CN112195373A - 一种电池壳体用铝合金带材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池壳体用铝合金带材及其制造方法，包括如下重量百分含量的组分：Fe 0.55～0.75%、Si 0.20～0.40%、Cu 0.08～0.10%、Mn 0.95～1.15%、ΔTi 0.015～0.020%，余量为Al；ΔTi为流槽与静置炉中Ti的含量差值；制造方法包括熔炼与精炼；续铸轧；级脱溶退火；冷轧。本发明有效降低了连续铸轧过程中的合金冷却凝固速度，降低了合金中Mn的固溶量，消除偏析和非平衡的结晶组织，使合金中形成细小的晶粒组织，提高合金元素的分布均匀性；所制备的铝合金带材的成品抗拉强度140～165MPa，屈服强度≥130MPa，延伸率≥8%，力学性能优异。

Description

一种电池壳体用铝合金带材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金带材的制造方法，特别是一种电池壳体用铝合金带材及其制造方法。
背景技术
近年来，铝合金带材以其优良的综合机械加工性能、良好的抗蚀性、比重轻、良好的散热性能和强大的抗电磁干扰性能等特点，被广泛运用于电池壳体的制造。由于电池壳冲压加工变形量大、冲制工序多、冲制工艺复杂、模具设计精密，并且属于非对称型大应变深冲变形；在保证必要的塑性的前提下，还必须有足够的强度和硬度，同时必须具有良好的抗腐蚀性、化学稳定性和表面质量。
目前，主要选用传统的半连续铸锭工艺生产的Al-Mn系变形铝合金板带作为电池壳体用材料，其生产的主要工艺流程为：熔炼、半连续铸锭、锯切、铣面、均匀化退火、热轧、冷轧、重卷切边、成品退火及精密剪切。通过半连续铸锭工艺生产的带材具有均匀的显微晶粒组织和较高的强度、良好的均匀变形性及良好的耐蚀性，但是半连续铸锭工艺生产流程长、工艺复杂、能耗高及成材率低。
连续铸轧工艺具有短流程、效率高的优点，被广泛应用于变形铝合金板带箔材生产。然而，由于连续铸轧过程中，铝合金冷却凝固速度极快，对于Al-Mn系合金，大量Mn原子以过饱和形式固溶于铝基体中，进而在后续生产过程极易形成超大尺寸且具有方向性的晶粒组织，严重影响板材的深冲性能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种电池壳体用铝合金带材及其制造方法，能够解决现有连续铸轧工艺制备铝合金带材时存在的上述问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电池壳体用铝合金带材，包括如下重量百分含量的组分：
Fe 0.55～0.75%、Mn 0.95～1.15%、Si 0.20～0.40%、Cu 0.08～0.10%、ΔTi 0.015～0.020%，其它元素单个含量≤0.03%，余量为Al；其中，所述ΔTi为流槽与静置炉中Ti的含量差值。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电池壳体用铝合金带材的制造方法，包括如下步骤：
（1）熔炼与精炼：按配方量将原材料先后加入熔炼炉和静置炉内进行熔炼和精炼；
（2）连续铸轧：将上述熔炼与精炼后的合金加入连续铸轧机内进行连续铸轧，设计铸轧区长度为44 mm～45mm，铸轧温度为675～685℃，铸轧速度为0.55～0.65m/min，铸轧卷厚度为10 mm～12mm，以降低合金固溶量，减小铸轧晶粒；
（3）双级脱溶退火：将上述连续铸轧后的铸轧卷放在退火炉中进行双级脱溶退火处理；
（4）冷轧：将上述双级脱溶退火处理后的铸轧卷在冷轧机上冷轧至目标厚度的铝带，即所述电池壳体用铝合金带材。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，所述熔炼时的熔体温度为740～755℃；所述精炼的温度为735～750℃，精炼时间为16～19min。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，所述Ti以AlTi5B1丝的形式在流槽中加入，加入速度为0.30～0.40m/min。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，所述双级脱溶退火的工艺条件为：一级脱溶退火温度为570～590℃，保温时间为8～12h；二级脱溶退火温度为470～490℃，保温时间为5～8h，出炉冷却至常温；所述一级脱溶退火温度后自然冷却至二级脱溶退火温度。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述冷轧包括一次冷轧和二次冷轧。
在本发明一个较佳实施例中，所述一次冷轧和二次冷轧之间还进行中间退火。
在本发明一个较佳实施例中，所述一次冷轧后的铝带厚度为1.3～1.8mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述二次冷轧后的铝带厚度为1.1～1.6mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述中间退火的工艺条件为：退火温度390～410℃，保温时间8～10h，出炉冷却至室温。
本发明的有益效果是：本发明一种电池壳体用铝合金带材及其制造方法，通过对合金成分的优化调整，连续铸轧工艺条件的设计和双级脱溶退火处理，有效降低了连续铸轧过程中的合金冷却凝固速度，降低了合金中的Mn的固溶量，消除偏析和非平衡的结晶组织，使合金中形成细小的晶粒组织，提高合金元素的分布均匀性，提高合金的组织密度；所制备的铝合金带材的成品抗拉强度140～165MPa，屈服强度≥130MPa，延伸率≥8%，力学性能优异，使电池壳体用铝合金带材的理想材料。
附图说明
图1为连铸连轧工艺生产的铸轧卷铝合金金相图（放大50倍）；
图2为铸轧卷双级脱溶退火后的铝合金金相图（放大50倍）；
图3为中间退火后的铝合金金相图（放大100倍）；
图4为冷轧成品的铝合金金相图（放大50倍）。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1-4，本发明实施例包括：
实施例1
本发明揭示了一种电池壳体用铝合金带材的制备方法：
（1）熔炼与精炼：将Fe、Mn、Si、Cu各成分原料按Fe 0.55%、Mn 0.95%、Si 0.20%、Cu0.08%的重量百分比，先加入熔炼炉内熔炼，使熔炼时的熔体温度为740～745℃；然后加入静置炉内，在735～740℃下进行精炼18min，在此过程中，将质量百分含量为0.04%的Ti以AlTi5B1丝的形式在流槽中加入，加入速度为0.30m/min，并控制流槽与静置炉中Ti含量的差值ΔTi 为0.015%；
通过将Ti以AlTi5B1丝的形式在流槽中加入，实现精确控制Ti的加入量和烧损量，有助于控制ΔTi的值，从而保证最终凝固过程中的有效Ti含量，确保后续制备过程中晶粒的细化效果；
（2）连续铸轧：将上述熔炼与精炼后的合金加入连续铸轧机内进行连续铸轧，设计铸轧区长度为44 mm～45mm，铸轧温度为675℃，铸轧速度为0.55m/min，铸轧卷厚度为10 mm～11mm，通过铸轧区长度、铸轧速度、铸轧温度和铸轧厚度等工艺参数的优化设计，能够有效降低连续轧制过程中铝合金的冷却凝固速度，从而大幅降低合金固溶量，尤其是降低合金中Mn的固溶量，从而使轧制后的合金中的晶粒尺寸小，提高组织密度； 如图1所示；
（3）双级脱溶退火：将上述连续铸轧后的铸轧卷放在退火炉中进行双级脱溶退火处理；所述双级脱溶退火的工艺条件为：
先进行一级脱溶退火处理，一级脱溶退火温度为570℃，保温时间为12h；再次退火温度下缓慢降温（或自然冷却）至二级退火温度进行二级脱溶退火处理；
二级脱溶退火温度为470℃，保温时间为8h，出炉冷却至常温；
通过在后续的冷轧前先进行脱溶退火处理，可以提高合金元素的分布均匀性，消除偏析和非平衡组织结构，并进一步减少合金中Mn的固溶含量，为后续获得细小均匀的再结晶组织提供基础；如图2所示；
（4）冷轧：包括一次冷轧、中间退火和二次冷轧工序；通过两次冷轧设计，确保所制备的铝带达到优异的力学性能；
其中，所述一次冷轧的工艺条件为：将上述双级脱溶退火处理后的厚度为10 mm～11mm的铸轧卷在冷轧机上，经5～6道冷轧工序轧制成厚度为1.3～1.5mm的铝带；
所述中间退火的工艺条件为：将上述一次冷轧后的铝带置于退火炉中，在390℃的温度下保温10h，然后出炉冷却至室温；如图3所示；
二次冷轧的工艺条件为：将上述经中间退火的铝带置于冷轧机上，继续轧制成厚度为1.1～1.2mm的铝带；如图4所示；
（5）切割，将上述轧制后的铝带剪切成所需的尺寸，得到所述电池壳体用铝合金带材。
将上述实施例制备的铝带，在室温条件，相对空气湿度为75%的条件下，采用电子万能拉伸试验机，在测试标准：GB/T16865变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法的指导下对其进行力学性能测试，平行测试3组，测试结果如下表所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例2
本发明揭示了一种电池壳体用铝合金带材的制备方法：
（1）熔炼与精炼：将Fe、Mn、Si、Cu各成分原料按Fe 0.75%、Mn 1.15%、Si 0.40%、Cu0.10%的重量百分比，先加入熔炼炉内熔炼，使熔炼时的熔体温度为750～755℃；然后加入静置炉内，在745～750℃下进行精炼16min，在此过程中，将质量百分含量为0.042%的Ti以AlTi5B1丝的形式在流槽中加入，加入速度为0.30m/min，并控制流槽与静置炉中Ti含量的差值ΔTi 为0.020%；
通过将Ti以AlTi5B1丝的形式在流槽中加入，实现精确控制Ti的加入量和烧损量，有助于控制ΔTi的值，从而保证最终凝固过程中的有效Ti含量，确保后续制备过程中晶粒的细化效果；
（2）连续铸轧：将上述熔炼与精炼后的合金加入连续铸轧机内进行连续铸轧，设计铸轧区长度为44 mm～45mm，铸轧温度为685℃，铸轧速度为0.65m/min，铸轧卷厚度为11 mm～12mm，通过铸轧区长度、铸轧速度、铸轧温度和铸轧厚度等工艺参数的优化设计，能够有效降低连续轧制过程中铝合金的冷却凝固速度，从而大幅降低合金固溶量，尤其是降低合金中Mn的固溶量，从而使轧制后的合金中的晶粒尺寸小，提高组织密度； 如图1所示；
（3）双级脱溶退火：将上述连续铸轧后的铸轧卷放在退火炉中进行双级脱溶退火处理；所述双级脱溶退火的工艺条件为：
先进行一级脱溶退火处理，一级脱溶退火温度为590℃，保温时间为8h；再次退火温度下缓慢降温（或自然冷却）至二级退火温度进行二级脱溶退火处理；
二级脱溶退火温度为490℃，保温时间为5h，出炉冷却至常温；
通过在后续的冷轧前先进行脱溶退火处理，可以提高合金元素的分布均匀性，消除偏析和非平衡组织结构，并进一步减少合金中Mn的固溶含量，为后续获得细小均匀的再结晶组织提供基础；如图2所示；
（4）冷轧：包括一次冷轧、中间退火和二次冷轧工序；通过两次冷轧设计，确保所制备的铝带达到优异的力学性能；
其中，所述一次冷轧的工艺条件为：将上述双级脱溶退火处理后的厚度为10 mm～12mm的铸轧卷在冷轧机上，经5～6道冷轧工序轧制成厚度为1.5～1.8mm的铝带；
所述中间退火的工艺条件为：将上述一次冷轧后的铝带置于退火炉中，在410℃的温度下保温8h，然后出炉冷却至室温；如图3所示；
二次冷轧的工艺条件为：将上述经中间退火的铝带置于冷轧机上，继续轧制成厚度为1.4～1.6mm的铝带；如图4所示；
（5）切割，将上述轧制后的铝带剪切成所需的尺寸，得到所述电池壳体用铝合金带材。
将上述实施例2制备的铝带，在室温条件，相对空气湿度为75%的条件下，采用电子万能拉伸试验机，在测试标准：GB/T16865变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法的指导下对其进行力学性能测试，平行测试3组，测试结果如下表所示：
Figure 556271DEST_PATH_IMAGE002
本发明一种电池壳体用铝合金带材及其制造方法，与现有技术相比，存在如下优点：
1、本发明通过对合金元素配比的优化，结合上述的连续铸轧的制造方法，通过连续铸轧工艺中铸轧区长度、铸轧速度、铸轧温度和铸轧厚度等工艺参数的优化设计，有效降低了连续铸轧过程中的合金冷却凝固速度，使合金中Mn的固溶量有效降低，有利于合金内部形成细小的晶粒组织和合金成分的均匀分布，提高合金的组织密度；
（2）通过在冷轧前进行双级脱溶退火处理，提高合金元素的分布均匀性，有利于消除偏析和非平衡的结晶组织，也进一步减小合金中Mn的固溶量，为后续冷轧过程中获得细小均匀的再结晶组织奠定基础；
（3）通过两次冷轧处理，确保轧制后的铝带具有优异、稳定的力学性能；
（4）所制备的铝合金带材的晶体组织结构小、分布均匀，如图1-4所示，成品铝合金带材的机械性能优异：成品抗拉强度140～165MPa，屈服强度≥130MPa，延伸率≥8%；
（5）采用连铸连轧工艺缩短了工艺流程，降低了能耗，提高了成材率。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种电池壳体用铝合金带材，其特征在于，包括如下重量百分含量的组分：
Fe 0.55～0.75%、Mn 0.95～1.15%、Si 0.20～0.40%、Cu 0.08～0.10%、ΔTi 0.015～0.020%，其它元素单个含量≤0.03%，余量为Al；其中，所述ΔTi为流槽与静置炉中Ti的含量差值。
2.一种如权利要求1所述的电池壳体用铝合金带材的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）熔炼与精炼：按配方量将原材料先后加入熔炼炉和静置炉内进行熔炼和精炼；
（2）连续铸轧：将上述熔炼与精炼后的合金加入连续铸轧机内进行连续铸轧，设计铸轧区长度为44 mm～45mm，铸轧温度为675～685℃，铸轧速度为0.55～0.65m/min，铸轧卷厚度为10 mm～12mm，以降低合金固溶量，减小铸轧晶粒；
（3）双级脱溶退火：将上述连续铸轧后的铸轧卷放在退火炉中进行双级脱溶退火处理；
（4）冷轧：将上述双级脱溶退火处理后的铸轧卷在冷轧机上冷轧至目标厚度的铝带，即所述电池壳体用铝合金带材。
3.根据权利要求2所述的一种电池壳体用铝合金带材的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述熔炼时的熔体温度为740～755℃；所述精炼的温度为735～750℃，精炼时间为16～19min。
4.根据权利要求2所述的一种电池壳体用铝合金带材的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述Ti以AlTi5B1丝的形式在流槽中加入，加入速度为0.30～0.40m/min。
5.根据权利要求2所述的一种电池壳体用铝合金带材的制造方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述双级脱溶退火的工艺条件为：一级脱溶退火温度为570～590℃，保温时间为8～12h；二级脱溶退火温度为470～490℃，保温时间为5～8h，出炉冷却至常温；所述一级脱溶退火温度后自然冷却至二级脱溶退火温度。
6.根据权利要求2所述的一种电池壳体用铝合金带材的制造方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述冷轧包括一次冷轧和二次冷轧。
7.根据权利要求6所述的一种电池壳体用铝合金带材的制造方法，其特征在于，所述一次冷轧和二次冷轧之间还进行中间退火。
8.根据权利要求6所述的一种电池壳体用铝合金带材的制造方法，其特征在于，所述一次冷轧后的铝带厚度为1.3～1.8mm。
9.根据权利要求6所述的一种电池壳体用铝合金带材的制造方法，其特征在于，所述二次冷轧后的铝带厚度为1.1～1.6mm。
10.根据权利要求7所述的一种电池壳体用铝合金带材的制造方法，其特征在于，所述中间退火的工艺条件为：退火温度390～410℃，保温时间8～10h，出炉冷却至室温。
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