CN116287946A

CN116287946A - 电池壳体用钢带的生产方法

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Publication number: CN116287946A
Application number: CN202310577271.2A
Authority: CN
Inventors: 周彦召; 马建超; 赵家七; 李宁
Original assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Zhangjiagang Yangzijiang Cold Rolled Sheet Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Zhangjiagang Yangzijiang Cold Rolled Sheet Co Ltd
Priority date: 2023-05-22
Filing date: 2023-05-22
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2043-05-22
Also published as: CN116287946B

Abstract

本发明公开了电池壳体用钢带的生产方法，电池壳体用钢带的化学成分及质量百分含量为:碳:0.003~0.006%，硅≤0.03%，锰:0.35~0.45%，钛:0.040~0.050%，铝:0.040~0.060%，磷≤0.020%，硫≤0.012%，氮≤0.0040%，余量为铁及其它不可避免的杂质，其中，7>Ti/(C+N)>5；生产工艺流程为铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH处理→连续浇注→热轧→酸洗→冷轧→连续退火→精整；本发明通过化学成分设计，降低带钢的

Description

电池壳体用钢带的生产方法

技术领域

本发明涉及一种电池壳体用钢带的生产方法，属于冶金技术领域。

背景技术

电池壳用钢是一种综合性能要求极高的高端冷轧钢种，要求钢带具有高洁净度、高表面质量、高性能均匀性及优异的加工性能等。因此，在制造过程中，要求降低带钢（即钢带）各向异性

，保证其冲压性能，减少脱氧产物等内生夹杂物和二次氧化等外来夹杂物的数量，减少砂眼、翘皮、孔洞、冲压开裂等缺陷，保证表面质量。

电池壳用钢常见缺陷包括夹渣、翘皮、砂眼、孔洞、开裂等，该类缺陷主要是由炼钢过程产生的非金属夹杂物引起的。电池壳用钢冲压成构件过程中，要求壁厚减薄均匀且无制耳和毛刺等缺陷。因此，电池壳用钢制造过程中要求极低的各向异性，同时对非金属夹杂物的尺寸要求越小越好。

现有技术中，电池壳用钢主要存在以下问题:1）带钢各向异性差，在冲压成构件过程中，壁厚减薄不均匀，易出现制耳和毛刺等缺陷；2）带钢夹杂物尺寸大、数量多，影响钢液的连序浇注性能，导致带钢表面出现翘皮、砂眼、孔洞等缺陷。

如公开号为CN109136444A的专利文献公开了一种快速、减薄冲压加工用新能源汽车电池壳用钢及生产方法。该发明通过合理的成分设计，并通过对炼钢、精炼、连铸、热轧、卷取、冷轧、连续退火等工艺进行优化设计，钢带的洁净度、性能等得到保证，不仅具有相比商业化超低碳钢较高的强度，而且克服了低碳类电池壳钢成形性能差的问题，适应快速冲压和减薄冲压的加工要求。但，该方法要求转炉出钢温度高，导致转炉冶炼耐材损耗大、冶炼成本高；RH脱碳过程吹氧升温生产大量夹杂物，影响钢液浇注性能，最终带钢出现砂眼、翘皮等缺陷。授权公告号为CN100560770C的专利文献公开一种平面各向同性优良的电池壳用钢及其制造方法，该专利采用低碳铝镇静钢成分体系生产电池壳用钢，碳质量百分比:0.01~0.05%，退火工艺为罩式退火，该成分体系生产难度小，制造成本低，但因其为低碳钢成分，冲压加工性能较差，难以满足电池壳体用钢快速冲压减薄的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池壳体用钢带的生产方法，获得的钢带具有高洁净度、高表面质量、高性能均匀性及优异的加工性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是:

电池壳体用钢带的生产方法，其中，电池壳体用钢带的化学成分及质量百分含量为:碳:0.003~0.006%，硅≤0.03%，锰:0.35~0.45%，钛:0.040~0.050%，铝:0.040~0.060%，磷≤0.020%，硫≤0.012%，氮≤0.0040%，余量为铁及不可避免的杂质，其中，7＞Ti/(C+N)＞5。

本发明电池壳体用钢带成分控制原理如下:

碳（C):是钢中强化元素，使钢的强度上升、塑性下降。为保证新能源汽车用电池壳用钢具有一定的强度，以抵抗电池充液后的内压，需要控制C含量。同时，以间隙原子形式存在的碳原子会降低钢带冲压成型性能。因此本发明中控制C含量0.0030～0.0060%，在保证钢带强度的同时，提高其冲压成型性能。

锰（Mn):是一种钢材强化元素，一定锰含量可提高钢带的强度，同时Mn与S结合生成MnS避免钢中硫引起钢的热脆。但超低碳钢中锰含量过高会对冲压加工不利，因此控制Mn含量0.35~0.45%。

钛（Ti):利用Ti来固定C、N原子，使钢带达到无间隙原子（IF）状态，钢带具有良好的冲压成形性能。Ti主要以TiN等析出相形式存在，在铁素体中沉淀，阻碍晶粒长大，且提高强度。本发明中C含量进行了特殊设计，Ti含量需要保证固定C、N的效果，以提高冲压成型性能，同时满足各向同性的需要。此外过高的Ti对钢液浇注性能有不利影响。因此Ti含量进行相应设计，控制在0.04~0.05%。同时，控制7＞Ti/(C+N)＞5，在固定C、N的同时，钢中存在适量的溶解Ti含量，一定程度上提高r值，降低钢带的各向异性，保证高速冲压成型性能。

铝（Al）:炼钢过程利用铝进行脱氧，去除冶炼过程中钢液中的氧，生成氧化铝等易于去除的夹杂物，钢液太低的铝含量，脱氧效果差，难以保证钢水洁净度。此外，钢中加入铝后会形成酸溶铝Als，可以与N反应生成AlN，促进无间隙原子化，并且细小弥散的AlN析出相能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒、促进组织均匀化。但当Als过高时，冶炼和浇铸控制难度会大幅提高。因此，Al含量控制0.04~0.06%。

硅(Si):是一种强化元素，但对冲压性能影响较大，按照≤0 .03%控制。

磷(P)同样具有强化作用，但会提高钢板加工脆性、危害冲压性能，需要加以去除，但是过低的P含量，增加炼钢冶炼的难度，因此按照≤0.020%控制。

硫(S):对于钢带是有害元素，影响韧性、冲压性能等，需要加以去除，考虑控制难易程度，按照≤0.012%控制。

氮(N):含量过高会导致钢带冲压性能大幅下降，按照≤0.0040%控制。

工艺流程（生产方法）为铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH处理→连续浇注→热轧→酸洗→冷轧→连续退火→精整。铁水预处理:铁水搅拌脱硫，脱硫后铁水硫含量≤0.0050%，铁水温度1300~1330℃。

转炉冶炼:至少2个清晰可见底吹孔，吹炼全程底吹氩气，氩气流量≥300Nm³/h，转炉吹炼终点温度1640~1660℃，转炉终点碳含量0.03~0.04%，转炉终点自由氧含量0.06~0.08%，转炉终渣T.Fe 15~18%，转炉出钢下渣量2~4kg/t。

LF精炼:钢包座包后，开到通电升温位，开始通电升温，升温过程中钢包底吹流量控制在300~500NL/min。该流量即保证钢液的温度均匀性，同时又尽可能的提高升温通电升温效率。当钢水温度达到1618~1635℃的目标温度后，测温定氧，钢液自由氧含量0.06~0.07%。钢液自由氧含量0.06~0.07%，满足RH脱碳过程的自然脱碳的需要，同时降低脱氧合金化前的自由氧含量，减少钢液中一次脱氧产物的数量，提高钢液的洁净度。调整钢包底吹流量100~200NL/min，该钢包底吹流量目的是提供一定的动力学条件，促进改质剂和石灰熔化，同时避免表面钢液裸露，造成二次氧化。根据钢水自由氧含量，加入炉渣改质剂400~500kg，石灰400~500kg。其中炉渣改质剂成分为Al 45~50%，CaO 20~25%，Al₂O₃ 10~15%，CaCO₃10~15%，其它为不可避免的杂质，其中CaCO₃为扩散剂，促进改质剂分散。

RH处理:RH到站温度1610~1630℃，因RH处理过程存在一定程度的温降，为了满足连序浇注的温度要求，同时在该温度情况下，脱碳速度较快。到站自由氧0.06~0.07%，满足RH脱碳过程的自然脱碳的需要，同时降低脱氧合金化前的自由氧含量，减少钢液中一次脱氧产物的数量，提高钢液的洁净度。到站碳含量0.025~0.035%（转炉吹炼的脱碳能力有限，因此导致RH到站的碳含量只能是这个水平。同时该控制区间RH脱碳结束后，钢液中自由氧含量低，一次脱氧产物少，钢水洁净度高），RH到站钢包炉渣成分中T.Fe 5~8%。RH脱碳15~18min，在温度、到站碳、到站氧满足条件后，脱碳15~18min就能达到要求，时间太久会带来不必要的温降等，导致RH吹氧加铝升温，影响钢液的洁净度。RH脱碳后，钢液自由氧含量0.025~0.030%，根据成分需要，依次分别加入铝粒、含碳锰铁、金属锰、含钛合金等，其中含碳锰铁加入量为2.3~2.7kg/t钢，金属锰的加入量为1.1~1.3kg/t钢，Al粒、含锰合金（含碳锰铁、金属锰）加完后循环（如3min）加入含钛合金。合金化后循环5~8min后，RH破空出钢。含碳锰铁中碳含量0.8~1.2%，含钛合金中钛含量≥99.6%。RH破空钢包炉渣成分T.Fe≤5%。RH破空到连续浇注开浇之间时间为10~15min，此时间段存在炉渣对钢液的二次氧化过程，尽量减少时间间隔，但是因此生产节奏限制，不能无限压缩时间，因此选择该时间范围。

连续浇注:中间包过热度25~35℃，高过热度浇注，减少钢液中夹杂物，提高洁净度。结晶器断面为220mm(厚度)

1000~1400mm(宽度)，浸入式水口插入深度160~200mm，插入深度太深，结晶器表面温度太低，若太浅，导致结晶器液面波动较大。开口角度20℃，开口角度与插入深度是相配合的，这个角度和相应的插入深度下，可以在保证结晶器表面温度满足要求的情况下，减少铸坯皮下的夹杂物数量密度，进而减少铸坯剥皮深度或不剥皮。连铸（即连续浇注）塞棒氩气流量8~12L/min，该气流量一方面，减少夹杂物在水口内壁的粘附，另一方面避免铸坯中出现气泡缺陷。最终成品中夹杂物的尺寸全部≤15μm，全氧≤15ppm。

其他:合格连铸（即连续浇注）坯经过热轧、酸洗、冷轧、连序退火、精整等得到电池壳用带钢。热轧、酸洗、冷轧、连序退火、精整等工艺为现有技术，不再赘述。

本发明通过电池壳用钢化学成分设计，降低带钢的

值，提高带钢的各向同性，提高其加工性能；通过“转炉→LF精炼→RH处理→连续浇注”工艺实现钢材成分的精准控制和钢材中夹杂物数量、尺寸的有效控制，其中通过含碳锰铁和金属锰的协同使用，实现钢液中极低碳元素和锰元素的精准命中，通过LF升温、造渣和钢液成分的微调整，实现RH脱碳结束钢液自由氧低量化控制，通过浸入式水口插入深度优化、塞棒吹氩流量工艺设计等，减少铸坯浅表层夹杂物数量，减少剥皮深度或不剥皮，提高成材率。

具体实施方式

电池壳体用钢带的化学成分见表1，余量为铁及不可避免的杂质。

表1电池壳用钢的化学成分

电池壳体用钢带的生产方法，工艺流程为铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH处理→连续浇注→热轧→酸洗→冷轧→连续退火→精整。

铁水预处理:利用高炉铁水在预处理位进行加脱硫剂搅拌脱硫，脱硫后铁水硫含量≤0.0050%，铁水温度≥1300℃。

转炉冶炼:将脱硫铁水和废钢加入转炉内，进行冶炼。转炉炉底4个清晰可见底吹孔，吹炼全程底吹氩气，氩气流量300~350Nm³/h，转炉吹炼终点温度1640~1660℃，转炉终点碳含量0.03~0.04%，转炉终点自由氧含量0.06~0.08%，转炉终渣T.Fe 15~18%，转炉采用挡渣塞或滑板等方式挡渣，转炉出钢下渣量2~4kg/t。各炉次参数见表2。

表2 转炉终点条件

LF精炼:钢包座包后，钢包车开到通电升温位，开始通电升温，升温过程中钢包底吹流量控制在300~500NL/min。当钢水温度达到目标温度后，对钢液进行测温定氧，钢液自由氧含量0.06~0.07%。调整钢包底吹流量100~200NL/min，根据钢水自由氧含量，加入炉渣改质剂400~500kg，石灰400~500kg。搅拌3~5min后，钢水吊运至RH真空工位。其中渣面改质剂成分为Al 48.3%，CaO 23.3%，Al₂O₃13.3%，CaCO₃12.5%，其它为杂质，其中CaCO₃为扩散剂。

RH处理:RH到站温度1610~1630℃，到站自由氧0.06~0.07%，到站碳含量0.025~0.035%，RH到站钢包炉渣成分中T.Fe 5~8%。RH脱碳15~18min后，钢液自由氧含量0.025~0.030%，根据成分需要，依次分别加入铝粒、含碳锰铁、金属锰、含钛合金等，其中含碳锰铁加入量为2.5kg/t钢，金属锰的加入量为1.2kg/t钢，Al粒加完循环3min后加入含锰合金，含锰合金加完后循环3min加入含钛合金。合金化后循环5~8min后，RH破空出钢。含碳锰铁中碳含量1.1%，含钛合金中钛含量99.8%。RH破空钢包炉渣成分T.Fe≤5%。RH破空到连续浇注开浇之间时间为10~15min。详情见表3。

表3 RH处理参数

连续浇注:铸坯断面为:220mm

1260mm。中间包过热度25~35℃。浸入式水口插入深度160~200mm，开口角度20℃。连铸塞棒氩气流量8~12L/min。最终成品中夹杂物的尺寸全部≤15μm，全氧≤15ppm。详情见表4。

表4 连续浇注参数及成品夹杂物水平

合格连续浇注坯经过现有工艺热轧、酸洗、冷轧、连序退火、精整等得到电池壳用带钢。

通过本发明的方法生产的电池壳体用钢表面质量达到O5要求，无翘皮、结疤、砂眼、孔洞等缺陷，且各向同性控制较好，

均小于0.15，详细的数据见表5，满足快速冲压成型的要求。

表5 电池壳体用钢带的

(/>

=(r₀+r₉₀-2r₄₅)/2)

的计算公式（/>

=(r₀+r₉₀-2r₄₅)/2）采用《金属材料薄板和薄带塑性应变比(r值)的测定》（GB/T 5027-2016）国家标准中公开的计算公式，其中，r₀为角度为0°的塑性应变比，r₄₅为角度为45°的塑性应变比，r₉₀为角度为90°的塑性应变比。r₀、r₉₀、r₄₅的数值采用《金属材料薄板和薄带塑性应变比(r值)的测定》（GB/T 5027-2016）国家标准中的测量方法测量获得。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.电池壳体用钢带的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH处理、连续浇注步骤，其特征在于：

LF精炼：钢包座包后，开到通电升温位，开始通电升温，升温过程中钢包底吹流量控制在300~500NL/min；当钢水温度达到1618~1635℃的目标温度后，测温定氧，钢液自由氧含量0.06~0.07%；调整钢包底吹流量100~200NL/min，根据钢水自由氧含量，加入炉渣改质剂和石灰；

RH处理：RH到站温度1610~1630℃，到站自由氧0.06~0.07%，到站碳含量0.025~0.035%，RH到站钢包炉渣成分中T.Fe 5~8%；RH脱碳15~18min后，钢液自由氧含量0.025~0.030%，根据成分需要，依次先后分别加入铝粒、含碳锰铁、金属锰、含钛合金，其中含碳锰铁加入量为2.3~2,7kg/t钢，金属锰的加入量为1.1~1.3kg/t钢，Al粒、含锰合金加完后循环加入含钛合金； RH破空到连续浇注开浇之间时间为10~15min；含碳锰铁中碳含量0.8~1.2%，含钛合金中钛含量≥99.6%；

连续浇注：中间包过热度25~35℃，浸入式水口插入深度160~200mm，开口角度20℃，连铸塞棒氩气流量8~12L/min；

所述电池壳体用钢带的化学成分及质量百分含量为：碳:0.003-0.006%，硅≤0.03%，锰:0.35~0.45%，钛:0.040~0.050%，铝:0.040-0.060%，磷≤0.020%，硫≤0.012%，氮≤0.0040%，余量为铁及不可避免的杂质，其中，7>Ti/(C+N)>5。

2.根据权利要求1所述的电池壳体用钢带的生产方法，其特征在于，铁水预处理：铁水搅拌脱硫，脱硫后铁水硫含量≤0.0050%。

3.根据权利要求1所述的电池壳体用钢带的生产方法，其特征在于，转炉冶炼：至少2个清晰可见底吹孔，吹炼全程底吹氩气，氩气流量≥300Nm³/h，转炉吹炼终点温度1640~1660℃，转炉终点碳含量0.03~0.04%，转炉终点自由氧含量0.06~0.08%，转炉终渣T.Fe 15~18%，转炉出钢下渣量2~4kg/t。

4.根据权利要求1所述的电池壳体用钢带的生产方法，其特征在于：在连续浇注后还包括热轧、酸洗、冷轧、连续退火、精整步骤。

5.根据权利要求1所述的电池壳体用钢带的生产方法，其特征在于：在LF精炼步骤中，加入炉渣改质剂400~500kg，石灰400~500kg。

6.根据权利要求5所述的电池壳体用钢带的生产方法，其特征在于：所述炉渣改质剂成分为Al 45~50%，CaO 20~25%，Al₂O₃ 10~15%，CaCO₃10~15%，其它为不可避免的杂质。

7.根据权利要求1所述的电池壳体用钢带的生产方法，其特征在于：在RH处理步骤中，RH破空钢包炉渣成分T.Fe≤5%。

8.根据权利要求1所述的电池壳体用钢带的生产方法，其特征在于：在RH处理步骤中，Al粒、含锰合金加完后循环3min加入含钛合金。

9.根据权利要求1所述的电池壳体用钢带的生产方法，其特征在于：在连续浇注步骤中，最终成品中夹杂物的尺寸全部≤15μm，全氧≤15ppm。