CN113061786B

CN113061786B - 用于拉伸成形电池壳的稀土铝带材

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Publication number: CN113061786B
Application number: CN202110329504.8A
Authority: CN
Inventors: 刘鸿飞; 王国平
Original assignee: Inner Mongolia Zhongtuo Aluminium Co ltd
Current assignee: Inner Mongolia Zhongtuo Aluminium Co ltd
Priority date: 2021-03-28
Filing date: 2021-03-28
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2041-03-28
Also published as: CN113061786A

Abstract

本发明属于金属合金技术领域，涉及作用于电池外壳专用铝带材。本发明为一种用于拉伸成形电池壳的稀土铝带材，包含如下重量百分含量的合金组分：硅Si0.2‑0.4%、铁Fe 0.45‑0.65%、铜Cu 0.05‑0.15%、锰Mn 1.0‑1.2%、镧La 0.2‑0.3%、钛Ti 0.02‑0.04%，其他：单个不大于0.05%，合计不大于0.15%，其余为铝Al；本发明的优点是，对比标准3003铝合金成分，主要是增加了稀土元素镧La，并适当减少硅铁含量，目的是细化材料晶粒，减少成品中的杂质和气体含量，在提高3003铝合金的强度的同时提高延伸率，降低制耳率。利用本发明技术所生产的产品，与现有技术比较，无论是产品的力学性能还是产品成品率均有明显提高。

Description

用于拉伸成形电池壳的稀土铝带材

技术领域

本发明属于金属合金技术领域，涉及作用于电池外壳专用铝带材。

背景技术

随着电动汽车的普及，对车用动力电池的要求越来越高，用于包覆电池的壳体材料必须满足高强度、导热性好、轻量化、易成型和成本低的要求。目前，最合适的材料就是3003铝合金。但是普通的3003合金存在强度偏低、冲压成型易出现制耳、桔皮、流纹等缺陷。为了提高普通3003铝合金的综合性能，人们进行了大量的探索和研究。归纳起来主要是两个方面的工作：一是对普通3003材料的合金元素进行一定的调整(CN107419140、CN109487132、CN110184485、CN102634698等)。二是对传统3003铝合金的加工工艺进行调整（CN112157122、CN109666822等）。目的都是提高3003铝合金的性能以满足电池壳的性能要求。文献表述，这些改变虽然对3003铝合金的性能有所提高，但是在高性能电池壳对抗拉强度和延伸率、制耳率等方面的要求还有一定的差距。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足之处，提出一种在使用工业纯铝在熔炼过程加入少量的稀土元素，经轧制成型及热处理生产出一种深冲性能和拉伸性能更好的铝带材，以满足高性能电池壳的需要，并明显提高成品率。本发明人发现：电池壳体材料加工率的合理控制、成分优化及均质化、晶粒细化、降低氢含量是提高动力电池壳体强度和延伸率、消除桔皮、流纹等缺陷的有效方法。

本发明为一种用于拉伸成形电池壳的稀土铝带材，包含如下重量百分含量的合金组分：硅Si0.2-0.4%、铁Fe 0.45-0.65%、铜Cu 0.05-0.15%、锰Mn 1.0-1.2%、镧La 0.2-0.3%、钛Ti 0.02-0.04%，其他：单个不大于0.05%，合计不大于0.15%，其余为铝Al；

上述的用于拉伸成形电池壳的稀土铝带材的制备方法，包括如下步骤：

（1）将原料铝在熔炼炉中加热至740-760℃时，检测铝液成分，按总铝液量加入所述成分中的相应元素所需的计算量，搅拌30-60分钟，经过精炼、除气、过滤，将铝液铸造成板锭,铝液的铸造温度控制在690-710℃，铸造速度控制在55-65mm/min，并检测铝液成分和氢含量，保证每百克铝液中氢含量不超过0.12毫升；

（2）用铣削加工的方式，将板锭表面的偏析层和铸造冷格纹去除，根据偏析层和冷格纹厚度，铣削量一般控制在5-10mm；

（3）加热/均热：板锭加热到590-600℃保温4小时，然后炉内降温至轧制温度开始热轧；

（4）热轧：初轧温度控制在500-540℃，经若干道次轧制成7-8mm厚带材卷，终轧温度控制在330-350℃之间；

（5）冷轧：热轧卷冷却至室温，经过几个道次不同加工率和轧制速度的冷轧到成品，道次加工率控制在20%-50%；

（6）根据成品要求的硬度状态不同，需要对相应的产品进行中间退火或成品退火，中间退火工艺：加热温度380-385℃，保温时间2小时，成品退火工艺：加热温度360-365℃，保温时间5小时。

进一步优化，所述生产步骤1)熔炼铸锭：将原料铝在熔炼中加热至熔融态并铝液温度750℃时，依次加入锰Mn、铁Fe、硅Si、铜Cu等元素的添加剂，电磁或气动搅拌20-30分钟，然后加入富含镧La元素中间合金和铝钛硼合金，电磁或气动搅拌20-30分。

再进一步优化的方案，所述生产步骤（3）均质化处理，热轧前对板锭进行双级均质化处理，将（2）所述的铣面后的板锭加热至590～600℃，保温3-4小时，继续加热到620-630℃保温3小时。

本发明的优点是，对比标准3003铝合金成分（硅Si：0.60%，铁Fe: 0.70%、铜Cu：0.05-0.20%、锰Mn：1.0-1.5%、锌Zn：0.10%、其他：单个0.05%合计0.15%、铝Al：余量），主要是增加了稀土元素镧La，并适当减少硅铁含量，目的是细化材料晶粒，减少成品中的杂质和气体含量，在提高3003铝合金的强度的同时提高延伸率，降低制耳率。

具体技术思路是：

本发明所涉及的合金在铸造时会存在严重的成分偏析，若不有效消除，将导致材料在后续的冲制过程中产生不可接受的冲制流纹、表面桔皮纹及高各向异性。所以，铸锭均匀化处理的好坏十分重要。3003为Al-Mn系合金，其主合金元素Mn的含量对于合金的组织和性能有显著的影响，Mn阻止铝及铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并通过MnAl6弥散质点阻碍再结晶晶粒长大，能显著细化再结晶晶粒。据研究，Mn含量在０.8％时的延伸率达到最大值，并且在1.82％（Mn的极限溶解度）范围内，材料的强度随Mn含量的增加而增加。另外，合金中Fe、Si、Cu、Mg、Ti等其它元素含量对合金的组织和性能均有不同程度的影响。Fe能溶于MnAl6中形成（FeMn）Al6化合物，降低Mn在Al中的溶解度。合金中加入0.4％－0.7％的Fe，为使板带材退火后的晶粒得到有效细化须保证Fe＋Mn小于1.85％，否则会形成粗大片状的（FeMn）Al6化合物，降低合金的力学性能和工艺性能。其原理为：Si与Mn形成复杂的三元相T（Al12Mn3Si2）。若Si与Fe同时存在时，则形成α（FeSi3Al12）或β（Fe2Si2Al12）相，破坏Fe的有利影响。α（FeSi3Al12）相呈骨骼状，具有较好的塑性和工艺性能；β（Fe2Si2Al12）相呈粗大的针状，会使塑性和工艺性能降低；随着Fe／Si值的增加，α（FeSi3Al12）相增加，β（Fe2Si2Al12）相减少。为显著提高合金强度在其中添加0.05%～0.5%的Cu，对于多数合金Cu含量增加将显著降低材料的抗蚀性，但对于Al－Mn系合金添加少量的Cu反而有利于合金抗蚀性的提高，可由点腐蚀转变为全面的均匀腐蚀。严格控制Mg的含量，因为少量的Mg可显著细化晶粒、稍许提高强度，但同时将严重损害材料的表面光泽。合金中加入微量的Ti，可显著细化再结晶晶粒，改善产品性能。

本发明为达到有效改善铝的组织结构、细化晶粒、减少铝液含氢量，在合金中加入适量的稀土元素镧。稀土元素具有很高的化学活性，具有变质强化和改善工艺性能的作用，稀土元素La的不同含量对铝硅共晶的流动性、铸态铝合金的硬度和断裂强度有明显影响，此外稀土元素镧降低了氢在铝液中的活度,使氢析出气体的压力降低, 表现为在铸锭上的针孔和气孔的减少。而适量La或混合稀土元素均有细化工业纯铝组织的作用。实践中，利用本发明技术所生产的产品，与现有技术比较，无论是产品的力学性能还是产品成品率均有明显提高。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释和理解本发明，并不必然对本发明的保护范围构成限定。

实施例1：成品状态O

本实施例所述的稀土铝带材，原料为Al含量99.7%的铝锭10吨，加入熔炼炉加热至750℃，依次加入锰Mn、铁Fe、硅Si、铜Cu等元素的添加剂，充分搅拌30分钟，然后加入富含镧La元素金属中间合金和铝钛中间合金，继续搅拌精炼20分钟，检测成分为：（质量百分比）铝Al97.69%、硅Si0.32%、铁Fe 0.56%、铜Cu 0.08%、锰Mn 1.05%、镧La 0.23%，钛0.031%；

（1）将原料铝在熔炼炉中加热至740-760℃时，检测铝液成分，按总铝液量加入所述成分中的相应元素所需的计算量，搅拌30-60分钟，经过精炼、除气、过滤，将铝液铸造成板锭,铝液的铸造温度控制在690-710℃，铸造速度控制在55-65mm/min，并检测铝液成分和氢含量，保证每百克铝液中氢含量不超过0.12毫升；铸成的板锭规格（厚X宽X长，单位mm）320*640*4950；

（2）用铣削加工的方式，将板锭表面的偏析层和铸造冷格纹去除，根据偏析层和冷格纹厚度，大面铣削厚度7mm，铣面后板锭厚306mm；

（3）加热/均热：将上述铣面后的板锭装入加热炉进行加热，板锭加热到590℃保温4小时，继续升温到630℃，保温3小时；然后停止加热，待板锭温度降至540℃时出炉轧制；

（4）热轧：初轧温度控制在500-540℃，轧制规程是306→280→250→225→200→175→150→125→100→75→55→35→24→16→11→7mm共15道次。终轧温度是340℃；

（5）冷轧：热轧卷冷却至室温，经过几个道次不同加工率和轧制速度的冷轧到成品，道次加工率控制在30%-50%；冷轧轧制规程是7→4.0→2.5→1.5mm。

（6）成品退火工艺：加热温度360-365℃，保温时间5小时。

(7) 上述工艺生产的成品检测性能为：123MPa，延伸率35%，制耳率1.6%，冲制后无桔皮、流纹等缺陷。该产品完全满足电池壳的铝带材性能要求。

实施例2：成品状态H14

本发明所述的稀土铝带材，所述生产步骤1)熔炼铸锭：将原料铝在熔炼中加热至熔融态并铝液温度750℃时，依次加入锰Mn、铁Fe、硅Si、铜Cu等元素的添加剂，电磁或气动搅拌20-30分钟，然后加入富含镧La元素中间合金和铝钛硼合金，电磁或气动搅拌20-30分，检测成分为：（质量百分比）铝Al97.7%、硅Si0.3%、铁Fe 0.5%、铜Cu 0.082%、锰Mn 1.1%、镧La 0.25%，钛0.021%。

（2）用铣削加工的方式，将板锭表面的偏析层和铸造冷格纹去除，根据偏析层和冷格纹厚度，大面铣削厚度10mm，铣面后板锭厚300mm；

（4）热轧：初轧温度控制在500-540℃，轧制规程是300→280→250→225→200→175→150→125→100→75→55→35→24→16→11→7mm共15道次。终轧温度是335℃；

（5）冷轧：热轧卷冷却至室温，经过几个道次不同加工率和轧制速度的冷轧到成品，道次加工率控制在20%-50%；冷轧轧制规程是7→4.0→2.5→1.5→中间退火→1.2mm。

（6）中间退火工艺：加热温度380-385℃，保温时间2小时。

(7) 上述工艺生产的成品检测性能为：165MPa，延伸率4.5%，制耳率1.3%，冲制后无桔皮、流纹等缺陷。该产品完全满足电池壳的铝带材性能要求。

同行业的技术人员容易理解，本发明并不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的构思，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明自然还会有各种变化和改进，这些变化和改进都会落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1. 用于拉伸成形电池壳的稀土铝带材，其特征在于，包含如下重量百分含量的合金组分： Si 0.32-0.4%、Fe 0.45-0.65%、Cu 0.05-0.082%、Mn 1.0-1.05%、La 0.25-0.3%、Ti0.02-0.04%，其他：单个不大于0.05%合计不大于0.15%，其余为Al；

（1）将原料铝在熔炼炉中加热至740-760℃时，检测铝液成分，按总铝液量加入上述成分中的相应元素所需的计算量，搅拌30-60分钟，经过精炼、除气、过滤，将铝液铸造成板锭,铝液的铸造温度控制在690-710℃，铸造速度控制在55-65mm/min，并检测铝液成分和氢含量，保证每百克铝液中氢含量不超过0.12毫升；

（2）用铣削加工的方式，将板锭表面的偏析层和铸造冷格纹去除，根据偏析层和冷格纹厚度，铣削量控制在5-10mm；

（3）加热：板锭加热到590-600℃保温4小时，继续加热到620-630℃保温3小时，然后炉内降温至轧制温度开始热轧；

（6）根据成品要求的硬度状态不同，对相应的产品进行中间退火或成品退火，中间退火工艺：加热温度380-385℃，保温时间2小时，成品退火工艺：加热温度360-365℃，保温时间5小时。

2.根据权利要求1所述的用于拉伸成形电池壳的稀土铝带材,其特征是，所述生产步骤1)熔炼铸锭：将原料铝在熔炼炉中加热至熔融态并当铝液温度750℃时，依次加入Mn、Fe、Si、Cu元素的添加剂，电磁或气动搅拌20-30分钟，然后加入富含La的元素中间合金和铝钛硼合金，电磁或气动搅拌20-30分钟。

3.根据权利要求1所述的用于拉伸成形电池壳的稀土铝带材,其特征是，所述生产步骤（5）冷轧：对于H14状态成品，中间退火后冷轧加工率控制在20%-30%。