油进行润滑和冷却。

S5.拉矫清洗切边：拉矫清洗时必须清擦导路中的各个导辊，用酒精或丙酮清擦各个导辊，确保铝卷表面在拉矫过程中不出现印痕、粘铝、擦伤、划伤等问题；根据来料板型情况对延伸率进行适当调整，确保板带不存在边浪、中浪、肋浪等板型缺陷。清洗时要控制水温水压和清洗速度，保证清洗质量，避免退火后铝带表面出现黄油斑，同时观察板带表面是否存在轧制工序造成的印痕、亮条、色差等表面质量缺陷。切边后铝带端面不允许有毛刺、塔形、荷叶边、边部小碎浪等，中间切边错层必须小于2mm。

2.0mm厚3003合金“O”状态铝带成品退火工艺是：用3h升至230℃时负压除油4小时，再用4h升至395℃，并保温32小时，然后降至170℃，并保温1.5小时出炉，成品退火时检查2.0mm厚铝卷的端面状况，确保封头采用钢带固定并牢固，端面无碰撞。成品退火后料卷经纵剪倒卷即可转入成品检测、包装。

实施例3制备的2.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材成品性能抗拉强度115Mpa，屈服强度75Mpa，延伸率40％。板带表面无不影响使用的黑丝黑线，无油斑、麻点等表面质量缺陷。

实施例4

一种0.8mm厚3003合金“H12“和“H14“状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材生产方法。

S1.优化的3003合金电池壳用铝带化学成分，各组分的质量百分比为：硅0.09%，铁0.39%，铜0.10%，锰1.06%，钛0.025%，余量为Al。

将68wt%的电解铝液、32wt%且铝含量≥99.7wt%的铝锭和各种合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为735~745℃，扒渣、合金化学成分调整、精炼、静置制备铝熔体，熔炼炉处理后的铝熔体经在线SNIF除气和在线过滤，控制铝熔体含氢量0.010ml/100g Al，碱金属Na含量1ppm。

S2. 连轧时，轧制的方案为19.0mm→7.5mm，其余同实施例3。

S3. 同实施例1。

S4.冷轧：将经均匀化退火处理后的厚度为5.0mm铝卷放入轧制油桶中浸泡10分钟，再上轧机冷轧至成品厚度0.8mm。

“H12“状态电池壳用铝带冷轧道次分配方案是：7.5mm→4.5mm→2.7mm→1.6mm→1.06mm→拉矫清洗→中间退火→0.8mm，7.5→1.06mm道次工作辊粗糙度控制在0.33±0.03μm（不包含1.06mm道次），1.06→0.8mm道次工作辊粗糙度控制在0.20±0.02μm。“H14“状态电池壳用铝带冷轧道次分配方案是：7.5mm→4.5mm→2.8mm→1.8mm→1.14mm→拉矫清洗→中间退火→0.8mm，7.5→1.14mm道次工作辊粗糙度控制在0.33±0.03μm（不包含1.14mm道次），1.14→0.8mm道次工作辊粗糙度控制在0.20±0.02μm。各冷轧过程要求注意清擦导路中的各根导辊，防止铝卷表面有印痕、粘伤等缺陷，冷轧过程均采用轧制油进行润滑和冷却。

其中拉矫清洗同实施例3的拉矫清洗切边步骤，中间退火工艺同实施例3的成品退火工艺。

实施例4制备的0.8mm厚3003合金“H12”状态物料成品性能抗拉强度141Mpa，屈服强度125Mpa，延伸率17％；“H14”状态物料成品性能抗拉强度150Mpa，屈服强度145Mpa，延伸率9.5％。“H12”和“H14”状态物料的屈强比基本达到1:1，在保证产品成型性能基础上，提高了强度，可以满足薄壁电池壳壳体强度及刚度的要求，同时板带表面无油斑、粘伤、麻点等外观质量缺陷，适用于动力电池壳产品多样性的生产需求。

对比例1

一种1.2mm厚3003合金“H12”和“H14”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材生产方法。

步骤S1中， 3003合金电池壳用铝带化学成分，各组分的质量百分比为：硅0.1%，铁0.50%，铜0.15%，锰1.05%，钛0.025%，余量为Al。

其它与实施例2相同。

对比例1制备的1.2mm厚3003合金“H12”状态物料成品性能抗拉强度138Mpa，屈服强度119Mpa，延伸率15％；“H14”状态物料成品性能抗拉强度153Mpa，屈服强度147Mpa，延伸率8.0％。板带表面无影响使用的黑丝黑条，无油斑、麻点、粘伤、色差。对比实施例1抗拉强度提高，延伸率降低。

对比例2

步骤S3中，取消均匀化退火工艺。

步骤S6中2.0mm厚3003合金“O“状态铝带成品退火工艺是：用2h升至220℃时负压除油4小时，再用4h升至460℃，并保温30小时，然后降至170℃，并保温2小时出炉，成品退火时检查2.0mm厚铝卷的端面状况，确保封头采用钢带固定并牢固，端面无碰撞。成品退火后料卷经纵剪倒卷即可转入成品检测、包装。

其它步骤与实施例1相同。

对比例2制得的2.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材成品性能抗拉强度135Mpa，屈服强度95Mpa，延伸率28％。板带表面无影响使用的黑丝黑条，无麻点、粘伤、色差。

对比例3

一种2.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材生产方法。本对比例生产流程包括：熔铸→锯切→铣面→均热→热轧→冷轧→拉矫清洗→成品退火。

S1熔铸：

熔炼时采用含量99.7%以上的铝锭和固体废料为原料放入熔炼炉内进行熔炼，通过合金成分配置、铝熔体处理等工序以保证熔体质量。3003合金电池壳用铝带化学成分，各组分的质量百分比为：硅0.1%，铁0.45%，铜0.09%，锰1.05%，锌0.04%，钛0.04%，余量为Al。

铝熔体的精炼、过滤、铸造参照常规半连续铸造工艺进行。

S2、热轧：

将上述熔铸加工的铸锭锯头铣面再重新加热，在580～600℃条件下保温20~25小时，再将加热后的铸锭通过大加工量的粗轧机开坯多道次轧制至6～8mm厚热轧铝卷并转入冷轧工序。

S3、冷轧：

经多道次冷轧将6～8mm厚热轧铝卷冷轧到2.0mm厚铝带，每道次加工率控制在20~35%之间。轧制时要求注意清擦导路中的各根导辊，防止铝带表面有印痕、粘伤等缺陷。成品道次轧制时必须更换工作辊，清擦导路中的每一个辊子，支撑棍表面不行必须更换支撑辊；对铝带表面进行检查，不允许有擦伤、划伤、周期行印痕、亮条及色差等任何影响使用的表面缺陷。

S4、拉矫清洗：

拉矫切边时必须清擦导路中的各个导辊，用酒精或丙酮清擦各个导辊，确保铝卷表面不能有印痕、粘铝、擦伤、划伤，端面不允许有毛刺、塔形、荷叶边、边部小碎浪等，中间切边错层必须小于2mm。

清洗时要控制水温水压和清洗速度，保证清洗质量，避免退火后铝带表面出现黄油斑，同时观察板带表面是否存在轧制工序造成的印痕、亮条、色差等表面质量缺陷。

S5、成品退火：

成品退火检查来料端面状况，各铝带卷之间是否有碰卷现象。2.0mm厚3003合金“O”状态铝带成品退火工艺是：炉气初始定温550℃，待铝卷温度达到350℃后，炉气定温改为500℃，并保温1小时，出炉铝合金卷的温度控制在360-370℃。

对比例3制得的2.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材成品性能抗拉强度116Mpa，屈服强度34Mpa，延伸率69％。板带表面无影响使用的黑丝黑条，无麻点、粘伤、色差。该对比例生产工序多，生产周期长，生产成本高。

对比例4

一种1.2mm厚3003合金“O“状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材生产方法。本对比例生产流程包括：熔铸→连续铸轧→冷轧→均匀化退火→冷轧→拉矫清洗→成品退火。

S1熔铸：

熔炼时采用含量99.7%以上的铝锭放入熔炼炉内进行熔炼，通过合金成分配置、铝熔体处理等工序以保证熔体质量。3003合金电池壳用铝带化学成分，各组分的质量百分比为：硅0.23%，铁0.65%，铜0.16%，锰1.2%，钛0.025%，余量为Al。

铝熔体的精炼、过滤、连续铸轧参照常规连续铸轧工艺进行。

S3、中间退火-冷轧：

将连续铸轧制备的8mm铸轧板坯，经内圈及外圈焊接，转至冷轧，轧至 4.5mm厚度进行退火，退火工艺为：炉气温度580°C升温，金属温度到达550°C时，转炉气550°C保温3小时。退火后冷却至金属温度45°C以下时，再进行冷轧压延加工，轧制成品厚度1.0mm。

S4、拉矫清洗：

S5、成品退火：

成品厚度的铝卷，进行二次热处理，退火工艺为:炉气温度550°C升温，金属温度到达490°C时，转炉气490°C保温2小时。退火后冷却至金属温度46°C以下时，再进行分切加工，分切至目标宽度172mm。

对比例4制得的1.2mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材成品性能抗拉强度122Mpa，延伸率40％。板带表面无影响使用的黑丝黑条，无麻点、粘伤。对比例4制得的1.2mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材成品性能优良，但板、带材各向异性强，成品冲制、拉伸成型成品率低，冲制成品率为87%，且板带表面色差严重。实施例1~4的连铸连轧法冲制成品率可达到98%，与铸轧法相比更为优异。

对比例5

步骤S2中，均匀化退火时将料卷直接放在退火小车上进行退火。

其余同实施例3。

对比例5制得的2.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材成品性能抗拉强度113Mpa，屈服强度75Mpa，延伸率39％。与实施例3对比，产品性能优异，但是板带表面周期性粘伤严重，均匀化退火后存在塌卷风险。

对比例6

步骤S4中，冷轧前不预先将铝卷浸入轧制油中浸泡。

其余同实施例3。

对比例6制得的2.0mm厚3003合金“O”状态动力电池壳用铝及铝合金板、带材成品性能抗拉强度116Mpa，屈服强度76Mpa，延伸率41％。与实施例3对比，产品性能优异，但是板带表面粘伤较为严重。

Claims

1.一种新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

S1. 制备铝熔体：熔炼，控制铝熔体中各组分的质量百分比：Si0.08~0.12%，Fe0.35~0.40%，Cu0.10~0.15%，Mn1.00~1.10%，Ti0.015~0.025%，余量为Al；熔炼时，根据合金化学成分要求，将60~70wt%的电解铝液、30~40wt%且铝含量≥99.7wt%的铝锭和合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为735~745℃，经扒渣、精炼和静置得铝熔体；熔炼炉处理后的铝熔体经在线SNIF除气和在线过滤，控制熔体含氢量≤0.012ml/100g Al，碱金属Na含量≤2ppm，再转入步骤S2；

板坯直接进入三连轧机进行连轧，只采用三连轧机的第一机架进行轧制，第一道次的加工率控制在60~70%，轧制入口温度控制在420~520℃，出口温度控制在360~420℃；卷取温度控制在≥300℃；

连轧过程均采用乳化液进行润滑和冷却，乳液压力控制在0.4~0.6MPa ，乳液浓度为3.5~4.5wt%；经第一道次加工制备获得厚度为5~7mm铝卷；

S4.冷轧：

冷轧前先将铝卷浸入轧制油中浸泡5~10min再进行冷轧；

当目标产品为3003合金“H12”和“H14”状态电池壳时，中间道次加工率≥30%；成品道次加工率控制在20~30%；在成品道次和中间道次之间还包括拉矫清洗切边和中间退火；

冷轧过程中，中间道次工作辊粗糙度控制在0.33±0.03μm，成品道次工作辊粗糙度控制在0.20±0.02μm；所述中间道次为冷轧的前2个道次或前3个道次或前4个道次，所述成品道次为除中间道次后余下的道次；

S5. 当目标产品为3003合金“O”状态电池壳时，还包括拉矫清洗切边和成品退火；

成品退火或中间退火的步骤为：用2~4h升至210~230℃时，负压除油4~6h，再用3~5h升至360~400℃，并保温30~40h，然后降至160~170℃保温1~2小时出炉。

2.根据权利要求1所述的新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法，其特征在于：

所述精炼的具体步骤为：将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氯气、氩气的体积比为1:3~5，每次精炼时间为20~30min，精炼次数不少于3次。

3.根据权利要求1所述的新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法，其特征在于：

所述步骤S3中，均匀化退火的工艺为：先用2h将炉温升到220℃，并保温4h，再用6h将炉温升到580℃，并保温30h，然后用2h将炉温降到460℃，并保温4h，最后将炉温降到170℃时出炉。

4.根据权利要求1所述的新能源动力电池壳用铝及铝合金板带材的生产方法，其特征在于：

所述步骤S3中，钢套筒的内径为505mm，且退火前用钢带将铝卷打捆加固。